ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

СЕМЕНОВА СВІТЛАНА ВОЛОДИМИРІВНА

УДК.691:620.192.47

ПІДВИЩЕННЯ ТРІЩИНОСТІЙКОСТІ ПОЛІМЕРНИХ

КОМПОЗИЦІЙ ДЛЯ РЕМОНТНО-ЗАХИСНИХ РОБІТ

Спеціальність 05.23.05 – Будівельні матеріали та вироби

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ОДЕСА – 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеській державній академії

будівництва та архітектури (ОДАБА) Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: - доктор технічних наук, професор,

ВИРОВИЙ Валерій Миколайович,

Одеська державна академія будівництва

та архітектури, завідувач кафедрою “Виробництво

будівельних конструкцій”

Офіційні опоненти: - д.т.н., проф. БРАТЧУН Валерій Іванович,

Донбаська державна академія будівництва

та архітектури, завідувач кафедрою “Технології

будівельних матеріалів, виробів і автомобільних доріг”;

- к.т.н., МІШУТІН Микола Володимирович,

Миколаївська державна аграрна академія,

начальник НДВу

Провідна установа: - Придніпровська державна академія будівництва та

архітектури, кафедра технологій будівельних матеріалів,

виробів та конструкцій, Міністерство освіти і науки

України, м.Дніпропетровськ

Захист відбудеться “16” травня 2001р. об 1100 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради

Д 41.085.01 Одеської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 65029, м.Одеса, вул. Дідріхсона, 4.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Одеської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 65029, м.Одеса, вул. Дідріхсона, 4.

Автореферат розісланий “12 ” квітня 2001р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Макарова С.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність досліджень. Сучасні галузі будівництва велику увагу надають наявності ефективних заливних та насичуючих матеріалів для ремонтно-захисних робіт. Особливе місце в матеріалознавстві посідають полімерні композиційні матеріали (ПКМ). Фізико-механічні властивості та експлуатаційна надійність полімерних композицій в значній мірі залежать від їхньої структури, утворення якої, в свою чергу, супроводжується початковими об’ємними зміненнями твердіючих систем. Причинами початкових об’ємних змінень, як показали дослідження багатьох авторів, є комплекс фізико-хімічних та механічних процесів, які відбуваються в самому в’яжучому та при введенні наповнювачів. Особливо слід виділити процеси, які протікають на границі розподілу полімерного в’яжучого та дисперсного наповнювача. Направлену зміну основних фізико-механічних властивостей заливних та насичуючих полімерних композицій за рахунок регулювання початковими об’ємними зміненнями шляхом введення оптимальних по виду, кількості та дисперсності наповнювачів з метою утворення ремонтно-захисних матеріалів широкої номенклатури слід визначити важливою та актуальною задачею.

Зв’язок роботи з науковими темами. Робота виконувалась на кафедрі виробництва будівельних конструкцій Одеської державної академії будівництва та архітектури (ВБК ОДАБА) по держбюджетним темам № 49 “Технологічна пошкідженність та ії вплив на основні фізико-механічні та експлуатаційні властивості будівельних композитів” (1994-96рр) та № 69 “Технологічна пошкідженність та ії вплив на властивості будівельних композиційних матеріалів та конструкцій” (1997-99рр), а також на кафедрі хімії та екології ОДАБА по держбюджетній темі №56 “Діфторметилювання лігнинів різних рослиних груп” (1996-98рр).

Мета і задачі дослідження. Мета роботи - підвищення тріщиностійкості та фізико-механічних властивостей ПКМ за рахунок керування початковою організацією структури шляхом введення оптимальних наповнювачів.

Для досягнення мети були визначені такі задачі:

-

-

-

-

-

-

Об’єкт досліджень – заливні та насичуючі полімерні композиційні матеріали для ремонтно-

захисних робіт.

Предмет досліджень – вплив наповнювачів на структуроутворення та тріщиностійкість

полімерних композиційних матеріалів.

Методи досліджень. Для дослідження початкових об’ємних змінень використовували

спеціально розроблену установку. Тріщиностійкість визначалась за допомогою коефіцієнту інтенсивності напружень. Для визначення міцності при стиску, міцності на розтяг при вигині, призменої міцності та модуля пружності були використані стандартні методики. Експериментально-статистичні моделі та іх графічна інтерпретація були побудовані в системі СОМРЕХ (кафедра процесів та апаратів в технології будівельних матеріалів ОДАБА).

