УДК 691.175.746

К ВОПРОСУ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ

Макарова Людмила Викторовна1, Тарасов Роман Викторович2, Калинина Вероника Андреевна3
1ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., доцент
2ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., доцент
3ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», студент

Аннотация
В работе представлены закономерности изменения физико-механических свойств защитно-декоративных покрытий в процессе воздействия различных климатических факторов, а также проведен анализ напряженного состояния с целью оценки трещиностойкости покрытий.

Ключевые слова: внутренние напряжения, отделочные покрытия, трещиностойкость


ON THE ISSUE OF CRACK RESISTANCE OF PROTECTIVE AND DECORATIVE COATINGS

Makarova Ludmila Viktorovna1, Tarasov Roman Viktorovich2, Kalinina Veronica Andreevna3
1Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
2Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
3Penza State University of Architecture and Construction, student

Abstract
The paper presents the patterns of change in the physical and mechanical properties of the coatings in the process of finishing the impact of various climatic factors, as well as an analysis of the stress state in order to evaluate the crack resistance of coatings.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Макарова Л.В., Тарасов Р.В., Калинина В.А. К вопросу трещиностойкости защитно-декоративных покрытий // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 4. Ч. 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/04/51794 (дата обращения: 01.10.2017).

Одним из самых распространенных видов разрушения защитно-декоративных покрытий цементных бетонов является нарушение монолитности вследствие растрескивания [1…3].

Трещина – это полость, образованная без удаления материала двумя соединенными внутри тела поверхностями, которые при отсутствии в нем напряжений удалены друг от друга на расстояния, во много раз меньше протяженности самой полости.

Будет ли трещина по внешнему виду рассматриваться как дефект, зависит как от ее ширины, повторяемости и длины, так и от структуры поверхности. Не в последнюю очередь это зависит от субъективной оценки эксперта. В общем случае можно считать, что если трещина становится неразличимой с расстояния около 3 м, то это несущественное ухудшение внешнего вида здания.

Трещины также могут быть обусловлены дефектами основания под лакокрасочное покрытие. Образование трещин такого рода может происходить в переходных зонах между различными основаниями из-за значительно различающихся коэффициентов термического или влажностного расширения [1, 4]. Трещины также могут быть обусловлены дефектами самого покрытия [5]. Среди них различают усадочные, тупиковые и трещины вследствие внутренних напряжений [6].

Усадочные трещины касаются только верхнего слоя защитно-декоративного покрытия. Они также называются сетевыми, имеют, как правило, ширину менее 0,15 мм и расстояние между узлами более 4 см. Причиной этих трещин является неправильная окончательная обработка или слишком быстрое высыхание покрытия.

Тупиковые трещины, обусловленные нанесением слишком толстого верхнего слоя покрытия, имеют ширину до 0,2 мм, а в отдельных случаях и больше и чаще всего располагаются горизонтально (с изгибом вниз).

Трещины вследствие внутренних напряжений проходят, как правило, по всей толщине соответствующего слоя покрытия. Они имеют ширину до 0,4 мм.

Причина появления таких трещин может заключаться в неправильном перепаде прочности между защитно-декоративным покрытием и основанием или между ее отдельными слоями, а также из-за слишком толстых слоев покрытия или слишком больших деформаций за счет усадки.

В соответствии с теорией хрупкого разрушения растрескивание покрытий будет происходить, если внутренние растягивающие напряжения σ будут больше или равны когезионной прочности Rp [7]. В случае длительного воздействия напряжений должно выполняться условие:

σ≥0,5Rр

Одной из наиболее распространенных причин образования внутренних напряжений является усадка покрытий. Собственные усадочные напряжения могут суммироваться с напряжениями, возникающими в процессе эксплуатации при воздействии климатических факторов, или, наоборот, релаксировать [8].

Таким образом, для оценки монолитности отделочного слоя необходимо изучение напряженного состояния покрытий.

Для исследования закономерностей развития внутренних напряжений в покрытиях в процессе воздействия различных климатических факторов были использованы следующие красочные составы: поливинилацетатцементное покрытие (ПВАЦ), полимеризвестковое покрытие, ПФ-115.

