Разработка технологии образцов бетона с использованием модифицированной полимерной арматуры (стр. 3 из 4)
где r – радиус окружности, см.
Таким образом:
(9),для образца с прямоугольным сечением;
(10),для образца с круглым сечением.
Разрушающее напряжение при статическом растяжении (σр, МПа). Статические (квазистатические) испытания полимерных материалов на растяжение, проводят на универсальных разрывных машинах, предназначенных, для испытания полимерных материалов.
Для стандартных и дополнительных механических испытаний пластмасс на растяжение используются образцы, имеющие форму «двойной лопатки». В образцах такой формы весьма мала концентрация напряжений в местах зажима, и образец разрушается в пределах рабочей части, а не на концах.
Для крепления полимерных образцов к захватам испытательной машины применяются: клиновые зажимы с гладкими, рифлёными и зубчатыми губками, рычажные зажимы, одно- и двухступенчатые зажимы цангового типа, винтовые зажимы с постоянным поджимом образца.
При проведении дополнительных испытаний полимерных материалов на растяжение, удобно применять образцы в форме «двойной лопатки» с дополнительными утолщениями для крепления измерительной аппаратуры. Преимущество такой формы образца перед стандартной «двойной лопаткой» состоит в том, что деформации измеряются непосредственно на базе образца, и погрешности, вносимые деформациями растяжения, сдвига и смятия в зажимах, не влияют на измеряемую величину деформации рабочей части образца.
При выборе скорости раздвижения захватов следует руководствоваться тем, чтобы время от момента приложения нагрузки к образцу до момента его разрушения было не менее 1 мин. при испытаниях материалов, имеющих предел текучести, и не менее 30 сек. при испытаниях материалов, не имеющих предела текучести. Рекомендуемые скорости раздвижения захватов: 1
0,5; 5 1,0; 25 2,5; 50 5,0; 100 10,0; 500 50,0 мм/мин. В процессе нагружения нагрузку и удлинение замеряют непрерывно или в момент достижения определяемого показателя[5].Разрушающее напряжение при статическом растяжении определяют по формуле:
(11),где F – продольная сила, Н; S – площадь поперечного сечения рабочей зоны образца, м2.
Ударная вязкость (ауд, кДж/м2). Для того, чтобы выявить способность материала сопротивляться нагрузкам, приложенным с большой скоростью, производят ударные испытания в режимах однократного и многократного ударов. Высокая скорость деформации при ударе способствует хрупкому разрушению материала. Кроме того, известно, что концентраторы напряжений в образцах, подвергающихся удару, создают в ряде случаев напряжённое состояние, близкое к всестороннему растяжению, что способствует хрупкому разрушению. Поэтому наиболее опасными по отношению к хрупкому разрушению условиями работы деталей конструкций являются ударные нагрузки при наличии концентратора напряжений. Некоторой условной постоянной, характеризующей сопротивление материала хрупкому разрушению является ударная вязкость материала – отношение величины работы затраченной на разрушение образца к наименьшей площади поперечного сечения образца. Ударная вязкость не имеет ничего общего с физической вязкостью и относится к числу сравнительных характеристик материала.
Метод испытания заключается в разрушении образца, установленного горизонтально на двух опорах, ударом поперёк образца.
Испытания проводится на маятниковых копрах марок КДМ – 10, КМР – 01, КМИ – 025, КМ – 3. Удар по образцу производится посередине образца.
Скорости движения маятника при ударе должны быть равны: 2,9+0,1м/сек при максимальной энергии удара, равной от 0,5 до 5 Дж; 3,8+0,2м/сек при максимальной энергии удара более 5 Дж.
Удар по образцу производится один раз. В тех случаях, когда образец не разрушается, он должен быть заменён другим для испытания на копре с большой энергией при сохранении той же скорости[6].
Ударная вязкость рассчитывается по формуле:
(12),
где P – сила, кгс; S – площадь поперечного сечения образца, м2.
Твёрдость по Бринеллю (HB, МПа). Под твёрдостью понимается способность материала противостоять внедрению в него посторонних предметов. При испытаниях на твёрдость в поверхностный слой материала вдавливается индентор в виде шарика или конуса.
