автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Использование полиэтилентерефталатной ткани с полвинилхлоридным покрытием в пневмоопалубках

КСПЗЮТЕРСТБО ПУТЕЛ СОССТ'ДЯ РОССХСКОй ОЕДЕРАДИИ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТЕЕНКаЛ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЛ СООЕ22В1Я

РГ6 од

Рл правах рукописи УДК 69. 057. 55: 678. 742. 2

АРЗУИАКОЗ Арбой Асроввкч

НСПОЛЬЗОВАШПЗ ПОЛЮТНЛЕНТЕРЕФТЛЛЛТНОП ТКАНИ

с полгалапглхло?!топл; по^ш^ге:! в пневхоопалубках

Специаллнссть 05.23. С5. - Строительные материал и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученей степени кандидата технических наук

Москва - 1994 Г.

Работа выполнена в Центральном межведомственном институте повышения квалификации руководящих работников и специалистов при ЬТСУ км. К £ Куйбыпева.

Научный руководитель: члеи-корр. Академии арх-ры и строит, наук, доктор технических наук, профессор Соколова Ю. А. Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Шаболдин В. П., кандидат технических наук

о

Шаталова^ К П.-

Ведущая организация: трест "ОргтехстроЯ" объединения Боронежстрой

Защита диссертации состоится " && " _1994 г.

—^час. на заседании специализированного совета Д 114.05.03 в Московском гооудаг-".тьенноы университете путей сообщения по адресу:' 101475, Москва. ГСП - 4, ул. Образцова, 15.; <5^.

С диссертацией можно ознакомиться -в библиотеке Московского государственного университета путей сообщения.

Просим Вас принять участие в защите и направить Баш отзыв по адресу: • 101475, Москва, ГСП - 4, ул. Образцова, 15.

Автореферат разослан " " 1994 г.

Ученый секретарь ' •

специализированного совета 1- Клккин В. И.

доцент, к.т.н.

/ЛСГУЛЛЬНОСТЬ. Использование пневмонапряхенных строительны:: конструкций в качестве опалубочных форм при возведения монолитных элементов зданий и сооружений позволяет в значительной степени уменьшить материальные й трудовые затраты. Отечественный и зарубежный опыт свидетельствуют о преимущественном использовании для изготовления пнезмокапря.чэкных опалубок тканевых материалов с резиновым покрытием. Применение в указанных целях тканей с термопластичным покрытием позволяет увеличить срою; эксплуатащп: лневмоопалуСок за счет повышения щелочестойкости, сни;лгния абразивного, износа материала » большей прочности пвоэ. Исследования физико-механических свойств мягкое материалов для изготовления, пневко.чапряхенкых конструкций, . включая специфичные условия эксплуатации в пневмоолалубках, посвящены изучения ряда характеристик материалов с резиновым покрытием. Практически отсутствует сведения об использовании термопластичных материалов в-пневмо-опалубках.

Поэтому актуальным представляется изучение закономерностей влияния технологических воздействия при эксплуатации пневмоопа-лубок в процессе возведения монолитных конструкций на термопластичные материалы. &го позволит изучить хараткеристики термопластичных материалов, необходим? для их эксплуатации в различных пневмонапрятенных опалубочных системах.

Исходя из вьшеизложенного цельп настоящей диссертационной работы является разработка рекомендаций по использования полиэти-лентере{салатной ткани с поливинилхлориднкм покрытием в качестве материала пневмсопалубки.

фи этом резались следующие задачи:

- ранжирование основных {акторов воздействия на материал пневмо-опалуйки; '

- изучение деСормативнссти ПЭТО-ткани с ПВХ-покрытием под воздействием растягивающих усилий при одноосной и двухосной схеме

загружения;

- исследование влияния влаги и агрессивной среды бетона на долговечность материала;

- определение стойкости материала к абразивному износу при торкретирован ИИ»

Научная новизна работы заключается в результатах экспериментально-теоретического исследования деформативности полиэтиленте-рефталатной ткани с полизинилхлоридным покрытием при эксплуатации в пневмоопалубках. Получены закономерности влияния'-влаги, агрессивной среды бетона и абразивного износа на изменения де-формативных сеоЯств материала и расчетную оборачиваемое пневыо-опалубок с учетом их геометрической неизменяемости.

