Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Железобетонные конструкции с полимерными покрытиями 9
1.1 Способы защиты железобетонных конструкций от действия агрессивных сред 9
1.2 Виды полимерных покрытий 15
1.3 Покрытия на основе эпоксидных смол и особенности их влияние на свойства бетона и работу железобетонных конструкций 20
1.4 Долговечность железобетонных конструкций с полимерными покрытиями. Методы прогнозирования 27
1.5 Цели и задачи исследования 39
ГЛАВА 2. Теоретические основы долговечности железобетонных конструкций с полимерными покрытиями
2.1 Совместная работа полимерного покрытия и железобетонных конструкций. Механизм разрушения и предельные состояния 41
2.2 Напряженное состояние полимерных покрытий 45
2.3 Зависимость влияния упрочнения бетона полимерными покрытиями от вязкости мастик, диаметра пор и глубины проникновения материала в пору..58
2.4 Выводы 73
ГЛАВА 3. Исследование свойств эпоксидных функционально-градиентных покрытий 75
3.1 Функционально-градиентные покрытия на эпоксидном связующем и их зависимость от составляющих компонентов 75
3.2 Диаграммы деформирования полимерных композитов 96
3.3 Химическое сопротивление эпоксидных функционально-градиентных покрытий 108
3.4 Напряженное состояние функционально-градиентных покрытий и их трещиностойкость 115
3.5 Выводы 122
ГЛАВА 4. Исследование работы железобетонных конструкций с функционально-градиентными покрытиями в условиях действия механических нагрузок и агрессивных сред 124
4.1 Работа бетонных элементов конструкций с эпоксидными функционально-градиентными покрытиями в условиях совместного действия нагрузок и агрессивных сред 124
4.2 Влияние эпоксидных функционально-градиентных покрытий на несущую способность, трещиностойкость и деформативность железобетонных изгибаемых элементов 136
4.3 Сборно-монолитные перекрытия с армирующими элементами на основе предварительно напряженных железобетонных балок 153
4.4 Исследование совместной работы бетонного основания с функционально-градиентными покрытиями 163
4.5 Выводы 182
ГЛАВА 5. Методы расчета и прогнозирования долговечности железобетонных конструкций с полимерными покрытиями 184
5.1 Расчет и оценка долговечности железобетонных конструкций с функционально-градиентными покрытиями 184
5.2 Оценка надежности железобетонных конструкций с полимерными
покрытиями методом статистических испытаний 193
Общие выводы и предложения 200
Список использованных источников
- Способы защиты железобетонных конструкций от действия агрессивных сред
- Совместная работа полимерного покрытия и железобетонных конструкций. Механизм разрушения и предельные состояния
- Функционально-градиентные покрытия на эпоксидном связующем и их зависимость от составляющих компонентов
- Работа бетонных элементов конструкций с эпоксидными функционально-градиентными покрытиями в условиях совместного действия нагрузок и агрессивных сред
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время основным конструкционным материалом индустриального строительства в Российской Федерации является железобетон, причем, производство конструкций из него ежегодно увеличивается. Наряду со многими положительными свойствами железобетон имеет ряд недостатков, из-за которых он оказывается не в состоянии удовлетворять возросшим требованиям строительства. К ним, в первую очередь следует отнести недостаточную химическую стойкость и плохое сопротивление растягивающим напряжениям. Практика применения железобетонных конструкций показала, что при действии на них агрессивных сред они быстро разрушаются или приходят в состояние непригодное для нормальной эксплуатации. Поэтому повышение долговечности строительных конструкций, а в частности - железобетонных, одна из острейших проблем.
Традиционные мероприятия для повышения долговечности железобетонных конструкций (увеличение толщины защитного слоя, плотности бетона, использование предварительного напряжения, применение органических и минеральных добавок и т.д.) оказываются малоэффективными при действии агрессивных сред, что заставляет разрабатывать новые способы решения этой проблемы с использованием химически стойких, высокопрочных материалов на основе полимерных связующих.
