CC BY
43
0000000000000000000000000000000000 ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕМПФИРУЮЩИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРБЕТОНОВ КАРКАСНОЙ СТРУКТУРЫ
В. Д. ЧЕРКАСОВ, кандидат технических наук, В. Т. ЕРОФЕЕВ, кандидат технических наук, Н. И. МИЩЕНКО, инженер
Строительные конструкции и изделия многих зданий и сооружений подвергаются воздействию динамических нагрузок, приводящих к преждевременному разрушению станин металлообрабатывающих станков, дорожных и аэродромных покрытий, полов промышленных зданий с тяжелым режимом работы. К тому же динамические нагрузки в результате колебаний элементов вызывают шум в зданиях. Одним из показателей, характеризующих способность материала сопротивляться динамическим нагрузкам, является демпфирующая способность — свойство материала поглощать в необратимой форме энергию циклического деформирования. Материалы с высокими демпфирующими свойствами способствуют уменьшению амплитуд колебаний, смягчают удары и тем самым приводят к снижению напряжений в конструкциях.
Анализ исследований различных строительных материалов показывает, что по способности поглощать энергию циклического деформирования более эффективными по сравнению со сталью, чугуном, природными каменными материалами и цементным бетоном являются бетоны на полимерных связуюших [3,41. В последнее время в строительстве получили распространение каркасные полимербетоны — новые композиционные материалы, формируемые в два приема: сначала изготавливается крупнопористый каркас по форме будущего изделия путем соединения зерен крупного заполнителя, затем пустоты каркаса заполняются легкоподвижной* матрицей [2]. Полимербетоны, изготавливаемые по такой технологии, имеют улучшенные физико-технические показатели по сравнению с материалами, получаемыми обычным смешиванием компонентов. У каркасных полимербетонов вы-
ше статическая и ударная прочность, больше устойчивость в условиях воздействия агрессивных сред и циклически действующих температур, меньше усадочные и температурные деформации, ползучесть. Они б^лее технологичны при изготовлении покрытий полов, дорожных и аэродромных покрытий, а также различных антикоррозионных защитных покрытий по строительным конструкциям [1 ].
Покрытия полов в цехах машиностроения, мясомолочных комбинатов, дорожные и аэродромные покрытия подвергаются воздействию динамических нагрузок. В этой связи проектирование данных изделий необходимо производить с учетом их демпфирующих свойств. В настоящее время у полимербетонов каркасной структуры демпфирующие свойства, а также влияние на них различных структурообразующих факторов не изучено.
Для количественной оценки демпфирующих свойств материалов используют следующие характеристики: тангенс угла потерь tg <5, коэффициент
потерь г], относительное рассеяние, или коэффициент поглощения, V» логарифмический декремент колебаний <5. Они связаны между собой соотношением
♦ л <5 V
Наиболее легко определимой .из этих характеристик является логарифмический декремент колебаний. Этот показатель, характеризующий темп затухания колебаний, определяется по виброграммам затухающих колебаний и ширине резонансного пика. При выполнении экспериментальных исследований логарифмический декремент колебаний каркасных полимербетонов определяли по ширине резонансного
пика при испытании консольных образцов размером 4 х 4 х 16 см:
д = 1,8138
где f\y f2 — частоты колебаний образца, соответствующие половине максимальной амплитуды колебаний до и после резонанса; — резонансная частота образца.
Для сравнения демпфирующих свойств различных материалов или оценки эффективности вибропоглощения при одинаковой амплитуде деформаций используют модуль потерь, являющийся мерой поглощения энергии и представляющий собой произведение модуля упругости на коэффициент потерь. Измерения частоты и амплитуды колебаний производили с помощью измерителя частоты и затухания колебаний марки ИЧЗ-3410, разработанного СКБНП Института механики полимеров АН Латвии.
В качестве связующих при изготовлении образцов использовались: эпоксидная смола марки ЭД-20 (ГОСТ 10587—72), полиэфирная смола марки ПН-1 (ГОСТ 6—05—1082—76), битум нефтяной ' строительный марки БН
70/30 (ГОСТ 9812—74), портландцемент М400 Алексеевского цементного завода. Отвердителем эпоксидной смолы служил полиэтиленполиамин (ТУ 6—02—594—70), а полиэфирная смола отверждалась инициирующей системой, состоящей из гидроперекиси изо-пропилбензола (МРТУ 38—2—5—66) и нафгената кобальта (ТУ 6—05—1075—67).
Для пластификации эпоксидной смолы применялся дибутилфталат (ГОСТ 8728—77). В качестве крупного заполнителя использовались гранитны* щебень, кирпичный бой, керамзитовый и термолитовый гравий крупностью 5— 10 мм, удовлетворяющие требованиям
ГОСТ 10268—62, 9758—61, 9759—65.
