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

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЩШЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР

САРАТОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИ!! ШСШУТ

На правах рукописи Экз. №

ЛШН Александр Николаевич

УДК 691.342 : 620.170.311.6

даЩЯУЩЕ СВОЙСТВА И ВЫНОСЛИВОСТЬ ПОЛЗЙЕ? БЕТОНОВ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы н изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов - 1990

Работа выполнена на кафедре строительных ковструз Мордовского ордена ДружОи народов государственного уши имени Н.П.Огарева.

Научные руководители г- доктор технически наук

профессор В.П.СЕДЯЕВ, кандидат технических нг.ук доцент В.Д.ЧЕРКАСОВ.

Официальные оппонента - доктор технических нвул . ' У.Х.ЛАГДЕЕВ

кандидат технических на/: ст.преподаватель И.В.Ш.1

Ведущая организация с- ? дЩНСКА1РШР0!«СГ1

Зашита состоится 1990 г.

" " часов на заседании специализированного совета iC063.58.C2 по присуждению ученой степени кандидата т ческах наук по специальности 05.23.05 - строительные и и изделия в Саратовском политехническом институте (410 Саратов - 16, ул. Политехническая, 77).

С диссертацией можно ознакомиться а библиотеке в

Автореферат разослан " ^ *

специализированного .

кандадат технических наук В.В.Кузн

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность гели. Соаерявнствование конструкция дугам аозшаняя их долговечности и надежности оря ишшь-ыых затратах материалов является одно® из основных задач современного строительства. Решение этой задачи особенно актуально ара проактировании строительных материалеа и эффективных конструкций, досяриыхмащих динамические воздействия от оборудования, станков а др. Важно! задачей динамики является изучение динамических характеристик материалов и конструтщий, » частности, научение демпфирующих свойств, определяхярсс уровень вибрации и интенсивность внутренних усилий в конструкциях » наиболее опасных - резонансном а близкой к нему - рехимах колебаний.

Фундаменты а покрытия долов в промышленных зданиях подвергает сл комплексному воздействию всевозможных нагрузок - статических, динамических, температурных, »лихняя агрессивных сред и др., связанных непосредственно с процессом производства. Практика эксплуатации существующих фундаментов и покрытий полов показывает, что ори действии на них динамических нагрузок они быстро разруаа-атся или приходя:.' в состояние, непригодное для дальнейией эксплуатации. Одним из перспективных путей решения проблемы по вылепил долговечности фундаментов я похрцткЦ по^о*, подлеченных воздействию динамических нагрузок, яжая$тод применение долямербетэнов.

Использование, полиаербетонов шзволяет значительно прод-«ить срод служен конструкций адакиД, набежать затрат на внеочередные ремонты, янавздиые преждевременным разрушением.

Перспективным представляется способ приготовления ксмао-ивдокквд яатвриалоа с направленной макроструктурой, по которому юрыа »аполютшга щядварятэльио соединяется а каркасы, а затеи цгетоты в каркасах заполняются спязуюии. Таге ал технология позволят получать ммпрн&гн с заранее заденныш свойствам;!. Причем гаркасные коййозицлошгиэ м&твра&га йогу? быть приготовлены на >азяичш1Х я даа.» несотазстякьа Мауа^гз. -

Несиотрл. на вез зоэрастгжщиа ы&сетгбй пр;о»н«ияя полимер-¡етоков в покрятигх полоз, и частично а фундаментах. остагтсд на-»шенгшыа вопросы демпфирования я *ьиослязоста соллмзрбегииоз.

Цель и задачи исследований. Цель» настоящей работы является разработка методов прогаозирования и повышения демпфирующих свойств и выносливости полимербетонов, подэеигенных воздействии динамических нагрузок. Реализация поставленной цели обуславливает необходимость комплексного решения следующих задач: ■ "

- установления влияния степени наполнения полиыэрбетона на его демпфирующие свойства;

- исследования вш лея демпфирующих свойств исходных компонента на демпфирующие свойства полимербегона;

- установления влияния низкомодульных наполнителей на демпфирую цпе свойства полимербегона;

- исследования демпфирующих свойств подшербетонов в зависиыосг от частоты и амплитуда колебаний;

- теоретического описания демпфирующих свойств полимербегона;

- 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 or степени наполнения для разных наполнителей. Установлено влияние матрицы и на доднителя (заполнителя) на демпфирующие свойства полимербегона. Выявлены зависимости демпфирующих свойств полимербетоноз от структурообразующих факторов. Цреддохены способы повышения дет-д-друших свойств"полимербетонов. Экспериментально установле зависимость выносливости полимербегона от его демпфирующих свой Исследованы закономерности усталостного'разрушения полимербетон в roi: числе каркасной структуры. Предложен метод прогаозировани долговечности полимербетонов при действии циклических нагрузок помопью деградациошшх функций.

