Влияние температуры на прочность и начальный модуль упругости
Влияние температуры на прочность и начальный модуль упругости тяжелых полимербетонов ФАМ определяли на образцах-призмах размерами 70X70X280 мм и 100Х100Х400 мм при 20, 40, 60, 80 и 100°С. Для каждой температуры и каждого размера призм испытывали по три образца.
Плавный подъем температуры осуществлялся со скоростью 20°С/ч в специальных муфельных печах при помощи регулятора напряжения РНО-250. Для равномерного прогрева по всему сечению призмы выдерживали при заданной температуре 4 ч. Распределение температуры по высоте призм контролировали тремя термопарами, подключенными к потенциометру.
Деформации замеряли на базе 100 мм при помощи индикаторов часового типа с ценой деления 0,01 мм, установленных с четырех сторон призмы при помощи специальных рамок и удлинителей.
Результаты испытаний показали, что в интервале температур до 100°С предел прочности и модуль упругости уменьшаются пропорционально повышению температуры. При дальнейшем увеличении температуры происходит более интенсивное снижение прочности и модуля упругости, связанное с началом термической деструкции полимерного связующего. В пределах до 100°С снижение прочности и жесткости полимербетона ФАМ является процессом обратимым, т. е. при снижении температуры до 20°С прочность и модуль упругости принимают первоначальное значение.
Увеличение времени выдержки образцов при 60°С до 100 ч практически не оказывает влияния на изменение прочности и модуля упругости полимербетонов ФАМ.
Выполненные исследования позволили получить коэффициенты снижения предела прочности и модуля упругости полимербетонов в зависимости от температуры при кратковременном действии нагрузок. Аналогичные результаты были получены в при испытании не только полимербетонов, но и полимеррастворов.
При нагреве полимербетонных образцов до 150, 200, 300 и 400°С и последующем охлаждении до 20°С прочность оказалась равной соответственно 0,8; 0,6; 0,36 и 0,2 (20°C), что говорит о наличии необратимых изменений в структуре материала, но даже при нагреве до 400°С материал сохраняет 20% первоначальной прочности.
Исследования прочностных характеристик полимерных композиций на основе термореактивных и, в первую очередь, фурфуролацетоновых смол в зависимости от влияния низких температур практически не проводились. Поэтому эти принципиально важные свойства необходимо было проверить применительно к полимербетонам ФАМ. Прочностные характеристики определялись при пониженных температурах от 0 до —195°С, на тех же образцах, что и при повышенных температурах. При этом охлаждение до 0 и —20°С проводили в морозильных камерах; до —40 и —60°С — в термобарокамере ТБК-1000 и до —195°С — в специальных термостатах — контейнерах при использовании жидкого азота.
Образцы из морозильных камер к испытательным машинам транспортировались также в термосах-контейнерах. Для снижения теплопередачи от металлических плит пресса в процессе испытаний между рабочими гранями образцов и плитами пресса укладывали пластинки из стеклопластика.
Испытания полимер бетонных образцов при пониженных температурах показали, что с понижением температуры до нуля происходит пропорциональное увеличение прочности. При понижении температуры до —20°С прочность не только не возрастает, но даже падает, и только при дальнейшем понижении температуры она стабилизируется или незначительно повышается.
Таким образом, с понижением температуры линейного увеличения прочности для полимербетонов ФАМ не наблюдается.
Обнаруженные закономерности изменения прочности полнмербетона можно объяснить тем, что смола ФАМ содержит до 0,8% воды, и поликонденсация этой смолы также сопровождается выделением 0,4—0,5% воды. В интервале температур от 0 до —20°С вода, находящаяся в порах и капиллярах, замерзает, вызывая появление в полимербетоне микротрещин. Поэтому, несмотря на увеличение прочности, связанное с понижением температуры, наличие локальных микротрещин приводит к общему понижению прочности. При дальнейшем уменьшении температуры, хотя и происходит некоторый рост прочности, но наличие микротрещин сказывается и в этом случае.