СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СИЛОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
METHOD OF REINFORCING POWER CONSTRUCTIONS

Изобретение относится к способам упрочнения силовых конструкций, в частности опор мостов, несущих стен зданий, дымовых труб и других сооружений, имеющих существующие или прогнозируемые разрушающиеся участки, с помощью полос из композиционного материала и, может быть также использовано при ремонте яхт, катеров, емкостей для хранения различных жидкостей, трубопроводов и других целей.
Ближайшим прототипом заявляемого решения является патент США №6.811.861 от 02.10.2004 г. (В2), в котором описывается способ упрочнения силовых конструкций путем приклеивания или пристреливания готовых полос из композиционных армированных материалов, пропитанных полимерной матрицей.
Недостатком такого способа являются неполное использование прочностных свойств композиционных материалов и, как следствие, сравнительно невысокое усиление, особенно при механическом закреплении полос (пристреливание или другими подобными методами), а также необходимость механической обработки поверхности полос при склеивании, которое также не позволяет полностью реализовать усиливающее действие композиционных материалов и не обеспечивает высокой адгезии к конструкциям и, кроме того, увеличивается трудоемкость.
Задачей заявляемого изобретения является повышение адгезии усиливающих полос из композиционных материалов к поверхностям конструкций и более эффективное их упрочнение, а также снижение трудозатрат за счет совмещения операций изготовления полос и их нанесения на усиливаемую коистоукцию.
Поставленная задача достигается тем, что в качестве полос используют тканный или нетканый наполнитель из стеклянных, базальтовых, синтетических полимерных или углеродных волокон, которые пропитывают полимерной композицией в количестве 30÷60% от веса композита, обеспечивающей их прилипание к силовым конструкциям и последующее отверждение от +5°C до +100°C в течение от 5 минут до 2 суток, при этом композиция состоит из эпоксидной смолы, активного эпоксидного разбавителя, а в качестве отвердителя она содержит продукт взаимодействия аминного компонента с монокарбоновыми кислотами, с использованием в качестве аминного компонента смеси, состоящей из первичного ароматического амина или смеси ароматических аминов (А), вторичного алифатического аминоспирта (Б) и третичного алифатического аминоспирта (В) в массовом соотношении А:Б:В от 98:0,2:1,8 до 80:5:15, а монокарбоновую кислоту (Г) вводят в виде 25÷80% раствора в одноатомном алифатическом или ароматическом спирте, или их эфире с моно- или дикарбоновой кислотой, в соотношении (А+Б+В):Г от 90:10 до 60:40 в пересчете на 100% кислоту, с последующим взаимодействием путем перемешивания в реакторе при температуре от 50 до 130°C в течение от 20 до 120 минут и скорости мешалки от 100 до 3000 оборотов в минуту, и дополнительно содержит загуститель, пигмент или краситель, при этом композиция содержит в мас.ч.:
эпоксидная смола
100
активный эпоксидный разбавитель
5÷130
отвердитель
15÷110
загуститель
5÷50
пигмент или краситель
0,5÷50
Пример 1.
Получение отвердителя
В реактор, снабженный обогревом, охлаждением и скоростной мешалкой, поочередно загружают 3 ингредиента, входящие в аминный компонент, - метафенилендиамин (А), вторичный аминоспирт - диизопропаноламин (Б) и третичный аминоспирт - N,N′ диизопропанилэтаноламин (В) в массовом соотношении А:Б:В=88:2,6:9,4. Смесь перемешивают при 100°C в течение 5 минут при 1500 оборотах в минуту работающей мешалки. Затем в реактор добавляют масляную кислоту (Г) в виде 50% раствора в этиловом спирте в соотношении (А+Б+В):Г=75:25 в пересчете на 100% кислоту и поддерживая температуру 100°C при работающей мешалке осуществляют взаимодействие в течение 60 минут.
Полученный отвердитель используют для приготовления полимерной композиции.
Приготовление смоляной части полимерной композиции
В другой реактор загружают 100 мас.ч. эпоксидной диановой смолы марки ЭД-20 и 70 мас.ч. активного эпоксидного разбавителя - диглицидилового эфира полиэпихлоргидрина марки Э-181. Температуру в реакторе поднимают до 70°C и перемешивают в течение 10 минут при 500 об/мин, после чего вводят 27 мас.ч. загустителя - оксипропилированного крахмала и 12 мас.ч. красителя - фталоцианинового голубого. Температуру в реакторе снижают до +25°C, загружают 60 мас.ч. отвердителя и перемешивают при тех же оборотах 15 минут. Полученную композицию направляют на переработку.
Примеры 2÷8 осуществляют аналогично примеру 1 с изменением параметров и компонентов в соответствии с таблицей 1.
Свойства полученной композиции по примерам 1÷8 представлены в таблице 2, в которой показаны ее преимущества перед известными техническими решениями.
Осуществление операции упрочнения силовой конструкции
Смешение смоляной части и отвердителя осуществляют на месте применения с помощью переносной мешалки.
После смешения компонентов композицию выливают на разрезанные полосы стеклоткани сатинового переплетения марки Т-80, уложенные на полиэтиленовую пленку, в соответствии с площадью упрочняемого участка. Пропитанные полосы прокатывают валиком из фторопласта-4 для удаления избытка композиции, обеспечивая ее содержание в композиционном материале 35%. Этой же композицией промазывают бетонную поверхность силовой конструкции и при наличии глубоких трещин заполняют последние с помощью шприца, прижимают до предварительного схватывания в течение 10 минут при температуре +60°C, обеспечиваемой горячим воздухом или инфракрасной лампой. При ремонте потолочных перекрытий предварительно смешанную композицию наносят непосредственно на усиливаемую поверхность, затем прикатывают валиком сухую ткань, добиваясь проступания композиции на поверхность ткани, сверху наносят еще один слой композиции.