Практическое зн-ачениеработы. Разработанные пояиыербетоны аффективны при изготовлении фундаментов и полов в промышленных зданиях, подверженных воздействию динамических нагрузок, а гакха в базовых элементах ыеталлорахун станков в станкостроительной промышленности. Замена мвталдичесв базовых элементов в станках на полимербетонные приведет к знвчв тельной вхоноиш ыетвлда, повысит точность обработки деталей, удучааг условия труда рабочих. ®

.Реализация работы. Результаты работы внедрены при устройстве полов на заводе KEK-I треста "Ыордоа-стройконструкция", при.изготовлении фундамента под паровоздушный молот на Саранском экскаваторном заводе, а также используются при чтении спецкурсов и основных курсов ло кафедре строительных конструкций.

Апробация работы. Результаты исследован'/-!: докладывались на научно-технических конференциях в г.г. Липецке ЛЗьб г./, Саранске /19В6, I9Q7, 1988, ХЗоЗ г.г./, Москве /1990 г./.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных рйбот, подано три заявки на изобретения, получено одно авторское свидетельство.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, оснозннх выводов, списка использование;; литературы из132 навменоианий и приложений, содержит 15^ страницы машинописного текста, в том числе 9 таблиц и 32 рисунка.

. ОСНОВНОЕ С0ДЕРКМ&1Е РАБОТЫ

В работе приведен анализ отечественной и зарубежной инфоргтацил з области исследования демпфирующих свойств и выносливости полимерных материалов^ бетонов и полимербетонов.

. Изучакип демпфирующих свойств полимерных композиционных материалов а полимербетонов посвящены работы 3. М.Чзиш^епа, В.Д.Черкасова, А.Е.Шдаова, З.А.Елфкмова, П.П.Оддь-рева, л.Г.Па-новко, М.ШНесертдиновз, В.Д.Иопова, П.К.Чуйко, В.М.иве;,ко, Г.Балла, Д*.3ауэра, Г.Оборота, Г.Турна, Дх.С«рри и рр.учыих.

Рассмотрена завпевкаеть, ^srnîrrjrrzzr аяаИсяг шгдЕда^ииз: композиционна* ».^териалда от язгз стяояа, ката гагат ег.я, уровни напряжения, ддигелъвоста циклического нагрукенид а других факторов. Показано, что д&яфгрувгяе слоист'ва матера лот. -.п-висят от ¡лтплитуды язавиесгва ïœrâasrait. Изменение члс?п-.-колебаний в дияпазоно, еоответствуасем частотам ког.о'а!!;:.; строител1-.шх конструкции, элияот на величину ucvr.v:..zn-m anc-irv..'.. Кроме тс о, на .ïe?.3i!£:iryœae свс;:стза '.ч.

вяаяит ли честно циклов колебпяай к наличие т?с-.ик..

для конструкций внутреннее рассеяние энергии больше, * для материалов,из которых оке сделаны. Отмечено, что прочное материала корреляционно сглзана с его демпфирующими сеонстве Де!.*С;-кр:га2ие свойства пелкмербетоне зависят от степени наполнения. Исследователйви установлено, что поли«ербетоны обладают значительно более высоки;®, демпфарушааги сзокствача че-.г у стали, чугуна и-других материалов.

Установлено. что елвбо изучена зависимость деглзфирующз свойств поли.:е;-оетонов от количестве наполнителя. Кедостаточ сзедения'вяияния свойств составляшнх лолимерйетона на его демпфирующие сзойстза, Цало исследовано влияние, частоты коле у: ашлитуды деформаций на демпфирующие сзойстза.