Одним из перспективных направлений защиты бетона от действия агрессивных сред и повышения долговечности железобетонных конструкций является применение полимерных покрытий.
Современное развитие строительной отрасли позволяет создавать полимерные покрытия с заданным распределением свойств по высоте поперечного сечения, что позволит повысить долговечность железобетонных конструкций, особенно при эксплуатации железобетонных конструкций с
различной функциональной нагрузкой на различные части и слои сечения конструктивных элементов.
Однако на сегодняшний момент не существует единой методики расчета, оценки и прогнозирования долговечности железобетонных конструкций с функционально-градиентными покрытиями.
Расчет и конструирование железобетонных конструкций с функционально-градиентными покрытиями нельзя выполнять по нормам, разработанным для железобетонных конструкций, так как при расчете необходимо учитывать влияние покрытия на свойства бетона в плоскости контакта. Кроме того, в процессе эксплуатации композиционных конструкций в условиях воздействия агрессивных сред свойства материала покрытия, а, следовательно, и самой конструкции будут изменяться по мере проникновения агрессивных сред в толщу элемента, что необходимо учитывать при расчете.
Целью настоящей работы является оценка долговечности железобетонных конструкций с функционально-градиентными покрытиями и разработка рекомендаций по их расчету при заданных условиях эксплуатации.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать методы создания функционально-градиентных
покрытий. Экспериментально изучить распределение свойств по высоте
поперечного сечения элемента при различных условиях эксплуатации.
Теоретически исследовать напряженное состояние полимерных покрытий нанесенных на поверхность железобетонной конструкции. Установить факторы, влияющие на условия совместной работы полимерного покрытия и железобетонного элемента.
Оценить влияния характеристик подложки на долговечность бетонных конструкций с полимерными покрытиями.
Разработать рекомендации по расчету, оценки и прогнозирования долговечности бетонных и железобетонных конструкций с функционально-градиентными покрытиями в условиях действия механических нагрузок и агрессивных сред.
Установить закономерности работы предварительно напряженных железобетонных балок с функционально-градиентными покрытиями, изготовленных по технологии безопалубочного формования.
6. Разработать и внедрить варианты сборно-монолитного
часторебристого перекрытия с несущими элементами на основе
предварительно напряженных железобетонных балок, защищенных
функционально-градиентными покрытиями.
Научная новизна работы:
разработаны функционально-градиентные покрытия на эпоксидном связующем с заданным распределением свойств по высоте поперечного сечения, обладающие высокими эксплуатационными характеристиками;
получены экспериментальные данные о долговечности бетонных элементов конструкций с функционально-градиентными покрытиями в условиях совместного действия нагрузок и агрессивных сред;
выявлены закономерности изменения трещиностойкости, несущей способности и деформативности предварительно-напряженных железобетонных балок безопалубочного формования с функционально-градиентным покрытием на растянутой грани;
разработаны новые конструктивные решения сборно-монолитных часторебристых перекрытий с несущими элементами на основе предварительно напряженных железобетонных балок с функционально-градиентными покрытиями, что подтверждено патентами РФ №56912, №58573;
- произведена оценка влияния характеристик подложки на
долговечность бетонных элементов конструкций с функционально-
градиентным покрытием с применением разработанного программного
комплекса "Идентификация и анализ пористости строительных материалов" (свидетельство №2006610364).