Примеры 2÷7 осуществляют аналогично примеру 1 с изменением параметров в соответствии с таблицей 1.
Преимущества заявляемого способа по примерам 2÷7 перед известным приведены в таблице 2.
Таблица 1.
Условия осуществления способа структурного упрочнения силовых конструкций
№ п/п
Наименование компонента, параметра
Вид компонента или величина параметра по примерам
Получение отвердителя
2
3
4
5
6
7
1
Наименование ароматического амина или смеси ароматических аминов (А)
4,4′ диаминодифенилметан
толуилендиамин
парааминобензиланилин
3,3′ дихлор 4,4′ диаминодифенилметан
Технический прдукт ароматический полиамин, состоящий из смеси - изомеров 4,4′, -4,2′, 2,2′ диаминодифенилметана и 3÷4 ядерных гомологов
2
Наименование вторичного алифатического аминоспирта (Б)
Диизопропаноламин
метил-этаноламин
Диэтаноламин
третбутил-бутаноламин
изопентилэтпнола мин
метилэтаноламин
3
Наименование третичного алифатического аминоспирта (В)
N,N′ диизопропанилэтаноламин
метил-диэтаноламин
триизопропаноламин
триизопропанолам ин
Триэтаноламин
триизопропаноламин
4
Соотношение А:Б:В
88:2,6:9,4
88:2,6:9,4
88:2,6:9,4
88:2,6:9,4
98:0,2:1,8
80:05:15
5
Наименование момнокарбоновой кислоты (Г)
аминокапроновая
трихлоруксусная
ангеликовая
λ-пирролкарбоновая
бензойная
акриловая
6
Соотношение (А+Б+В):Г (в пересчете на 100%) кислоты
75:25
75:25
75:25
90:10
60:40
60:40
7
Наименование растворителя и его % содержание в компоненте (Г)
пропиловый спирт 50%
Диоктилфталат 30%
Этилацетат 20%
Амиловый спирт 60%
Бензиловый спирт 10%
Фурфуриловый спирт 25%
8
Режим взаимодействия:
- температура, °С
50
90
90
50
80
130
- время, мин
120
60
60
60
60
80
- число оборотов мешалки в мин
1000
1000
1000
1000
100
3000
ПОЛУЧЕНИЕ СМОЛЯНОЙ ЧАСТИ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ
2
3
4
5
6
7
1
Вид эпоксидной смолы (100 мас.ч. по всем примерам)
Эпоксидная диановая смола марки ЭД-8 молекулярная масса 1000
Триглицидил изоцианурат марки ЭЦ
Триглицидил изоцианурат марки ЭЦ
Триглицидилпарааминофенол УП-610
Диглицидиловый эфир резорцина марки РЭС-3
Эпоксидированный фенолоформальдегидный новолак марки ЭН-6
2
Вид и количество активного эпоксидного разбавителя, мас.ч.
Триглицидиловый эфир этриола
Триглицидиловый эфир этриола
Диглицидиловый эфир диэтиленгликоля марки ДЭГ-1
Моноокисьвинил циклогексена
Бутилглицидиловый эфир
Тетраглицидиловый эфир пентаэритрита
130
130
5
70
70
70
3
Количество отвердителя, полученного по тем же примерам, мас.ч.
15
60
60
60
60
110
4
Вид и количество загустителя, мас.ч.
Метилцеллюлоза 50
Аэросил 5
Гидрогинезированное касторовое масло 27
Оксиэтилированный крахмал 20 + аэросил 7
Альгинат натрия 27
Альгиновая кислота 27
5
Вид и количество красителя или пигмента, мас.ч.
Двуокись титана 0,5
Окись цинка 25
Нигрозин 12
Антрахиноновы и красный 2
Антрахиноновый красный 2
Фталоцианиновый зеленый 1
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ОПЕРАЦИИ УПРОЧНЕНИЯ СИЛОВОЙ КОНСТРУКЦИИ
1
Температура смешения смоляной части и отвердителя
+30
+10
+40
+20
+20
+20
2
Вид армирующего наполнителя (полоса)
Лента углеродная марки ЛУВМ-350/05-12п
Стеклоткань марки ТС-26П-34
Лента углеродная однонаправленная марки УОЛ-300
Арамидная ткань марки кевлар (форма Дюпон)
Ткань из волокон полиамидных СВМ марки РУС АР
Лента из параллельно уложенных базальтовых волокон (опытная)
3
Содержание полимерной композиции в пропитанной полосе, %
45
45
45
45
10
60
4
Количество слоев пропитанных полос
1
5
8
10
5
5
5
Метод нанесения упрочняющей полосы
Контактное формование с последующим фиксированием до отверждения
Прикатывание на предварительно промазанную составом поверхность
6
Режим отверждения - температура - время
+100
+10
+60
+40
+20
+20
10 мин
2 суток
60 мин
2 часа
24 часа
24 часа
Таблица 2
Свойства упрочняющей силовой конструкции, полученной по заявляемому способу
№ п/п
Наименование показателя
Величина показателя по примерам
1
2
3
4
5
6
7
1
Адгезия к высокопрочному бетону
Отрыв по бетону
2
Предел прочности при статическом изгибе, МПа
900
1200
1000
1300
700
1100
950
3
Предел прочности при растяжении при 20°С, МПа
400
1500
450
1700
500
600
1100
4
Предел прочности при растяжении при 60°С, МПа
400
1400
450
1600
500
600
1000
5
Удельная ударная вязкость, кДж/м<sup>2</sup>
900
1100
1200
1000
900
1200
1000