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

Исследованиями выносливости полимербетонов и конструка них стеклопластиков занимались А.',;.Ушанов, П.Г.Левченко, А.Б цинчпк, Н.С.Карпухин, В.М.Чернышев, П.П.Оддырев, С.Б.Рагнер, В.Р.Регель, В.П.Тамуж, П.К.Чуйко, В.Д.Черкасов и да.

Приводятся данные по выносливости полимерных кошозици ннх материалов. Выявлено, что не исследованы в полном объеме закономерности усталостного разрушения полимербетонсз, не су-сестэует методов прогнозирования выносливости полимербетонов учетом демпфирупвих свойств.

Сформулированы цель и задачи диссертационной работы. В качестве связующих для по зшыврбетонов использовались эпоксидг смолы марок ЭД-^О, ЭД-16. Отверждение впоксидных смол произве дклось поливтиленполиамином. В качестве заполнителей полимере гона использовали мраморный шебень фракции 5-Ю'ш. Наполните лями служили молоткС кварцевый.песок (марталит), диатомит, ш керамзит, полистирол, диабаз, резиновая крошка, пески с Ы_ = 1,1 е !Л1Г>>= 2,45. . •

¿¿'определения физико-механических характеристик поаи-ыербетонов применялись современные Механические, физические е 4 математические метода. Характеристики материалов определялись в соответствии с сусествушими ГОСТами.

Исследования демпфирующих свойств полимербетонов проводили с помощью установки, которая была собрана из различных сер&шо выпускаемых блоков электронно-измерительной аппаратур

С *

Испытания лроводились на образцах, которые закреплялась ксдсэль-яо з зааяанои устройстве, устаиовлзннсм на массивном бетонном основании. Логарифмический декремент колебаний определяли по . ширине резонансной кривой.

Испытания с )ЛИмер5егонов на выносливость производились на специальной установке, разработанной и изготовленной ао лгрс-ко распространенным схемам. По динамической схеке установка относится к классу гаша с' эластичным косвенны/л возбужден:?»;«. Усталостные испытания проведали при постоянном значении коэффициента асиммвтрш 02кла-( р = 0,2). База испытаний была принята равной 2 • 10ь циклов, частота - 18+20 Гц.

Лрл испытания поламербетонов на выносливость изучали измзнеяив демпфирующих свойств с увеличением количества циклов гчутбаний. Определение декремента колебаний лроазводила цри ¿¿лаковой амплитуде деформации яолимербетона. Изменений ге:^ пературы разогрева пояимербетона три циклическом нагружеаих рсгасгрироваяа потенциометром ХСП-4. Хдя измерения времена ' распространения ультразвука в- полииарбетона применялся ярп5ор УК-ДШС. Использовались ультразвуковые преобразователя с частотой 60 Гц. Измерение относительных деформаций осунестзля-яось автоматическим измерителем деформаций АйД-4.

Исследования бала проведены с применением матеммачеспих Кс*ггдов планирования зкспергалонта.

Регрессионный анализ экспериментальных дакшас ярадодаяси с применением ЭШ ВС-1020.

Сформулкроваян теоретические предпосылки описания динамических свойств композиционных а»:терналов. для описания демпфирующих свойств полимэрбвгоиоз использовались ¡¿ехаии-ческав модели Такаянчги с последовательным и параллельным*, соединением элементов, з гагара: .тдругяв д вяззгз г л::.- модулируют соответственно нгтзашгсвяь а катрсп^.

демЕфируэиае свойства аолинерОэтона ззвиспт от дездг;л-русиах свойств полимерно»! матрицы и наполнителя, ас усдулаЛ упругости я количества з екеоз-еуе:.

Анализ и-оделеЗ доказывает, "то двкп;ар.уж;:з сл2:гсгэа аол>аиербзгсна зависят от деггпфарувсах свогс-а матрацу з сслг.-вей мерз, чей от демпфируй^» сзоЗс.тз • наложат -.г? (при сге-:?азодп(Мр.я до 5СЗ). Лгч еааса&хг

каркасного полныербетона применен« трехэлементная модель.