ПРАКТИЧЕСКИЙ ВЫХОД. Результаты настоящих исследований -включены в "Рекомендации по возведению монолитных сооружений с применением пневмоопалубки" и позволяют разрабатывать технологические режимы эксплуатации пневмоопалубок, изготовленных из термопластичных материалов. Они является базовыми при создании перспективных материалов с термопластичны* покрытием для изготовления пневмоопалубок.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 4 работы. ОВШ! РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и приложения. Содержит 123 страницы, в том числе 25 рисунков, 35 таблиц. .Список использованных источников включает 102 наименования.

НА ЗАЩИТУ ШНОСЯТСЯ:

- основные закономерности изменения деформативности ткани с ПВХ-покрытием под воздействием растягивающих усилий при одноосной у\ двухосной схеме загружения;

- результаты исследования влияния влаги и агрессивной среды бетона' на долговечность материала;

- сценка, долговечности термопластичного покрытия ткани при абра-аивнон износе во зремя.торкретирования;

- рекомендации по использованию термопластичных материалов в пневмоопалубке.

Работа выполнена на кафедре "Заводская технология специальных конструкций и изделий" Центрального межведомственного института повышения квалификации руководящих работников и специалистов строительства при ■МГСУ им. В. К Куйбышева под руководством член-ксрр. , профессора, доктора технических наук Соколозой ¡0. А.

(ЖДЕгалКЕ РЛЕОТУ. 3 литературном обзоре освежается созрем'эн-ное состояние вопроса, связанного с использованием мягких материалов с полимерны?.! покрытием в пкезмзтическях строительных конструкциях. Долговечность этих материалов является определяю-цим Фактором в их использовании.

БольпоР. вклад в изучение проблемы долговечности полимеров :: полимерны:: строительных материалов внесли С. Е. Артеменко,Г. М. Бартенев.• С. Н. зур~:оа, ПС. Зуев, Е К. Куприянов, 11 А. Рыбьэз, Р. 3. Рахимов, К И. Соломатов, КПСеляев, О. А. Соколова, В. С. Садеева ... и др. ученые.

Долговечность материала оболочки зависит от срока слу:*йы полимерного покрытия ткачи. Классическим покрытием с времен • расцвета воздухоплавания счотаются каучуга. Больсястзо оболочек отечественного производства до сих пор изготовляют -из тканей, покрытых синтетическими клучукачи: бутиловым СЕК). натрийбутади-еновым(СКБ), полихлорспреновым (натрий, кеопрен), полиизобути-ленсвым (ПИБ), бутадиен-нитрильным (СКЮ и др.

В' настоящее время каучуковые покрытия ступают место покрытиям- из'других типов пластмасс. За рубехзм они полностью вытеснены как материй: для зоздухоспоркых оболочек и "встречается лнзь в пнер..мостер»:евых и пкевмопанельных конструкциях. Наибольшее рас-

- б -

пространение в нашей стране получил ш-аглиСицированньй поливк-нилхлорид. Это самый многотоннажный полимер, недорогой, светопроницаемый и хорошо свариваемый.

На современном этапе развития материалов мягких оболочек первостепенное- значение имеет долговечность. Тканям и пленкам свойственны ползучесть, старение л усталость. Старение материала вызывается совместным действием света, телла, влаги, озона При старении материала покрытие становится жсткш и растрескивается. Явление медленной текучести материала под действием Натрусок получило название ползучести. Она свойственна синтетическому волокну текстильной основы оболочек. Усталость - явление,связанное с многократным повышением и понижением растягивающих напряжений в материалах мягких оболочек.

Специфика эксплуатации пневматической опануОки предъявляет к тканеполимерным материалам требования повышенной стойкости к абразивному износу, воздействию щелочной среды бетона и влаги, а также жесткие требования к геометрической неизменяемости пневмо-опалубки в процессе эксплуатации. _

Применение пневматической опалубки позволяет снизить себестоимость возведения вооружения на 39^4%, расход стал;:-на 64%, монолитного и сборного бетона на 68% и трудозатраты на '29,8% по сравнению со строительством аналогичного здания из сборного же-лезобетрна.