Наукова новизна отриманих результатів:

-

-

-

-

Практичне значення отриманих результатів. Запропоновано та проаналізовано метод

вивчення механізму формування початкових інтегральних об’ємних деформацій полімернаповнених композицій, що дозволить більш об’єктивно оцінювати вплив наповнювачів на структуроутворення і основні властивості ПКМ.

У результаті комплекса проведених експериментально-теоретичних досліджень

запропоновані рекомендації по призначенню мінеральних наповнювачів оптимальної кількості і питомої поверхні для заливних та насичуючих полімерних композиційних матеріалів, що дозволить керувати початковими об’ємними зміненнями з метою отримання ПКМ з необхідними міцностними властивостями при максимальній тріщиностійкості.

Запропоновані склади були використані при виготовленні 50м? та ремонті 300м? підлог для

цеху Одеського заводу гумових технічних виробів.

Особистий внесок здобувача. Здобувачем були отримані:

-

-

-

Апробація дисертаційної роботи. Основні результати досліджень подані на міжнародних семінарах і конференціях: “Моделирование и вычислительный эксперимент в материаловедении” (Одеса, 1996, ), “Компьютерное материаловедение и обеспечение качества” (Одеса, 1997), “Проблеми теорії і практики залізобетону” (Полтава, 1997), “Реставрація, реконструкція, урбоекологія” (Одеса, Б.-Дністровський, 1998).

Публікації. Положення дисертаційної роботи викладені у 7 друкованих працях, у тому числі 4 статті у наукових спеціалізованих виданнях і 3 у мате-ріалах доповідей у збірниках міжнародних конференцій і семінарів.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з введення, основної частини (4 розділи), висновків, а також списку використаних джерел і додатків. Загальний обсяг роботи складає 173 сторінки, з яких 92 сторінки основного тексту, 63 рисункі на 63 сторінкaх, 6 таблиць, список використаної літератури зі 130 найменувань на 11 сторінках, 7 сторінок додатків.

Автор глибоко вдячний д.х.н., проф. Довгань Ірині Валентинівні за наукові консультаціі з

хімічних та фізико-хімічних питань щодо процесів структуроутворення полімерних композиційних матеріалів.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність вивчення впливу наповнювачів на початкові об’ємні змінення, основні властивості і тріщиностійкість ПКМ, вказано на практичну цінність цієї роботи, сформульована мета та задачі досліджень.

В першому розділі розглянуто вплив наповнювачів на структуру, основні властивості та тріщиностійкість. Окрему увагу приділено особливостям структуроутворення на границі розподілу “полімер-наповнювач”.

Полімерні композиційні матеріали можна подати як висококонцентровані грубодисперсні системи, частками дисперсної фази яких є частки наповнювача, а дисперсійним середовищем – полімерне в’яжуче (Ю.С.Ліпатов, Г.М.Бартенєв, М.Б.Ур’єв). Формування структури таких систем здійснюється через загальне прагнення до зниження зайвої поверхневої енергії через дії сил міжчасткових взаємодій, за рахунок чого проходить об’єднання часток дисперсної фази до структурних агрегатів ( Дж.Гібс, Г.М.Бартенєв, А.М.Бобришев). Разом з цим внаслідок міжфазних взаємодій відбувається формування модифікованого шару полімеру на поверхнях розподілу (Ю.С.Ліпатов, В.І.Братчун). Молекулярна взаємодія з наповнювачем приводить до обмеження сегментальної рухомості полімерних цепів поблизу границі розподілу фаз, внаслідок чого проходить зміна локальної щільності пакування макромолекул межового шару та поява додаткового вільного об’єму (А.С.Фрейдін, Ю.С.Ліпатов, А.А.Каргін). Сама полімерна матриця є густосітчатою, простірозшитою двухфазною речовиною, що дозволяє матричний матеріал подати у вигляді своєрідного композиту (Ю.Г.Фролов, Дж.Менсон, Л.Сперлинг).