В полимербетоне каркасной структуры можно ваделить три фактора, которые способны оказывать влияние на демпфирующие свойства. Это заполнители, матрица и клей каркаса, выпглиняющий роль межфазного слоя. Значительную часть объема каркасного
композита занимают заполнители. Исследования, проведенные с полимер-ными композиционными материалами обычной структуры, показали, что потери в заполнителе слабо влияют на вибропоглощающие свойства материала [31. Это утверждение можно отнести и к композиционным материалам каркасной структуры, что подтверждают экспериментальные исследования. Пористые заполнителя (керамзит, термо-лит) незначительно повышают коэффициент потерь композита. Жесткие заполнители (гранит) выгодно отличаются от пористых тем, что повышают модуль упругости и, следовательно, модуль потерь композита, делая при этом вибропоглощающие свойства материала более эффективными (табл. 1Ь
I I
I
Таблица I Влияние вида заполнителя на демпфирующие свойства композиционного материала каркасной структуры
Заполнитель каркаса Коэффициент потерь Модуль упругости, 104 МПа Модуль потерь,
Гранитный щебень 0,029 1,07 зю,з
Кирпичный бой 0,026 0,98, 254,8
Керамзитовый
гравий 0,030 0.48 144,0
* . - .
л
Термолитовый
гравий 0,031 0,59 183.0
■ '
Примечание. В качестве магрлцк; ^ клея каркаса применялся эпоксидный полимер.
В большей степени на демпфирующие свойства композиционных материалов каркасной структуры оказывают влияние потери в матрице. Применение в качестве матрицы связующих с высокими диссипативными свойства-ми (например, полиэфирных) приводит
9
к адекватному повышению коэффициента потерь композиционного матери-ала (табл. 2). А 1
Клей каркаса в этом типе композитов выполняет функцию межфазного слоя на уровне макроструктуры, поэтому лучше в этих Целях применять
Таблица 2 Влияние диссипативных свойств матрицы
на демпфирующие свойства композиционного материала каркасной структуры
'—г
Заполнитель каркаса Матрица Коэф- фици- ент потерь Модуль упругости, 104МПа Модуль потерь, МПа
Кирпичный бой % ОД-20 0,029 0,98 284,2
Кирпичный бой ЭД-20 с пластификатором 0,045 0,78 351,0
Кирпичный бой ПН-1 0,099 0.61 603,9
Примечание. В качестве клея каркаса применялся эпоксидный полимер.
материалы с низким модулем упругости и высоким коэффициентом потерь. Исследования демпфирующих свойств композиционных материалов каркасной структуры с различными видами клея каркаса показали, что высокие коэффициенты потерь имеют композиты, у которых каркас склеен высоко-демпфирующим материалом — вязко-упругим клеем (полиэфирной смолой, битумом). Жесткие недиссипативные клеи (например, цемент) снижают ко эффициент потерь композита каркасной структуры (табл. 3)/
На демпфирующие свойства композитов оказывает влияние толщина клеевого слоя каркаса. Увеличение относительной тодщнны оболочки \/Л (где ! — толщина клеевого слоя каркаса; 6 — диаметр заполнителя) вязкого кле-
Таблица 3 Влияние клея каркаса на демпфирующие свойства композиционного материала каркасной структуры
Состав каркаса Коэффициент потерь Модуль упругости, 104 МПа Модуль потерь, МПа
Кирпичный бой, склеенный цементом 0,016 0,98 157,0
Кирпичный бой, склеенный эпоксидной смолой 0,029 0,98 284,2
Кирпичный бой, склеенный полиэфирной смолой 0,057 1),38 217,0
Кирпичный бой, склеенный битумом 0,083 0,18 149,4
Примечание. В качестве матрицы применялся эпоксидный полимер.
евого слоя каркаса с 0,0255 до 0,114 повышает коэффициент потерь композиционного материала в два раза, но ведет к существенному снижению модуля упругости и модуля потерь, а следовательно, и эффективности вибропоглощения. \
Таким образом, демпфирующие свойства композиционных материалов каркасной структуры можно изменять подбором матрицы и клея каркаса. Для получения материалов с эффективными вибропоглощающими свойствами необходимо применять высокодемпфи-рующую матрицу и жесткий каркас или жесткую матрицу с каркасом, склеенным вязкоупругим клеем.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ерофеев В. Т. Полимербетоны каркасной ^1р\ктуры // Изв. вузов. Строительство. 1993. V 1. С. 66 — 70.
2. Соломатов В. И. Технология иолимербе-тонов и армополимербетонных изделий. М . Стройиздаг. 1984. 144 с.
3. Черкасов В.Д. Демпфирующие свойства полимерных композиционных материалов // Вести. Мордов. ун-та 1-993. № 1 С. 70 — 74.
4 Яковлев А. П. Диссипативные свойства неоднородных материалов и^систем. Киев: Наук думка, 1985. 248 с.
ВТОРАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ АССОЦИАЦИИ "ИСТОРИЯ И КОМПЬЮТЕР"
V - .
Информационное творчество чело- постепенно приобретая всеобъемлю-вечества охватывает все ковые сферы, щий характер. Возникает новая инфор-