Лля прогнозирования выносливости полимербетоноз исдользо метод деградационных функций. Деградааиоаные функции с;;рсде,£я»тся отковенвок количественных показателей свойства

В (• t ) в моменты времени . fc в К и показывают временно ¡r.-ueawiae cbov.m3£ аоетаербетона при ааданннх напряхакинх <5 • гоготе колебаний _f л коэффициенте асишетрии цикла jp

DfR! í [Bit,б, /.jp)]/[B(t.}]. (i)

Леградациопнае функции можно определять аналитически а окспериыенгально из анолиза деградации поперечного сучения аолглерсггонного образца. Деградацнокнне функции позволяют опг-е^илить долговечность материала при воздействии различных

¿uiTpvsoK.

Проведена исследования степени наполнения полимербетона ни его ддкпфяружшш свойства. Изменение демпфируют! свойств при увеличении степени наполнения имеет приблизительно одинаковый характер. Выявляется характерный спад демдфирурдих caofccts с увеличением количества наполнителя до 50-60%. При ^альлейавм увеличении степени наполнения происходит повышение декпфгруввахсвойсте поличербетонов. Причем для низкомодульных наполнителе;: (керамзит, полистирол, графит) происходит Оошве уьеличевас декремента колеоаниё, чем с высокомодудьныма напол-нкталыл! (варгзяит, кварцевый песок).

Днмгс-крдаяе свойства яолимербегонов с высокомодуяьными е с г.изгзкодулшнй наполнитеяямг определяются в основном

iir.yytai-x своигтаам» и количеством матриод, а таете вязки-„ мг сasases, возяикавсими при движении частиц наполнителя в полимерной среде. ¿еьгпфкруьвне свойства полямербетонов с высоко-

наполнителем при большой степени наполнения опреде-ллстая. также его неувругвми деформациями (потери энергии колебаний ь кадолнктеяе).

Ваедегае наполнителей Повывает упругие свойства полимер-аегсшов, о чем свидетельствует увеличение резонансной частоты кехсбали*. ¿ля полюгербетоиов о високоыодульяда наполнителем (»»риалитсм) резонансная частота о изменением степени ваполне-

нив от 0 до 90Í увеличилась почти в два раза. С уаяляченяеы стешни наполнения происходит также увеличение динамического модуля упругости, определенного по скорости прохождения ультразвука (приблизительно на 250Í).

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

Установлено влияние катрицы а заполнителя а р&гличннхх дмшфирушциш свойствами на дюшфирупцио свойства ооляме^втина. В качестве математической модели был принят ортогональна двух-факторный алан второго порядка, в котором варьярушсзи факторами были количество олигомера ЫГФ-9 в матриц» а заполнителе.

Анализ иссладоэанкй подтвердил, что демпфируйте свойств* подаыербетона зависят от демпфниухщих свойств: матрицы а бйльпаЛ степени, чем заполнителя. При увеличении двмлфирущшг сбсйотз заполнителя в три раза демпфирующие свойства, полдмврбетона возрастают всего на 30%, в то врамя как повышение демгфцзугдагс свойств матрицы в три раза увеличивает демафмруацаа сзойстза поламэрбвгона почта s два раза.

Для списания демпфирусцих свойств пояимврбетоиа наиболее подходит щцэль Такали ara с последовательным ссадянекиам зл«з-нентов. йодвль корректна до тех пор, пока количество наполнителя в скоса и» ерзвышаэт приблизительно iа точностьл до 2QJ). Это объясняется изкзноккса объема полимерной иатртя, расавяшэ (давргкн происходи? a матрица. При атшханл ¡даюлиэ-няя бэлеэ 52? а кагвраавэ появляется допалнятаяьниЛ шхгтхаи рассаяаяя йнерган (ихганигл г_чутргш:вго тренал (вязкого -t?.4 сухого)). В результате авогздецкна вевладов&ниа-йодтаврящвиа Ееоргзйчооккэ орсйшсгши осгззяка деап&фукцюс ОЕОЯСТ» ао~

Для аоаавяшя деафг^^к?» зэейатв юлжарботомоя нвебхц-диио угмкчц?» дязфщуяфз сдоЕотпд матриц, создать зязкуо ■ лрсолоШсу исяду кглалсяслг:! а 1г«р«цзЯ, врлесдяз(уа к возник«-шив атакиа сия< а текго аспоаьзоБлть низкеиздугьные кадс-лии-?али с 5ольдаагз иоупрупаи дефорайцияиз«

/да ооеазгнкя деийфф/версс свойств оодак»рб#гс,«г.а гл-гте;-нуи матрицу модифицировала чадким ааучуком &3i-2¿, а гыт»ч гокэрсц МГ<5-у путем механического штакчя ксмпгя8иг.>а. ua» .j-

кие 20£-в каучука sai 2QÍ-B ЦГФ-9 увеличивает декрешкг аоа&-ÓBBB& полимерной матрицы в 2-3 раза.

