CC BY
39
ДЕКОРАТИВНЫЕ БЕТОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ С ПОВЕРХНОСТНЫМ ПОЛИМЕРНЫМ СЛОЕМ
DECORATIVE CONCRETE PRODUCTS WITH THE SUPERFICIAL
POLYMERIC LAYER
K.C. Моисеенко, Л.А. Алимов
K.S. Moiseenko, L.A. Alimov
ГОУ ВПО МГСУ
В статье рассмотрены вопросы монолитности слоистых декоративных материалов, даны зависимости относительных деформаций слоистой системы от протяженности контакта между слоями, толщины поверхностного слоя и относительных деформаций бетонного основания, основы технологии.
The paper deals with a monolithic layer of decorative material, given the dependence of relative deformations of a layered system on the length of contact between the layers, the thickness of the surface layer and the relative deformations of the concrete base, principles of technology.
В настоящее время производство отделочных материалов в нашей стране неуклонно растает. Применяемые в настоящее время изделия из декоративных цементных бетонов имеют относительно невысокую стойкость в агрессивных средах, в условиях попеременного замораживания и оттаивания, а также к ударным и истирающим воздействиям.
В связи с этим актуальным и перспективным является получение на основе минеральных и полимерных вяжущих эффективных слоистых декоративных изделий, состоящих из бетонного основания и прочного и стойкого поверхностного декоративно-защитного полимербетонного слоя, имитирующего природные каменные материалы.
Весьма высокие физико-механические характеристики, химическая стойкость и хороший внешний вид имеют материалы на основе полиэфирных олигомеров. К положительным свойствам полиэфиров относится их низкая вязкость, хорошая смачивающая способность, простота и быстрота отверждения, высокая когезионная прочность, адгезия к разным материалам, что дает возможность применять их в наполненных композитах для защитно-декоративных покрытий.
В качестве наполнителей могут использоваться кварцевый песок, гранитная, диабазовая, мраморная или стеклокрошка.
При создании слоистого композиционного материала, имеющего различные прочностные и деформатеривные характеристики, важно обеспечить работу слоистого композита как структурно-целостного материала, что может быть достигнуто выбором оптимальных соотношений модулей деформаций, коэффициентов температурного линейного расширения, а также геометрических размеров слоев.
В эксплуатационных условиях разрушение слоистых материалов происходит по двум основным схемам:
4./2011 ВЕСТНИК _4/20|Т_МГСУ
- образование в поверхностном слое сквозных трещин, которые являются следствием растягивающих напряжений, вызванных усадочными и температурно-влажностными деформациям основного слоя бетона;
- отслоение поверхностного слоя из-за действия касательных напряжений в контактной зоне.
Для обеспечения монолитности слоистого композита нами было использовано решение задачи о взаимодействии слоев, в бетоне с модифицированным полимером поверхностным слоем, разработанной профессором В.В.Ворониным (1). Было установлено, что тонкий модифицированный слой не растрескается при любой протяженности контакта, если деформации бетонного основания не превысят предельной растяжимости модифицированного поверхностного слоя, а разрушение в виде сдвига между слоями не произойдет, если предельное напряжение сдвига не превысит прочность бетонного основания.
Условия монолитности слоистой системы, состоящей из бетонного основания и полимербетонного покрытия толщиной 5, 10, 15 мм, были рассмотрены на фрагментах плит размером 30x30x7 см, изготовленных путем укладки цементной бетонной смеси на предварительно полученный полимербетонный слой.
Для этого были использованы следующие материалы. В качестве поли- мерного связующего был использован полиэфирный олигомер марки ПН-1 (0СТ-6-05-481-88), отвердитель перекись метилэтилкетона (ПМЭК, ТУ6-01-465-80) и ускоритель полимеризации нафтенат кобальта (НК,ТУ6.05-1075-86). В качестве наполнителя использовалась гранитная крошка с содержанием фракции менее 0,14 мм - 3%, 0,14-0,315 -10%, 0,315-2.5 остальное. Коэффициент наполнения состава был равен 2,5, что обеспечивало нормальную укладку и разравнивание полимербетонной смеси.
Для бетонного основания марки М300 использовались следующие материалы: портландцемент марки М500Д0, щебень гранитный фракции 5-20 мм, песок кварцевый с модулем крупности 2,3 и водопотребностью 7%.
Для оценки физико-механических показателей защитно-декоративного слоя по-лимербетона были изготовлены образцы размером 4x4x16 см из следующего состава в масс. частях: ПН-1-100, ПМЭК-2, НК- 3 и гранитной крошки - 250. Через 3 суток твердения в нормальных условиях проводились испытания. Получены следующие показатели: средняя плотность - 1.89 г/см3, водопоглощение - 0.34%, пределе прочности при растяжении при изгибе - 45 МПа, при сжатии - 109,3МПа, значение истираемости - 0,32 г/см2.