Твёрдость по Бринеллю HB определяется по формуле:
(13),где F – максимальная нагрузка, Н; D – диаметр шарика, мм; h – глубина внедрения, мм.
Испытания проводят на твердомере, он представляет собой закалённый стальной шарик диаметром 5 мм. В ходе испытаний образец располагают на опорной плите прибора так, чтобы поверхность образца была перпендикулярна направлению приложения нагрузки. Прикладывают предварительную нагрузку, равную 9,81 Н и устанавливают индикатор, измеряющий глубину вдавливания, на ноль. Затем в течение 2-3 секунд прикладывают основную нагрузку. Испытательная нагрузка с учётом предварительной нагрузки должна быть равна 49,1 Н; 132 Н; 358 Н; 961 Н. Нагрузка выбирается таким образом, чтобы глубина вдавливания лежала в пределах от 0,15 до 0,35 мм. Проводят не менее 10 измерений[7].
Суточное водопоглощение (W, %). Суть метода заключается в том, что образцы помещают в дистиллированную воду, предварительно определив их массу. Продолжительность процесса составляет 24 часа. После извлечения образцов из воды их снова взвешивают[8]. Водопоглощение определяют по формуле:
(14),где mн, mк - начальная и конечная массы образца, г.
Определение линейной плотности нити (Т, текс) Линейную плотность микропластиков определяем следующим образом. Берем исходную или пропитанную нить и нарезаем из нее образцы длинной 10 см. Затем взвешиваем каждый образец и записываем результаты. Расчеты проводим по формуле:
(15), где m – масса образца, г; l – длина образца, м.Обработка УФИ препрегов для получения полимерной арматуры. Микропластик получаем путем пропитки технической нити – (СН) – раствором термореактивного связующего (эпоксидного). Эпоксидное связующее получаем путем смешивания смолы ЭД-20, отвердителя (ПЭПА) и ацетона в следующем массовом соотношении -9,0:1,0:0,9. В результате микропластик в виде пропитанной нити наматываем с большим шагом на проволочный вращающийся каркас (мотовило), которое помещаем в рабочую камеру. Внутренняя поверхность рабочей камеры покрыта алюминиевой фольгой, с целью равномерного распределения излучения в рабочем объеме. В рабочей камере устанавливаем необходимую температуру, которую регулируем и поддерживаем постоянной в течение опыта при помощи нагревателя, включаемого автоматически с помощью контактного термометра и терморегулятора, контролируемого термометром. После установления стабильного температурного режима включаем облучатель.
В качестве источника УФИ используем облучатель бактерицидный настенный ОБН – 150 с лампой ДБ – 30 при длине волны λ=253,7 нм, которая обеспечивает облученность не менее 0,75 Вт/м3, на расстоянии до 1 м. Расстояние от цилиндрического УФИ до препрега составляет 15 – 25 см.
Для достижения равномерного распределения связующего и для всестороннего облучения препрега проволочное мотовило рекомендуется вращать при помощи привода от электродвигателя.
Кинетику отверждения препрегов изучали в интервале 20 – 80 0С и продолжительности отверждения в интервале 3- 45 минут (рис. 4), при этом оптимальными условиями, обеспечивающими достаточно быстрое отверждение, являются t = 50 0С, τ – 10 минут.
5. Результаты эксперимента и их обсуждение
Расчеты для полимерной арматуры
Определение плотности(ρ, кг/м3):
;m1 = 34,6 г;
m2 = 34,5 г;
m3 = 32,6 г;
V- определяли методом погружения полимерной арматуры в мерный цилиндр с водой = 30 мл.
; 
; 
Разрушающее напряжение при статическом изгибе (σизг, МПа):
;P1 = 172 кгс; L = 6 см;
P2 = 214 кгс; p = 3,14;
P3 = 195 кгс; r= 0,125 см.
Разрушающее напряжение при статическом растяжении (σр, МПа):
;F1 = 704 кгс; S = 0,78см2.