ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ МОДУЛЯ СДВИГА КЛЕЕВОГО СОСТАВА НА ЭПОКСИДНОЙ ОСНОВЕ

Усиление элементов металлических пролётных строений мостов системой внешнего армирования из полимерных композиционных материалов в ближайшие годы вполне может стать достойной альтернативой стандартным методам восстановления и повышения несущей способности. В настоящее время в России ведутся работы по исследованию таких систем, условиям их применения.

Для создания методики расчёта систем усиления необходимо экспериментально, а также с помощью моделирования определить, как на несущую способность влияют различные параметры, такие как геометрические характеристики соединения металла с материалом усиления, тип композиционного материала, тип клея.

Важной частью любой численной модели являются параметры материалов, используемых при моделировании. В частности, при создании модели соединения «металл-композит», для более точного решения необходимо ввести характеристики клеевого слоя, соединяющего материал усиления с конструкцией. У фирмы-производителя систем усиления представлены такие параметры клея, как прочность на сжатие или изгиб, адгезионная прочность и так далее, однако каких-либо сведений, дающих представление о сдвиговых характеристиках адгезива, в техническом описании не имеется.

Основной сдвиговой характеристикой является модуль сдвига. Для его определения были проведены испытания клеевого состава.

Для испытаний использовались клееные металлические образцы, представленные на рисунке 1. Они выполнены из металлических пластинок, имеющих на склеиваемых концах засечки для лучшего сцепления клея с металлом поверхности. Четыре образца выполнены из стали Ст3, другие одиннадцать – из стали 30ХГСА.

Рисунок 1. Геометрические размеры образцов, используемых при испытаниях

Испытуемый клеевой состав – MasterBrace ADH 4000, высокопрочный двухкомпонентный клей на эпоксидной основе, разработанный специально для системы усиления и восстановления несущей способности строительных конструкций.

Перед поклейкой металлические образцы были обезжирены растворителем. Клей наносился металлическим шпателем, а затем пластинки склеивались между собой. Склеенные образцы показаны на рисунке 2.

После отвердевания клея были выполнены измерения длин клеевых слоёв , ширин образцов , толщин образцов в середине нахлёстки , а так же вычислена толщина клеевого слоя для каждого образца по формуле:

где h₁ и h₂ – толщины пластин в середине нахлёстки.

Измеряемые параметры представлены на рисунке 3.

Рисунок 2. Образцы после склеивания

Рисунок 3. Параметры, определяемые при обмере образцов

Испытуемый клей, согласно техническому описанию, набирает полные прочностные характеристики за семь дней при температуре . Все условия выдержки образцов были соблюдены. Результаты измерений представлены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты обмера образцов

Для испытаний применялась машина с автоматической записью диаграммы «нагрузка-деформация». Испытания проводились для образцов, объединённых в три серии, отличающихся скоростью нагружения. Для первой серии 1 мм/мин, для второй 0,5 мм/мин и для третьей 0,2 мм/мин.

 Образец в процессе нагружения представлен на рисунке 4.

Рисунок 4. Испытуемый образец в зажимах разрывной машины

На рисунке 5 представлен образец после проведения испытаний. Его разрушение произошло по клею. Стоит отметить, что в результате проведения испытаний, несколько образцов разрушились по контакту «металл-клей», эти образцы не входили в обработку результатов.

Рисунок 5. Образец после испытания

При вычислении модуля сдвига рассматривались линейные участки диаграммы «нагрузка-деформация». На рисунке 6 представлена диаграмма для одного из образцов.

Рисунок 6. Диаграмма «нагрузка-деформация» для одного из образцов

1 – участок диаграммы во время обжатия образцов;

2 – линейный участок диаграммы, по которому определялись приращения нагрузки и соответствующие им приращения деформаций. Модуль сдвига в клеевом соединении определялся по формуле:

где  – приращение нагрузки P на линейном участке диаграммы «нагрузка-деформация», Н;

 – толщина клеевого слоя, мм;

 – ширина образца, мм;

 – длина клеевого слоя, мм;

 – приращение деформации образца, соответствующее приращению

нагрузки , мм;

  – расстояние между базовыми точками, мм;

 – модуль сдвига склеиваемого металла, МПа

Приведём пример расчёта для одного из образцов (30ХГСА):

МПа;

Данные, полученные в результате испытаний были подвергнуты статистической обработке, и определён модуль сдвига. Его значение многократно отличается от значений модуля сдвига таких эпоксидных клеев, как ЭПП-1 или К-153, для которых была найдена информация. На основе полученного значения, можно сказать, что результат испытаний в общем – отрицательный. Это связано с некоторыми отступлениями от ГОСТа. Для получения более точного результата необходимо провести повторные испытания, что и будет сделано в дальнейшем.

Список литературы:

1.ГОСТ 25717-83, Методы определения модуля сдвига клея в клеевом соединении.

2.Бокарев С.А., Иванов А.А., Смердов Д.Н., Яшнов А.Н., Жильцов П.Д., Максименков П.Е. Инновационные методы усиления конструкций мостов.