Практическая значимость работы заключается в создании эпоксидных функционально-градиентных покрытий с заданным распределением свойств по высоте поперечного сечения, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками; разработке долговечных бетонных и железобетонных конструкций с применением функционально-градиентных покрытий и методов расчета, оценки и прогнозирования их долговечности; оценке напряженного состояния функционально-градиентных покрытий и их трещиностойкости; разработке конструктивных решений сборно-монолитных часторебристых перекрытий; установление условий совместной работы функционально-градиентных покрытий с бетонным основанием конструктивного элемента; разработке программного комплекса, позволяющего целенаправленно подходить к выбору функционально-градиентного покрытия в зависимости от состояния бетонной поверхности.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Международных и Всероссийских научно-практических конференциях «Актуальные вопросы строительства», «Современные технологии строительных материалов и конструкций» (Саранск 2002, 2003, 2004, 2005); Всероссийских научно-технической конференциях «Соломатовские чтения» (Саранск 2003, 2005); Научно-практических конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов МГУ им. Н.П. Огарева (Саранск 2004, 2006); Восьмых академических чтениях РААСН (Самара 2004); Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре» (Самара 2005); Республиканской научно-практической конференции «Наука и инновации в Республике Мордовия» (Саранск 2005, 2006); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства» (Пенза 2005); Научно-практической конференции
«Долговечность строительных материалов и конструкций» (Саранск 2005); Научной конференции МГУ им. Н.П. Огарева «XXXIV Огаревские чтения» (Саранск 2006); Десятых Академических чтениях РААСН (Казань 2006); Международных Академических чтениях РААСН (Курск 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 37 печатных работ, из них 3 статьи входят в перечень рецензируемых научных журналов и изданий рекомендованных ВАК. Получены два патента на полезные модели сборно-монолитных перекрытий №56912, №58573 и свидетельство №2006610364 о разработке программного комплекса «Идентификация и анализ пористости строительных материалов».
Внедрение результатов работы осуществлено в реальном проектировании объектов индивидуального жилищного строительства в проектном институте ГП ПТИ "Мордовский промстройпроект", а также при проведение ремонтных работ тепличного комплекса ОАО "Мир цветов" п. Кадошкино.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка использованных источников из 245 наименований. Общий объем диссертации 227 страниц, в том числе 101 рисунок, 27 таблиц.
Работа выполнена на кафедре строительных конструкций ГОУВПО "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" под руководством заслуженного деятеля науки и техники РФ, Члена-корреспондента РААСН, д.т.н., профессора В.П. Селяева
Способы защиты железобетонных конструкций от действия агрессивных сред
Железобетонные конструкции получили широкое распространение в области капитального строительства. В процессе эксплуатации они испытывают действие механических нагрузок, жидких и газообразных агрессивных сред. Возникающие под действием механических нагрузок напряжения в материалах конструкций определяются с достаточной надежностью расчетными методами сопротивления материалов, строительной механики и теории упругости. Однако расчетные методы определения несущей способности и деформативности основанные на учете воздействия только механических нагрузок, не обеспечивают нормативную надежность конструкций, их долговечность, если при этом не учтено возможное агрессивное воздействие окружающей среды, не разработаны и не проводятся меры по защите от коррозии. Учет агрессивных воздействий с помощью коэффициентов условий работы недостаточно объективно отражает работу конструкций в агрессивных средах.
К настоящему моменту накоплен огромный опыт по устройству защиты бетонных и железобетонных конструкций [65,77,94,230]. Выбор способа защиты должен производиться на основании технико-экономического сравнения вариантов с учетом заданного срока службы, минимума приведенных затрат и степени агрессивного воздействия сред. Согласно [79], природные и промышленные агрессивные среды по степени воздействия на строительные конструкции подразделяются на слабоагрессивные, среднеагрессивные и сильноагрессивные. Это позволяет дифференцированно применять способы повышения долговечности и защиты строительных конструкций.
В зависимости от степени агрессивности и вида сред СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии» предусматривает меры первичной (пассивной) и вторичной (активной) защиты строительных конструкций. К мерам первичной защиты бетонных и железобетонных конструкций относятся: - применение материалов повышенной коррозионной стойкости; - применение добавок, повышающих коррозионную стойкость бетона и его защитную способность по отношению к стальной арматуре; - снижение проницаемости бетона различными технологическими приемами; - установление дополнительных требований при проектировании бетонных и железобетонных конструкций: по категории требований к трещиностойкости и предельно допустимой ширине раскрытия трещин, толщине защитного слоя бетона у арматуры, обеспечивающих сохранность арматуры.
