автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Демпфирующие свойства и выносливость полимербетонов

.2.3'09 9

шжстерсгзо высшего и среднего специального образования рсфср

саратовски]'! ордена трудового красного знамени псш'теишческий институт

На правах рукописи Экз. Л

ЛУКИН Александр Николаевич

УДК 691.342 : 620. Ш. 311.6

ДЕШаПУЩИЕ свойства и выносливость полимербетонов

Специальность С6.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации яа соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов - 1990

Работа выполнена на кафедре строительных констру] Мордовского ордена Дружбы народов государственного унш имени Н.П.Огарева.

Научные руководители - доктор технических наук

профессор В.П.СЕЛЯЕВ, кандидат технических нг.ух доцент В.Д.ЧЕРКАСОВ.

Официальные оппоненты - доктор технических нау. с

У.1.ЦАГДЕЕВ

кандидат технических наув сг.щзеподаватель И.В.Шй

Ведущая организация - институт ОАРАНСЩТШРОЖх:

¿^^¿У^^^ Х990

Зашита состоится *70 " 1990 г.

" " часов на заседании специализированного совета К.063.58.С2 по присуждении ученой степени кандидата те ческих наук по специальности 05.23.05 - строительные ма и изделия в Саратовском политехническом институте (4100 Саратов - 16, ул. Политехническая, 77).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ин

Автореферат разослан " ^ 990 :

у.ченый ^секретарь специализированного совета кандидат технических наук •

В,В.Кузне!

СШЯ ХАРДОЗНСГИКА РАБОТЫ

)

' 'Актуальность тени. Соверяенстяованае конструкции 'путем повыаения та долговечности л надежности при аинимкадь-шас затратах материалов является одной из основных задач созремен-ного строительства. Рэшение этой задачи особенно ¿-туально ара проектировании строительных материале в и »¿фактииных конструкция, восдриншащих динамические »сздейстаия от оборудования. станхоа и др. Важной задачей динамики является изучение динамичесхих хасаа-теристик материалов и ¡инструкция, а частности, изучение демп.-^иру-щкх свойств, определяших уровень зибрации и интенсивность внутренние усилий в конструкциях 5 наиболее опасных - резонансной л близкой х нему - режимах колебаний.

Фундаменты а покрытия полов а проыьаленных зданиях подвергается комплексному воздействии всевозможных нагрузок - статических, динамических, температурных, влиянию агрессивна зред л др., связанных непосредственно с процессом производства. Практика эксплуатации существующих (¡рундаиектез и покрытий ледов показызаат, что при действия на иях дниа^гчзсанх нагрузок они быстро разрушается или приходя'.1 з состояние, непригодное для дальнейшей эксплуатации. Одним из перспективных путей рвивкхя прэбдеш повыиенкя долговечности фундаментов, и псхрцтиД подо», подверженных гоздей-ст2зо динамических нагрузоа, звдястся пркманенлл полинчр^етоноз.

11сподмо*^ш» поличербетоноз позволяет значительно продлять срок службы конструкций зданий, избежать затрат на вмоче-рс^цыа рздонты, Ензезшкэ преддезреззннын разрух аяигы.

Перспективный представляется способ приготовления псыг.о-зяционкнх иатери&лоз с направленное иаярострухтурой, по которс;гу гарна заполнителя пргдгзр:;?ель.чо создингатся а иархасц, а зат'-м пустоты а ааркасгас аааояг.*г!гс.1 сг^зуизи. Тсяад технология пол ас-лезт получать матсриедц с ьг.рблггл »адедк'згл сеойствгып. кархасние шв£;оз1а?кквг.£0 ¿ы?ь приготовлены на

разлад:* н дезе ь:асо:г13с?ч-^Г£ /спут^сг,,

¡5зсг:стрл. на есэ зозрастлЕла г.слугичи:'.:'. яс л ;•.!(•■

Оотскоэ в покрктилх полоз, н частично и фундаментах, ост&ггсд не-рэамслами вопросы демпфирования и «ынослнаости полпмзрбетиисз.

Цель с задачи исследование. Целью настоящей работы является разработка методов прошозир овация и полуиекия деьшфируших свойств а выносливости полиыербегонов, noiuieiizDiiHux воздействию динамических нагрузок. Реализация доставленной цели обуславливает необходимость комплексного репе шш следующих задач:

- установления влияния с теле ни наполнения полимербетона на его дсьш'Хпрушие свойства;

- исследования влш зга демпфирующих свойств исходных компонентов на демпфирующие свойства полимербетона;

- установления влияния низ ко модульных наполнителей на дешифрующие свойства полшербетона;

- исследования демпфирующих свойств полимербетовов в зависимости от частоты и ашлитуда колебаний;

- теоретического описания демпфирующих свойств полимербетона;

- разработки методов прогнозирования выносливости элементов конструкций с учетом демпфирующих свойств полимербетонов;

- исследования закономерностей усталостного разрушения полимер-бетонов.