Исследованы демпфирующие свойства полимербетовов с вязк< оболочкой вокруг частиц наполнителя и матрицы. Наполнитель (песок) предварительно обрабатывался олигоыером НГ&-Э в количестве 0,8$ по массе. Содержание песка составляло от 0 до 9С% по объему. В результате образования вязкой оболочке вокруг частиц наполнителя происходит повышение демпфирувпяис свойств пояимербетона про всех степенях наполнения. При содержании наполнителя 9С& деипфЕруюше свойства пояимербетона возросли ■ почти в три раза.

Наиболее перспективными с точки зрения регулирования физико-механических свойств материала являются полимербетоны, полученные по каркасной технология. Результаты исследований показали, что с увеличение« количества вязкого клея каркаса происходит повышение демпфиругоихсвойств полимербетона на 30-50?. Для склейки каркаса использовались ЫГФ-9 в ;Б®-88.

Выявлено, что полимербегон с пластифицированным клеем каркаса (пластификатор - МГ4>-9) имеет декремент колебаний вше (вв 20?) по сравнение с обычаям кяркаенны полимербетоном. Бое болызал деыпфирушиыи свойствами обладает оолимербетон с пластифицированным клеем каркаса в пластифицированной матрще! (приблизительно аа 85$) . Такие как и для обычного лодимербени на демпфвруппие свойства каркасного полимербетона большое влияние оказывает полимерная штрица.

Зысокши дешфирушшми свойствами обладают полимербетокь изготовленные по обычной технологии, во у которых заполнитель предварительно покрывался вязкой оболочкой (олигомером КГФ-9) в количестве & от веса заполнителя. Дещ>емент колебаний такрх полимербетона в 2,5 раза выше декремента колебаний обычнрго каркасного полимербетона.

Для описания демпдерущих свойств каркасного полимербетона были использованы модели с последовательным, параллельны« соединением, в также трехвдеиентная модель, которая учитывает влияние клея каркаса на демпфкруввие свойства материала. Наибольщу® сходимость е »хсоерашввтом дают модели с последовательным соединением я трехэлементная модель. Расхождение составляет около spec процентов. Эти модели можно использовать 10

для аналитического описания демпфирующих свойств каркасного полимербетона.

Низкомодульные наполнители оказывают благоприятное вж-яние на демпфируйте свойства полимербетонов. Введение в полимерную композицию диатомита в количестве IQS по объему повышает декремент колебаний 'приблизительно на '30% при всех амплитудах перемещений. При этом статическая прочность практически не меняется. Наибольшее увеличение декремента колебаний (в 2-3 раза) происходит при введении в композицию 40л измельченной резины. Ко при этом резко падает прочность материала (на 30%). Введение же . It$ 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-видимому, можно объяснить тем, что в полимербетоне происходит раздвижка зерен более жесткого на-, полнителя низкомодульным наполнителем. Вследсгвии 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 демпфирующих свойств полимербетонов с различной степенью наполнения, а также с разными наполнителями. Анализ исследований показал, что с изменением содержания наполнителя до 70% наблидается амплитудная зависимость демпфирующих свойств полимербетонов. При наполнении 90% декремент колебаний полшербетона практи-чесюгве меняется.

Результата исследований демпфирующие свойств полимербетонов с резной степенью наполнения от частоты колебаний показывают, что декремент колебаний полимеровтона с высокой степень» наполнения зависит от частоты колебаний. Демпфирующие свойства полтюрбетонов с невысокой степенью наполнения (до 5СЙ) слабо зависят от частоты колебаний.

• Демпфируюпие свойства каркасного полимербетона почти не зависят от амплитуды деформации, что объясняется его высокой степенью наполнения. Демпфирующие свойства полимербетонов с низко моду льны ми добавками зависят от амплитуды деформации и

П

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

Проведены экспериментальные исследования закономерное: изменения'динамических свойств полимербетонов при воздействг циклической нагрузки. С повышением демпфируших свойств пол! бетонов наблюдается повышение выносливости. Относительный щ дел выносливости при возрастании демпфирующих свойств на 655 повысился на 20$. . .

