Full Text

Введение Одним из распространенных видов отделки фасадов зданий является окраска и отделка декоративными штукатурными смесями [1-4]. Срок службы отделочных покрытий фасадов зданий составляет в среднем 5-8 лет, однако разрушение наступает значительно раньше вследствие их растрескивания и отслаивания. Удельный вес таких дефектов составляет 22,6-66,6 %. В подавляющем большинстве случаев причиной самопроизвольного растрескивания или отслаивания покрытий являются внутренние напряжения, возникающие в них на стадии формирования и последующей эксплуатации [5-8]. Внутренние напряжения резко ослабляют когезионную и адгезионную прочность, ускоряя тем самым деструктивные физико-химические процессы, вызывающие преждевременное разрушение при эксплуатации [9-11]. Внутренние напряжения в значительной степени определяются характером шероховатости подложки [12-14]. Шероховатость твердой поверхности характеризуется ее микрорельефом, который обычно представляет сложное хаотичное чередование разнообразных выступов и впадин. Исследованию процессов, развивающихся в системе «подложка - покрытие» в процессе эксплуатации, посвящены многочисленные публикации [15-17]. В работах [18-22] установлено, что адгезия покрытия основана на зависимости адгезии от интегральной площади контакта покрытия с основой и что зависимость площади отслаивания от шероховатости поверхности подложки носит экспоненциальный характер. Параметры шероховатости поверхности Ra и Rz не дают полной картины формы микрорельефа и его влияния на напряженное состояние лакокрасочного материала. Для полной оценки влияния микрорельефа подложки необходимо также изучение влияния угла наклона высоты пиков Rpk и впадин Rvk, которые характеризуют рельеф в локальной области, на равномерность распределения напряжения в лакокрасочном покрытии по сечению покрытия. Материалы и методика исследований В качестве подложек рассматривался тяжелый бетон, характеризующийся значением коэффициента линейного температурного расширения (КЛТР), равным 10,0·10-6 1/град. В качестве красочного состава применяли поливинилацетатцементную (ПВАЦ) краску, значение коэффициента линейного температурного расширения КЛТР покрытия составляло 17,0·10-6 1/град. Толщина покрытия составляла 1 мм. Расчеты проводились для условий г. Москвы. Расчет был выполнен с помощью программного модуля SCAD Office. Расчетная модель представляет из себя конечные элементы оболочки с размером 0,1 ´ 0,1 мм. Граничные условия прикладывались к противоположным краям подложки от лакокрасочного слоя и ограничивали перемещения по всем шести возможным направлениям. Для предотвращения влияния заделки на напряжённо-деформированное состояние (далее - НДС) в лакокрасочном слое и в области контакта с подложкой граничные условия располагались на расстоянии не менее чем пять толщин лакокрасочного состава. Моделирование рельефа в подложке выполнялось путем ведения дополнительных элементов треугольной формы. Исследования проводились по нескольким схемам, а именно: тип схемы a - угол при вершине рельефа шероховатости подложки составлял 90о; тип схемы б - угол при вершине рельефа шероховатости подложки составлял 120о (рис. 1). Моделировалась равномерно распределенная шероховатость поверхности подложки, при этом высота пиков составляла 0,2-0,3 мм. а б Рис. 1. Схемы расчета напряженного состояния покрытия: а - угол при вершине рельефа шероховатости подложки составляет 90о; б - угол при вершине рельефа шероховатости подложки составляет 120о, 1, 2, 3, 4 - точки, в которых контролировалось изменение температурных напряжений Fig. 1. Schemes for calculating the stress state of the coating: a - the angle at the top of the substrate roughness relief is 90°; б - the angle at the top of the substrate roughness relief is 120°, 1, 2, 3, 4 - points where the change in temperature stresses was controlled Результаты исследований Результаты расчета приведены на рис. 2 и 3. Анализ данных, приведенных на рис. 3, свидетельствует, что наблюдается увеличение значений нормальных напряжений в зоне контакта покрытия с подложкой (микровпадина), составляющее в зависимости от угла наклона рельефа sх = (1,007-1,021) МПа. На пике рельефа значения напряжений в зоне контакта меньше и составляют 0,403-0,441 МПа. Увеличение угла рельефа не вызывает значительного изменения величины напряжений при данных значениях шероховатости и толщине покрытия. На гладкой поверхности напряжения в зоне контакта с подложкой составляют 1,366 МПа, что несколько больше, чем на шероховатой подложке. Влияние шероховатости подложки практически не сказывается на значениях нормальных напряжений на поверхности покрытия, составляющих 0,835-1,001 МПа. Полученные результаты свидетельствует о влиянии шероховатости поверхности подложки на значения нормальных напряжений в лакокрасочном покрытии в зоне контакта с поверхностью подложки и о неравномерности распределения напряжения по толщине покрытия. Рис. 2. Изменение температурных напряжений в ПВАЦ покрытии в течение года в г. Москве: 1 - в точке 1 (схема а); 2 -в точке 4 (схема б); 3 - в точке 2 (схема а); 4 - в точке 3 (схема б) Fig. 2. Change in temperature stresses in PVAC coating during the year in Moscow: 1 - at point 1 (scheme a); 2 - at point 4 (scheme b); 3 - at point 2 (scheme a); 4 - at point 3 (scheme b) Примечание: в рис. 2, 3 номера точек взяты из рис. 1, схемы а, б - также из рис. 1. а б в Рис. 3. Эпюра напряжений по сечению ПВАЦ покрытия в марте месяце (микровпадина) - значения напряжений приведены в кН/м2: а - угол при вершине рельефа шероховатости подложки составляет 90о, точка 2; б - угол при вершине рельефа шероховатости подложки составляет 120о, точка 3; в - на гладкой поверхности Fig. 3. Diagram of stresses over the section of the PVAC coating in March (microdepression) - stress values are given in kN/m2: a - the angle at the top of the substrate roughness relief is 90°, point 2; б - the angle at the top of the substrate roughness relief is 120°, point 3; в - on a smooth surface а б в Рис. 4. Изополя распределения напряжений sх·10-3 МПа по сечению поливинилацетатцементного покрытия (март месяц): а - угол при вершине рельефа 90о; б - угол при вершине рельефа 120о; в - поверхность подложки гладкая Fig. 4. Isofields stress distribution sх·10-3 MPa over the cross section of the polyvinyl acetate cement coating (March): a - angle at the top of the relief 90o; б - angle at the top of the relief 120o; в - the substrate surface is smooth Оценивалась вероятность отслаивания покрытия. Значения напряжений сравнивались с величиной прочности сцепления покрытий. Прочность сцепления ПВАЦ покрытия с гладкой поверхностью, определяемая методом отрыва шайб, составляет Rсц = 1,3 МПа, а на шероховатой поверхности - 1,5 МПа (отрыв по подложке). Установлено, что в марте месяце возможно отслаивание покрытия на гладкой поверхности от действия температурных напряжений, так как значения напряжений равны прочности сцепления. На шероховатой поверхности значения напряжений значительно меньше прочности сцепления. Таким образом, в целях повышения стойкости покрытий к отслаиванию необходимо стремиться к созданию равномерно распределенной шероховатости поверхности подложки.

About the authors

M. V. Ariskin

Penza State University of Architecture and Construction

M. A. Svetalkina

Penza State University of Architecture and Construction

V. I. Loganina

Penza State University of Architecture and Construction

References

Statistics

Views

Abstract - 30

PDF (Russian) - 19

Refbacks

• There are currently no refbacks.