Научная новизна работы. Определена зависимость демпфирующих свойств полимербетонов от степени наполнения для разных наполнителей. Установлено влияние матрицы в на-; полнителя (заполнителя) на демпфирующие свойства полимербетона. Выявлены зависимости демпфирующих свойств лолимербетоноз .от с тру ктур о о бразуеших факторов. Дредлохены способы повышения деыпйлруших свойств 'волимербегонов. Экспериментально установлен« зависимость выносливости полимербетона от его демпфирующих свойс: Исследованы закономерности усталостного'разрусения полимербетоно! в то;.: числе каркасной структуры. Предложен метод прогнозирования долговечности долиыербетоиов при действии циклических нагрузоЕ с помощью далрадациошшх функций.

Практическое значение работы. Разработанные полииербетоны аффективны при изготовлении фундаментов н полов в лрошшленных зданиях, подверстанных воздействию динамических нагрузок, а также г базовых элементах ыеталлоре^иш станков з станкостроительной промышленности. Замена металлически базовых влементов з станках на лолиыербетонные приведет к значительной вкоиоиш металла, повысит точность обработки деталей, удучаит условия труда рабочих. °

Реализация работы. Результаты работы внедрены при устройстве полов на заводе SEK-I треста "Уордоэ-стройконструкция", при изготовлении фундамента под паровоздушный молот на Саранском экскаваторном заводе, а таете используются при чтении спецкурсов и основных курсоь по кафедре строительных конструкций.

Апробация работы. Результат« исследований докладывались на научно-технических конференциях в г.г. Липецка /ISo6 г./, Саранске /ISB6, 1987, 198а, ХЭоЗ г.г./, Москве /1990 г./.

Публикации. По теме диссертации опус.-х-.свано в печатных работ, подано три заявки ка изобретения, получено од:;о авторское свидетельство.

Объем диссертации. Диссертация состоит и i введения, пяти глав, оснозн.'/х выводов, списка испсльзоаанно;; литература из132 напменоапний и приложений, содергит 152; страницы машинописного текста, в том числе 9 таблиц и 52 рисунка.

. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНКЕ РА50 :Ы

В работе приведен анализ отечественной и зарубежной информации в области исследования демпфирующих свойств и выносливости полимерных материалов, бетонов и полимербетонов.

Изучению деьш^гр./ших свойств полимерных композиционных материалов и полимербетонов посвящены работы В.М.Чар:шсеза, В.Д.Черкасова, А.Е.Квдкова, 3. А. Ефимова, П.П.Оддйрева, .¡.Г.Па-новко, М.М.Насертдинова, В.Д.Попова, П.К.Чуйко, В.М.СвоГ.ко, Г.Балла, Дж.Зауэра, Г.Оборота, Г.Турна, Дх.Серри и др.уче¡их.

Рассмотрена зависимость эвсз^друпсах саойсгз ксмпозиционннг метериалаз err игда смола, наголнктеля, урпння напряжений, длигельноста циклического погружения л других факторов. Показано, что декл^ирукете сзолстаа матерело:", -.г.-зисят от '..мплитуды динамических »аптнзекяй. 'Азчепопиь ч.ютг,-.-колебаний в диапазоне, соответствуйтем частотам ко.-.е'.анп.; строитпл1 .шх конструкций, эляяот на величину пггг.-.с:. Хроме тс о, на .семпфаруасле сэсйстза кота сплюни .х ::атс. л .чпяйт ".' i ли честно нинлоз колеСокий и нали-нз тт:г.~.;:п.

Для конструкций внутреннее рассеяние энергии больше, че для материалов,из которых они сделана. Отмечено, что прочност материала корреляционно связана с его демпфирующими свойство»!

Дейк:-ирувзяе свойстза полимероетоне зависят от степени наполнения. Исследователями установлено, что поликербетоны обладает значительно более высоки,-ли демпфирующими своЬствшш, че'и у стали, чугуна и других материалов.

Установлено, что слабо изучена зависимость демпфирующих свойств полимероегонов от количества наполнителя. Недостаточн сведения'влияния свойств составлявших лолимербетона на его демпфирующие свойстза. Шло исследовано влияние частоты колеб и1амплитуды деформаций на демпфирующие свойства.