При циклическом нагружении полимербетонов (оез крупно: заполнителя) происходит непрерывное снижение относительных д формаций и декремента колебаний. Уменьшение В г 5 завис от уровня действующа напряжений и составляет 4-22?' для деф( ций и 10~2&% для декремента колебаний. Причем для вчеоких у] оно меньше, чем для низких уровней.

Вид кривых циклических деформаций и внутреннею рассе; энергии имеет одинаковый.характер. В начальный период колебаний (при относительном количестве циклов п/ЫР = О+С,3) щи дит ускоренное изменение динамических характеристик. „Саракп кривых остается идентичным ддя различных уровней нагрузки.

Исследования температуры саморазогрева ¿олимербетона (5ез МГФ-9) при воздействии циклической нагрузки показали, 1 температура саморазогрева полимерных образцов не превышала Т = 30 2°с. Следовательно, влияние теплового воздействия разогрева на разрушение полимербетонного образца при циклическом нагружении незначительно. ...

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

МФр)1} ' (2)

где П ( В, $ ) - повреждаемость, определенная по-измен относительна деформаций или внутренн рассеяния энергии:

до '

¿■к, - относительная деформация и декремент колебаний

в момент измерения; £в 5, - начальная относительная деформация и декремент

колебаний; л/Л, - долговечность материала; Ь, Ь - коэффициенты.

Определение I оценка параметров { и ( производились методом наименьших квадратов.

В табл. I приведены результаты определения повреждаемости полимербегона по изменению деформаций и декремента колебаний для разных уровней нагруяення.

Таблица I

! Уровни ! Коэффициенты уравнения (2) оостав гвагружения!—?-----

' ! ! ! ! Н5) ! ¿

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

(0 % МГФ-9) 0.7 1,120 0,0257 1,148 о.озоа

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

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

(10 % ШФ-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 % И№-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 завнси- . мость (2) достаточно хорош описывает- процесс повреждаемости подимербетонорги может быть использована для его усталостного разрушения.

В процессе усталосгашг жсажапгг. ка^аасиого ¡кшшгрбстсна изучались закономерност~ его разрушения и особенности изменения динамические характеристик под действием циклической нагрузки. Определен относительный предел выносливости каркасного лоли-мербеторч, который со стазил 0,6.

Анализ результатов исследований показывает, что в пропесое усталостного разрушения происходит изменение свойств каркасного долимербетова вследствот накопления необратимых повреждений.

* Это проявляется в ввде постепенного увеличения даформатавв! рассеяния энергии, изменения скорости ультразвука, .расширен плошада разрушения в поперечном сечении полимерного образе Каждый из эггх параметров к моменту разрушения достигаот и деленных щзитических величин и может быть использован в тл< критерия усталостного разрушения.

Установлено, что деформации (полная и остаточная) нег рывно возрастают с увеличением количества циклов нагружена? этом з процессе изменения деформирования можно, выделить тр; па. Первый этап характеризуется быстрым ростом деформаций д определенной величины. Зторой этап примечателен постепенны! накоплением дефектов. Третий этап характерен интенсивным -не нием повреждений, обуслоьленным слиянием одиночных трешш I гистрзльяую трещину, приводящую материал к разрушению.

Время" до начала наступления третьего этапа является I ной долговечностью материала, и определение его даст возмог избегать нежелательных последствий при эксплуатации констрз Основную часть долговечности составив? второй этап.

Для описания процесса усталостного разрушения использ уравнение Коффина-Мэксона:

£.■(п/Нр)К - С , ' (

где к, С _ параметры, определяемые экспериментально.