Реакції полімерізації, утворення граничного шару і організація кластерних структур протікають зі зменьшенням об’єму твердіючого матеріалу та зміненням його реологічних характеристик. Це приводить до виникання та розвитку внутрішних деформацій та напружень , що змінює умови формування структури твердіючих матеріалів і створює передумови для формування локальних і інтегральних залишкових (технологічних) деформацій та напружень.

Тріщиностійкість наповнених полімерних композицій визначається умовами розвитку тріщин в грубодисперсних системах, гетерогенність яких залежить від виду, кількості і дисперсності наповнювачів Причинами зародження тріщин вважають власні об’ємні деформації системи взагалі та її окремих компонентів, різниці температурних та вологісних деформацій, осмотичні явища, корозійні дії середовища (В.М.Вировий, А.М.Бобришев, В.С.Дорофєєв).

Введення часток різного виду, кількості і дисперсності повинно суттєво відобразитись на процессах формування структури ПКМ і, зрештою, на тріщиностійкості та фізико-механічних характеристиках полімерних композицій.

В другому розділі описуються методи досліджень та характеристики використаних матеріалів.

За об’єкти досліджень були взяті епоксидна смола ЕД-16 (ГОСТ 10587- -84), наповнена змолотими до питомої поверхні Sпит = 200м?/кг, 400м?/кг,

600м?/кг кварцевим і керамзитовим пісками, а також древісною мукою з Sпит = = 200 м?/кг, 300 м?/кг, 400 м?/кг .

Експерименти проводились по плану “суміш-технологія-властивості”(В.А.Вознесенський, Т.В.Ляшенко). В ролі незалежних змінних були прийняті: вид наповнювача (Х1 - кварцевий та керамзитовий піски), кількість наповнювача С (Х2 – 20% ± 10% від маси полімерної матриці) та питома поверхня наповнювача (s = 400 м?/кг ± 200 м?/кг). Перевірка отриманих моделей та їхня графічна інтерпретація проводились у системі “СОМРЕХ”.

Контролювали:

-

-

-

-

Об’ємні змінення та їх інтенсивність визначались за допомогою спеціально розробленої установки.

У третьому розділі аналізувався механізм виникнення початкових об’ємних змінень, а також вплив наповнювачів різного виду, кількості та питомої поверхні на об’ємні змінення твердіючих композитів і їх інтенсивність.

Як відомо з літературних даних в ПКМ на полідиспресний наповнювач діють різновеликі сили міжчасткової взаємодії (рис.1а), внаслідок чого частки наповнювача переміщуються до структуроутворюючого центру (рис.1б). В результаті кожна частка дисперсійної фази займає рівноважний стан у

Рис.1. Механізм міжчасткових взаємодій.

1-полідисперсний наповнювач (R1 ? R2 ? Ri); 2 – матричний матеріал; 3-сили міжчасткової взаємодії;4– підсумкова сила міжчасткових взаємодій; 5-структуроутворюючий наповнювач; 6 – модифікований шар полімеру; 7-кластер; ? 1, ф2, ф3 – ?еріоди структуроутворення.

структурному агрегаті (кластері) (рис.1в). В цей же період часу на поверхні розподілу наповнювача та полімерної матриці утворюється модифікований шар полімеру, який має підвищену щільність порівняно зі щільністю полімеру в об’ємі матричного матеріалу (див. рис.1б). По мірі зближення часток до кластерів вони прагнуть до контакту власними поверхнями. Це приводить до накладення адсорбованих шарів, підвищенню щільності матричного матеріалу в зоні контакту, утворенню перешийків з модифікованих шарів, капилярним явищам та процесам локального масопереносу.

Утворення граничного шару підвищеної щільності та перерозподіл часток наповнювача приводить до флуктуації щільності, внаслідок чого відбувається початкове змінення об’єму твердіючої системи. В результаті процесів самоорганізації системи утворюється структура, в якій частки наповнювача з’єднані до кластерів,що знаходяться друг від друга на певній відстані hк. Внаслідок такої організації структури , відбувається початкове зменьшення об’єму дисперсної системи (?Vк). Величина цих об’ємних змінень залежить від розміру, виду та кількості введених наповнювачів.