На демпфирующие свойства материалов сильно влияют услов испытаний и методика их проведения.

Исследованиями выносливости полимербетонов и конструкци них стеклопластиков занимались А.!;.Иванов, П.Г.Левченко, А.Б.] аинчлк, Н.С.Карпухин, В.М.Чернышев, П.П.Оддырев, С.Б.Ратнер, В.Р.Регель, В.П.Таиуж, П.К.Чуйко, В.Д.Черкасов и др.

Приводятся данные по выносливости полимерных композиции ных материалов. Выявлено, что не исследованы в полном объеме закономерности усталостного разрушения подимербегонсз, не су-сествует методов прогнозирования выносливости полимербетонов I учетом деьшфирупЕИХ свойств.

Сформулированы цель и задачи диссертационной работы. В качестве связующих для полимербетонов использовались впоксидш смолы марок ЭД-£0, ЭД-16. Отверждение эпоксидных смол производилось пелиэтиленпояиамнном. В качестве заполнителей полимерб( тонь использовали мраморный щебень фракции 5-10 км. Наполните-лямн слуккли молотый кварцевый песок (мараалит), диатомит, шлг керамзит, полистирол, диабаз, резиновая крошка, пески с 1!^= 1,1 к ¿,45.

Для"определения физико-механических характеристик поли-мербетонов применялись современные механические, физические и ¡■•.птс^атЕческие методы. Характеристики материалов определялись в соответствии с сусествушими ГОСТами.

' Исследования демпфирующих свойств полимербетонов проводили с помосыо установки, которая была собрана из различных серийно выпускаемых блоков электронно-измерительной аппаратуры

С »

Испытания лроводадясь на образцах, которые закреплялась кенсольно в :азамноы устройстве, установленном на массивном бетонном основании. Логарифмический декремент колебаний определяла по ширина резгнансной криво«.

Испытания с >диаербетонов на выносливость производились на специальной установке, разработанной а изготовленной по ддро-ко распространенным схемам. По динамической схег/е установка относится к классу машин с эластичным .косвенным зозбуакеннеч. Усталостные испытания проводила при постоянном значении -оэ.;-фщзепта зсимматрпи оакла ( р = 0,2). База испытаний -¿ила исзнята равной 2« 10° циклов, частота - 16+20 Гц.

Ира зспнтанпз полимербетонов на выносливость гзу'м::! юлшенка демпфкрутих свойств с увеличением количества лдг.лоз ""ол"баний. Определение декремента колебаний лронэЕсд;: лл скаковой амплитуде дефоркацшх поликербетона. Изменении температуры разогрева полимербетона трц иикдпческсм регистрировали; потенциометром КСП-4. Для измерена; зремепи 'распространения ультразвука в полиыарбетоно применялся пр£5ср УК-ШШС. Использовались ультразв:*козые преобразователи о частотой 60 Гц. Измерение относительных деформаций осупестзля-,?ось автоматическим измерителем деформаций АНД—1.

Исследования были проведены с гришненаем катсмахзчес'.-дос .'леглдов плакирования эксперимента.

Регрессионный аналлз зксперЕ/ептальных данных ггрогодллс." с прима но иием ЗШ ЕС-1020.

Сформулировенк теоретически. предпосылка описания динамических свойств композиционных м.терналоз. Для списания демпфирувпих свойств по.таыарбетоноз использовались чзские «одели Такаяняги с последовательным л лародлелы.'ым соединением элеменгс£, з каторга ¿яругяа и рллзгз г.гд.тт.гги лнруют соотявтственно шлпг.тнггзль з натряс.

Демпфяруэиие сзсйства полимербетона зависят от с;л--1

руеезх СВОЙСТВ соЛИМерноЯ лшгршы и надод!шгэлл, 22 -.'сд^Л'-д

упругости а количества з

Алализ »-оделой показывает, ~то дета^ару щиа сд5/.стэс полямасбгтона зависят от демп.-;зруисас спомета а Сс.:;-

мере, чем от демпг.угдглсэг сзсГ-ста • л? 'л;.:5 :т.--

•.•апслггнля до 5С;#). Дп гсхсэдгя —:.'-.?■:»

каркасного полные рбетсна пршененв трехэлементная модель.