С ростом числа циклов колебаний происходит увеличение разрушенной площади поперечного^ сечения. Критические значег-. разрушенной площади сечения в момент разрушения являются П1 чески одинаковым для разных уровней нагружения. Усталости разругаете происходит из-за доскйэния критического значен; повреждённой площади! Поврежденная площадь составляет при 16-20;-. . •-■ ■

При циклическом нагругении пояимербетона с ростом чис циклов изменяются его прочностные свойства, которые косвенн оаенивали по изменению скорости прохождения ультразвука. С .течением количества цяхлов происходит непрерывное снижение скорости ультразвука. Это говорят о накоплении микродефекто . структуре матершля, образования трещин, нарушении сцеплена подакбрнск матрицей :: заполнителем. ' ••'

Прогнозирование доягоррчности каркасных полимербетонов при действии Iзклэтесл:;: нагрузок осуществлено методом деграда-ционных функций: ^я о.-т.^лзкля мвгралаинокных функций примекя-лись неразруваюше -егох-,: деформационная} ультразвуковой, резонансны;:.

Деградапиокные гс-гак е, определенные по изменению волнах и остаточных деформаций, для уровней нагружения вше предела выносливости почти совпадают, что говорит ой одинаковом характере разрушения катерка ла.

Аппроксимацию результатов эксперимента производили следующей аналитической зависимостью:

])=1НаТ , (5)

где а, л - константы; ■

t - долговечность лолимербетона; £> - напряжения. Результаты вычислений параметров аппроксимируших кривых представлены в таблице 2.

. . Таблица 2.

! Уровень ' ! Значения коэайяциента П Материал !нагружения » {при а =0,0625) для

> I.

I }

Каркасный 0,9 - - 0,0068 0,0006

полимербетон . 0,8 0,0292 0,0877 0,0093 0,0008

0,7 0,0257 0,0744 0,0106 0,0040

0,6 0,0035 0.0384 - шУЕЕБ

Деградациониые опредмейвне.та изменению скорости

прохождения ультразвука и изменению повреядеяноЁ плошади поперечного сечения, имеют лзнекнн£ ха^ажжа- Зависимость функции деградации по изменению д?ггярг.тгпи£ ст итадаятельного количества циклов колебаний нелинейна.

Технико-зкояоЕИчеасая эффективность примгяежет ползгмерЗе-гоное обуславливается с кике ни ем себестоимости и ттт/лое'.псости работ и увеличением долговечности п'ократия. Экояог.ячески!: эффект от внедрения подимербетонов при устройстве полов составляет 23,2 тыс. руб. на 452 м2. Эксплуатация покрытия в течение 2 лет подтвердила их высокую надежность и долговечность.,

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДИ

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

2. Демпфирующие свойства полиыербетона в основном зависят от демпфирующих свойств матрицы и ее количества. При матрице, слабо рассеивавшей энергии колебаний, эффективно применение ш-сокодешфируших наполнителей. ,

3. Для повышения демпфирующих свойств полимерной матрицы следует применять пластификаторы (модификаторы), и вязкоупругне' материала. Введение 20 %-а каучука СВН-26 или 20 %-ъ. олигомера 1.5ГФ-9 увеличивает декремент колебаний матрицы в 2-3 раза.

4. Подобраны низкомодульные наполнптели, способные улучшить демпфирующие свойства полимербехона. Оптимальное количестьо наполнителя составляет 10-20$. При этой демпфирующие свойств,! возрастай"? на 20-8Ш. Наиболее эффективными демпфирующими добавкам являются резиновая крошка и илак.

5. Разработан способ повышения демпфирующих свойств полиыербетона, заключающийся в создании вокруг наполнителя (заполните-.тл) вязкой оболочки. Создание оболочки из олигомера ЫГФ-9 вокруг песка п щебня повышает демпфирующие свойства полимербетона в ■ 2,5-3 раза. ' ,'

6. Демпфгфуювдае свойства полвмзрбатонов при высокой степени наполнения (более 70$) практически не зависят от амплитуды деформации. Частотная зависимость демпфирующих свойств наблвдается при степени наполнения до 50%. Демпфирующие свойства, полимербетонов с нззкомодульнши наполнителями зависят от частоты колебаний и ампк туда деформаций.

7. С повышением демпфирующих свойств полиыербетона (без ' крупного заполнителя) увеличивается его выносливость. Относительный предел выносливости при возрастании демпфирующих свойств на

55 повысился на 20 %. ,При действии циклических нагрузок происходит сшнение декремента колебаний полимербетона. Интенсивность снижения декремента колебаний зависит от уровня действующих напря-.-еаг.!, причем для аысоких уровней сна меньше, чем для низких.