З літературних даних відомо, що у самому матричному матеріалі внаслідок процесів

твердіння відбувається хімічна усадка матеріалу (?Vм).

Інтегральні об’ємні змінення твердіючих композиційних систем (ДV) можна подати як суму

об’ємних змінень, викликаних утворенням модифікованого шару полімеру та структурною переорганізацією часток дисперсного наповнювача, і об’ємних змінень полімерного матеріалу в результаті твердіння:

ДV = ДV? + ДV? (1)

Рис.2. Початкові об’ємні змінення моделей дисперсних систем (а) та вплив кількості і виду мінеральних наповнювачів на об’ємні деформації твердіючих полімерних композиційних систем (б).

1 - епоксидна смола без затверджувача наповнена кварцевим піском (С=20%, Sпит = =400м?/кг), 2 – епоксидна смола з затверджувачем, 3 – епоксидна смола з затверджувачем наповнена кварцевим піском (С = 10%, Sпит = 400м?/кг).

Початкові об’ємні змінення були підтверджені на моделях дисперсних систем. Так, епоксидна смола, наповнена молотим кварцевим піском без затверджувача, терпить початкові об’ємні змінення, максимальна інтенсивність яких спостерігається в перші 20 хвилин після початку твердіння (Рис.2а). Це підтверджує передумову про те, що при введенні до полімеру полідисперсного наповнювача утворення граничного шару та агрегатів часток наповнювача приводить до флуктуації щільності, і внаслідок цього до об’ємних змінень твердіючих систем.

Таким чином, основи формування структури ПКМ закладаються на по-

чаткових етапах твердіння і пов’язані вони з введенням часток наповнювача, а тому залежать від параметрів цих наповнювачів : кількості, виду та питомої поверхні. Тому викликає інтерес вивчення впливу цих параметрів на об’ємні змінення твердіючих полімерних композицій.

Так, при збільшенні кількості кварцевого піску з С = 10% до С = 30% змінення об’єму

збільшується в 1.7 рази (рис.2б). Збільшення міри наповнення приводить до збільшення площі поверхні розподілу та зміненню процессів організації структурних блоків. При збільшенні кількості структуроутворюючихцентрів інтенсифікуються фізико-хімічні явища, які відбуваються на міжфазній границі, та утворення дискретних структур, що відображається на значеннях об’ємних змінень.

При введенні до полімеру наповнювача органічного походження (древісної муки) об’ємні деформації збільшуються з підвищенням міри наповнення. Так, при С = 10% ДV = 0.69% (Sпит= 200 м?/кг), а при С =20% ?V = 11.2% (Sпит = 200 м?/кг).

Рис.3. Вплив питомої поверхні наповнювачів на початкові об’ємні деформації твердіючих полімерних композиційних систем (а) та іх інтенсивність (б).

Крива 1 – Sпит = 200м?/кг, крива 2 – Sпит = 400м?/кг, крива 3 – Sпит = 600м?/кг.

Використання наповнювачів різного виду приводить до змінень об’ємних деформацій і їх

інтенсивності. Максимальні значення об’ємних змінень у композитів із керамзитовим наповнювачем в 1.3 разів більш, ніж у композитів з кварцевим наповнювачем, що свідчує про більш розвинуту поверхню керамзиту.

Згідно результатів наших досліджень значний вплив на об’ємні змінення та їх інтенсивність, при інших рівних умовах, виявляє дисперсність наповнювача. Використовуючи наповнювач (кварцевий пісок, С = 10%) різної питомої поверхні можна зменьшити ?V в 1.8 рази (рис.3а). До того ж, чим більш ці змінення, тим більш інтенсивно вони протікають (рис.3б). З початку твердіння до його кінця залежність змінень об’єму від питомої поверхні змінюється.

Використання як наповнювача древісної муки суттєво змінює абсолютні значення об’ємних

змінень і їх інтенсивності. Максимальні значення об’ємних деформацій збільшуються в 3.3 рази порівняно з ?V при наповненні кварцем і в 2.7 рази порівняно з ?V при наповнені керамзитом, а їх інтенсивність підвищується. Різьке змінення об’ємних деформацій і їхньої інтенсивності при використанні органічного наповнювача очевидно пов’язано з суттєвою різницею в міжфазних явищах на границі розподілу фаз.