¿ля прогнозирования выносливости полимербетонов использо-/.1ли метод дегрщациош'ых функций. Де градационные функции с.;рсдсляйтся относением количественных показателей свойства Б (■ ь ) в моменты времени Ь а и показывают временное ¡.гсньнис свойства полимербетона при веданных напряжениях б , 1-г.стсте колебание / в коэффициенте асимметрии цикля р ;

¿егрздаавопние функции можно определять аналитически а ^ксперамеитально из анализа деградации поперечного сечения аолтерсгтонното образца, ¿еградациокяые функции позволяют ■-.-рег.елг.ть долговечность материала при воздействия различных

¡1 огузок.

Проведены исследования степени наполнение полшербетона на его домпфярупзие свойства. Изменение демдфирушжх свойств щи: увеличении степени наполнения смеет приблизительно одинаковый характер. Выявляется характерный спад демгфжругижх свойств с увеличением количества наполнителя до 50-60£. Пра да-.ь.чейаем увеличении степени наполнения происходит повышение леу.п:прутах свойств полимербетонов. Причем для низкоиодульных иадоднжтеле£ (керамзит,- полистирол, графит) происходит большее увеличение декремента колебаний, чем с высокомодульными напол-нигальде и'ьр^алит, кварцевой песок).

крукзе свойства полк/ербетонов с высокомодульными с с кизкпмодудышми наполнителями определятся в основном дима. гг.уне:«: сво;.стчами и количеством матрицы, а также вязкими с-идамг,, эозникавЕша при движении частиц наполнителя в полисе; >»о;: среде. Демпфируют е свойства полимербетонов с высоко-мц^ульнык наполнителей при большой степени наполнения опреде-з:г« гак»г его неу прутов деформациями (потери энергии ко-лвоаяий ь -¿аполнктеле).

Введение наполнителей повывает упругие свойства полшер-ов«шо&, о чем свидетельствует увеличение резьняксной частоты ксгеэыпл. ¿ля полжмербетонов о высокоможулышк наполнителем (гарп&лжтом) резонансная частота о жзшнением степени наполно-6

кия от 0 до 90$ увеличилась шчти а два раза. С увеличением степени наполнения происходит также увеличение динамического модуля упругости, определ«иного по скорости прохождения ультразвука (приблизительно на 250$).

Методом математического планирования эксперимента установлена зависимость демпфирующих свойств полимербетонов о различными наполнителями от степени наполнения.

Установлено влияние матрицы и заполнителя с различными демпфирующими свойствами на демпфирущие свойства полпие^втона. В качестве математической модели был принят ортогональная двух-факторный план второго порядка, в котором варьируомь-ыл ф^ктс_'аыи были количество олигомера МГФ-9 в матрице л засслнитела.

Анализ исследований подтвердил, что демпфирующий свсЯсте* полиыербетона зависят от демпфирующих свойств-матрицы ,з степени, чем заполнителя. При увеличении двмпфирущих .

заполнителя в три раза демпфирующие свойства пиллыербет^на возрастают всего на 30£, в тс время как повышение демпфмрупаит свойств матрицы в три раза увеличивает демпфирующие свойства полиыербетона почти в два раза.

Для списания деипф<рущнх свойств полиыербетсна наиболее подходит модель Такакнага с соададоваталькам эле-

ментов. Модель корректна до тех пор, пока количество наполнителя a cisca ко прзшсЕэт приблизительно ю точиостьл до 20$). Это объясняется изменением; объема полимерной ыатрида, расшгянаэ знвргкя происходит з матриц«». При стеоэни наполиэ-лая болга 53% в магераегэ появляется дополнктольнь'Д ггзха-изн рассеяния энергии (i^rxwrícíj гнугроннгго тр-ги:ьт {вязкого l-.:¡ cysoro)). 3 результат© просэдсгосж есоледозамай оодтз«р-5Д8иа георэтачосхиэ rafees ангхл еакагягм дедахфмрущпх свойств ло-

Дал потайная деагв^круи^аз слоистs под^зрбе-ганоя несб*«-днао угэлкчать деггффугЕ?.!® сиоПотва иатрчца, создать вяэхую про слой; ty кгяаду кглолштелет з аатриц-Л, прдгеддаогл к з Е-гнив »«эких сил, а такго вгаольгопать низксиодулъные н^^жл-толи с 5олышогк коупрут'Ай« дс$эдигцяаа&.

¿дя повышения демпфир,,сцих osoScts -ул..,

нув ыа'.'рицу модифицировали ъсдгосм каучуком C.-vh-2o, i : .:>. гскврсм ЫГФ-tf цутсм механического смеленля _ j. ал- . .>-

кие 20£-в каучука дли 2С&-в МГ5-9 увеличивает дахракж .«-го-баний полимерной матрицы в 2-3 раза.

