Способ определения адгезии цементного камня к полиэтиленовой пленке
METHOD FOR DETERMINING THE ADHESION OF CEMENT STONE TO POLYETHYLENE FILM

Изобретение относится к области испытаний материалов, в частности к способам определения адгезии цементного камня к полиэтиленовой пленке и другим гладким полимерным материалам, например фибровой арматуре, при разработке и создании композиционных материалов.
Самым простым и доступным способом определения адгезии покрытий к подложке является метод, используемый для оценки качества лакокрасочных материалов по ГОСТ 15140-78 «Материалы лакокрасочные. Методы определения адгезии» и ГОСТ 31149-2014 «Материалы лакокрасочные. Определение адгезии методом решетчатого надреза». Следует отметить, что при разрезании покрытия возникают различные сдвиговые и внутренние напряжения, искажающие оценочные результаты. Кроме того, получаемая при этом информация носит субъективный характер и далека от фактической точности.
Известны способы определения адгезии покрытия к подложке по А.С. №317959, №1078287, №1758525, 1608500, №56624 и др., принцип работы в которых заключается в срезе полимерного покрытия с подложки, что приводит к неравномерности воспринимаемых усилий за счет уменьшения части срезанных контактов, а также получение когезионного характера среза вместо адгезионного.
Известен способ определения адгезии отвержденного цементного раствора и устройство для его осуществления (Расширяющийся тампонажный цемент / Новохатский Д.Ф. и др. // Нефтяное хозяйство. - 2007. - №6 - с. 42-43), содержащее коническую металлическую форму, в которую заливается цементный раствор. После отверждения цементного раствора в форме он выпрессовывается цилиндрическим металлическим пуансоном (направляющей) в обойму. Недостатком данного способа является невозможность определения адгезии пленочных материалов; кроме того, он предполагает применение расширяющихся тампонажных смесей на основе тампонажных цементов и специальных минеральных добавок, способствующих расширению цементного камня.
Имеется устройство для определения адгезии цементного камня к подложке по техническому решению SU №125934, однако при проведении испытаний требуется создание специальных условий с высокой температурой и повышенным давлением до 1000 атм, что существенно снижает возможности использования данного метода на практике.
Наиболее близким способом определения адгезии отвержденного цементного раствора к подложке является техническое решение по RU №2644629 С1 «Способ определения адгезии отвержденного цементного раствора и устройство для его осуществления». Сущность данного способа заключается в следующем: в зафиксированной вертикальной направляющей устанавливаются коаксиально формы, а зазор между ними заполняется цементным раствором, отверждаемым в водной среде при заданной температуре. Испытание проводится выдавливанием направляющей прессом из отвержденного цементного раствора. Направляющую изготавливают в виде конуса, а внутреннюю поверхность формы - в виде конуса, параллельного конусу направляющей, для получения по всей высоте формы одинакового кольцевого зазора заполняемого цементным раствором между ними. Такая конструкция позволяет испытывать на адгезию любые материалы, в т.ч. и изготовленные из полимеров, однако для выполнения данных операций требуется специально вытачивать конусные формы. Кроме того, подготовка и испытание одного образца занимает много времени.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА - повышение точности и объективности определения адгезии за счет непосредственного выдергивания пленки из цементного камня с определением усилия по динамометру, что ускоряет процесс испытания при минимальных временных и трудовых затратах на проведение испытаний, а также исключает когезионный срез полимерной пленки решается способом выдергивания полиэтиленовой пленки из затвердевшего цементного камня с фиксацией усилия сопротивления выдергиванию.
В отличие от известных, предлагаемый способ позволяет определять адгезию непосредственно без дополнительных сложных и вспомогательных расчетов, а получаемые результаты носят вполне объективные повторно воспроизводимые значения. Кроме того, учитывая несложность проведения испытаний, можно осуществлять различные исследования, позволяющие повышать адгезионную способность материалов.
Для достижения технической задачи по заявленному способу используется прибор по определению адгезии отвержденного цементного раствора к полимерной пленке, включающий опорную платформу, на которой установлено с возможностью регулирования крепежное устройство с зажимами для балочки из цементного раствора, в котором помещена полиэтиленовая пленка, свободный конец которой закрепляют в зажимном пружинном устройстве, сопряженном с динамометром. Последний закреплен на консольной части штанги с реечной зубчатой передачей и поворотом маховика передает усилие на испытуемую пленку.