Процесс возведения армоцементных волнистых сводов состоит 'из трех этапов: монтаж пневмооболочки-опалубки и приведение ее е проектное положение, '.армирование конструктивных элементов, укладка бетона методом набрнзга. Пневмоопалубка для возведения волнистых сводов - Еоздухоопорная конструкция, повторяющая по очертанию' армоцементное сооружение. Сормообр&зование пневмооболочки достигается раскроем из стандартных рулонов ткани шириной

- 7 ■800-900 мм и наличием иесуших вант. Для изготовления пневмообо-лочек-опалубок применяются резинотканевы? материалы, серийно выпускаемые насей промышленностью.

Пневмооболочка-опалубка и&готавлизается в заводских условиях и доставляется на строительную плосздку в упакованном виде, разворачивается на месте производства работ и крепится по периметру фундамента при покоси инвентарных приспособлений. Торцовая часть опалубки крепится к анкерным фундаментам, такте инвентарным, в виде металлических винтовых свай.

При достигении бетоном конструкции проектной прочности производится распалубливакие свода отключением воздухоподаюз!х агрегатов. Пяевмооболочга отстает от забетонированной конструкции, как правило, без больсих усилий, внутренняя поверхность свода имеет хорошее качество. Пневмосболочка-опалубка и крепедкые элементы демэнтирухтгся, производится дефектный осмотр, просушка, очистка поверхности, затеи опалубка сворачивается и укладывается в тару. Таким образом, пневмоопалубка готова для повторного использования.

В ряде работ получены закономерности климатического старения пленочко-тканевых материалов в зависимости от напрятанного состояния мягких о'граддений и выработаны рекомендации по повышения их долговечности. Показано, что растягивагаге усилия в узлах в среднем выге, чем в пролетах, а такте визе' раэЗрос этих значений.

Осуществлены экспериментальные исследования- деформативно-прочностных характеристик прорезиненных тканей,., находившихся _под воздействием оглсчной среды све.чэулолгнной бетонной смеси в течение различного периода времени.

. Основными объектами исследований выбраны резино-тканевые материалы, се'рийно выпускаемые отечественной резино-технической промьшленностьг.

- О -

Материалы, из которых изготавливается пнеЕмоополуСгл, долляы отвечать ряду основных и второстепенных требований. Из их числа необходимо выбрать те характеристики, которым материал должен соответствовать в первую очередь. Именно эту задачу решает ранжирование с'помощью статического метода формализации априорной информации при проведении пассивного эксперимента. В результате выявлены основные требования, предъявляемые 'к материала».! пневмо-опалубки:

- прочность;

- стойкость к воздействию щелочной среды бетона;

- абразивный износ при укладке бетона;

- дефорыативность.-

Главное требование к швам, которыми соединяются польтниша, заключается в их равнопрочности с основным материалом оболочки. В различных случаях это.требование выполняется в той или иной степени. Швы должны отвечать и другим требовниям: водо- и воздухонепроницаемость, стойкость к агрессивным средам, простота конструкции, экономичность и т. п. ,

В настоящее время ивы в оболочках-пневмоопалубках из прорезиненной ткани выполняются клеено-шитыми. Нитки, которыми сшивается швы, не защищены от воздействия агрессивной среды' бетона, света, атмосферы, поэтому они теряют прочность быстрее, чем основной материал, и швы становятся слабым местом конструкции. За-тииать нитки приходится наклейкой герметизирующих лент, возможна защита ниток специальной смазкой.

Сварные швы в последние годы вытесняют шитые. Их отличает прочность, долговечность, герметичность. Сварной шов применяется в тканях'с покрытием из термопластов. Исследуемая поливинилхло-ридная пленка с лавсановым армированием откосится к термопластам, а следовательно пригодна для устройства сварных швов. Наря-

«у с гьягеизло.^йшшш преимуществами сваркке шви отличает от сотых и значительно меньшая трудоемкость работ.