Исследованы демпфирующие свойства полимербетонов с вяылс оболочкой вокруг частиц наполнителя в матрицы. Наполнитель (песок) предварительно обрабатывался олигомером ЫГС-9 в кс честве 0,8* по массе. Содержание песка составляло от 0 до 90* по объему. В результате образования вязкой оболочки вокруг частиц наполнителя происходит повышение демпфирующих свойств полимербетона при всех степенях наполнения. При содержании наполнителя 90Й демпфирующие свойства полимербетона аизросдн • почти в три раза.

Наиболее перспективными с точки зрения регулирования физико-механических свойств материала являются полимербетоны, полученные по каркасной технологии. Результаты исследований показали, что с увеличением количества вязкого клея каркаса происходит повышение демпфирующих свойств полимербетона на 30-50*. Для склейки каркаса использовались ЫГФ-9 и-БФ-88.

Выявлено, что полимербетон с пластифицированным клеем каркаса (пластификатор - МГ4-9) имеетдекремент колебаний внш (не 20%) по сравнению с обычным каркасным полииербетоном. Ею больший деиафирушими свойствами обладает полимербетон с пластифицированным клеем каркаса и пластифицированной мапшде! (приблизительно на 85£). Также как и для обычного аодимербето! ва демпфирующие свойства каркасного полимербетона большое влияние оказывает полимерная матрица.

Высокими дешфврупшши свойствами обладают полимербетон* изготовленные по обычной технологии, во у которых заполнитель предварительно покрывался вязкой оболочкой (олигомером МГФ-9) в количестве Л от веса заполнителя. Декреыопт колебаний тако! полимербетона в 2,5 раза выше декремента колебаний обычного ксрквсного полимербетона.

Для описания демпфирующих свойств каркасного полимербетона были использованы модели с последовательным, параллельны» соединением, в также трехвдемвнтная модель, которая учитывает влияние клея каркаса на демпфирующие свойства материала. -Наибольшую сходимость с »кспервмввтом дают модели с последовательным соединением я трезг»ламентвая модель. Расхождение составляет около трех процентов. Эти модели можно ислользовап 10

для аналитического описания дебетирующих свойств каркасного полимербетона.

Низкомодульные наполнители оказынапт благоприятное пг.-'лите. на демпфируйте свойства полимербетонсв. Введение в полимерку:-; композиции диатомита а количестве I0Í¡ по объему поникает декг»-мент колебаний приблизительно на ЗОЙ при всех амплитудах перемещений. При этом статическая прочность практически не меняется. Наибольшее увеличение декремента колебаний (в 2-3 раза) происходит при введении в композицию 401 измельченной резины. Но при этом резко падает прочность материала (на 30£). Введение жз 1СЙ резины снижает прочность на 16$, но в целом она еще достаточно высока (82 Ша). При этом декремент колебаний возрастает в 1,6-1,8 раза.

Повышение демпфирующих свойств полимербетонов с низкомодульными наполнителями, по-видимоцу, можно объяснить тем, что в полимербетоне происходит раздвижка зерен более жесткого на-, полнителя низкомодульнам наполнителем. Вследствии этого, энергия колебаний на жесткие наполнители передается через демпфирующие слои низкомодульного наполнителя, что и способствует более интенсивному гашению колебаний*. Оптимальное количество низкомодульного наполнителя составляет 10-20$.

Исследована амплитудная и частотная зависимость демдфи-рухшх свойств полимербетонов с различной степенью наполнения, а также с разными наполнителями. Анализ исследований показал, что с изменением содержания наполнителя до 70% каблвдается амплитудная зависимость демпфирующих свойств полимербетонов. При наполнении 90£ декремент колебаний полимербетона практически не меняется.

Результата исследований демпфирующих свойств полимербетонов с разной степенью наполнения от частоты колебаний показывают, что декремент колебаний полимербетона с высокой сте-пены> наполнения зависит от частоты колебаний. Демпфирующие свойства полимербетонов с невысокой степенью наполнения (до 50Í) слабо зависят от частоты колебаний.

■ Демпфирующие свойства каркасного ползмррбетока почги )¿-¿ зависят от амплитуды деформации, что объясняется' его высокой степенью наполнения. Демпфирующие свойства полимербетоноь с низкомоду льны ми добавками зависят от амплитуды деформации z

П

частоты колебаний. С увеличением амплитуды происходит повыше! демпфирующих свойств полимербетонов.

Проведены экспериментальные исследования закономерное?! изменения динамических свойств полимербетонов при воздействий циклической нагрузки. С повышением демпфирующих свойств поли бетонов наблюдается повышение выносливости. Относительный пр дел выносливости при возрастании демпфирующих свойств на 65? повысился на 20$.

