CC BY
34
вестник 3/2012
УДК 693.548
К.С. Моисеенко, В.В. Воронин, А.И. Панченко, В.Н. Соловьев
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
СЛОИСТЫЕ ДЕКОРАТИВНЫЕ БЕТОНЫ С ПОЛИМЕРНЫМ ЗАЩИТНЫМ СЛОЕМ ПОВЫШЕННОЙ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ
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.
Ключевые слова: отслоение, критерий Фишера, полимерное покрытие, слоистые системы, декоративный бетон, прочность, разрушение, композиты, варьирование, деформации.
Натурные наблюдения за поведением слоистых декоративных бетонных изделий в неблагоприятных условиях эксплуатации показывают, что в ряде случаев они выходят из строя, вследствие их разрушения в виде растрескивания и отслоения полимербетонного слоя [1].
Главной причиной разрушения в этом случае является низкая прочность сцепления и несовместимость температурно-влажностных деформаций полимербетонного слоя и основного бетона в водонасыщенном состоянии при замораживании.
Решение задачи повышения трещиностойкости слоистых декоративных бетонных изделий заключается в обеспечении совместной работы слоев путем регулирования рельефа контактной зоны, учета температурно-влажностных деформаций, прочностных и деформативных свойств слоев, их толщины и протяженности контакта между ними [2].
Исследования 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 — наиболее жестких условиях 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 от -5 до -10 °С происходит скачкообразное расширение бетона и поверхностный слой препятствует этому.
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 [3].
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.
С использованием математического метода планирования эксперимента была установлена зависимость относительных деформаций слоистой системы И от протяженности контакта между слоями Ь, толщины поверхностного слоя h и относительных деформаций бетонного основания е 105.
Факторы и уровни их варьирования приведены в табл. 1
96
© Моисеенко К С., Воронин В.В., Панченко А.И., Соловьев В Н., 2012
Строительное материаловедение
Табл. 1. Уровни варьирования факторов
ВЕСТНИК
МГСУ
Факторы Уровни варьирования 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
В результате вероятностно-статистической обработки экспериментальных данных была получена трехфакторная квадратичная модель относительной деформации слоистой системы:
И = 10,6 + 0,2 1 + 2,2 е - 2,3 к + 0,1 е2 - 0,6к2 + 0,2/е + 0,Ш - 0,6ек.
Уровень значимости при ведении статистических вычислений был равен 0,05, что соответствует доверительной вероятности 95%. Оценка полученного многофакторного уравнения по критерию Фишера показала, что оно является адекватным.
Полученное уравнение позволяет сформулировать условия монолитности слоистого изделия с учетом совместного влияния вышеуказанных факторов. Анализ показал, что поверхностный слой из полимербетона 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 [4].
На основании полученной зависимости относительных деформаций слоистого композита, состоящего из бетонной матрицы и полимербетонного защитно-декоративного слоя, проведен анализ их монолитности с учетом толщины поверхностного слоя, протяженности контакта и относительных деформаций бетонного основания в насыщенном водой состоянии при замораживании.
Было установлено, что поверхностный полимербетонный слой на основе полиэфирной смолы имел предельное растяжение епред = 15-10-5, а относительные деформации аномального расширения бетонного основания е при температуре -5...-10 °С различного состава марок по морозостойкости F50, F150, F250 соответственно имеют е = 10-10-5; е = 12,510-5; е = 15-10-5.
п 7 п 7 7 п
На рассматриваемом слоистом компоненте, состоящем из вышеуказанных материалов, были установлены условия монолитности от величины приведенного удлинения бетонного основания, относительных деформаций слоистой системы Исс от протяженности контакта между слоями I, толщины поверхностного слоя к и относительных деформаций бетонного основания е 105.
Табл. 2. Характеристики слоистого композита
№ L, м h0,1, м s 10-5 И 10-5 сс
1 0,3 0,05 10 9,6
2 0,4 0,05 10 9,6
3 0,5 0,05 10 9,6
4 0,3 0,1 12,5 7,4
5 0,4 0,1 12,5 10,6
6 0,5 0,1 12,5 10,8
ВЕСТНИК
3/2012
Окончание табл. 2
№ L, м h0,1, м s 10-5 И 10-5 сс
7 0,3 0,15 15 8,9
8 0,4 0,15 15 9,4
9 0,5 0,15 15 9,8
10 0,3 0,24 15 15,5
11 0,4 0,24 12,5 15,6
12 0,5 0,24 10 15,5
Составы слоистых композитов с 1 по 9 имеют деформации слоистой системы менее Исс=1540-5, что обеспечит их монолитность при любых значениях указанных факторов. Для данного слоистого композита растрескивание наступит, когда деформации слоистого композита превысят предельную растяжимость поверхностного полимербетонного слоя 15-10-5 (составы 10,11,12).
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.
Библиографический список
1. Пискарев Б.А. Декоративно-отделочные строительные материалы. М. : Высш. шк., 1977.
2. Баженов Ю.М. Технология бетона. М. : Изд-во АСВ, 2007.
3. Воронин В.В. Морозостойкость и технология бетона с модифицированным поверхностным слоем :автореф. дисс. ... д-ра техн. наук. М. : МИСИ им. В.В. Куйбышева, 1985.
4. МоисеенкоК.С. Повышение трещиностойкости слоистых бетонных изделий с декоративным полимербетонным защитным слоем : автореф. дисс. ... канд. техн. наук. М., 2011.
Поступила в редакцию в феврале 2012 г.
Об авторах: Моисеенко Ксения Сергеевна — кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры ТВВиБ, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», moiseenko522@mail.ru;
Воронин Виктор Валерианович — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры ТВВиБ, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», 8(499) 287-49-14 (доб.3101);
Панченко Александр Иванович — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры ТВВиБ, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», 8(499) 287-49-14 (доб. 3101);
Соловьев Виталий Николаевич — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры СЯУ, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», 8(499) 188-03-03.
Для цитирования: Слоистые декоративные бетоны с полимерным защитным слоем повышенной трещиностойкости / К.С. Моисеенко, В.В. Воронин, А.И. Панченко, В.Н. Соловьев // Вестник МГСУ. 2012. № 3. С. 96—99.
K.S. Moiseenko, V.V. Voronin, A.I. Panchenko, V.N. Solov'ev
DECORATIVE SANDWICH CONCRETES WITH A PROTECTIVE POLYMER LAYER ENSURING IMPROVED FRACTURE STRENGTH
This paper covers the integrity of decorative sandwich materials; relations between relative deformations of the sandwich system and the length of contact between layers; thicknesses of the surface layer and relative deformations of the concrete base. Principles of the proposed technology are also provided in the article.
98
ISSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 3
Строительное материаловедение
ВЕСТНИК
МГСУ
The field study of the behaviour of decorative sandwich concrete products exposed to severe conditions of operation have proven that products collapse due to cracking and peeling of the polymer concrete layer in particular cases.
Deformations of sandwich materials caused by temperature and humidity fluctuations were analyzed by strain-gauge resistance sensors placed onto the surface polymer concrete layer of a product fragment and on the concrete base in the course of their freezing. Deformations were measured at the temperature intervals of 4 to 5 degrees Celsius. Freezing represents the most severe condition.
Mathematical method of experimental planning was employed to identify the dependence between relative deformations of sandwich system Mcc and length of layer-to-layer contact L, thickness of surface layer h and relative deformations of the concrete base s 105.
As a result of the probabilistic and statistical processing of the experimental data a three-factor quadratic model of relative deformations of a sandwich system was generated.
This equation is used to identify the most favourable conditions to assure the integrity of a sandwich product under the combined impact of the aforementioned factors. The analysis has proven that the surface layer made of polymer concrete does not crack irrespective of the contact length if deformations of the concrete base do not exceed the limit tensibility of the surface layer. In the event of substantial deformations of the concrete base, integrity of the sandwich system is to be assured by means of the right choice of thickness and length of the surface layer.
Based on the dependence of relative deformations of the sandwich composite, made of a concrete matrix and a polymer concrete decorative and protective layer, analysis of their integrity was performed with the account for the thickness of the surface layer, contact length and relative deformations of the water saturated concrete base in the course of freezing.
Pre-set theoretical provisions were applied to develop recommendations aimed at the optimization of the composition and characteristics of the technology of production of double-layer decorative and protective products based on polymer and mineral binders.
Key words: delamination, Fisher test, coated, layered systems, decorative concrete, strength, fracture, composites, variations, distortion.
References
1. Piskarev B.A. Dekorativno-otdelochnye stroitel'nye materialy [Decorative Finishing Building Materials]. Moscow, Vysshajashkola, 1977.
2. Bazhenov Ju.M. Tehnologiya betona [Technology of Concrete], Moscow, ASV, 2007.
3. Voronin V.V. Morozostoykost' i tehnologiya betona s modificirovannym poverhnostnym sloem [Frost Resistance and Technology of Concrete with a Modified Surface Layer]. Author's abstract of a doctoral dissertation, Moscow, MISI im. V.V. Kuybysheva, 1985.
4. Moiseenko K.S. Povyshenie treschinostoykosti sloistykh betonnykh izdeliy s dekorativnym po-limerbetonnym zaschitnym sloem [Improvement of Fracture Resistance of Sandwich Concrete Products with a Decorative Polymer Concrete Protective Layer]. Author's abstract of a candidate's dissertation, Moscow, MGSU, 2011.
About the authors: Moiseenko Ksenija Sergeevna — Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer, Department of Technology of Binders and Concretes, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoeshosse, Moscow, 129337, Russia; moiseenko522@mail.ru;
Voronin Viktor Valerianovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Technology of Binders and Concretes, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoeshosse, Moscow, 129337, Russia; 8 (499) 287-49-14, ext. 3101;
Panchenko Aleksandr Ivanovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Technology of Binders and Concretes, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaro-slavskoeshosse, Moscow, 129337, Russia; 8 (499) 287-49-14, ext. 3101;
Solov'ev Vitalij Nikolaevich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Construction of Nuclear Plants, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoeshosse, Moscow, 129337, Russia; 8(499) 188-03-03.
For citation: Moiseenko K.S., Voronin V.V., Panchenko A.I., Solov'ev V.N. Sloistye dekorativnye betony s polimernym zaschitnym sloem povyshennoy treschinostoykosti [Decorative Sandwich Concretes with a Protective Polymer Layer Ensuring Improved Fracture Strength]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering], 2012, no. 3, pp. 96—99.
