Влажностные напряжения
Для изучения напряжений, возникающих в полимер-бетонах при всестороннем увлажнении, полимербетонный образец размером 25X25X300 мм устанавливали в специальный алюминиевый стакан, который закрепляли в зажимах специальной установки. В стакан заливали воду, затем всю систему настраивали на нулевые показания.
В процессе всестороннего увлажнения наружные увлажненные слои стремятся растянуть образец на величину е, это вызывает отклонение конца компенсирующего плеча рычага. Контакты замыкаются и реверсивный двигатель перемещает груз до тех пор, пока рычаг не возвратится в исходное положение. Таким образом, любая деформация образца компенсируется приложенным к нему внешним усилием, соответствующим среднему влажностному напряжению в образце. При измерении усилий, возникающих в увлажняемых образцах, погрешность установки составляет 0,5%.
При всестороннем увлажнении в зависимости от степени свободы образца эпюры влажностных напряжений в поперечном сечении будут различны.
Если полимербетонные конструкции будут эксплуатироваться в условиях центрального сжатия, то, учитывая масштабный фактор, такие напряжения практически не опасны. А в растянутой зоне изгибаемых элементов сжимающие напряжения будут препятствовать преждевременному раскрытию трещин.
С увеличением продолжительности воздействия жидкой среды скорость развития деформаций уменьшается и примерно через 300 ч становится равной нулю, а затем деформации изгиба развиваются с противоположным знаком. К этому времени фронт диффундирующей жидкости проникает на такую глубину, при которой увлажненный слой материала может растягивать весь образец. Поэтому относительное удлинение поверхности, не соприкасающейся с жидкостью, непрерывно увеличивается, а деформации изгиба, перейдя через максимум, уменьшаются.
Для построения эпюр распределения нормальных внутренних напряжений, возникающих в материале при одностороннем контакте с жидкостью, были приняты следующие положения: материал изотропен и толщина его в реальных конструкциях в 10 раз меньше длины, поэтому давлением разбухающих слоев по толщине, которое вызывается касательными напряжениями, можно пренебречь.
Эпюра нормальных напряжений по толщине свободно деформируемого образца показывает, что при проникании низкомолекулярной жидкости на глубину и набухании увлажненных слоев сухие неувлажненные слои не позволяют деформироваться наружным слоям. Поэтому в наиболее набухших слоях возникнут напряжения сжимающие, а в менее набухших и сухих слоях — растягивающие. Набухшие слои изгибают образец и тем самым сжимают вышележащие сухие слои материала, в которых также возникают напряжения сжатия.
Перечисленные параметры характеризуют очертание эпюры нормальных напряжений, возникающих при одностороннем контакте полимербетона с жидкой средой.
В процессе набухания при одностороннем увлажнении и росте влажностных напряжений в образце возникает изгибающий момент, который повернет двухплечевой рычаг и замкнет контакты. При этом включаются электродвигатели, которые перемещают грузы до тех пор, пока образец не вернется в исходное положение. Таким образом, изменение прогиба продольной оси образца будет компенсировано приложенными к его концам изгибающими моментами значение которых может быть зафиксировано. Погрешность при измерении изгибающих моментов составляет ±0,5%.
Напряжения, возникающие в увлажненном слое материала, резко уменьшаются с увеличением глубины проникания низкомолекулярной жидкости. Растягивающие напряжения достигают своего максимального значения примерно через 80—90 ч и затем уменьшаются.
Анализ результатов испытаний полимербетонных образцов при одностороннем увлажнении показывает, что влажностные напряжения наиболее опасны в начальный период контакта полимербетона с жидкими средами, когда скорость диффузии жидкости и, как следствие, интенсивное набухание сравнительно велики, модуль упругости еще достаточно высок, а значение релаксации напряжений еще мало.
Наиболее опасно увлажнение изгибаемых элементов в растянутой зоне, так как оно способствует интенсивному развитию деформаций. В сжатой, наоборот, оно сдерживает развитие деформаций. Однако когда жидкость проникает на значительную глубину, напряжения сжатия, изменив знак, перейдут в напряжения растяжения
Приведенные результаты исследований диффузионной проницаемости и химической стойкости полимербетонов, а также исследований коррозионной стойкости стальной арматуры в тяжелых полимербетонах и легких полимербетонах на аглопоритовых заполнителях показали, что при правильном подборе составов и достаточной толщине защитного слоя коррозии стальной арматуры практически не происходит. Сталеполимербетонные конструкции длительное время могут эксплуатироваться в условиях интенсивного воздействия жидких агрессивных сред.