Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


Структурные аспекты формирования трехслойных ограждающих конструкций на основе каркасного керамзитобетона

Структура каркасного композита представляет собой совокупность со прикасающихся, склеенных друг с другом зерен крупного заполнителя или во локон, пустоты между которыми заполнены дисперсной средой - матрицей Физико технические свойства каркасных композитов предопределяются структурой клея каркаса, заполнителей и матрицы, особенностями взаимодей ствия на границах «заполнитель—клей» и «каркас-матрица»; характером геометрической упаковки заполнителей в каркасе.

Основными требованиями к клею каркаса наряду с бездефектностью, высокой прочностью на растяжение, сжатие, сдвиг и долговечностью являются высокая адгезия клея к поверхности заполнителей и способность релаксировать напряжения, возникающие от усадочных и температурных деформации матрицы, а также при механическом нагружении композита. Этим требованиям в большей степени отвечают ненаполненные и малонаполенные композиты со степенью наполнения V=0...0,3.

Параметрами, характеризующими структуру каркаса, являются толщина пленки клеевой композиции на зернах заполнителя и геометрическая упаковка заполнителей. Зерна заполнителя должны быть полностью покрыты пленкой связующего. Как неполное покрытие зерен связующим, так и его избыток ухудшают свойства каркаса. При недостатке связующего он имеет низкую прочность и разрушается под воздействием различных факторов, при избытке же происходит закупорка пор в каркасе что не позволяет производить качественную пропитку его пустот.

Толщина пленки связующего на зернах определяется по известной формуле

Основным показателем, определяющим качество структуры каркаса, служит его пропускная способность, позволяющая заполнить поровое пространство связующим. Поступление его в поровые каналы каркаса отождествляется с фильтрацией вязкой жидкости в пористой среде. Крупный заполнитель в каркасе рассматривается как фиктивная пористая среда, если считать зерна шарами одинакового диаметра. Основной характеристикой такой среды является пористость, которая определяется типом укладки зерен заполнителя. Так, при кубической укладке ее величина составляет 0,4764 при гексагональной - 0,2595, а при тетраэдрической - 0,6599.

Создание каркасных композитов связано с движением жидкостей (связующих). Характер протекания данных процессов при склеивании заполнителей в каркас, пропитке заполнителей и каркаса клеевыми и матричными композициями, а также при обеспечении устойчивости матричных композиций против расслаивания определяется законами и явлениями гидродинамики и гидростатики.

Для пропитки каркаса используют как ненаполненные, так и наполненные композиции. При использовании наполненных композиции качественная пропитка композита возможна лишь тогда, когда размеры наполнителя матрицы будут находиться в определенном соотношении с размерами его поровых каналов. Полученная зависимость, определяющая данное соотношение, имеет вид

Соотношение размеров наполнителя матрицы и заполнителя каркаса во многом определяется также технологией изготовления каркасного композита. При полной пропитке каркаса размер наполнителя принимается менее 0,63 мм с целью более качественной пропитки и получения композита плотной структуры, при частичной пропитке - менее 2,5 мм с целью создания лучших условий образования прочных клеевых прослоек, связывающих гранулы крупного заполнителя в крупнопористый слой.

К пропиточным композициям наряду с высокой прочностью сцепления с поверхностью каркаса и долговечностью в условиях различных агрессивных сред при изготовлении изделий предъявляются требования по прочности и жесткости. В качестве пропиточных матриц пригодны композиции с различной степенью наполнения: V = 0...Vmax.

Объемная доля наполнителя в наполненных композициях, определенная из уравнения объемного расхода составляющих компонентов, для каркасных композитов равна:

Еще одним фактором, оказывающим влияние на процесс пропитки каркаса, являются реологические параметры связующего (матрицы), где определяющую роль играют вязкость и расслаиваемость.

Реология как физика деформации устанавливает взаимосвязь между силами, действующими на материальное тело, и вызванными ими деформациями. Большая часть материалов, исследуемых реологией, представляет собой дисперсные системы, состоящие из двух или более фаз. С точки зрения реологии дисперсные системы можно разделить на золи, которые ведут себя как жидкости, на студни, обладающие свойствами твердых тел, и на гели, занимающие промежуточное положение Золи по механическим свойствам относятся к свободнодисперсным системам, которые подвижны и не оказывают сопротивления сдвигу. Гели и студни являются связнодисперсными системами, которые характеризуются наличием пространственной структуры. Структурированные системы при механическом воздействии на них, например при вибрировании или перемешивании, теряют структуру и переходят в свободнодисперсные, а после снятия нагрузки вновь приобретают структуру.

Свободнодисперсные системы подразделяются на ньютоновские жидкости, а связнодисперсные - на неныотоновские или вязкопластичные. Течение ньютоновских жидкостей изучается на основе закономерностей классической гидродинамики, а неныотоновских - реологией.

Ньютоновские жидкости характеризуются линейной зависимостью напряжения сдвига от скорости деформаций:

При склеивании особое внимание следует обратить на образование поверхностных соединений с более сильными связями (высокой адгезионной прочностью). В настоящее время существуют различные теории, объясняющие адгезию: механическая, молекулярная электростатическая, диффузионная, реологическая и химическая. Данные теории, за исключением первой, рассматривают адгезию как результат взаимодействия молекул, между которыми могут действовать физические, химические и молекулярные силы. Механическая теория объясняет адгезию как механическое соединение, возникающее за счет заклинивания и зацепления клея в неровностях, полостях, порах склеиваемых материалов.

В связи с вышеуказанным для обеспечения высокой адгезионной прочности, во-первых, необходимо способствовать получению плотного контакта между клеем и субстратом, во-вторых, для усиления процессов взаимодеиствия осуществлять направленный подбор клея и субстрата с требуемыми физическими и химическими свойствами. Первое условие определяется смачивающей способностью клея, которая выражается через удельную работу адгезии. Луч шее смачивание происходит когда поверхностная энергия твердого тела больше поверхностной энергии на границе твердое тело-жидкость.

Для того чтобы создать условия хорошего адгезионного взаимодсиствия, необходимо осуществлять целенаправленный подбор клея и наполнителей с требуемыми физико-химическими свойствами. Значительная роль при этом принадлежит таким показателям, как полярность водородный показатель и диэлектрическая проницаемость. Более высокая совместимость достигается, если данные свойства у клея и субстрата являются близкими.

Баженов Ю.М., Король Е.А., Ерофеев В.Т., Митина Е.А., Ограждающие конструкции с использованием бетонов низкой теплопроводности, М., АСВ, 2008

Экспертиза

на главную