Бетонное основание имело следующие показатели: прочность при растяжении -3.3 МПа, при сжатии - 32 МПа, модуль упругости 23.9 103 МПа. предельные деформации: сжатия -14,5 104, растяжения 1.3 104.
Были также определены температурно-влажностные деформации слоев, представленные на графике (рисунок 1). Для бетонных оснований характерны аномальные расширения в интервале температуры -5...-10°С. Для полимербетонов никаких аномальных расширений не наблюдается в интервале температуры от -60 до +20°С.
Измерение температурно-влажностных деформаций слоистого материала с помощью тензометрических датчиков сопротивления, расположенных на поверхностном полимербетонном слое фрагмента и на бетонном основании, производили через каждые 4-5°С при замораживании, которые являются наиболее жесткими условиями эксплуатации. Сравнение показаний датчиков свидетельствует о взаимном влиянии слоев на общие деформации плиты. При понижении температуры бетонное основание удерживает деформации полимербетонного слоя, при образовании льда в интервале
температуры от -5 до -10оС происходит скачкообразное расширение бетона и поверхностный слой препятствует этому.
Рисунок 1. Температурно-влажностные деформации бетонного основания (А) и поверхностного полимербетонного слоя (Б)
1 - воздушно-сухой
2 - водонасыщенный
Таким образом, слоистая система в данном случае находится в напряженном состоянии и могут возникнуть следующие виды разрушения: растрескивание поверхностного слоя, сдвиг его, а также отслоение от бетонного основания из-за давления льда, образовавшегося под плотным поверхностным слоем.
Чтобы исключить отслоение поверхностного слоя в результате образования льда и сдвиг его относительно основания, при изготовлении полимербетонного слоя было осуществлено вкрапливание зерен гранитного заполнителя, выполняющего роль своеобразных «шпонок» между слоями композита и составляющего примерно около 50% поверхности полимербетонного слоя.
Для исключения растрескивания поверхностного слоя были проведены исследования с использованием математического метода планирования эксперимента, которые позволили установить зависимость относительных деформаций слоистой системы (Исс) от протяженности контакта между слоями (1), толщины поверхностного слоя (Ъ) и относительных деформаций бетонного основания (е 105). Факторы и уровни их варьирования представлены в табл. 1
Таблица 1. Уровни варьирования факторов
Факторы Уровни варьи] зования Интервал варьирования
Натуральный вид Кодовый вид + 1 0 -1
Протяженность контакта, м Х1 0,5 0,4 0,3 0,1
Относительные деформации Х2 15 12,5 10 2,5
Толщина верхнего слоя, м Х3 0,15 0,1 0,05 0,05
4/2011 ВЕСТНИК _4/20|Т_МГСУ
В результате вероятностно-статистической обработки экспериментальных данных была получена трехфакторная квадратичная модель относительной деформации слоистой системы (формула 1):
Исс = 10,6 + 0,2 1 + 2,2 е - 2,3 Ъ + 0,1 £2 - 0,6 Ъ2 + 0,2 1е + 0,1 1Ъ - 0,6 еЪ (1)
Уровень значимости при ведении статистических вычислений был равен 0,05 , что соответствует доверительной вероятности 95%. Оценка полученного многофакторного уравнения по критерию Фишера показал, что оно является адекватным.
Полученное уравнение позволяет сформулировать условия монолитности слоистого изделия с учетом совместного влияния вышеуказанных факторов. Анализ показал, что поверхностный слой из полимербетонного раствора не растрескается при любой протяженности контакта, если деформации бетонного основания не превысят предельной растяжимости поверхностного слоя. В случае , если деформации бетонного основания значительные, то монолитность слоистой системы обеспечивается за счет правильного выбора толщины поверхностного слоя и его протяженности.
Разработанные теоретические положения были использованы при разработке рекомендаций по оптимизации составов и параметров технологии производства двухслойных декоративно-защитных изделий на основе полимерных и минеральных вяжущих.
Литература
1. Воронин В.В. Морозостойкость и технология бетона с модифицированным поверхностным слоем. Автореф. дис. д-ра техн наук, М., МИСИ им. В.В.Куйбышева. 1985 г
2. Баженов Ю.М. Технология бетона, М., АСВ, 2007г.
The literature
1. Voronin VV Frost resistance and the technology of concrete with a modified surface layer. Cand. Dis. Dr. of Technical Sciences, Moscow, IISS them. Kuibyshev. 1985
2. Bazhenov, Yu.M. Concrete Technology, M, ASV, 2007.
Ключевые слова: бетоны, декоративные изделия, полимерное покрытие, отслоение, прочность, критерий Фишера, слоистая система, деформации, композиты, варьирование, статистические вычисления.
Keywords: concrete, decorative products, polymeric coating, detachment, durability, the Fisher criterion, layered system, deformation, composites, variation, statistical computing.
E-mail автора: [email protected]
Рецензент: В. Ф. Коровяков, доктор технических наук, профессор, заместитель директора ГУП «Научно-исследовательский институт Московского строительства»