В процессе увлажнения у всех рассматриваемых покрытий наблюдается релаксация внутренних напряжений. На начальной стадии увлажнения наблюдается набухание покрытий, что в свою очередь приводит к смене знака напряжений. Так, у ПВАЦ покрытий смена знака напряжений происходит после 3 часов, а у покрытий ПФ-115 покрытий – после 5 часов увлажнения. Стабилизация значений внутренних напряжений у ПВАЦ покрытий наблюдается после 70 ч увлажнения на уровне σ = 0,189 МПа, у алкидных ПФ-115 покрытий – после 80 часов на уровне σ = 0,113 МПа (рисунок 1).

Рис.1. Изменение внутренних напряжений покрытий в процессе  увлажнения: 1-    покрытие ПВАЦ; 2- покрытие ПФ-115

Анализ представленных результатов свидетельствует, что увлажнение покрытий вызывает резкое снижение их твердости, что уменьшает опасность образования трещин.

В природных условиях красочные составы фасадов зданий, кроме влияния влаги (в виде осадков) и различной относительной влажности воздуха, испытывают воздействие температурного фактора. Старение покрытий под действием повышенных положительных, отрицательных и знакопеременных температур связано с термической деструкцией пленкообразователя и с процессами структурообразования [9].

При действии знакопеременной температуры в покрытиях происходят смены деформированного состояния, характеризующиеся чередованием сжимающих и растягивающих напряжений [10].

Для оценки изменения внутренних напряжений при стационарной температуре образцы покрытий после их отверждения были помещены в сушильный шкаф и выдерживались при температуре t=+50°C. Анализ экспериментальных данных свидетельствует, что при термостарении покрытий под действием положительных температур наблюдается рост внутренних напряжений. Стабилизация внутренних напряжений у ПВАЦ покрытий наблюдается через 90 часов на уровне σ = 0,135 МПа; у полимеризвестковых покрытий – через 70 часов на уровне σ = 0,052 МПа, а у покрытий ПФ-115 – через 100 часов на уровне σ = 0,119 МПа.

В процессе термостарения покрытий происходит изменение их физико-механических свойств. Результаты эксперимента свидетельствуют, что в начальный период термостарения наблюдается рост твердости полимерминеральных свободных пленок, что, очевидно, обусловлено процессами структурообразования. При этом растет жесткость пленок, наблюдается увеличение модуля упругости. Нарастание жесткости покрытия, а, следовательно, и внутренних напряжений, свидетельствует, что происходит дальнейшее доотверждение покрытий (таблица 1).

В работе были сопоставлены значения внутренних напряжений и когезионной прочности, представленные в таблице 1. Анализ данных свидетельствует о том, что растрескивание покрытий на рассматриваемых этапах термостарения наблюдаться не будет.

Таблица 1. Изменение физико-механических свойств покрытий в процессе термостарения

Наменование показателей

Продолжительность термостарения, ч

0

50

100

150

Поливинилацетатцементное покрытие

Прочность при растяжении, R, МПа

2,22

5,49

4,62

4,1

Модуль упругости, Е, МПа

131

292

254

194

Относительное удлинение, ε, %

1,76

2,9

2,65

2,4

Остаточная деформация, εпл, %

0,1

1,05

1,1

1,05

Внутренние напряжения, МПа

0,017

0,125

0,135

0,135

Полимеризвестковое покрытие

Прочность при растяжении, R, МПа

1,87

-

2,11

2,04

Модуль упругости, Е, МПа

103

-

180

164

Относительное удлинение, ε, %

1,0

-

1,9

2,0

Остаточная деформация, εпл, %

0,5

-

0,7

1,33

Внутренние напряжения, МПа

0,01

0,05

0,052

0,052

Покрытие ПФ-115

Прочность при растяжении, R, МПа

0,4

-

0,87

1,2

Модуль упругости, Е, МПа

1,6

-

26,27

46,15

Относительное удлинение, ε, %

25,2

-

3,27

2,5

Внутренние напряжения, МПа

0,024

0,109

0,117

0,119

На трещиностойкость защитно-декоративных покрытий также значительное действие оказывает воздействие солнечного света в процессе их эксплуатации. Разрушение покрытий под действием солнечного света в начальной стадии старения обусловлено фотоокислительной деструкцией. В процессе фотоокисления покрытий образуются жидкие и газообразные продукты деструкции, способствующие процессу структурообразования при старении покрытий.

