Розробка полімерних наповнених композицій для ремонту штучних споруд залізничного транспорту

Abstract

UA: Дослідження залежності міцності при вигині та стиску полімерних матеріалів від вмісту наповнювача, визначення оптимальної кількості наповнювача, розробка та застосування складу для ремонту штучних бетонних споруд. Методика. Міцність наповненого полімерного композиційного матеріалу визначали шляхом випробування зразків на стиск і вигин зразків-балочок розмірами 40×40×160 мм з побудовою графічних залежностей при різній кількості наповнювача у 50, 100, 150 та 200 масових часток від загального об’єму композиції. Як наповнювач використано фракцію з розмірами частинок менше 0,14 мм, отриману в результаті подрібнення відходів залізничних залізобетонних шпал. Результати. Встановлено, що залежності міцності при вигині і стиску мають нелінійний характер при збільшенні кількості наповнювача у композиції. Найбільшу міцність як при вигині та і при стиску демонструють зразки, які містять 100 мас.част. рециркульованого дрібного наповнювача – 28,5 МПа і 114,0 МПа, відповідно, що порівняно з міцністю чистого полімеру (30,0 МПа і 100,5 МПа). Збільшення частки відходів подрібнення бетону в полімерній композиції до 200 мас.част. призвело до зниження міцності полімерного розчину на стиск у 7 разів, а міцності при вигині вдвічі. Наукова новизна. Отримані залежності розкривають механізм утворення структури в наповнених композиціях, де як наповнювач використовуються рециклінгові відходи подрібнених бетонних конструкцій. Чим менший розмір частинок наповнювача, тим більша їхня питома поверхня і тим значніша їхня роль у формуванні поверхні міжфазної взаємодії. Зі збільшенням кількості частинок наповнювача зростає пористість матеріалу, у тому числі за рахунок пористості самого вторинного заповнювача, що призводить до зниження його міцності та здатності до пружної оборотної деформації. Отримані залежності дають підґрунтя для створення розрахункових моделей визначення складів полімер-композиційних наповнених матеріалів з урахуванням гранулометричного складу наповнювачів.

EN: The article aims the study of the impact the filler content on the bending and compressive strength of polymer materials, determination of the optimal amount of filler, design and application of the composition for the repair of concrete infrastructure objects. Methodology. The strength of the filled polymer composite material was determined by testing the beam samples with dimensions of 40 mm × 40 mm × 160 mm for compression and bending. The graphic dependencies between strength and different amounts of filler in 50, 100, 150 and 200 mass parts from the total volume of the composition were found. As a filler, the fraction with particle size less than 0.14 mm, obtained as a result of grinding waste of railway reinforced concrete sleepers, was used. Findings. It was established that the dependences of strength during bending and compression have a non-linear character when the amount of filler in the composition increases. The biggest strength both in bending and in compression is demonstrated by samples containing 100 parts by mass of recycled fine filler – 28.5 MPa and 114.0 MPa, respectively, which is compared to the strength of pure polymer (30.0 MPa and 100.5 MPa). Increasing the share of concrete grinding waste in the polymer composition to 200 wt. parts led to a 7-fold decrease in the compressive strength of the polymer solution, and a 2-fold decrease in the bending strength. Originality. The obtained dependencies reveal the mechanism of structure formation in filled compositions, where recycled waste from crushed concrete structures is used as a filler. The smaller the size of the filler particles, the greater their specific surface area and the greater their role in the formation of the interfacial interaction surface. When the number of filler particles increases, the porosity of the material increases too, including due to the porosity of the recycle aggregate itself. It leads to a decrease in its strength and ability to elastic reversible deformation. The resulting dependencies provide a basis for creating calculation models to determine the compositions of polymer composite filled materials considering the aggregate grading of filler.