При циклическом нагружении полимербетонов («¡ез крупног заполнителя) происходит непрерывное снижение относительных д формаций и декремента кслебаний. Уменьшение 6 и 5 завис от уровня действующи напряжений и составляет 4-22Г для дефс ций и 10-26$ для декремента колебаний. Причем для вчеоких yi оно меньше, чзм для низких уровней.

Вид крибых циклических деформаций и внутреннею paccei энергии имеет одинаковый-характер. В начальный период колебаний (при относительном количестве циклов n/Nr = Chi ,3) npi дит ускоренное изменение динамических характеристик. , бараки кривых остается идентичным для различных уровней нагруэхи.

Исследования температуры саыоразогрева иолимербетона (Ses иГФ-9) при воздействии циклический нагрузки показали, температура саморазогрева полимерных образцов не' превышала Т = 30 ± 2°С. Следовательно, влияние теплового воздействия разогрева на разрушение полиыербетонного образца при циклическом нагружении незначительно.

Для описания полученных экспериментальных результатов была предложена следующая аппроксимирующая логарифмическая весимость: '

t ' .

П(е,г>1 = (пМп/НР1 J (2;

где Л ( £ ( S ) - повреждаемость, определенная по- изме] относительных дефорлвций или внугрен; рассеяния энергии:

до

¿1, - относительная деформация и декремент колебании в момент измерения;

5„ - начальная относительная деформация и декремент колебание-; л/А/, - долговечность материала; Ь, I - коэффициенты .

.Определение л оценка параметров 6 и производились методом наименьших квадратов.

В табл. I приведены результаты определения повреждаемости полимербетона по изменение деформаций и декремента колебаний для разных уровней нагружения.

Таблица I

Ппомв ' Уровни ! Коэффициенты уравнения (2) состав ! вагрухения !—;---

! ! ! Ь(£) ! ê {5) ! t(i)

I 0,8 1,041 0,0138 1,109 0,0277

(0 % МГФ-9) 0,7 1,120 0,0257 1,148 0,0308

0,6 1,235 . 0,0489 .1,241 0,0467

2 0,8 1,055 "0,0118 1,105 0,0242

(Ю % МГО-9) . 0,7 "1,130 0,0272' 1,141 0,0304

0,6 1,207 0,0469 1,284 0,0593

3 0,8 1,051 ' 0,0118 1,126 0,0284

(20 % МГ&-9) 0,7 1,121 0,0268 1,165 0,0359

0,6 1,187 0,0439 1,226 0,0487

Анализ результатов эксперимента показывает, что зависимость (2) достаточно хорошо описывает- процесс повреждаемости полиыербетонов и мохет быть использована для его усталостного разрушения.

В процессе усталостных «стнжшеё юзжясвего шшиеврбстенв изучались закономерное!-- его разрушения и особенности изменения динамически? характеристик под действием циклической нагрузки. Определен относительный предел выносливости каркасного полимербетона, который составил 0,6.

Анализ результатов исследований показывает, что в процессе усталостного разрушения происходит изменение свойств каркасного полимербетона вследствии накопления необра»имых повреждений.

13

Это проявляется в виде постепенного увеличения деформатгзис 'рассеяния энергии, изменения скорости ультразвука, расширь плосади разрушения в поперечном сечении полимерного образш; Каждый из эалх параметров к моменту разрушения достигав? оя деленных критических величин и может быть использован в гл*. критерия усталостного разрушения.

Установлено, что деформации (полная и остаточная) шзс рывно возрастают с увеличением количества циклов нагружения этом з процессе изменения деформирования можно выделить трк па. Первый этап характеризуется быстрым ростом деформаций д определенной зелич::ны. З^орой этап примечателен постепенным накоплением дефектов. Третий этап характерен интенсивным на нием повреждений, обуслоьленным слиянием одиночных трещин в гктральную трасику, приводящую материал к разрушению.

Зреул до начала наступления третьего этапа является р ко;: долговечностью материала, и определение его даст возмож избежать- нежелательных последствий при эксплуатации констру Основную часть долговечности составляет второй этап.

Для описания процесса усталостного разрушения использ уравнение Ксффина-чУэнсона:

к

£-(л/Нр) - С , (

где - параметры, определяемые экспериментально.

С ростом числа циклов колебаний происходит увеличение разрушенной площади поперечного сечения. Критические значен: разрушенной площади сечепяя в момент разрушения являются пр. чески одинаковыми для разных уроиней иагруження. Усталостно! разрушение происходит из-га досишэния критического знач.-.'з. поврежденной площади. Поврежденная щраадь составляет при ,г 16-202.