Четвертий розділ присвячений вивченню впливу наповнювачів на основні фізико-механічні властивості ПКМ та тріщиностійкість наповнених композитів.

Різниця в формуванні структури ПКМ при введенні наповнювачів різного виду, кількості і питомої поверхні повина привести до різниці у основних фізико-механічних характеристиках.

При використанні кварцевого наповнювача (С=30%) максимальна міцність при стиску Rmax спостерігається при збільшенні питомої поверхні наповнювача. До того ж, оптимальним є наповнення сумішшю часток з різною

Рис.4. Вплив кількості, виду та питомої поверхні мінеральних наповнювачів на міцність при стиску (а) та вплив питомої поверхні керамзитового наповнювача (С=30%) на міцність на розтяг при вигині (б) полімерних композицій.

s1 – Sпит = 200м?/кг, s2 – Sпит = 400м?/кг, s3 – Sпит = 600м?/кг.

питомою поверхнею. Введення наповнювача підвищує міцність при стиску у 1.7 рази порівняно з ненаповненим зразком. Цікаво відмітити, що змінюючи тільки лише питому поверхню можна змінювати R від 45МПа до 70МПа (кварц, С=30%; керамзит, С = 10%) (рис.4а). В разі наповнення кварцем діапазон значень міцності при стиску зростає з підвищенням кількості наповнювача, а при використанні керамзитового наповнювача діапазон значень R збільшується при зниженні кількості введеного наповнювача.

Міцність на вигин при використанні 30% керамзитового наповнювача в залежності від питомої поверхні змінюється від 1.2 до 3.6 МПа (рис.4б). При введенні до полімеру кварцевого наповнювача міцність на вигин також в значній мірі залежить від дисперсності наповнювача. Підвищення ступеню наповнення приводить до зниження міцності на вигин незалежно від виду наповнювача, що відповідає загальноприйнятим уявленням про зниження руйнуючих напружень при вигині і розтягу при введенні до полімеру дисперсних наповнювачів.

Модуль пружності наповнених зразків також залежить від виду, кількості і питомої поверхні наповнювачів. Він мало залежить від міри наповнення при використанні керамзитового наповнювача. Максимальне значення спостерігається при наповненні молотим керамзитом з Sпит = 400 м?/кг.

Кількісні значення тріщиностійкості змінюються при зміненні виду, кількості і дисперсності наповнювача. Тому що ініциювання тріщини можливо двома методами (шляхом закладення при формуванні і розпилом вже готового зразка), в наших експериментах використовувались обидва методи.

Рис 5. Вплив кількості, виду та питомої поверхні мінеральних наповнювачів на коефіцієнт інтенсивності напружень для зразків з закладеною тріщиною (а) та вплив питомої поверхні керамзитового наповнювача на коефіцієнт інтенсивності напружень для зразків з розпиленою тріщиною (б) полімерних композицій.

s1 – Sпит = 200м?/кг, s2 – Sпит = 400м?/кг, s3 – Sпит = 600м?/кг.

Коефіцієнт інтенсивності напружень для зразків з закладеною тріщиною змінюється від 0.45 до 0.9 МПа·мЅ в залежності від питомої поверхні (рис.5а) незалежно від виду наповнювача. Збільшення міри наповнення приводить до зниження тріщиностійкості. Керамзитовий наповнювач, який має більш реакційноздібну поверхню, активніше впливає на формування напружено-деформативного стану полімерної композиції, і максимальна тріщиностійкість спостерігається при формуванні мінімальної поверхні розподілу “матриця-наповнювач”. Для зразків з розпиленою тріщиною в залежності від дисперсності значення К1с змінюється від 0.5 до 1.1 МПа·мЅ (рис.5б).

Як показали дослідження (В.М.Вировий, В.С.Дорофєєв, С.С.Макарова) формування інтегрального деформативного стану зразків та виробів залежить від їх геометричних параметрів. Формування якісно відмінних полей деформацій і напружень в зразках з різними способами ініциювання тріщини викликає змінення коефіцієнту інтенсивності напружень ПКМ. Змінення якісної картини залишкових полей деформацій та напружень, а також кількісних значень коефіцієнтів інтенсивності напружень, обгрунтували введення коефіцієнта технологічного впливу Кт, який можна визначити з відношення

Кт = К1сз / К1ср , (2)

де К1сз - коефіцієнт інтенсивності напружень для зразків з закладеною тріщиною,

К1ср - коефіцієнт інтенсивності напружень для зразків з розпиленою тріщиною.