К мерам вторичной защиты поверхностей бетонных и железобетонных конструкций со стороны непосредственного воздействия агрессивной среды относятся: - лакокрасочные покрытия - при действии газообразных и твердых сред (аэрозоли); - оклеечная изоляция из листовых и пленочных материалов - при действии жидких сред, в грунтах, в качестве непроницаемого подслоя в облицовочных покрытиях; - мастичные покрытия на основе полимерных вяжущих - при действии жидких сред и в качестве защиты от механических повреждений; - облицовки и футеровки штучными или блочными изделиями из керамики, шлакоситалла, стекла, каменного литья, природного камня; - уплотняющая пропитка поверхностного слоя бетона конструкций химически стойкими материалами; - гидрофобизацией - при периодическом увлажнении водой или атмосферными осадками, образовании конденсата, в качестве обработки поверхности до нанесения грунтовочного слоя под лакокрасочные покрытия.
Опыт эксплуатации железобетонных конструкций показывает, что для конструкций, работающих в условиях действия слабоагрессивных сред проектирование, возможно, производить по существующим методам на длительные сроки службы, только при условии выполнения требований, предъявляемых к параметрам первичной защиты от коррозии [99].
Разработкой первичных способов защиты железобетонных конструкций от коррозии в разное время занимались С.Н. Алексеев, В.И. Бабушкин, Ю.М. Баженов, О.Я. Берг, Е.А. Гузеев, Ф.М. Иванов, П.Г. Комохов, В.М. Москвин, А.Ф. Полак, Р.З. Рахимов, Ю.А. Саввина, В.П. Селяев, В.И. Соломатов и многие другие видные ученые [8,18,22,26,41,52,65,71,79,120,131,185].
Большую сложность при проектировании представляет многообразие жидких сред в виде нейтральных слабокислых растворов, при действии которых процессы коррозии не носят столь явный характер, однако со временем приводят к снижению несущей способности конструкций. Обеспечить долговечность конструкций в таких средах часто бывает достаточно путем подбора цемента повышенной стойкости. Так в работе [73] было показано, что использование в конструкциях вместо обычного портландцемента - сульфатостойкого позволяет при прочих равных условиях расширить их область применения без дополнительной защиты.
Одним из наиболее эффективных способов повышения коррозионной стойкости бетона и его защитной способности по отношению к арматуре является использование различного рода добавок [24,78]. В работе [50], было показано, что применение добавок комплексного действия позволяет снизить проницаемость бетона. Увеличение марки бетона по водонепроницаемости с W2 до W8 позволяет при эксплуатации в 1,5-2 раза увеличить предельно опасные концентрации агрессивных сред.
Совместная работа полимерного покрытия и железобетонных конструкций. Механизм разрушения и предельные состояния
Работа изгибаемых железобетонных конструкций с полимерными покрытиями значительно отличаются от работы конструкций без покрытий [124]. Особую остроту этот вопрос приобретает в связи с применением железобетонных конструкций, работающих в условиях агрессивных сред. Бетон в железобетонных конструкциях еще до нагружения имеет дефекты структуры, которые служат очагами дальнейшего трещинообразования при приложении нагрузки. Образованию трещин предшествуют неупругие деформации, способные существенно перераспределять напряжения в случае имеющихся в конструкции элементов, способных принять дополнительные напряжения на себя.
Традиционным материалом, воспринимающим дополнительные напряжения, считается арматура, но чрезмерное увеличение процента армирования вызывает нежелательные явления (усадочные трещины, хрупкое разрушение и др.). Армирование не улучшает такие свойства бетона, как недостаточная плотность, подверженность коррозии. Наиболее оптимальным в этом случае является устройство полимерного покрытия. Частично ликвидируя очаги трещинообразования, воспринимая дополнительные напряжения, полимерные покрытия повышают трещиностойкость бетона. Повышение трещиностойкости бетона с покрытием по растянутой грани впервые отмечено в работах С.С. Давыдова, В.И. Соломатова, В.П. Селяева, Я.И. Швидко, Т.А. Красовской, В. Вайса, Г.Д. Цискрели [44,47,48,156, 195,219,245].