Пек циклическом нагру.у.<зш<гя полимербетона с ростом чис. •дйхлов изменяются его прочностные свойства, которые косвеши оценивает по изменению скорости прохождения ультразвука. С ; лечением количества циклов происходит непрерывное снижаете скорости ультразвука. Это говорят о накоплении микродефектоз сгу.уктуре маторталг;, •оСразпзднгк трегиш, нарусекла сцеплена-"Ц^лу полимерно;: •игри::еп г запс.-л-кте-ам.

Прогнозирование долговечности каркасных полимербетоноз при действии циклических нагрузок осуществлено методом деграда-ционных функций, ¿ля определения дегралашюнных функции применялись неразрушаюшзе :.:етод=,: деформационный, ультразвуковой, резонансный.

Деградационные кривее, определенные по изменению полных и остаточных деформаций, для уровней нагружения выше предела выносливости почти совпадает, чтс говорит об одинаковом характере разрушения катеркала.

Аппроксимацию результатов эксперимента производили следующей аналитической зависимостью:

В =1/1-6-а Ь' , (5)

где а, я - константы; с

Ь - долговечность полимербетона;

5 - напряжения.

Результаты вычислений параметров аппроксимирупзих кривых представлены в таблице 2.

Таблица 2.

! Уровень ! Значения ксзайициента П Материал 'натругения » (при а =0.0625) для

Каркасный 0,9 - - 0,0068 0,0006

полимербетон 0,8 0,0292 0,087? 0,0093 0,0008

0,7 0,0257 0,0744 С,0106 0,0040

0,6 0.0085 0.0384 - адЕЕБ

Деградациояные фунгму«, определенные по изменению скорости прохождения ультразвука и изменению поврежденной плояади поперечного сечения, имеют ллнекяый хгзазткэ- Эвзггзпгэеть функций деградации по изменению д^ре-тгаяй ст игвмлтельяого количества цнк-лов колебаний нелинейна.

Технико-экономическая эффективность применения полимерао-тонор обуславливается снижением себестоимости к трудоемкости работ и увеличением долговечности покрытия. Экономический эиаект от внедрения полимербетонов при устройстве полоз составляет 23,2 тыс. руб. на 452 м2. Эксплуатация покрытия в течение 2 лет подтвердила их высокую надежность г долговечность. ,

ОСНОШЫЕ выводи

1. Разработана модель, позволявшая рассчитать и математически описать зависимость демпфирующих свойств полимербетона от демпфирующих свойств составляющих материалов, их количеств и аестксстей.

2. Демпфирующие свойства полимербетона в основном зависят от демпфирующих свойств матрицы и ее количества. При матрице, слабб рассеивающей энергию колебаний, эффективно применение вы-сокодемпфируюпшх наполнителей.

3. Для повышения демпфирующих свойств полимерной матрицы следует применять пластификаторы (модификаторы) и вязкоупругие' материалы. Введение 20 ;1-б каучука СКН-26 или 20-^-а олипомера Г.1ГФ—9 увеличивает декремент колебаний матрицы в 2-3 раза.

4. Подобраны низкомодульные наполнители, способные улучшить демпфирующие свойства полимербегона. Оптимальное количестьо наполнителя составляет 10-205«. При этом демпфирующие свойствл возрастает на 20-8®. Наиболее эффективны:^ дешфируыаими добавками являются резиновая крошка и шлак.

5. Разработан способ повышения демпфирующих свойств полимербетона, заключающийся в создании вокруг наполнителя (заполнителя) вязкой оболочки. Создание ободочки из олигомера МГФ-9 вокруг Песка и щебня повышает демпфирующие свойства полимербетона в 2,5-3 раза.

6. Демпфирующие свойства полимербетонов цри высокой степени наполнения (более 70$) практически но зависят от амплитуды деформации. Частотная зависимость демпфирующих свойств наблюдается при степени наполнения до 50$. Демпфирующие свойства. полимербе тонов с низкомодульными наполнителями зависят от частоты колебаний и ампл туда деформаций.

7. С повышением демпфирующих свойств полимербетона (без ' крупного заполнителя) увеличивается его выносливость. Относительны;! предел выносливости при возрастании демпфирующих свойств на 55 повысился на 20 %. При действии циклических нагрузок цроисхо дит ензгхенпе декремонта колебаний полимербетона. Интенсивность зи;г.еккя декремента колебаний зависит от уровня действующих напря

-"¡■'"Чем для ьысокпх уровней сна меньше, чем для низких.

