Полный текст

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.

Об авторах

М. В. Арискин

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

М. А. Светалкина

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

В. И. Логанина

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 31

PDF (Russian) - 23

Ссылки

• Ссылки не определены.