В последние годы вопрос образования трещин и повышения уровня нагрузки, при которой они возникают, приобрел серьезное значение не только для предварительно напряженного бетона, но и для конструкций с ненапрягаемой арматурой. В конструкциях без трещин арматура работает в сравнительно благоприятных условиях. В сечениях же с трещинами возрастает перепад напряжений в арматуре, которая подвергается не только растяжению, но еще и повторному изгибу в случае периодического раскрытия трещин.
Так как конструкции из композиционных строительных материалов рекомендуются для эксплуатации в условиях действия агрессивных сред [203], то особое внимание при их расчете следует уделить предельным состояниям, характеризующим трещиностойкость и долговечность элементов.
Повышение трещиностойкости железобетона полимерными покрытиями, нанесенными на поверхность изгибаемых элементов, может происходить вследствие перераспределения усилий между бетоном, арматурой и полимером, предварительного напряжения железобетона от усадочных деформаций полимера и упрочнения наружных слоев бетона.
Известно, что при деформировании бетона совместно с упругим телом усилие, вызывающее деформацию, распределяется между бетоном и этим упругим телом в соответствии с их удельным содержанием в системе [12, 98]. В нашем случае покрытие работает как упругий материал и участвует в перераспределении внутренних усилий как арматура, равномерно распределенная по поверхности растянутой грани железобетонной балки.
Согласно теории В.И. Мурашева [101], распределение внешнего изгибающего момента между бетоном, арматурой и полимером можно определить из выражения Мсгс -Rbt(Sbt,red + ss,red + Ss,red + Sp,red) = Rbf Wred (2Л) гДе ht,red Ss,red Ss,red, Sp red- статические моменты приведенных площадей бетона, арматуры и полимера относительно оси, проходящей через центр тяжести эпюры напряжений в сжатой зоне бетона; Wred - момент сопротивления приведенного сечения, определяемый с учетом неупругих деформаций бетона и полимера.
Таким образом, применяя формулы (2.2-3.9) можно определить, какая доля момента трещинообразования Мсгс воспринимается бетоном, арматурой и полимером.
Если повышение трещиностойкости железобетонных изгибаемых элементов с полимерными покрытиями происходит лишь вследствие того, что покрытие воспринимает дополнительное усилие, то моменты трещинообразования, определенные экспериментально и теоретически по выражению (2.1), должны иметь близкие значения.
Однако экспериментальные данные [167] показали (рис. 2.2), что экспериментальная кривая лежит несколько выше теоретической на величину, близкую 75%, что с уменьшением доли нагрузки, воспринимаемой полимером, увеличение момента трещинообразования асимптотически приближается к значению 1.75, т.е. при сколь угодно малых толщинах покрытия момент трещинообразования должен увеличится на 75%.
Следовательно, повышение трещиностойкости железобетона при совместной работе с полимерным покрытием лишь частично происходит из-за перераспределения внутренних усилий между полимером, бетоном и арматурой. Роль перераспределения усилий повышается с увеличением толщины покрытий и совсем незначительна при тонких покрытиях.
Долговечность железобетонных конструкций с полимерными покрытиями во многом зависит от трещиностойкости покрытий. Как известно [68,138,141], трещиностойкостью называется способность материала выдерживать определенные напряжения не растрескиваясь.
Функционально-градиентные покрытия на эпоксидном связующем и их зависимость от составляющих компонентов
Вопросы повышения долговечности строительных конструкций с каждым годом приобретают все большую актуальность. Конструктивные элементы зданий и сооружений под воздействием негативных факторов постепенно теряют способность выполнять свои функции, т.е. приходят в состояние, непригодное для нормальной эксплуатации. Решение этой проблемы, как и многих других, возможно при условии применения эффективных строительных конструкций, обладающих уникальным набором свойств. Несомненно, к этому классу следует отнести функционально-градиентные композиционные строительные материалы и конструкции [181]. Внедрение функционально-градиентных покрытий, изменение физико-механических характеристик которых по высоте поперечного сечения происходит по определенному закону, является одним из способов получения композитов способных противостоять жестким эксплуатационным требованиям.
