Статья Дергаечев, Алсагаева. Концепция тротуара с антигололедным покрытием

РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ ТРОТУАРА С АНТИГОЛОЛЕДНЫМ
ПОКРЫТИЕМ ИЗ ПОЛИМЕРБЕТОНА.
Дергачев Денис Васильевич
магистрант Иркутского национального исследовательского
технического университета, Россия, г. Иркутск
Алсагаева Ирина Игоревна
магистрант Иркутского национального исследовательского
технического университета, Россия, г. Иркутск
Алексеенко Виктор Викторович
научный руководитель, кандидат химических наук,
Иркутский национальный исследовательский
технический университет, Россия, г. Иркутск
Ключевые слова.
Тротуары, антигололёдное покрытие, гидрофобное покрытие.
Аннотация.
Объектом исследований в данной статье является бетон на полимерной
основе. Проведенные испытания подтверждают, что исследуемый материал
можно применять в качестве тротуарного покрытия. Показано, что в одних
аспектах он не уступает классическим материалам, применяемым в тротуарах, а
в
других
превосходит.
Главным
выявленным
качеством
является
антигололёдное свойство покрытия.
Введение.
В данной работе проведены исследования бетона на полимерной основе
(далее ceramet-beton), который применяют для нанесения на цементобетон, в
целях его защиты, а также для восстановления старых и разрушенных бетонных
поверхностей. Состав устойчив к ударным нагрузками, влиянию агрессивных
химических реагентов и атмосферным воздействиям, гидрофобен.
Предположено, что с
помощью ceramet-beton можно разработать
покрытие для тротуаров, обладающее антигололёдным свойством. Концепция
представляется, как плитка с нанесенным на нее ceramet-beton. Для обеспечения
хорошего сцепления с обувью, на поверхности состава должны располагаться
небольшие гранулы.
Для образцов были выбраны тротуарные плитки с гладкой и шероховатой
поверхностями.
На них наносилась жидкая грунтовка, на которую в свою
очередь укладывался ceramet-beton. До его
схватывания, на поверхность
погружались гранулы. В качестве гранул применялись купершлак, сферические
и кубические гранулы Al2O3, отсев дробления и измельченный полиэтилен.
Была поставлена задача провести следующие испытания: проверка на
морозостойкость,
адгезию
льда,
определение
коэффициента
трения
и
истираемость поверхности.
1. Испытание на морозостойкость.
Целью испытания является проверка способности ceramet-beton в
водонасыщенном состоянии сохранять внешнюю форму и внутреннюю
структуру
без
разрушения
при
многократных
циклах
замораживания/оттаивания. Было проведено 34 цикла замораживания /
оттаивания. Наблюдения во время проведения испытания представлены в
таблице 1.
Таблица 1.
Результаты проверки на морозостойкость
№
Материал
гранул
1.1 Купершлак
1.2 Кубические
гранулы
Al2O3
1.3 Отсев
дробления и
полиэтилен
1.4 Полиэтилен
и купершлак
Наблюдения
Образец спустя 34 цикла не был подвержен
каким-либо воздействиям
После 10 циклов на образце появился след
небольшого отрыва на границе раздела
состав-плитка. В дальнейшем его
увеличение не наблюдалось
Выполнив 19 циклов на образце появился
след отрыва состава от плитки, рост
которого наблюдался в дальнейшем (см.
Рисунок 1, а). Наблюдалась потеря частиц
полиэтилена
Отрыв состава от плитки начался после 4
циклов. После 6 произошло полное
разрушение на границе раздела материала и
Основание
образца
Шероховатая
плитка
Гладкая
плитка,
обработанная
болгаркой
Гладкая
плитка,
обработанная
болгаркой
Гладкая
плитка
плитки. Потеря частиц полиэтилена (см.
Рисунок 1, б).
а
б
Рисунок 1. Образцы после испытаний
а - образец № 1.3 после 34 циклов замораживания/оттаивания; б – обратная
сторона состава с грунтовкой у разрушенного образца № 1.4 после 6 циклов
замораживания-оттаивания
Выводы, сделанные по завершению испытания:
- состав нужно наносить только на шероховатую поверхность, это
обеспечит отличное сцепление с основанием (образец 1.1). В
противном
случае, будет происходить разрушение покрытия (1.2, 1.3 и 1.4).
- ceramet-beton имеет плохую адгезию с полиэтиленом.
Хорошие
показания у купершлака, отсева дробления и гранул Al2O3 .
- при выдержке состава в течение 34 циклов, не было зафиксировано
следов разрушений структуры материала – трещин, коррозии, сколов,
шелушения и т.п.
2. Проверка анти гололёдных свойств.
Целью испытания является сравнение адгезии льда у разрабатываемого
покрытия с классическими плитками. Для определения адгезии льда было
разработано небольшое приспособление, схема которого представлена на
рисунке 2.
Рисунок 2. Определение адгезии льда
1– образец, 2 – формочка для воды, 3 – замазка,4 – примороженная
металлическая пластина с приклеенным кварцевым песком, 5– лед, 6– крючок,
7– опоры, 8– петли, 9– емкость для нагружения. Р– сила тяжести
Результаты испытаний представлены в Таблице 2.
Таблица 2.
