РАЗДЕЛ 2
МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ, ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ
2.1. Методология научных исследований по повышению стойкости защитно-декоративных покрытий
Интенсификация технологических процессов обуславливает повышение степени агрессивного воздействия среды на материалы и конструкции. В связи с тем, что порядка 70 % строительных конструкций, тепловых аппаратов имеют вторичную, то есть защиту барьерного типа, проблема повышения стойкости таких покрытий становится все более актуальной [76].
В настоящее время не существует единой методики определения стойкости различных видов покрытий в зависимости от условий эксплуатации. Так, например, в различных исследованиях за критерии коррозионной стойкости принимаются изменение массы, изменение прочности покрытий, изменение скорости поглощения агрессивных ионов в единицу времени на единицу поверхности, линейная или объемная деформация, изменение структуры [77]. Наиболее широко используется коэффициент стойкости Кст, представляющий собой отношение прочности после воздействия агрессивной среды к прочности контрольного образца [78]. Он может быть использован для оценки стойкости покрытий в условиях температурных, температурно-влажностных или других воздействий эксплуатационной среды.
Изучение и анализ научно-технической литературы, предварительные экспериментальные исследования показали, что прочностные показатели покрытий не всегда являются определяющими их стойкость. Наблюдается ряд случаев, когда увеличение прочности покрытий приводит к отрицательным результатам. На основании проведенного анализа предложена гипотеза, заключающаяся в том, что стойкость покрытий следует рассматривать в зависимости от соотношения прочностных и деформационных параметров покрытия, контактного слоя и защищаемой поверхности (подложки), то есть
системы, работающей в определенной эксплуатационной среде.
Математическое выражение постановки проблемы в первом приближении можно записать в следующем виде:
Rп / Rо = Const; (2.1)
при - Rп = Rкс
где Rп, Rкс, - прочность, соответственно, покрытия и контактного слоя.
Теоретические исследования проблемы заключаются в рассмотрении различных вариантов соотношения прочностных и деформационных параметров системы (покрытие - контактный слой - подложка), выбор и обоснование оптимальных критериев, соответствующих наиболее высокой стойкости.
С целью экспериментальной проверки теоретических исследований, после анализа нормативной и научно-технической литературы была разработана методика исследований изменения прочностных и деформационных параметров системы при тепло-влажностном воздействии внешней среды.
Для проведения исследований готовились образцы 4 ? 4 ? 16 см из материала, соответствующего материалу поверхности конструкции, на расстоянии 50 мм от центра в обе стороны монтировались датчики напряжений и термопары. Глубина заделки составляла 2,5 мм. После тепловой обработки по режиму, применяемому для данных видов бетона, на поверхность образца наносили покрытие, толщина которого определялась в зависимости от его назначения, но не менее 3 мм. При нанесении покрытия монтировались датчики напряжений, термопары и реперы, как показано на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Схема установки измерительных устройств:
1 - покрытие; 2 - подложка;
3 - реперы; 4 - датчики напряжений;
5- термопары.
После твердения образцов в условиях, определенных методикой испытаний они устанавливались на испытательный стенд, разработанный лабораторией кафедры ТБВ и строительной фирмой "Горизонт", рис. 2.2.
Рис. 2.2. Схема испытательного стенда для определения деформаций и внутренних напряжений в системе: защитное покрытие - контактный слой - подложка:
1 - компаратор с тензорезисторным тензометром; 2 - нагревательное устройство; 3 - калорифер; 4 - опоры; 5 - вентилятор; 6 - система охлаждения; 7 - подложка (образец); 8 - защитно-декоративное покрытие; 9 - разъемы; 10 - ПВЭМ; 11 - измерительное устройство.
Испытательный стенд (рис. 2.2) имеет несколько опор для установки образцов 7. Датчики напряжений 4, термопары 5 (рис. 2.1), калорифер 5 и вентилятор 6 подключены к измерительному прибору ?CIGMA? 11, что позволяет вести управление нагревом и охлаждением, а также измерять температуру защитного покрытия, поверхности подложки на заданной глубине от поверхности. Компаратор 1, расположенный над поверхностью покрытия перед началом испытаний устанавливается по реперам на нулевые отметки. Полученные данные прибором 11, температура покрытия и подложки, внутренние напряжения сжатия или растяжения, обрабатываются на ПВЭМ 10 и предоставлялись в виде таблиц, графиков и диаграмм.
Деформация поверхности определяется также с помощью модернизированного оптиметра ПН-6, укомплектованного насадкой тензорезисторов, расположенных в виде дельта розетки, и поступает на регистрирующий прибор ?CIGMA?. Перед проведением испытания необходимо проводить тарировку измерительных устройств.
Известно, что введение волокон в состав различных материалов способствует повышению их прочностных свойств. Нами было выдвинуто предложение, что одним из вариантов повышения прочностных свойств различных покрытий, как защитных, так и защитно-декоративных, может быть введение дискретных волокон минерального и органического происхождения. Кроме того, на основе предварительных экспериментальных исследований замечено, что введение дискретных волокон, имеющих низкий модуль упругости, способствует увеличению относительной деформации композиционного материала.
В настоящее время содержание волокон в основном определяется из правила аддитивности, позволяющего установить количество непрерывных волокон, затем, введя коэффициенты ориентации, определить содержание волокон [79, 80]. Нами предложен несколько иной подход для определения содержания волокон, исходя из соображений равной прочности единичных объемов волокна и матрицы:
?Р