По результатам наших досліджень коефіцієнт технологічного впливу підвищується при використанні кварцевого наповнювача порівнюючи з використанням керамзитового наповнювача в 1.5 рази (С=30%). В залежності від питомої поверхні Кт змінюється більш ніж в два рази.

Міцність при стиску для зразків з закладеною тріщиною в 1.5 раза меньш ніж міцність при стиску для зразків з розпиленою тріщиною. Для дослідження впливу рецептурно-технологічних факторів на міцностні властивості ПКМ було введено коефіцієнт технологічного впливу на міцність при стиску Ктм , який визначається з відношення

Ктм = Rз / Rр, (3)

де Rз – міцність при стиску для зразків з закладеною тріщиною;

Rр - міцність при стиску для зразків з розпиленою тріщиною.

Кількісні значення Ктм також в значній мірі залежать від виду, кількості та питомої поверхні введених наповнювачів.

Для визначення оптимальних складів ПКМ для ремонтно-захисних робіт за допомогою побудованих моделей та діаграм була проведена багатокрітеріальна оптимізація складів. Рекомендовані склади були використані при ремонті 300м? та владнанні 50м? підлог в виробничому цеху Одеського заводу гумових технічних виробів.

ВИСНОВКИ

1.

кількості да дисперсності дозволяє керувати початковою організацією структури та визначає фізико-механічні властивості і тріщиностійкість полімерних композиційних матеріалів.

2.

ПКМ як грубодисперсних систем зв’язане зі взаємодією часток наповнювача та утворенням на їх поверхні модифікованих шарів матричного матеріалу, що приводить до фіксації структури. Відображенням цих процесів є виникнення та розвиток локальних та інтегральних об’ємних змінень, які впливають на тріщиностійкість і основні фізико-механічні властивості.

3. Проведені дослідження показали, що початкові об’ємні змінення залежать від природи наповнювачів та їхньої кількості. Підвищення міри наповнення кварцевого наповнювача з 10% до 30% приводить до збільшення об’ємних змінень в 1.7 рази. Збільшення змісту керамзитового наповнювача приводить до зменьшення об’ємних деформацій твердіючих систем. Використання древісної муки збільшує об’ємні змінення в 2.7 рази порівняно з наповненням керамзитом та у 3.3 рази порівняно з наповненням кварцем. Суттєвий вплив на об’ємні деформації твердіючих композиційних систем виявляє питома поверхня наповнювача. Змінення питомої поверхні мінеральних наповнювачів приводить до зменьшення об’ємних деформацій у два рази.

4.

мінеральних наповнювачів. Змінення питомої поверхні приводить до змінення міцності при стиску в 1.8 рази. Використовуючи мінеральні наповнювачі різної питомої поверхні можна збільшити міцність при вигині у три рази. Призмена міцність підвищується в залежності від питомої поверхні в 4 рази. Вид наповнювача суттєво впливає на деформативні характеристики ПКМ. Природа наповнювача дозволяє змінювати модуль пружності матеріалу більш ніж в 2 рази.

5.

тріщини. Кількісні значення К1с змінюються за рахунок змінення питомої поверхні та кількості досліджених наповнювачів. Тріщиностійкість в залежності від питомої поверхні та кількості наповнювачів змінюється в два рази для обох способів закладення тріщини.

6. Різниця в значеннях коефіцієнту інтенсивності напружень в залежності від способу ініціювання тріщини дозволяє оцінити вплив рецептурно- технологічних факторів на тріщиностійкість за допомогою коефіцієнту технологічного впливу. Коефіцієнт технологічного впливу в залежності від питомої поверхні мінерального наповнювача збільшується в два рази. Використання керамзитового наповнювача зменьшує значення Кт в 1.5 рази порівняно з використанням кварцевого наповнювача. Міцність при стиску зразків з розпиленою тріщиною в 1.5 рази більш міцності при стиску зразків з закладеною тріщиною.

