В соответствии со статистической теорией прочности твердых тел зависимость прочности сцепления защитно-декоративных покрытий от размеров площади контакта S выражается соотношением
R сц = c S-1/n (1)
где c и n – константы, учитывающие распределение напряжений и дефектов в покрытии.
При формировании адгезионного контакта покрытия с цементной подложкой в зоне контакта остаются поры, незаполненные в силу различных причин красочным составом[1-3] . Рассматривая защитно-декоративные покрытия как композиционный материал, состоящий из самого покрытия и контактной зоны, снижение прочности сцепления покрытий с ростом пористости цементной подложки можно выразить соотношением
Rф =Ro (1-P/0,84)d (2)
где Rф -прочность композита, содержащего поры;
Ro - прочность композита, не содержащего поры
В процессе старения защитно-декоративных покрытий наружных стен зданий происходит необратимое изменение их защитных и декоративных свойств, при этом процессу разрушения покрытий предшествует этап накопления повреждений различного масштаба- от разрыва отдельных химических связей, возникновения субмикро- и микроскопических трещин до образования магистральной трещины. Однако, учитывая формулу (2), уже перед эксплуатацией покрытие обладает первоначальным уровнем накопления повреждений wо , которыйопределяется по формуле
wо =(Rо – Rt )/Rо (3)
где Rt - прочность композита в момент времени t.
В связи с вышеизложенным величина первоначального уровня накопления повреждений среди прочих факторов оказывает существенное влияние на изменение свойств покрытий в процессе эксплуатации.
Кинетика изменения свойств покрытий определяется также и предисторией старения до данного момента времени t [4]. Исходя из этого, нами предложено при оценки кинетики старения покрытий учитывать наследственный фактор. Будем считать, что в данный момент времени t показатель качества U(t) представляет собой сумму двух слагаемых ,а именно
U(t)=V(t)+оòt V(t)K (t,t)dt (4)
Первое слагаемое представляет собой мгновенную составляющую, второе слагаемое – унаследованную составляющую. Для учета предистории старения вводится функция забывания К (t,t), которая характеризует наследственные свойства материала и называется ядром наследственности. В выражении (4) функция V(t) характеризует процесс изменения свойств покрытия без учета наследственного фактора.
Для оценки влияния первоначального уровня накопления повреждений на наследственную составляющую в модели старения покрытий (4) нами проделан следующий эксперимент. Были подготовлены цементные подложки, представляющие собой растворные образцы, характеризующиеся различной пористостью. Растворные образцы были открашены различными красочными составами, после отверждения которых образцы повергались увлажнению-высушиванию. В качестве критерия стойкости покрытий был принят показатель прочности сцепления Rсц, который определялся методом отрыва шайб. Результаты исследований приведены в табл.1
Таблица 1. Влияние поверхностной пористости подложки на прочность сцепления покрытий, МПа
Вид покрытия |
Поверхностная пористость, % |
Прочность сцепления покрытий, МПа |
||
до испытаний | после 50 циклов испытаний | после 100 циклов испытаний | ||
Вододиспер-сионный
ВД-ВА-17 |
1,9 2,7 3,4 5,9 |
2,2 1,9 1,79 1,7 |
1,9 1,72 1,27 1,1 |
1,75 1,4 1,03 0,8 |
Перхлорвиниловый ХВ-161 |
1,9 2,7 3,4 5,9 |
2,38 1,9 1,7 1,57 |
1,99 1,78 1,59 1,26 |
1,8 1,4 1,23 0,8 |