Проектирование строительных конструкций из функционально-градиентных материалов проводится в три этапа. На первом определяются функциональные требования к материалу конструкции в каждой точке объема или поперечного сечения элемента. На втором обеспечивается соответствие материала в данной точке конструктивного элемента нормируемым функциональным требованиям. На третьем разрабатывается технология изготовления.
Различают следующие методы создания конструкций на основе функционально-градиентных материалов: - конструкции, созданные методом центрифугирования; - конструкции из армированных материалов с функциональным распределением арматуры по высоте поперечного сечения; - конструктивные элементы, свойства которых направлено распределены методом физико-химической обработки поверхностей; - слоистые конструкции составного сечения (полимерные или полимербетонные покрытия на поверхности); - конструкции, изготовленные по каркасной технологии; - изделия из материалов, структура которых направленно изменялась в различных физических полях (магнитных, электрических, гравитационных).
В зависимости от технологии производства конструкций на основе ФГМ различают: - конструкции, изменение свойств которых по объему производится после изготовления изделия (пропитка, химическая обработка поверхности, нанесение полимерных покрытий); - конструкции, в которых свойства материала изменяются в процессе формирования изделий (железобетонные, центрифугированные, каркасные конструкции).
В последние годы на кафедре строительных конструкций ведутся исследования по разработке защитных функционально-градиентных покрытий на основе полимерных связующих [175,182]. При разработке функционально-градиентных покрытий целесообразно сформировать такое распределение свойств по сечению образца, при котором наружный слой будет стойким к воздействию агрессивных факторов, а внутренние слои обладать заданными значениями прочности (когезионной и адгезионной). Подобного распределения свойств можно добиться путем варьирования вязкости полимерного связующего, плотности и крупности наполнителей.
Неотвержденные полимерные системы представляют собой суспензии частиц наполнителя в связующем. Существование подобных систем предполагает, что взвешенные в жидкости твердые частицы не осаждаются под действием силы тяжести. Для этого скорость броуновского (теплового) движения о6 частиц должна быть меньше скорости оседания vg. Для скорости оседания vg имеем по формуле Стокса: 6-x-a-ri-ug=(ps-pf)-g-V8, (3.1) где rj - вязкость жидкости; рг плотность жидкости; ps - плотность частицы; г/ -4 3 а - радиус частицы (характерный размер), "s Т Л а - объем частицы; g = 9,81 м/с - ускорение свободного падения. Скорость теплового движения частицы иб определяется из условия: 4 и2 Pt.-.n.aKJL = K.Tt (3.2) где Т - температура; к = 1,3 8 10" эрг /град - постоянная Больцмана. Из уравнений (3.1) и (3.2) соответственно получаем: 2 {ps-Pf)-S-a2 _ \ З-к- Г 8 9 ц б р-ж-а3 р/ " Приравнивая скорости vg и иб, находим условие для максимального размера частиц: 7 243-772 -к-Т а =- ; —Г- (3J) -n-ps\ps-pf) -g Выражение (3.3) дает верхнюю оценку размера частиц. Полученная зависимость дает возможность проанализировать влияние вязкости связующего и плотности наполнителя на величину максимального размера частицы, при котором происходит ее осаждение.
Работа бетонных элементов конструкций с эпоксидными функционально-градиентными покрытиями в условиях совместного действия нагрузок и агрессивных сред
Основная доля объема индустриального производства строительных конструкций приходиться на изделия из бетона и железобетона. Однако бетонные и железобетонные конструкции порой имеют недостаточную химическую стойкость и низкую сопротивляемость трещинообразованию, что особенно отрицательно сказывается при эксплуатации конструкций в условиях действия агрессивных сред.