7.

заливного та насичуючого композиційного полімерного матеріалу для ремонтно-захисних робіт з заданими фізико-механічними властивостями при їх максимальній тріщиностійкості.

Основні положення дисертації викладено в працях:

1.

трещиностойкость полимерных композитов с минеральными и древесными наполнителями // Сборник научных трудов “Современные строительные конструкции из металла и древесины”, - Одесса: Изд-во “Приват-полиграфия”, г.Николаев.-1997.-С.18-23.

Внесок здобувача – проведення експериментальних робіт, побудова та аналіз багатофакторних математичних моделей впливу наповнювачів на об’ємні змінення, основні фізико-механічні властивості та тріщиностійкість.

2.

Внесок здобувача – проведення експериментальних досліджень, а також аналіз впливу неорганічних і органічних наповнювачів на процеси структуроутворення ПКМ.

3.

спадковості на тріщиностійкість композиційних будівельних матеріалів // Вісник державного універсітету “Львівська політехніка”. –Львів: Вид-во державного універсітету “Львівська політехніка”.-1998.-С.34-38.

Внесок здобувача – виконання експериментальних робіт та проведення математичного аналізу отриманих моделей впливу наповнювачів на тріщиностійкість полімерних композицій.

4.

формаций в твердеющих полимерсодержащих дисперсных системах // Збірник наукових праць “Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди”.-Рівне: Вид-во Рівненського державного технічного університету.-2000.-С.86-91.

5. Довгань И.В., Семенова С.В. Моделирование межфазных взаимодействий в лигнин-эпоксидных материалах // Материалы к 35 международному семинару “Моделирование и вычислительный эксперимент в материаловедении”.-Одесса: Изд-во “Астропринт”.-1996.-С.42.

Внесок здобувача – теоретичне обгрунтування фізико-хімічних процесів, які відбуваються на міжфазних границях розподілу полімерного в’яжучого та органічного наповнювача.

6.

твердеющих полимерных композитов // Материалы к 36 международному семинару “Компьютерное материаловедение и обеспечение качества”.-Одесса: Изд-во “Система-Сервис”.-1996.-С.69.

7.

свойства полимерных композиционных материалов для реставрационных работ // Матеріали до щорічного міжнародного симпозіуму “Реставрація, реконструкція, урбоекологія”. –Одеса, Б.Дністровський: Вид-во “Одеська книжкова фабрика”.-1998.-С.241-242.

Внесок здобувача – проведення експериментів та аналіз впливу наповнювачів на об’ємні змінення полімерних композицій, а також інтерпретація результатів математичного моделювання впливу наповнювачів на тріщиностійкість та міцностні показники ПКМ.

АНОТАЦІЯ

Семенова С.В. Підвищення тріщиностійкості полімерних композицій для ремонтно-захисних робіт. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 – Будівельні матеріали та вироби. Одеська державна академія будівництва та архітектури. Одеса –2001.

Дисертація присвячена аналізу можливості керування об’ємними зміненнями твердіючих полімерних композицій, а також тріщиностійкістю та основними фізико-механічними властивостями цих композицій шляхом спрямованого введення наповнювачів. Запропоновано та досліджено механізм формування інтегральних об’ємних змінень ПКМ. Побудовано і проаналізовано комплекс моделей для систем з різними видом, кількістю та дисперсністю введених наповнювачів. За допомогою цих моделей виявлені кількісні залежності об’ємних деформацій і їх інтенсивності, основних механічних характеристик, тріщиностійкості та коефіцієнту технологічного впливу від кількісних та якісних параметрів наповнювачів. Надано практичні рекомендаціі по підвищенню тріщиностійкості полімерних композитів, що реалізовані в практичних умовах.

Ключові слова: об’ємні деформації, границі розподілу, наповнювач, тріщиностійкість, коефіцієнт інтенсивності напружень, коефіцієнт технологічного впливу.

АННОТАЦИЯ

Семенова С.В. Повышение трещиностойкости полимерных композиций для ремонтно-защитных работ.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05. – Строительные материалы и изделия, Одесская государственная академия строительства и архитектуры. Одесса –2001.