Анализ экспериментальных данных, приведенных в табл.2, свидетельствует, что с увеличением первоначального уровня накопления повреждений wо наблюдается более высокое значение функции, характеризующей влияние наследственного фактора. Так, спустя 150 циклов увлажнения-высушивания покрытия ХВ-161 уровень накопления повреждений составлял w=0,612, а значение функции К (t,t)=0,072 при первоначальном уровне накопления повреждений wо =0,4, в то же время при первоначальном уровне накопления повреждений wо =0,6 эти значения составляют соответственно
Таблица 2. Влияние предварительного уровня накопления повреждений на наследственные свойства покрытий в процессе старения
Циклы испытаний |
0 |
25 |
50 |
75 |
100 |
125 |
150
|
|
Пористость подложки 1,9% |
||||||||
Уровень накопления повреждений w |
0,33 0,4 |
0,352 0.429 |
0,377 0.46 |
0,403 0.494 |
0,422 0.531 |
0.432 0.57 |
0.462 0.612
|
|
Наследствен-ный фактор |
0 0 |
0,005 0.008 |
0.012 0.018 |
0.02 0.029 |
0.028 0.042 |
0.038 0.056 |
0.049 0.072
|
|
Пористость подложки 2,7% |
||||||||
Уровень накопления повреждений w |
0.4 0.5 |
0.433 0.529 |
0.47 0.559 |
0.509 0.592 |
0.552 0.626 |
0.599 0.663 |
0.649 0.701
|
|
Наследстен-ный фактор |
0 0 |
0.01 0.009 |
0.021 0.02 |
0.034 0.032 |
0.049 0.045 |
0.066 0.06 |
0.084 0.075
|
|
Пористость подложки 3,4% |
||||||||
Уровень накопления повреждений w |
0.46 0.55 |
0.509 0.582 |
0.563 0.617 |
0.622 0.654 |
0.688 0.693 |
0.759 0.734 |
0.837 0.777
|
|
Наследстен-ный фактор |
0 0 |
0.015 0.011 |
0.034 0.024 |
0.055 0.039 |
0.079 0.054 |
0.106 0.07 |
0.137 0.088
|
|
Пористость подложки 5,9% |
||||||||
Уровень накопления повреждений w |
0.48 0.6 |
0.531 0.63 |
0.589 0.663 |
0.654 0.698 |
0.725 0.735 |
0.804 0.773 |
0.89 0.814
|
|
Наследствен-ный фактор |
0 0 |
0.016 0.011 |
0.037 0.024 |
0.061 0.039 |
0.09 0.055 |
0.123 0.072 |
0.16 0.09
|
Примечание. Над чертой приведены значения показателей для покрытия
ВД-ВА-17, под чертой – для покрытия ХВ-161.
w=0,814 и К (t,t)=0,09. Для покрытий с большим первоначальным уровнем накопления повреждений характерна большая скорость изменения функции К (t,t). Аналогичные закономерности характерны и для покрытия на основе краски ВД-ВА-17.
Таким образом, более значительное снижение прочности сцепления покрытий на подложке с показателем поверхностной пористости П=5,9% , равное 41-53 % в зависимости от вида покрытия, на наш взгляд, объясняется существенным влиянием первоначального уровня накопления повреждений wо и наследственного фактора на кинетику изменения свойств покрытий.
Зависимость между наследственным фактором К (t,t), первоначальным уровнем накопления повреждений wо и уровнем накопления повреждений w имеет вид
w =wо exp (at)+a oòt(1-Сexp(-bt)(1-exp(-(t-t))wo exp(at)dt (5)
Получены числовые значения коэффициентов a,b,C уравнения (5) в зависимости от пористости подложки и вида покрытия.
Таким образом, предлагаемый подход к построению модели старения покрытий с позиции наследственности позволяет более реально прогнозировать срок службы защитно-декоративных покрытий.
Библиографический список
- Орентлихер Л.П.,Логанина В.И.Стойкость защитно-декоративных покрытий наружных стен зданий.-М.:АСВ,2001
- Логанина В.И., Федосеев А. А., Орентлихер Л.П., Применение статистических методов управления качеством строительных материалов: Монография – :Издательство Ассоциация строительных вузов, 2004г. – 104с.
- Орентлихер Л.П., Логанина В.И. Защитно-декоративные покрытия бетонных и каменных стен зданий. Справочное пособие. – М.: Стройиздат, 1992г.
- Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. -М.:Наука,1988
Количество просмотров публикации: Please wait