Для соединения раскроенных кусков.пневмоопалубки из ПВХ-плен-армированной лавсаном, рекомендуется применять контактную сварку лроплавлением. Пленки толщиной 0,5 - 2,5 мм сваривают на прессах шаговым способом. Пленки толщиной менее 1 мм можно сваривать нагретым роликом непрерывно ленточными ■ машинами. Для сварки ПВХ-пленки можно использовать ручной ролик ВНИКСТ-3 (скорость сварки 1,2-3 м/мин) или полуавтоматом ПСП-16 (скорость сварки 3-8 м/мин).

При анализе существующих исследований долговечности полимерных материалов (в том числе тканевых материалов с каучуковым .покрытием) установлено, что отсутствуют сведения об изменении физико-технических свойств термопластичных материалов под воздействием эксплуатационных факторов в пневмоопалубке. Одними из эффективных методов оценки долговечности пле'Яочно-тканевых материалов являются ускоренные лабораторные методы, когда в лабораторных условиях воспроизводятся эксплуатационные факторы, действующие на мягкие материалы пневмоопалубок. Эти методы воспроизводят только те факторы, которые значительно влияют на долговечность материала. Главным, является создание адекватного лабораторного режима испытания материала, который обладает таким же разрушительным действием на материал, что и реальные факторы эксплуатации.

В работе был исследован характер действия на_ 'материал абразивного износа при торкретировании и агрессивной среды бетона. В пневмоопалубке одним из важнейших параметров является геометрическая неизменяемость, а она зависит от деформативности материала оболочки-опалубки. Весьма важной представляется зависимость "напряжение-деформация" после. N циклов испытаний.

Для изучения влияния щелочной среды Сетона на деформативность термопластичного материала была создана экспериментальная установка, которая комплектуется из трубчатого стола размером 2x4. м, на котором крепится экран с тканью. По периметру экран крепится с помощью вадиыов (металлические полосы с пазами) с помощью болтов и гаек. Зажимы соединены с грузовыми площадками стальной проволокой, перекинутой через рамки. Величина натяжения ткани составяла 307. от разрывной нш рузки.

После нанесения на экран песчанобетонной смеси ее выдерживали в течение суток, затем производилась влажная очистка ткани, просушка и повторное, нанесение бетона. Такой цикл выдерживания предварительно напряженной лавсановой ткани'с поливинилхлоридным покрытием повторялся 5 раз. После чего из трети ткани вырезались образцы и испытывались на одноосное растяжение. Оставшаяся часть экрана подвергалась 10 и 15 циклам испытания с отбором образцов.

Экспериментальные исследования абразивного воздействия торкретбетона на контактную поверхность ткани проводились в натуральных условиях. Пневматическая опалубка имитировалась экраном, выполненным из исследуемой ткани.

. С помощью системы растяжек в ткани экрана возможно создание различных напряжений, соответствующих определенным давлениям в пневматической опалубке. Экран имеет размеры 80 х 80 см. Так как натуральный радиус кривизны опалубки для возведения большепролетных сооружений достаточно велик, то. южно считать, что Фрагмент 80 х 80 см из натуральной пневматической опалубки практически не имеет кривизны. . 1

Пескобетонная смесь наносилась установкой "Пневмобетон" 259-200000 с растворонасосом прямоточного действия. Торкретирование велось на расстоянии 1 см от сопла до экрана под углом 90 град, к поверхности. После'одного цикла экран очищался от бе-

тона, просушивался н начинался следующий щит торкретирования пескобзтопной смеси на полиэтилентерефталатную ткань с поливи-нилхлоридпым покрытием. Образцы для.испытаний на одноосное растяжение вырезались после 5, 10 и 15 циклов набрызга.

Для повышения статической надежности эксперимента при минимальном количестве опытов использовалось планирование эксперимента. В данной работе эксперименты являются однофакторными. Били проведены пробные опыты с доверительной вероятностью ^ -0,95. При количестве испытуемых образцов " И " величина погрешности пе должна превышать 5%. В результате статической обработки пробных экспериментов получено оптимальное количество образцов, обеспечивающее статическую надежность экспериментов.

Результаты испытаний на одноосное растяжение образцов после 5, 10 и 15 циклов обработаны статистическими методами и методом наименьших квадратов. Получены кривые "напряжение-деформация" после 5, 10 и 15 оборотов.