Для повышения трещиностойкости заливных и пропиточных полимерных композиционных материалов для ремонтно-защитных работ необходимо научиться управлять структурой ПКМ путем направленного введения наполнителей.

Диссертация посвящена анализу возможности управления объемными изменениями твердеющих полимерных композиций, как характеристикой структурообразования, а также трещиностойкостью и основными физико-механическими свойствами этих композиций путем направленного введения наполнителей. Предложен и исследован механизм формирования интегральных начальных объемных изменений ПКМ. Для этого проанализированы процессы самоорганизации наполненной полимерной композиционной системы и изучены явления, происходящие на границе раздела “полимер-наполнитель”. Интегральные объемные изменения можно представить как сумму объемных изменений, вызванных образованием модифицированного слоя полимера и перераспределением частиц наполнителя в структурные агрегаты, и объемных изменений, вызванных физико-химическими процессами отверждения полимерных материалов. Построен и проанализирован комплекс моделей для систем с различными видом, количеством и дисперсностью введенных наполнителей. С помощью этих моделей установлены количественные зависимости объемных деформаций и их интенсивности от количественных и качественных параметров наполнителей.

Изменения в структуре ПКМ при введении наполнителей, что подтверждают объемные изменения, приводят к изменениям основных физико-механических свойств и трещиностойкости полимерных композиций. Построены и проанализированы модели влияния вида, количества и удельной поверхности наполнителей на основные свойства и трещиностойкость ПКМ. Качественная картина распределения полей напряжений и деформаций в исследуемых образцах зависит от геометрических параметров этих образцов, количественные значения определяются параметрами вводимых наполнителей. Так как при определении коэффициента интенсивности напряжений возможны два способа инициирования трещины (путем заложения при формовании и путем распила уже готового образца), то в наших исследованиях применялись оба метода.

Для количественной оценки влияния рецептурно-технологических факторов на трещиностойкость был использован коэффициент технологического влияния, равный отношению коэффициента интенсивности напряжений образцов с заложенной трещиной к коэффициенту интенсивности напряжений образцов с распиленной трещиной, и исследована его зависимость от введения различных наполнителей. Формирование качественно отличных полей напряжений и деформаций приводит к отличию основных прочностных характеристик для образцов с различным способом инициирования трещины. Поэтому был введен коэффициент технологического влияния на прочность при сжатии, количественно равный отношению прочности при сжатии образцов с заложенной трещиной к прочности при сжатии образцов с распиленной трещиной, и проанализирована его зависимость от введения наполнителей различного вида, количества и удельной поверхности.

По результатам многокритериальной оптимизации были определены оптимальные составы заливных и пропиточных полимерных композиционных материалов для использования в ремонтно-защитных работах и даны практические рекомендации по повышению трещиностойкости полимерных композитов. Приведенные рекомендации были реализованы в практических условиях и использованы при ремонте 300м? и устройстве 50м? полов в производственном цехе на Одесском заводе резиновых технических изделий.

Ключевые слова: объемные деформации, границы раздела, наполнитель, трещиностойкость, коэффициент интенсивности напряжений, коэффициент технологического влияния.

ANNOTATION

Semenova S.V. Crack-resistanse increase of polymeric compositions for repair and protection works. – Manuscript.

The thesis is aimed at getting a scientific degree of a candidate of technical science, specialty 05.23.05.- Building Materials and Articles, Odessa State Academy of Building and Architecture. Odessa 2001.

Thesis is dedicated to analysis of the possibility to control over the voluminous changes of hardening polymeric compositions, as well as crack-resistance and main physical and mechanical characteristics of compositions by purposeful introduction of fillings. The mechanism of integral voluminous modifications’ formation of PCM is offered and investigated. A complex of models for systems of different kinds, quantities of the added fillings is drawn up and analyzed. By means of these models quantitative dependencies between voluminous deformations and their intensity, general mechanical characteristics, crack-resistance and coefficient of technological influence depending on quantitative and qualitative parameters of fillings were determined. Practical recommendations concerning increase of crack-resistance of polymeric compositions for repair and protection works for realization in practical conditions.

Key-words: voluminous deformations, limits of division, filling, crack-resistance, coefficient strain intensity, coefficient of technological influence.