Основным направлением повышения долговечности железобетонных конструкций является максимальное использование возможностей бетона, его способности предохранять стальную арматуру от коррозии. Реализовываться это должно применением бетонов повышенной плотности (водонепроницаемости), коррозионной стойкости, прочности. Однако ряд бетонных и железобетонных конструкций эксплуатируются в условиях совместного действия значительных механический нагрузок и сильноагрессивных сред. В этих случаях требуются специальные методы защиты по обеспечению долговечности и эксплуатационной надежности проектируемых строительных конструкций, снижающие или исключающие агрессивные воздействия на конструкции.
Практика эксплуатации железобетонных конструкций показывает, что воздействие агрессивных факторов совместно с процессом ползучести приводят к значительному изменению деформативно-прочностных свойств материалов конструкций [123,185,211]. При этом изменение свойств материалов во времени может носить необратимый характер и зависеть от условий деформирования и взаимодействия со средой, причем в напряженных конструкциях эти эффекты проявляются наиболее интенсивно и менее предсказуемы. Следовательно, необходимость совместного рассмотрения процессов ползучести, накопления повреждений и взаимодействия с агрессивной средой с учетом их взаимовлияния представляет и научный и практический интерес.
Изучение прочностных и деформативных характеристик бетонных элементов с полимерным покрытием проводили в условиях длительно действующей изгибающей нагрузки и деградационных процессах в структуре полимера и бетона, происходящих вследствие действия жидких агрессивных сред. В ходе исследований было испытано две серии образцов-балочек (Б, БП). Серия Б представляла собой бетонные образцы (Ц/П=1:2, В/Ц=0,55) размером 40x40x160 мм. Серия БП отличалась наличием на растянутой грани эпоксидного функционально-градиентного покрытия.
Основные физико-механические характеристики исследуемых изгибаемых бетонных элементов были определены предварительно при кратковременном статическом загружении и представлены в таблице 4.1.
Как видно по кривым ползучести процесс деформирования изгибаемых бетонных элементов с покрытиями носит затухающий характер, в то время как для элементов без покрытия - нарастающий, вплоть до их разрушения. Данная закономерность особенно отчетливо прослеживается при уровне нагружения 0,4Ri. Судя по затухающему характеру ползучести бетонных элементов с полимерными покрытиями (серия БП), можно говорить о том, что они имеют длительную прочность. Данное обстоятельство нашло свое отражение в коэффициенте длительности к$л, определенном по методике A.M. Иванова
[70]. Для серий Б и БП они соответственно равны 0,821 и 0,618. Снижение величины коэффициента длительности свидетельствует об увеличении деформаций вязкой и высокопластичной фаз.
В связи с тем, что бетонные и железобетонные конструкции с полимерными покрытиями рекомендуются к эксплуатации в условиях действия агрессивных факторов, были проведены экспериментальные исследования по изучению работы изгибаемых бетонных элементов с полимерными покрытиями в условиях действия длительных стационарных нагрузок и агрессивных сред со стороны покрытия. В качестве агрессивных сред были выбраны вода и 5-% раствор серной кислоты.
Анализ кривых ползучести показывает (рис.4.4-4.5), что агрессивные среды приводят к значительному изменению кинетики деформирования элементов. Прогиб элементов при одностороннем действии агрессивных сред развивается более интенсивно и носит незатухающий характер. Наиболее ярко данная закономерность прослеживается при воздействии воды, что связано с размягчением матрицы эпоксидного покрытия и снижением его прочности, как это было отмечено ранее.
Ползучесть элементов с полимерными покрытиями в условиях воздействия 5-% раствора серной кислоты зависит от уровня напряженного состояния задаваемого величиной длительно действующей изгибающей нагрузки. При уровне нагрузки 0,4R( кривые ползучести носят затухающей характер, что связано с первоначальным упрочнением эпоксидного покрытия. Учитывая кинетику изменения прочности эпоксидных композитов в условиях воздействия H2S04, можно прогнозировать, что затухающей характер будет продолжаться до момента начала снижения прочности полимерного покрытия.
При дальнейшей эксплуатации прогиб изгибаемых элементов с полимерными покрытиями в условиях совместного воздействия серной кислоты и длительно действующих нагрузок будет развиваться более интенсивно, и иметь необратимый характер вплоть до разрушения.