Анализ данных, приведенных на рис. 2, свидетельствует о том, что при действии УФ-облучения у покрытий наблюдается релаксация внутренних напряжений и смена знака напряжений. Это, очевидно, можно объяснить  тем, что под действием УФ-облучения происходит разрыхление структуры, увеличение количества пор, трещин и дефектов, которые были заложены в процессе формирования внутренних слоев покрытия. При этом происходит увеличение шероховатости поверхности пленок и, следовательно, площади поверхности покрытия.

Стабилизация внутренних напряжений у ПВАЦ покрытий  наблюдается через 50 часов на уровне σ = 0,299 МПа, а у ПФ-115 покрытий – через 80 часов на уровне σ = 0,48 МПа.

Рис. 2. Изменение внутренних напряжений в процессе УФ- облучения 1-покрытие ПВАЦ; 2-ПФ-115 покрытие

Высокие внутренние напряжения в покрытиях способствуют быстрому их разрушению в процессе эксплуатации. Результаты исследований свидетельствуют, что более интенсивное разрушение покрытий происходит в процессе их циклического замораживания и оттаивания. Полученные физико-механические свойства покрытий представлены в таблице 2.

Таблица 2. Изменение физико-механических свойств покрытий в процессе попеременного замораживания и оттаивания

Наименование показателей

Количество циклов попеременного замораживания-оттаивания

0

5

10

Поливинилацетатцементное покрытие

Прочность при растяжении, R, МПа

2,22

2,12

1,94

Модуль упругости, Е, МПа

131

183

88

Относительное удлинение, ε, %

1,76

1,07

2,43

Полимеризвестковое покрытие

Прочность при растяжении, R, МПа

1,87

1,73

0,86

Модуль упругости, Е, МПа

103

124

55

Относительное удлинение, ε, %

1,0

1,4

1,57

Анализ полученных результатов свидетельствует о значительном снижении величины прочности защитно-декоративных покрытий при увеличении количества циклов попеременного замораживания и оттаивания.


Библиографический список
  1. Макарова, Л.В. Повышение трещиностойкости защитно-декоративных покрытий наружных стен зданий [Текст] / Л.В. Макарова: канд. диссертация. –  ПГУАС, 2004.-153 с.
  2. Макарова, Л.В. Методы оценки трещиностойкости защитно-декоративных покрытий [Текст] / Л.В. Макарова, Р.В. Тарасов, В.А. Калинина // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/04/51737 (дата обращения: 13.04.2015).
  3. Макарова, Л.В. Анализ методов оценки трещиностойкости строительных композитов [Текст] / Л.В. Макарова, Р.В. Тарасов, В.А. Калинина // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 4 [Электронный ресурс].
  4. Лейкин, А.С. Защитные покрытия для заводской отделки элементов зданий [Текст] / А.С. Лейкин.- М.: Стройиздат, 1963.-134 с.
  5. Орентлихер, Л.П. Влияние качества подложки на кинетику разрушения покрытий цементных бетонов [Текст] / Л.П. Орентлихер, В.И. Логанина, Н.И. Макридин // Промышленное строительство. 1991 – №12 – С. 30-31.
  6. Василик, П.Г. Трещины в штукатурках [Текст] / П.Г. Василик, И.В. Голубев. // Строительные материалы.-2003.-№4- С. 14-16.
  7. Завражин, Н.Н. Производство отделочных работ в строительстве (зарубежный опыт) [Текст] / Н.Н. Завражин.-М.: Стройиздат, 1987-310 с.
  8. Логанина, В.И. Красочные составы на основе полиминеральных связующих [Текст] / В.И. Логанина, О.В. Карпова, А.С. Мишин.– Пенза: Центр научно-технической информации, 1998.-109 с.
  9. Карякина, М.И. Физико-химические основы процессов формирования и старения покрытий [Текст] / М.И. Карякина.- М.: Химия, 1980.- 216 с.
  10. Горчаков, Г.И. Трещиностойкость и водостойкость легких бетонов [Текст] /  Г.И. Горчаков, Л.П. Орентлихер, Э.Г. Мурадов.-М.: Стройиздат, 1971.- 180 с.


Все статьи автора «Макарова Людмила Викторовна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: