Содержание к диссертации
Введение 5
1 Анализ литературных источников, постановка целей и задач исследо
ваний 10
-
Теплостойкость полимербетонов 10
-
Теория термоокислительного старения полимеров 14
-
Анализ исследований параметров долговечности каучуковых композитов 19
-
Термофлуктуационный подход к теории тепловой долговечности 24
-
Цель и задачи исследований 28
-
Выводы 28
2 Методика проведения и постановка эксперимента. Оборудование, при
способления, приборы для испытаний 30
-
Обоснование программы экспериментальных исследований 30
-
Применяемые материалы 31
-
Методики исследований 35
2.3.1 Методика испытаний на сжатие 35
-
Методика испытаний на растяжение при изгибе 35
-
Методика определения долговечности 36
-
Общий линейный метод наименьших квадратов 40
-
Методика поиска коэффициентов 42
2.4 Основные приборы, инструменты и оборудование, использо
ванные при проведении исследований 44
-
Математическое планирование и обработка результатов экспериментов 45
-
Выводы 47
3 Прогнозирование долговечности каучукового полимербетона на уров
не матрицы 49
-
Исследование влияния вида марки каучука на долговечность каучукового полимербетона 49
-
Исследование влияния вида ускорителя на долговечность каучукового полимербетона 56
-
Определение долговечности каучукового полимербетона при использовании в смеси ускорителя тиурама Д 57
-
Определение долговечности каучукового полимербетона при использовании в смеси системы ускорителей "тиурам Д - каптакс" 63
-
Определение долговечности каучукового полимербетона при использовании в смеси системы ускорителей "тиурам Д- каптакс - дифе-нилгуанидин" 67
-
Исследование влияния вида активатора на долговечность каучукового полимербетона 72
-
Исследование влияния антиоксидантов на долговечность каучукового полимербетона 77
-
Оценка влияния антиоксиданта агидола-2 на долговечность каучукового полимербетона 77
-
Оценка влияния антиоксиданта диафена ФП на долговечность каучукового полимербетона 81
3.5 Выводы 90
4 Проектирование состава системы ускорителей. Прогнозирование дол
говечности каучукового полимербетона на уровне связующего 93
-
Проектирование состава ускорителей каучукового полимербетона 93
-
Определение долговечности каучукового полимербетона оптимального состава 103
-
Исследование влияния вида наполнителя и его дисперсности на долговечность каучукового полимербетона 107
4.3.1 Определение влияния дисперсности наполнителя на долговеч
ность каучукового полимербетона 108
4.3.2 Определение влияния вида наполнителя на долговечность кау
чукового полимербетона 113
-
Анализ деформационных границ долговечности каучукового полимербетона 115
-
Выводы 123
5 Использование результатов исследований. Разработка методики про
гнозирования долговечности на персональной электронно-
вычислительной машине (ПЭВМ) 124
5.1 Разработка методики прогнозирования на ПЭВМ. Алгоритм
программы "Определение долговечности" 124
-
Описание программы на ПЭВМ для определения долговечности полимербетона 127
-
Использование результатов исследований для длительного прогнозирования работоспособности каучукового полимербетона 132
-
Выводы 134
Основные выводы 136
Список использованных источников 139
Приложение А . Программа на ПЭВМ "Определение долговечности" 154
Приложение Б. Методика определения долговечности полимербето-
нов 170
Приложение В. Акты внедрения 182
Введение к работе
Актуальность работы. Одной из важных эксплуатационных характеристик полимерных строительных композитов является надежность, к критериям которой относится долговечность - продолжительность времени от момента на-гружения до разрушения, в течение которого материал сопротивляется внешним и внутренним воздействиям. На параметры долговечности материалов оказывают влияние различные неблагоприятные факторы: механические нагрузки, изменяющаяся температура, влага, агрессивные химические среды, ультрафиолетовое облучение, проникающая радиация, кислород и свободный озон, содержащиеся в воздухе, и др. Известно, что полимербетоны обладают подходящими для конструкционных материалов свойствами, но их применение ограничено низким температурным пределом использования (110...120 С). Повышение температуры окружающей среды оказывает влияние на изменение структуры материалов, понижает механические характеристики композитов и способствует увеличению ползучести. В результате данных процессов полимербетон уменьшает прочность и увеличивает деформативность, что сужает область применения этих композитов.
Наряду с известными видами полимербетонов наиболее перспективными следует считать бетоны на основе жидкого каучукового вяжущего или каутоны. Каутон обладает универсальной химической стойкостью, благоприятными физико-механическими характеристиками, но проблемным аспектом его применения является довольно низкая температурная стойкость. Характер влияния температуры на длительную прочность и деформативность композита почти не изучены. Поэтому в общем объеме научных исследований работоспособности каутона важное место занимает проблема прогнозирования его долговечности в условиях одновременного воздействия температурных и силовых факторов.
Влияние температуры, силового и временного воздействия на параметры долговечности каутона, на наш взгляд, эффективнее всего в настоящей момент учесть с позиций термофлуктуационной (кинетической) концепции разрушения и деформирования, предложенной С.Н. Журковым и разработанной СБ. Ратне-ром и В.П. Ярцевым. Уникальность данной концепции заключается в том, что она позволяет прогнозировать любую из границ работоспособности (временную, температурную, прочностную) в широком диапазоне изменения взаимосвязанных параметров.
Актуальность данной работы обусловлена необходимостью проведения экспериментально-теоретических исследований долговечности каутона при одновременном воздействии температурных и силовых факторов, а также разработки надежного и простого метода прогнозирования работоспособности композита, основанного на изучении закономерностей его разрушения и деформирования в широком эксплуатационном диапазоне нагрузок и температур.
Основная цель работы: прогнозирование температурно-временных и силовых границ долговечности каучуковых композитов в эксплуатационном диапазоне напряжений и температур и разработка эффективных составов каутона с повышенными температурными границами использования.
Для этого необходимо в настоящих исследованиях решить следующие задачи: оценить влияние марки жидкого каучука и рецептурных количественных и качественных параметров компонентов отверждающей группы (вид ускорителя, активатора) матрицы каутона на границы работоспособности композита на растяжение при изгибе; определить температурно-временные и силовые границы долговечности при введении в состав матрицы каучукового композита антиоксидантов амин-ной и фенольной групп; установить влияние вида наполнителя и его дисперсности на параметры долговечности каутона на растяжение при изгибе; - запроектировать составы бетона на основе низкомолекулярного полибу тадиенового каучука смешанной микроструктуры марки ПБН (каучука марки ПБН), которые обладают большей стойкостью к температурно-силовым факто- определить температурно-временные-деформационные границы долговечности каутона ПБН; разработать программу на ПЭВМ, позволяющую осуществлять прогноз границ работоспособности полимербетона в заданном диапазоне эксплуатационных температур и силовых воздействий.
Научная новизна работы состоит в следующем: выявлены термофлуктуационных закономерностей разрушения и деформирования каутона марки ПБН на растяжение при изгибе; получены значения термофлуктуационных констант каутонов на основе жидкого каучука марки ПБН, определяющие их долговечность при разрушении и деформировании; оценено влияние вида связующего, активатора, ускорителя, антиокси-дантов, наполнителя и его дисперсности на температурно-временные и прочностные границы долговечности каутона; состав каутона марки ПБН, включающий в отверждающую группу систему из трех ускорителей "тиурам Д - каптакс - дифенилгуанидин", установлен оптимальным с точки зрения термофлуктуационной концепции разрушения и деформирования твердых тел; получены значения температурно-временных-деформационных границ долговечности базового и оптимального состава каутона, а также состава, включающего в отверждающую группу антиоксидант диафен ФП; - разработана программа на ПЭВМ по прогнозированию долговечности композитов в заданном диапазоне эксплуатационных температур и силовых воздействий.
Достоверность полученных результатов обеспечивается проведением экспериментов с необходимым количеством повторных испытаний, применением современного оборудования и установки, использованием статистических методов при обработке экспериментальных данных, сопоставлением результа- тов исследований с аналогичными данными других авторов.
Практическое значение работы. Отработаны практические методики по прогнозированию долговечности каучуковых полимербетонов марки ПБН в заданном интервале напряжений и температур. Полученные данные могут быть рекомендованы для использования проектными и научно-исследовательскими организациями при разработке композитов на каучуковом вяжущем. Разработана программа на ПЭВМ, применение которой дает возможность прогнозировать работу конструкции при заданных температурных, временных, прочностных условиях.
Реализация работы. Разработанное программное обеспечение внедрено в ООО "ТИСС" для прогнозирования работоспособности полимербетонов в условиях одновременных температурных и силовых воздействий. Теоретические разработки и результаты экспериментальных исследований использованы в учебном процессе при постановке лекционного курса "Эффективные композиционные конструкции" для студентов и магистрантов, а также в дипломном проектировании и написании магистерских диссертаций.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на четырех научно-технических конференциях ВГАСУ (2005...2009 гг.), всероссийской конференции «Теория и практика повышения эффективности строительных материалов» (г. Пенза, 2006), IX международной научно-технической конференции «Эффективные строительные конструкции: теория и практика» (г. Пенза, 2009).
Публикации. Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, опубликованы в 10 печатных работах, одна из которых опубликована в издании, рекомендуемых в перечне ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, определенных ВАК РФ. Получено положительное решение на изобретение по заявке № 2009115088/04.
На защиту выносятся: - результаты экспериментальных исследований влияния вида связующего, компонентов отверждающей группы, наполнителя и его дисперсности на тер- мофлуктуационные закономерности разрушения и деформирования каучуковых композитов на растяжение при изгибе и полученные значения термофлук-туационных констант, позволяющих прогнозировать их долговечность; методика прогнозирования долговечности каучуковых полимербетонов; результаты исследований по проектированию оптимальных составов кау-тона марки ПБН с повышенными температурными эксплуатационными границами использования; разработка программы на ПЭВМ по прогнозированию долговечности полимербетонов при любых видах напряженно-деформированного состояния в заданном диапазоне эксплуатационных температур и нагрузок.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и содержит 184 страницы, из них 126 машинописного текста, 31 таблица, 57 рисунков, список литературы из 153 наименований и 3 приложения.
Похожие диссертации на Прогнозирование долговечности композитов на основе низкомолекулярного полибутадиенового олигомера