ь. В процессе усталостного разрушения а полинербетоне (без крупного заполнителя) накапливается повреждения. Повреждаемость

полимэрбетонов зависит от уровня напряжений, демпгёпрувоск свойств . материала. С повышением дешфируших свойств повреждаемость уменьпается. Для описания повреждаемости использовалась гппрокск-шрушая логарифмическая зависимость, которая uoze? бить использована для определения долговечности полшербетона при действ;::: циклических нагрузок.

9. Установлено, что в процессе усталостных испытании в карта он огл полимербетопе происходит изменение его свойств вследстзпп накопления необратимых повреждений. Это проявляется в зкдг постепенного увеличения дефррматианостп, скорости ультразвука, расширения площади разрушения в поперечном сечекип образца. Каждый из этих параметров к моменту разрушения достигает определенных критических величин и может быть использован в качестве критерия усталостного разрушения для описания долговечности материала.

JD. Разработана (.ктодика прогнозирования долговечности кар- . касного полиыербетона при действии циклической нагрузки, основанная на применении детрадационных функций.

Основные положения диссертации опубликована в следуших работах: ' -

1. Солоыатов В.И., Черкасов З.Д., Лукин. А.Н. Композиционные материалы с улучшенными динамическими хзрактерпстпка'^ // Эзггектив-ные строительные материалы для Нечерноземья: тез.докл./ пердев, ун-т , Саранск, 1986. -С.23.

2. Солоштов В.И., Черкасов В.Д., Лукин А.К. Влияние низкомодульных добавок на динамические характеристики полимерных композиций // Строительные композиционные материал»; на основе отраслей промышленности и энергосберегаюпие технологии: тез.докл. / "Липецк, полит, ин-т , Липеак, 1936. -С.48.

3. Черкасов З.Д., Лукин А.Н. Динамические свойства ко •.позиционных материалов с низкомодульяыми добавками /,/ ам-ективность энедре:пи научно-технических разработок ученых .Мордовского ордена Дружбы народов государственного университета имени К.П.Огарева 2 производство: тез.докл. /Нордов, уя-- , Саранск, 1936. -С.4С.

4. Селя ев В.П., Ссдсматсв В.;;., Чаргасов З.Д., Лукин А.Н. Долговечность композиционных катеряалоз при ипклическом воздействии нагрузок // Долговечность" и эксплуатационная надежность материалов, элементов, изделий и конструкций: тез.докл./ Нордов.ун-т, Саранск, 1987. -С.24.

5. Лукин А.Н. Закономерности разрушения полямэрбетонов при воздействии циклической нагрузки /V .Использование проча пленных отходов для изготовления строительных :<онстру:;цп>1 к материалов: тез.докл./ "ордов.ун-т, Саранск, 1983. -С.25.

6. Лукин А.Н. Закономерности усталостного разрушения по-чимероегонов /7 Научные исследования и .от внедрение в строитель-

страсти (получение бетонов по раздельной технологи:, долго--••••-::сс!-ь .'уггоптьльккх материалов и конструкций): тез.до <л. / ',>рло:>.:."--г, Саранск, .9С2. -С.57.

7. Соломагов З.'Л., "е.гчез В.Л., Черкасов З.Д., Ду^ин А.II. '.Гсследозакае де:.лт;1р7:ч:;ог слоист:; лслимербетонсв //' Нвуп после до ваккя и их внедрение з строитель»«;; отрасли (:сл7'ение бетонов по раздельном технологии, долговечность строителет-:х мг.тер-иалоз и хокструкзги): тез.докл. /Лордоз.ун-т, Сг.рлч.'.:, 1^9. -С. 56.

3. Лукпа А.Н., Черкасов В.Д., Селяев З.П. ".сследовгк ? ости толишрСетонов с учетом деотзлрувезх свойств ,•/

У.птенси','ик&и2Я современной технологии композяцисишлс строит 'яь-н.г/. материалов- эСсехтизннй путь экономна ресурсов и трудов:.-с затрат » трансаортнсм строительство: тез.докл./ 1£,г0.

-С.С-.

9. А.с. 1428732 (СССР). Полимерная композиция / Селяев Ь.П. Соломатоз В .К., Лукин А.Н. и др. Опубл. 7.10.1988, Еюл. И 37. .

'3

За:саз .'5 • Объем 1,0 п.л. Зйрал 100 экз.

Мел-зу зсзская типография Мордовского университета 430000, г.Саранск, ул.Советская, 24