а. 3 процессе усталостного разруцения а полимербетоне (без крупного запошита ля), накаплпэагися воврездеадя. Повреждаемость'

полимарбетонов зависит от уровня напряжений, деыпкпруиших свойств материала. С повышением демпфирующих свойств повреждаемость уменьшается. Для описания повреждаемости использовалась аппроксимирующая логарифмическая зависимость, которая монет быть использована для определения долговечности полимербетона при дёиствкп циклических нагрузок.

3. Установлено, что в процессе усталостных исязтаний б каркасном полимербетоне происходит изменение его свойств вследстзшт накопления необратимых повреждений. Это проявляется в ввде постепенного увеличения дефоркативностЕ, скорости ультразвука, расширения площади разрушения в поперечном сечении образца. Кагдш! из ■ этих параметров к моменту разрушения, достигает определенных критических величин и может быть использован в качестве.критерия усталостного разрушения для описания долговечности материала.

Ю. Разработана методика прогнозирования долговечности каркасного полимербетона при действии циклической нагрузки, основанная на применении деградационннх функций.

Основные положения диссертации опубликованы в следуших работах: ' -

1. Соломатов В.И., Черкасов В.Д., Лукин. А.Н. Композиционные материалы с улучшенными динамическими характеристиками // Эффективные строительные материалы для Нечерноземья: тез.докл./ 1,!ордсв. ун-т ..Саранск, 1986. -С.23.

2. Соломатов В.И., Черкасов В.Д., Лукин А.Н. Влияние низкомодульных добавок на динамические характеристики полимерных композиций // Строительные композиционные материал» на основе отраслей промышленности и энергосберегающие, технологии: тез.докл. ./ Липецк", полит, пн-т , Липецк, 1985. -С.48.

3. Черкасов В.Д., Лукин А.Н. Динамические свойства композиционных материалов с низкомодульяк:,я добавками // Элективное та внедрения научно-технических.разработок ученых Мордовского ордена Дружбы народов государственного университета ¡пени Н.П.Огарева з производство: тез .докл. /Кордов, ун-- , Саранск, 1936. -С.4С.

4. Селяез В .П., Соломатов В .К., Черкасов В.Д., фхак А.Н. Долговечность композиционных материалов при циклическом воздействии нагрузок // Долговечность- и эксплуатационная надежность материалов, элементов, изделии и конструкции: тез.докл./ Кордов.ун-т, Саранск, 1987. -С.24.

5. Лукин А.Н. Закономерности разрушения полимербетонов щ воздействии циклической нагрузки Ц .Использование -промышленных отходов для изготовления 'строительных конструкций и материалов: гез.докл./ Нордов.ун-т, Саранск, 1988. -С.25.

6. Лукин А.Н. Закономерности усталостного разрушения полимербетонов // Научные исследования и их внедрение в строитель

отрасли (получение бетонов по раздельной технологи:, долго-•¡очгюсть строительных"материалов и конструкций): тез.докл. / !.'ордоз.ун-т, 'Саранск, 1989. -С.57.

7. Соломатов В.И., Селяез З.П., Черкасов В.Д., Лу-; ;ш А.Н. Исследование дешфирушгх свойств полимербетонов // Кауч «t исследования я их внедрение в строительной отрасли (.^слу ение бетонов по раздельной технологии, долговечность строительпмх' материалов и конструкции): тез.докл. /¡лордов.ун-т, ОараЯ'; :, IS3S. -С.56.

8. Лукин А.Н., Черкасов З.Д., Селяев В.П. Иссдедозак.-з . н-:;:осо:;ости полииербетоков с учетом демпфирующих свойств // Интенсификация совре;;ешти технологии композиционных строительных материалов- эффективный путь экономии ресурсов к трудовьт затрат в транспортном,строительстве: тез.докл./ JfflEt, !-«., ISi-Q.

—u.ob.

S. A.c. 1428732 (СССР). Полимерная композиция / Селяев Ь.1 Соломатов В.И., Лукин А.Н. и др. Опубл. 7.10.1988, Бол. Д 37.

'8

■«'• -------- ------------

Заказ J5 . Объем 1,0 п. д. iSpaa 100 экз.

^егвузсаская типография Мордовского университета 430000, г.Саранск, ул.Советская, 24