Зависимость "нагрузка-деформация" растяжения тканей аналитически выражается законом стпепенной функции

- показатель степени. Результаты испытаний показали, что деформации"при воздействии щелочной среды бетона и абразивного износа при торкретировании

Результаты проведенных экспериментальных исследований указывают на преимущества характеристик термопластичных материалов в

■///

( 1 )

где <£ - относительное удлинение; (сГ - погонное усилие;

- коэффициент, определяемый из опыта;

соответствуют выражению (1), но с отличным от "базовых" значением коэффициента "оС" и показателем степени. "М ".

сравнении с существующими материалами, используемыми для изготовления лневмоопалуСок. Значительные деформации, по отношении» к "базовым" значениям, возникают в начальный период эксплуатации, как по основе, так и по утку. Как указывалось ранее, это объясняется характером переплетения нитей текстильной основы. Под нагрузкой нити выпрямляются, что ведет к заметному повышению де-4-ормативности ткани после 5 циклов. Б дальнейшем, .после 10, '15 оборотов, деформативность ткани по основе значительно уменьшается. Кривые деформаций возвращаются к "базовым" значениям. Это особенно вално для пневмоопалубок в связи с повышенными требованиями к геометрической неизменяемости оболочки, что превде всего зависит от значений деформаций ткани опалубки.

Исследуемая тглнь с поливпнилхлоридным покрытием значительно превосходит по своим деформационным характеристикам'большинство технических тканей, за исключением тканей на капроновой основе, имеющими несколько меньшую деформативность за счбт малой растг>-милости полиамидных волокон по сравнению с полиэфирным. Преимущества полиэтилентерефталатной ткани с поливпнилхлоридным покры-титем в относительно малой стоимости, стойком к различным эксплуатационным воздействиям покрытии, возмюляости соединения полотнищ равнопрочными сварными, ивами. Уменьшение деформативности можно достигнуть заменой полиэфирной текстильной основы на полиамидную.

Стабильность формы пневмоолзлубки зависит от устойчивого внутреннего давления воздуха и деформативности материма опалубки. Геометрическая неизменяемость системы контролируется величиной максимального отклонения поверхности в сопоставлении с допустимым прогибом для пролетных конструкций, равным! /-ptó / ~ Zoo L ~ Ю *L> • основе экспериментальных данных проведены расчёты максимальных отклонений поверхности тах| л у. I в пнев-

- 13 -

моопалубках из исследуемой ткани пролетом от 6 м до 48 м.

Все тканевые материалы имеют повышенную деформативность, особенно на первой стадии эксплуатации. -В связи с этим используются вспомогательные средства стабилизации формы оболочки. К ним относятся корректировка при первоначальном раскрое материала пневмоопалубки и регулирование внутреннего избыточного давления воздуха.

В работе рассмотрен распространенный вид пневмоопалубки с полукруглым сечением и пролетом Ь - 18 м. Учитывая величину внутреннего давления воздуха и деформативность материала предложены следующие вспомогательные средства стабилизации пневмоопалубки:

- при первоначальном раскрое оболочки уменьшить длину дуги в ос-.новном направлении;•

после третьего оборота пневмоопалубки необходимо уменьшить избыточное давление воздуха ¿р-'ИО Па;

- после десяти оборотов необходимо увеличить"чзбытсчное давление воздуха на ¿р = 62 Па.

На основе анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по использованию поли-этилентерефталатной ткани с поливйнилхлоридным покрытием в качестве материала пневматической опалубки. Повышение долговечности материала опалубки может быть достигнуто:

- использованием новых, эластичных покрытий для противостояния воздействию растягивающих усилий;

- увеличением стойкости покрытий к воздействию щелочной среды бетона, влаги и ультрафиолетовой радиации;

- использованием в качестве тканевой основы сетки с минимальной дефорнзтизностью и достаточной прочностью;.'

- повышением износостойкости материала при торкретировании га счйт бетонирования под определенным углом (с*С - 90" );

- запитой лицевой поверхности оболочки-опалубки от воздействия среды Сетона, попадания прямых солнечных лучей, например, окраской материала специальными составами или устройством дополнительного пленочного покрытия;

- использованием дополнительных средств стабилизации пневмоопа-лубки (корректировка при раскрое и регулирование внутреннего давления воздуха).

ШЕОДЦ ПО даССЕРТЛДШ

1. Изучены номенклатура, область применения и физико-технические свойства материалов пневматических строительных конструкций, в том числе, используемых в качестве опалубок. Материалы, примеяемые для изготовления пневмоопалубок, имеют, как правило, каучуковое покрытие и тканевую основу из полиэфирных и полиамидных волокон. Показана эффективность и перспективность использования термопластичных материалов в пневматических строительных конструкциях.

На основе анализа немногочисленных отечественных и зарубежных литературных источников по исследованиям ПСК, включая пневмсопа-лубки, проведена оценка их эксплуатационных характеристик, обобщен научный, опытно-экспериментальный и производственный опыт использования.

Предлагается рассмотреть возможность-использования при изготовлении пневмоопалубок, мягких материалов с термопластичным покрытием. На основе выполнейных обобиэний сформулирована цель, намечены основные задачи и разработана методическая схема исследований диссертации. .

2. Произведено ранжирование основных факторов, влияющих на долговечность материалов пневмоопалубок, и определены.основные

требования, регламентация их эксплуатации. Установлены основные факторы, влияющие на долговечность и ведущие к изменению физико-технических характеристик мягких материалов пневмоопалубок, в виде воздействия щелочной среды бетона на покрытие абразивного износа ткани при торкретировании.

3. .Впервые изучены условия гидроабразивного износа при пнев-монабрызге бетонной смеси на лицевую поверхность пневмоопалубки и химическое воздействие агрессивной среды бетона на поливинил-хлоридное покрытие. Установлены благоприятный режим торкретирования и стойкость покрытия к воздействию щелочной среды бетона.

•1. Разработана методика проведения исследования термопластичных материалов пневмоопалубок по изучению деформатизности при .двух- и одноосном растяжении. На 'основе известных принципов планирования экспериментов произведена оптимизация количества опытных образцов термопластичных материалов для испытаний, что обеспечивает статическую надежность исследований?

5. Созданы специальные опытно-экспериментальные установки для исследований воздействия щелочной среды бетона и абразивного износа на термопластичные материалы.

6. Разработана методика обработки экспериментальных данных и анализа результатов исследований на основе теории геометрической неизменяемости пнеЕмоопалубочных систем а процессе возведения монолитных конструкций.

7. Впервые разработаны рекомендации по использованию в качестве мягких материалов пневмоопалубок полиэтилентерефталатноЯ ткани с поливинилхлоридным покрытием. Установлено максимальное отклонение лицевой поверхности пневмоопалубки'для пролетов от б и до 48 м. Предлагается компенсировать деформативность ткани за счет изменений в первоначальном раскрое или избыточного давления воздуха в оболочке-опалубке.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Соколова Ю. А. , Арзуманов A.A. Использование ткани с поливи-нилхлоридным покрытием для изготовления пневмзопалубки' //Передовой опыт в строительстве Москвы. - 1992, N1. - с. 24-27.

2. Соколова Ю. А., Арзуманов А. А. Эффективные тканополимерные материалы в пневмоопалубках //Сборник тезисов семинара, Челябинск, 1690.

3. Соколова Ю. А. , Арзуманов А. А. Тканевые материалы для изготовления пневмоопалубок //Учебное пособие. ЦМИПКС при ШКИ, 1991. - 15 с. ■

4. ■ Соколова Ю. А. , Арзуманов А. А. Использование полиэтилентере-фталатной ткани с полпвинклхлоридным покрытием для изготовления пневмоопалубок //Резервы производства строительных материалов, Барнаул, 1991.

ДРЗУЦАНОЗ Арбен Андреевич /.

1 i-

Использование полиэтилеотерефталагной ткани с полишшилхлормдаалы петчрьдгием в гшевмоопаду&сах

Специальность: 05.23.05 -.Строительные материалы и изделия

Сдано в набор ¿л.сз.Оч. Подписано к печати /S.oii-v. Сормат бумаги t>l4<j>V/r Объем (,С. Заказ у^л Тирах 100 экз.

Типография МИИТа, Москва, ул. Образцова, '.5.