Влияние коэффициентов температурного линейного расширения в системе «покрытие-подложка» на растрескивание покрытий

Одним из наиболее распространенных видов разрушения отделочных покрытий цементных бетонов является растрескивание, основной причиной которого служит образование внутренних напряжений в результате усадки покрытий. Усадочные напряжения отделочных покрытий могут суммироваться с напряжениями, которые возникают при воздействии климатических факторов в процессе их эксплуатации, либо, наоборот, релаксировать [1…7]. Ввиду этого, для оценки монолитности отделочного слоя необходимо изучение напряженного состояния покрытий.

Расчет напряжений, возникающих в покрытиях, при изменении температуры, проводился по следующей формуле:

где б₁ — термический коэффициент линейного расширения ТКЛР покрытия, 1/град; напряженный отделочный температурный.

б₂ — ТКЛР подложки, 1/град;

ДT — разность температур, град;

Е — модуль упругости покрытия, МПа;

м — коэффициент Пуассона.

В качестве подложек рассматривались материалы, характеризующиеся различным значением ТКЛР: тяжелый бетон, керамзитобетон, керамзитовый раствор, бетон на известняке. Значения ТКЛР для рассматриваемых материалов представлены в табл.1. Среднемесячную температуру воздуха принимали в соответствии с СНиП 23−01−99^* «Строительные нормы и правила. Строительная климатология» для условий г. Пензы [8]. В качестве объектов исследования в работе использовались ПВАЦ и полимеризвестковые покрытия.

На рис.1−3 представлены расчетные данные изменения напряжений в покрытиях в результате сезонных колебаний температуры воздуха. Напряжения представляют собой алгебраическую сумму термических напряжений у_t и растягивающих напряжений, возникающих в покрытиях в процессе отверждения у_o, т. е.

Напряжения, возникающие в покрытиях в процессе отверждения, фиксировались автоматическим измерителем деформаций АИД-4.

Таблица 1. Значения термических коэффициентов линейного расширения.

Анализ данных, приведенных на рисунке 1, свидетельствует о том, что покрытия ПВАЦ независимо от типа подложки в течение года воспринимают растягивающие температурные напряжения. Максимальные значения напряжений характерны для ПВАЦ покрытий на подложке из тяжелого бетона в ноябре-марте месяце, составляющие у=(0,023−0,026) МПа. Однако, принимая во внимание, что растрескивание покрытий происходит когда внутренние растягивающие напряжения будут больше или равны когезионной прочности, трещинообразование ПВАЦ покрытия наблюдаться не будет, так как величина его когезионной прочности в этот период составляет R=0,45 МПа. напряженный отделочный температурный.

Рисунок 1 — Сезонные колебания температурных напряжений для ПВАЦ покрытий Применение в качестве подложки керамзитового раствора приводит к снижению температурных напряжений, т. е. покрытие как бы «разгружается». Максимальные суммарные напряжения на подложке из керамзитового раствора составляют у =0,007 МПа.

На рисунке 2 представлены расчетные данные изменения температурных напряжений в полимеризвестковых покрытиях в результате сезонных колебаний температуры воздуха. В виду того, что ТКЛР полимеризвесткового покрытия по сравнению с подложками имеет меньшее значение, напряжения, возникающие в покрытии при изменении температуры, будут растягивающими. Максимальная величина напряжений характерна для ноября-марта месяца независимо от типа подложки. Наибольшие значения напряжений наблюдаются для полимеризвестковых покрытий на подложке из тяжелого бетона. Суммарные напряжения составляют у =(0,031−0,039) МПа.

На рисунке 3 представлена зависимость изменения внутренних напряжений от действия температуры в течение года для покрытий с учетом их влажности. Результаты исследований показывают, что увлажнение покрытий приводит к уменьшению значения ТКЛР. Так, для ПВАЦ покрытий при влажности 20% значение ТКЛР составляет 3,00Ч10^-6 1/град, в то время как для сухого — 8,43Ч10^-6 1/град. Результаты расчетов свидетельствует, что увлажнение покрытий приводит к значительному увеличению значений растягивающих температурных напряжений. Так, суммарные напряжения для ПВАЦ покрытий составляют у=(0,045−0,056)МПа, а для полимеризвестковых покрытий у=(0,042−0,055)МПа.

Анализ полученных результатов дает возможность предполагать, что вследствие разности термических коэффициентов линейного расширения покрытий и подложки и в результате комплексного воздействия внешних факторов в процессе эксплуатации вполне вероятно трещинообразование рассматриваемых защитно-декоративных покрытий. При этом максимальная величина напряжений, возникающих в покрытиях, будет наблюдаться при нанесении их на подложки из тяжелого бетона. Это необходимо учитывать при проектировании видов отделки фасадов зданий.

Библиографический список.

• 1. Макарова, Л. В. Повышение трещиностойкости защитно-декоративных покрытий наружных стен зданий [Текст] / Л. В. Макарова: канд. диссертация. — ПГУАС, 2004.-153 с.
• 2. Логанина, В. И. К методике оценки трещиностойкости защитно-декоративных покрытий [Текст] / В. И. Логанина, Л. В. Макарова // Пластические массы.- 2003. № 4. С. 43−44.
• 3. Логанина, В.И. О связи трещиностойкости лакокрасочных покрытий с качеством их внешнего вида [Текст] / В. И. Логанина, Л. В. Макарова // Современные научные исследования и инновации. — Апрель 2014. — № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/04/33 836 (дата обращения: 22.04.2014).
• 4. Логанина, В. И. Методика оценки стойкости защитно-декоративных покрытий цементных бетонов [Текст] / В. И. Логанина, Л. В. Макарова // Современные научные исследования и инновации. — Май 2014. — № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/05/34 097 (дата
• 5. Батынова, А. А. Повышение трещиностойкости отделочных покрытий [Текст] / А. А. Батынова, Л. В. Макарова, Р. В. Тарасов // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 7 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/07/36 945 (дата обращения: 31.07.2014).
• 6. Логанина, В. И. Стойкость защитно-декоративных покрытий наружных стен зданий. / В. И. Логанина, Л. П. Орентлихер, Ю. А. Соколова.- М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 1999.-105 с.
• 7. Северный, В. В. Кремнийорганические защитно-декоративные покрытия. / В. В. Северный, А. А. Зайцева, И. В. Тимофеева // Лакокрасочные материалы и их применение.-1973.-№ 6.-С. 37−38.
• 8. СНИП 23−01−99* Строительные нормы и правила. Строительная климатология / Госстрой РФ.- М.: ГУПЦПП, 2000;57 с.