Адгезия льда к поверхности образцов
№
образца
Наименование
образца
1
10,45*
более
35,61*
Адгезия льда, Н/см2
Номер испытания
2
3
4
7,37*
8,45
7,17
более
более
более
35,61*
35,61*
35,61*
5
8,49*
более
35,61*
21,02*
25,94*
4,73
7,04
4,73
4,8
Гладкая плитка
Шероховатая
2.2
плитка
Ceramet-beton и
2.3
25,94
21,04
24,67
отсев дробления
Ceramet-beton без
2.4
4,71
6,12
6,1
гранул
Ceramet-beton и
2.5
Al2O3(сферические
4,86
7,04
7,18
гранулы)
*- на образцах оставались следы льда после отрыва.
2.1
В результатах наблюдается разброс показателей. Причиной этому могут
быть
возможное
преждевременное
температуры в лаборатории.
оттаивание,
из-за
На образцах №2.1, 2.2 и
положительной
2.3 после отрыва
пластин оставались следы льда. На образце №2.1 наблюдалась равномерная
тонкая пленка льда, у №2.2 след был неравномерный. Следы льда говорят о
том, что у проверяемых поверхностей большая величина адгезии, из-за которой
происходит когезионный отрыв льда. На рисунке 3 представлены изображения
следов после проверки образцов на адгезию.
а
б
Рисунок 3. Образцы после проверки на адгезию льда
а - образец №2.2; б - образец №2.3
Образцы, где использовался ceramet-beton с гранулами Al2O3 и без (2.4,
2.5), имеют наименьшие значения адгезии, и на них отсутствовали следы льда.
Показания образца №2.3 обусловлены поверхностью гранул отсева дробления,
с которыми лед хорошо сцепляется.
3. Определение коэффициента трения.
Проверялось внешнее трение, которое может возникнуть между обувной
подошвой и поверхностью тротуарного покрытия.
С помощью выбранного
метода наклонной плоскости 3 вычислялся коэффициент силы трения
скольжения. Реализация метода представлена на рисунке 4.
Рисунок 4. Определение угла скольжения
1– стол, 2 – прикрепленный транспортир, 3 – образец,4 –груз с массой m=0,965
кг, 5 – приклеенный к грузу кусок резины, – угол скольжения
Результаты испытаний представлены в таблице 3.
Таблица 3.
Коэффициенты силы трения скольжения
№
Наименование
образца
1
Гладкая
плитка
Шероховатая
3.2
плитка
Ceramet
3.3
+Al2O3
Ceramet
3.4 +отсев
дробления
3.1
Значение коэффициента трения силы
скольжения
Номера испытания
2
3
4
5
6
7
8
Ср.
зн.
0,62 0,58 0,60
0,62
0,55 0,55 0,58
0,58
0,51
0,78 0,78 0,75
0,75
0,75 0,73 0,75
0,75
0,66
0,75 0,81 0,81
0,78
0,84 0,84 0,84
0,81
0,71
0,84 0,87 0,90
0,84
0,84 0,87 0,81
0,84
0,75
Полученные результаты говорят о том, что применяемая для тротуарных
покрытий гладкая и шероховатая цементобетонная плитка имеют наименьшее
сцепление с резиновой поверхностью. Образцы (3.3 и 3.4) имеют лучшие
значения коэффициента. Это доказывает, что предположение применять на
гидрофобном покрытии гранулы для сцепления с обувью, является верным.
4. Истираемость.
Определение истираемости выполнялось согласно ГОСТ 13087-81
«Бетоны. Методы определения истираемости», на круге истирания ЛКИ-3М.
Целью испытания является сравнение состава ceramet-beton с массово
применяемой цементобетонной плиткой. Результаты проведения испытаний
представлены в таблице 4.
Таблица 4.
Истираемость
№
4.1
Материал
Ceramet
Масса
образцов
до, г
127,79
Масса
образцов
после, г
120,62
Разница, Площадь
г
образцов
, см2
7,17
42,57
Истираемость,
г/см2
0,168
4.2
4.3
4.4
Ceramet
Шероховатая
плитка
Шероховатая
плитка
81,33
74,32
7,01
44,16
0,159
312,39
305,02
7,37
45,48
0,162
318,66
311,74
6,92
45,5
0,152
Приведённые значения показывают, что состав не значительно уступает
цементобетонной тротуарной плитке. Это означает, что абразивный износ
ceramet-beton не будет определять срок службы покрытия.
Вывод.
Предложенная
концепция
тротуара
обладающего
антигололедным
покрытием имеет право для дальнейшего развития. Исследуемый бетон на
полимерной основе хорошо показал себя в испытаниях. Чтобы быть полностью
уверенным в покрытии, необходима его проверка вне лабораторных условий.
Предполагается его применение в экспериментальных участках, ими могут
быть тротуарные участки, парковые дорожки, подземные переходы, пандусы,
крылечные зоны и т.д. Положительные результаты станут серьезным поводом
для обоснованного производства и применения такого покрытия в условиях
современной городской среды.
Список использованной литературы.
1. Гольдштейн Р.В., Епифанов В.П. К измерению адгезии льда к другим
материалам//Вестн.Перм.гос.тех.ун-та.Механика.2011.№2.C.28–30.
2. Шадринов Н. В.,
Попов С. Н..
Исследование работоспособности
полимерных материалов в условиях трения со льдом и снегом// Научный
журнал КубГАУ, №107(03), 2015 года. С. 3–9.
3. Кравченко Н.С., Гаврилина Н.И. Определение коэффициента силы трения
скольжения. Методические указания к выполнению лабораторных работ М–19
по курсу общей физики для студентов всех специальностей // Национальный
исследовательский Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во
Томского политехнического университета, 2012. C. 3–6.