Одним из наиболее распространенных видов разрушения отделочных покрытий цементных бетонов является растрескивание, основной причиной которого служит образование внутренних напряжений в результате усадки покрытий. Усадочные напряжения отделочных покрытий могут суммироваться с напряжениями, которые возникают при воздействии климатических факторов в процессе их эксплуатации, либо, наоборот, релаксировать [1…7]. Ввиду этого, для оценки монолитности отделочного слоя необходимо изучение напряженного состояния покрытий.
Расчет напряжений, возникающих в покрытиях, при изменении температуры, проводился по следующей формуле:
где α1 - термический коэффициент линейного расширения ТКЛР покрытия, 1/град;
α2 - ТКЛР подложки, 1/град;
ΔT - разность температур, град;
Е – модуль упругости покрытия, МПа;
μ – коэффициент Пуассона.
В качестве подложек рассматривались материалы, характеризующиеся различным значением ТКЛР: тяжелый бетон, керамзитобетон, керамзитовый раствор, бетон на известняке. Значения ТКЛР для рассматриваемых материалов представлены в табл.1. Среднемесячную температуру воздуха принимали в соответствии с СНиП 23-01-99* «Строительные нормы и правила. Строительная климатология» для условий г. Пензы [8]. В качестве объектов исследования в работе использовались ПВАЦ и полимеризвестковые покрытия.
На рис.1-3 представлены расчетные данные изменения напряжений в покрытиях в результате сезонных колебаний температуры воздуха. Напряжения представляют собой алгебраическую сумму термических напряжений σt и растягивающих напряжений, возникающих в покрытиях в процессе отверждения σo, т.е.
Напряжения, возникающие в покрытиях в процессе отверждения, фиксировались автоматическим измерителем деформаций АИД-4.
Таблица 1. Значения термических коэффициентов линейного расширения
|
№ п/п |
Наименование материала |
Значения ТКЛР·106, 1/град |
|
1 |
ПВАЦ покрытие |
8,43 |
|
2 |
Полимеризвестковое покрытие |
3,47 |
|
3 |
Керамзитобетон состава (по объему) 1:1,5:1,5 |
6,6 |
|
4 |
Бетон на известняке |
6,8 |
|
5 |
Керамзитовый раствор состава (по объему)1:2,5 |
8,1 |
|
6 |
Бетон тяжелый |
10 |
Анализ данных, приведенных на рисунке 1, свидетельствует о том, что покрытия ПВАЦ независимо от типа подложки в течение года воспринимают растягивающие температурные напряжения. Максимальные значения напряжений характерны для ПВАЦ покрытий на подложке из тяжелого бетона в ноябре-марте месяце, составляющие σ=(0,023-0,026) МПа. Однако, принимая во внимание, что растрескивание покрытий происходит когда внутренние растягивающие напряжения будут больше или равны когезионной прочности, трещинообразование ПВАЦ покрытия наблюдаться не будет, так как величина его когезионной прочности в этот период составляет R=0,45 МПа.
Рисунок 1 – Сезонные колебания температурных напряжений для ПВАЦ покрытий
Применение в качестве подложки керамзитового раствора приводит к снижению температурных напряжений, т.е. покрытие как бы «разгружается». Максимальные суммарные напряжения на подложке из керамзитового раствора составляют σ =0,007 МПа.
На рисунке 2 представлены расчетные данные изменения температурных напряжений в полимеризвестковых покрытиях в результате сезонных колебаний температуры воздуха. В виду того, что ТКЛР полимеризвесткового покрытия по сравнению с подложками имеет меньшее значение, напряжения, возникающие в покрытии при изменении температуры, будут растягивающими. Максимальная величина напряжений характерна для ноября-марта месяца независимо от типа подложки. Наибольшие значения напряжений наблюдаются для полимеризвестковых покрытий на подложке из тяжелого бетона. Суммарные напряжения составляют σ =(0,031-0,039) МПа.
На рисунке 3 представлена зависимость изменения внутренних напряжений от действия температуры в течение года для покрытий с учетом их влажности. Результаты исследований показывают, что увлажнение покрытий приводит к уменьшению значения ТКЛР. Так, для ПВАЦ покрытий при влажности 20% значение ТКЛР составляет 3,00×10-6 1/град, в то время как для сухого – 8,43×10-6 1/град. Результаты расчетов свидетельствует, что увлажнение покрытий приводит к значительному увеличению значений растягивающих температурных напряжений. Так, суммарные напряжения для ПВАЦ покрытий составляют σ=(0,045-0,056)МПа, а для полимеризвестковых покрытий σ=(0,042-0,055)МПа.
Анализ полученных результатов дает возможность предполагать, что вследствие разности термических коэффициентов линейного расширения покрытий и подложки и в результате комплексного воздействия внешних факторов в процессе эксплуатации вполне вероятно трещинообразование рассматриваемых защитно-декоративных покрытий. При этом максимальная величина напряжений, возникающих в покрытиях, будет наблюдаться при нанесении их на подложки из тяжелого бетона. Это необходимо учитывать при проектировании видов отделки фасадов зданий.
Библиографический список
- Макарова, Л.В. Повышение трещиностойкости защитно-декоративных покрытий наружных стен зданий [Текст] / Л.В. Макарова: канд. диссертация. – ПГУАС, 2004.-153 с.
- Логанина, В. И. К методике оценки трещиностойкости защитно-декоративных покрытий [Текст] / В.И. Логанина, Л.В. Макарова // Пластические массы.- 2003.- № 4.- С. 43-44.
- Логанина, В.И. О связи трещиностойкости лакокрасочных покрытий с качеством их внешнего вида [Текст] / В.И. Логанина, Л.В. Макарова // Современные научные исследования и инновации. – Апрель 2014. – № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/04/33836 (дата обращения: 22.04.2014).
- Логанина, В.И. Методика оценки стойкости защитно-декоративных покрытий цементных бетонов [Текст] / В.И. Логанина, Л.В. Макарова // Современные научные исследования и инновации. – Май 2014. – № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/05/34097 (дата обращения: 05.05.2014).
- Батынова, А.А. Повышение трещиностойкости отделочных покрытий [Текст] / А.А. Батынова, Л.В. Макарова, Р.В. Тарасов // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 7 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/07/36945 (дата обращения: 31.07.2014).
- Логанина, В.И. Стойкость защитно-декоративных покрытий наружных стен зданий. / В.И. Логанина, Л.П. Орентлихер, Ю.А. Соколова.- М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 1999.-105 с.
- Северный, В.В. Кремнийорганические защитно-декоративные покрытия. / В.В. Северный, А.А. Зайцева, И.В. Тимофеева // Лакокрасочные материалы и их применение.-1973.-№6.-С. 37-38.
- СНИП 23-01-99* Строительные нормы и правила. Строительная климатология / Госстрой РФ.- М.: ГУПЦПП, 2000-57 с.