CC BY
50
УДК 678.7
С.А. Струлев
ассистент,
кафедра «Конструкции зданий и сооружений», ФГБОУ ВПО «(Тамбовский государственный технический университет»
М.И. Говердовская
магистрант,
кафедра «(Конструкции зданий и сооружений», ФГБОУ ВПО «(Тамбовский государственный технический университет»
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА ТВЕРДЕНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ ПОЛИЭФИРНОГО ПОЛИМЕРБЕТОНА С ДОБАВЛЕНИЕМ ОТХОДОВ ПОЛИЭТИЛЕНА
Аннотация. Работа посвящена оптимизации режима термообработки изделий из полимербетона на основе полиэфирной смолы с добавлением отходов полиэтилена различной формы с точки зрения повышения прочностных характеристик материала.
Ключевые слова: прочность, полимербетоны, термообработка, отходы.
S.A. Strulev, Tambov State Technical University
M.I. Goverdovskaya,Tambov State Technical University
INFLUENCE OF THE MODE OF CURING ON POLYESTER POLIMER CONCRET'S DURABILITY WITH
ADDITION OF WASTE OF POLYETHYLENE
Abstract. Work is devoted to optimization of a mode of heat treatment of products from polymer concrete on the basis of polyester pitch with addition of waste of polyethylene of a various form from the point of view of increase of strength characteristics of a material.
Keywords: durability, polymer concrete, heat treatment, waste.
Полимербетоны могут набирать прочность и при обычной температуре и влажности, но в таких условиях твердение может продолжаться очень долго - до 100-300 суток. Поэтому для достижения большей степени отверждения полимера в более короткий срок его необходимо подвергать термообработке, которую следует производить в камерах сухого прогрева. Необходимые условия и продолжительность твердения зависят от вида полимера, вида и количества отвердителя. Получение оптимального режима твердения позволяет сократить экономические затраты на производство за счет сокращения времени изготовления образцов, с сохранением прочностных и эксплуатационных характеристик.
Для любого нового материала необходимо провести подбор основных технологических параметров его изготовления с целью оптимизации его эксплуатационных характеристик. С этой целью были построены кривые набора прочности в естественных условиях и при дополнительной термообработке при различных режимах для полимербетона следующего состава: полиэфирная смола ПН-1 - 25%; крупный заполнитель (щебень гранитный фракции 5-15 мм) -26%; мелкий заполнитель (песок мелкий Мк = 1,08) - 43,5%; наполнитель (отходы полиэтилена различной формы) - 4%; отвердитель (Бутанокс М 50) - 0,75%; ускоритель (нафтенат кобальта) - 0,75%. Определение необходимого количества каждого из компонентов в исходном составе материала проводили по его массовой доле в смеси.
Изготовление образцов для проведения испытаний осуществлялось в следующей последовательности. Для облегчения процесса перемешивания заполнителя и наполнителя смолу разогревали до 50°С на электрической плитке - для снижения ее вязкости при комнатных условиях. В качестве наполнителя использовались отходы полиэтиленовой тары измельченной до различной формы: 5х5 мм и 2х20 мм. Образцы для испытаний изготовляли в металлических
формах соответствующих размеров, предварительно смазанных машинным маслом.
Перед началом формовки в полученную смесь добавляли ускоритель и отвердитель. После заливки смеси в формы производили ее уплотнение механической вибрацией в течение 1-2 мин. Отформованные изделия на 24 ч оставляли в лаборатории, где при нормальной температуре протекал процесс твердения, после чего извлекали из форм. Механические испытания проводили на гидравлическом прессе на одноосное сжатие и поперечный изгиб на образцах размерами 20*20*20 мм и 20*20*120 мм, соответственно [1].
При исследовании зависимости прочности материала от температуры пропаривания, образцы по истечении суток поместили в печь и подвергали постотверждению при различных температурных режимах. Спустя час тепловой обработки, извлекли первую партию. Далее извлекали образцы каждые полчаса в течение 2 часов. Материал выдерживали в печи при трех различных температурах: 80°С, 100°С, 120°С. В целях снижения погрешности эксперимента, при построении кривых для каждой точки испытывали по шесть образцов. Далее проводилась статистическая обработка результатов [2, 3].
Для оценки качества подбора технологии доотверждения полимербетона были построены кривые набора прочности в естественных условиях. Образцы испытывали на сжатие и поперечный изгиб на 3, 7, 14 и 28 сутки после изготовления. Полученные кривые приведены на рисунке 1. При проведении испытаний на одноосное сжатие были получены аналогичные кривые. Из рисунка 1 видно, что полимербетонные образцы в первые трое суток твердения набирают около 70% своей прочности, после чего процесс значительно замедляется.
и £ 20 S 18
1С 16
I 14
s 12 га i 10
£ « о 6
ó * с 2 0
время гвердения,сут наполнитель продолговатой формы наполнитель квадратной формы
Рисунок 1 - Зависимость прочности на поперечный изгиб полимербетона с наполнителем 2х20мм и 5х5 мм от времени экспонирования
Для выбора оптимальных по прочностным показателям параметров доотверждения исследуемых смесей были построены зависимости набора прочности при сжатии и поперечном изгибе от времени экспонирования в термокамере при различных температурах: 80, 100, 120°С (рис. 2).
Как видно из рисунка 2, повышение температуры пропаривания резко снижает прочность при сжатии исследуемых материалов. Рассматривая максимальные полученные значения, выявлено, что при увеличении температуры с 80°С до 100°С прочность снижается на 15%, а при 120°С - еще на 7%. Дальнейшее увеличение температуры и времени пропаривания не рассматривалось, т.к. это приводит к активной термодеструкции полимерной матрицы исследуемого материала. Наибольшую прочность (29,04 кН для образцов с наполнителем 5х5 мм и 28,39кН с наполнителем 2х20 мм) полимербетон достигает при термообработке при 80°С в течение 2,5 часов. Прочность при сжатии образцов полимербетона с наполнителем различной формы приблизительно одинакова.
30
о
1 1,5 2 2,5 3
□ромя пропаривании,ч
—804 — 100°С "^—1204
Рисунок 2 - Зависимость прочности на сжатие от времени термообработки для образцов с наполнителем 2х20 мм при различной температуре
Также были проведены исследования влияния параметров термообработки на прочность полимербетона при поперечном изгибе. Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Зависимость прочности полимербетона с наполнителем различной формы от времени и температуры термообработки
Время термообработки, ч Температура термообработки, °С
80 100 120
Разме ры наполнителя, мм
5х5 2х20 5х5 2х20 5х5 2х20
1 15,35 18,50 18,27 14,21 - 12,55
1,5 14,91 20,12 21,55 15,70 - 11,70
2 21,43 23,79 13,27 13,98 - -
2,5 19,45 23,94 14,79 13,04 - -
3 20,89 24,29 13,01 12,68 - -
Таблица 2 - Сравнение прочности полимербетона с наполнителем различной формы при сжатии и поперечном изгибе для различных режимов твердения
Размер наполнителя, мм Режим тве рдения
без тепловой обработки с тепловой обработкой (2,5 ч; 80°С)
Прочность полимербетона, МПа
При сжатии При изгибе При сжатии При изгибе
2х20 37,19 19,06 28,39 24,29
5х5 31,38 20,92 29,04 21,43
Из таблицы 1 видно, что процесс терморазрушения усиливается с увеличением температуры термообработки материала. При 120°С образцы разрушаются без физического воздействия. Они становятся мягкими и легко крошатся. При 100°С на поверхности появляется сетка трещин, которая с повышением температуры становится еще более густой.
По результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что оптимальным режимом термообработки для полимербетона на полиэфирном связующем с добавлением отходов полиэтилена различной формы является следующий режим: время обработки 2,5 часа; температура обработки 80°С. Сравнительный анализ прочности полимербетона на 28 сутки при естественных условиях твердения и прочности, полученной при подобранном режиме доотвер-ждения, приведены в таблице 2.
Из таблицы 2 видно, что образцы полимербетона, подвергнутые термообработке по предложенному режиму, с наполнителем квадратной формы набирают 93% от прочности поли-
мербетона на 28 сутки при сжатии, а при изгибе - 102%. Образцы полимербетона с наполнителем прямоугольной формы - 76% и 127%, соответственно.
В целом можно сделать вывод, что предложенный режим термообработки полимербе-тонов на полиэфирном связующем с добавлением отходов полиэтилена различной формы позволяет значительно сократить время набора прочности, по сравнению с естественными условиями, а в некоторых случаях получить более высокие прочностные характеристики.
Список литературы:
1. Струлев, С.А. Полимербетон на основе эпоксидной и полиэфирной смол с использованием асбофрикционных отходов / С.А. Струлев, В.П. Ярцев // Academia. Строительство и архитектура. - М., 2011. - Вып. 3. - С. 109-111.
2. Струлев, С.А. Влияние наполнителей из промышленных отходов на эксплуатационные свойства полимербетонов на основе эпоксидных и полиэфирных смол / С.А. Струлев, В.П. Ярцев // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. - Воронеж, 2013. - Вып. 2 (30). - С. 42-48.
3. Струлев, С.А. К вопросу о водопоглощении полимербетона на основе полиэфирной смолы с добавлением отходов производства / С.А. Струлев, А.В. Соломатина // Приволжский научный вестник. - Ижевск, 2014. - № 2 (30). - С. 63-65.