Кроме описанных элементов прибор оснащен индикатором часового типа для фиксирования деформации пленки.
Предварительно нарезаются и пронумеровываются полиэтиленовые заготовки длиной 100-120 мм, шириной 15-20 мм с вырезом в крайней части фиксированной площадки 10x10 мм для погружения ее в цементный раствор; после отверждения цементного раствора и превращения его в цементный камень в течение заданного срока (1, 7, 14, 28 суток) в нормальных температурно-влажностных условиях, незакрепленные концы крепятся в зажимном пружинном устройстве, исключающем проскальзывание полиэтиленовой пленки, и при помощи маховика загружающего устройства подлежат выдергиванию под углом 90° к плоскости цементного камня, образцы которого предварительно зафиксированных в крепежном устройстве; деформация полиэтиленовой пленки фиксируется индикатором часового типа, а усилие сопротивления выдергиванию из цементного камня устанавливается по значениям динамометра.
Новым является то, что данный способ является нетрудоемким и обеспечивает высокую точность испытания, а также не требует дополнительных сложных расчетов; изготовленные полиэтиленовые или другие полимерные пленочные материалы могут быть испытаны при определении адгезии цементного камня после обработки различными составами и компонентами, позволяющими влиять на адгезионные характеристики; кроме того, процесс проведения испытаний составляет считанные минуты, что позволяет осуществлять повторные и сравнительные испытания.
Порядок проведения испытаний состоит из следующих этапов:
1. заготовка предварительно вымытых и высушенных полиэтиленовых пленочных лент нарезкой длиной 100-120 мм, шириной 15-20 мм с вырезом в крайней части фиксированной площадки 10x10 мм и последующей нумерацией;
2. помещение образцов полиэтиленовой пленки на глубину 10 мм с выдержкой расстояния между отдельными точками заделки не менее 25-30 мм друг от друга в заранее приготовленный цементный раствор;
3. выдерживание цементного раствора в течение заданного срока (1, 7, 14, 28 суток) в нормальных температурно-влажностных условиях с последующей распалубкой и установка их в крепежном устройстве (3), закрепленном винтами (5) и стоящем на опорной платформе (1) путем прочной фиксации сжимающим винтом (4) для совмещения полиэтиленовой пленки с осью выдергивающего устройства (6) и динамометра (7);
4. закрепление свободного конца полиэтиленовой пленки (9) в зажимном пружинном устройстве (6), соединение с динамометром (7) и индикатором цифрового типа (12) через направляющую для фиксации деформации пленки (11) для начала отсчета;
5. Равномерное прокручивание маховика механизма нагружения (10) для обеспечения постепенного нарастающего усилия загружающего за счет перемещения по штанге с реечной зубчатой передачей устройства (8) до момента выдергивания пленки (9) из цементного камня;
6. Фиксация величины усилий по динамометру (7) и величины деформации полиэтиленовой пленки по индикатору часового типа (12).
7. Вычисление показателя адгезии цементного камня к полиэтиленовой пленке А определяют по усилию сопротивления выдергиванию по формуле
где F - усилие вырывания, МПа;
2
В - площадь контакта полиэтиленовой пленки с цементным камнем, см.
За значение адгезии цементного камня к полиэтиленовой пленке принимают среднее арифметическое трех измерений, вычисленное с погрешностью 0,01 МПа.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема прибора, а в таблице приведены результаты определения адгезии цементного камня к полиэтиленовой пленке, обработанной различными наноразмерными композициями.
Оценка результатов
Данный способ позволяет исследовать адгезию практически любых минеральных, органических или органо-минеральных вяжущих к полимерным или полимерсодержащим покрытиям. Способ позволяет проводить комплекс исследований по выявлению адгезионной способности не только пленок, но и фибровой арматуры для бетонов.
Сходимость метода при доверительной вероятности 95% позволяет осуществлять регулирование адгезионных свойств материалов путем обработки различными структурно-направленными композициями, в т.ч. на основе нанодобавок.
Анализ приведенных в таблице результатов позволяет сделать выводы о различном влиянии наноразмерных композиций на адгезионные свойства полиэтиленовой пленки с цементным камнем. Так, повышение концентрации раствора углеродных нанотрубок способствует резкому увеличению значения усилий вырывания полиэтиленовой пленки из цементного камня. Своеобразно воздействует кремнезоль: кислый раствор слабо увеличивает адгезионную способность, а щелочной кремнезоль повышает в два-три раза по сравнению с контрольными образцами.