RU2773839C1

RU2773839C1 - Method for determining the adhesion of cement stone to polyethylene film

Info

Publication number: RU2773839C1
Application number: RU2021124503A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Петрович Пичугин; Александр Владимирович Пчельников; Ольга Евгеньевна Смирнова; Владимир Федорович Хританков; Михаил Анатольевич Пичугин
Filing date: 2021-08-17
Publication date: 2022-06-14

Abstract

FIELD: testing technology.

SUBSTANCE: invention relates to the field of testing materials, in particular to methods for determining the adhesion of cement stone to polyethylene film and other smooth polymer materials, for example fiber reinforcement, in the development and creation of composite materials. The method for determining the adhesion of cement stone to a polyethylene film is that a film sample of a strictly defined contact area with a width of 10 mm is immersed in the cement mortar to a depth of 10 mm. After the cement stone has solidified, a test is performed by pulling out. At the same time, the force of resistance to pulling out of the polyethylene film is measured with a dynamometer and carried out at an angle of 90° to the plane of the cement stone, strictly fixed in the fastening device, which makes it possible to combine the axis of the polyethylene film with the axis of the pulling device with a dynamometer and a loading mechanism to ensure a gradual increasing force by scrolling the flywheel and moving along the rod with a rack-and-pinion gear of the device to the moment of pulling the sample out of the cement stone. The polyethylene film itself is firmly fixed in a clamping spring device, excluding slippage. The deformation of the film during the test is determined by the installed clock-type indicator through the guide of the clamping device.

EFFECT: increase in the accuracy of determining adhesion by eliminating the influence of the substrate on the structure and properties of the film, as well as excluding the process of cohesive destruction during shear tests.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области испытаний материалов, в частности к способам определения адгезии цементного камня к полиэтиленовой пленке и другим гладким полимерным материалам, например фибровой арматуре, при разработке и создании композиционных материалов.The invention relates to the field of materials testing, in particular to methods for determining the adhesion of cement stone to polyethylene film and other smooth polymeric materials, such as fiber reinforcement, in the development and creation of composite materials.

Самым простым и доступным способом определения адгезии покрытий к подложке является метод, используемый для оценки качества лакокрасочных материалов по ГОСТ 15140-78 «Материалы лакокрасочные. Методы определения адгезии» и ГОСТ 31149-2014 «Материалы лакокрасочные. Определение адгезии методом решетчатого надреза». Следует отметить, что при разрезании покрытия возникают различные сдвиговые и внутренние напряжения, искажающие оценочные результаты. Кроме того, получаемая при этом информация носит субъективный характер и далека от фактической точности.The simplest and most accessible way to determine the adhesion of coatings to a substrate is the method used to assess the quality of paints and varnishes according to GOST 15140-78 “Paints and varnishes. Methods for determining adhesion" and GOST 31149-2014 "Paint-and-lacquer materials. Determination of adhesion by the lattice notch method. It should be noted that when cutting the coating, various shear and internal stresses arise, which distort the estimated results. In addition, the information obtained in this case is subjective and far from actual accuracy.

Известны способы определения адгезии покрытия к подложке по А.С. №317959, №1078287, №1758525, 1608500, №56624 и др., принцип работы в которых заключается в срезе полимерного покрытия с подложки, что приводит к неравномерности воспринимаемых усилий за счет уменьшения части срезанных контактов, а также получение когезионного характера среза вместо адгезионного.Known methods for determining the adhesion of a coating to a substrate according to A.S. No. 317959, No. 1078287, No. 1758525, 1608500, No. 56624, etc., the principle of operation of which is to cut the polymer coating from the substrate, which leads to uneven perceived efforts due to a decrease in the part of cut contacts, as well as obtaining a cohesive nature of the cut instead of an adhesive .

Известен способ определения адгезии отвержденного цементного раствора и устройство для его осуществления (Расширяющийся тампонажный цемент / Новохатский Д.Ф. и др. // Нефтяное хозяйство. - 2007. - №6 - с. 42-43), содержащее коническую металлическую форму, в которую заливается цементный раствор. После отверждения цементного раствора в форме он выпрессовывается цилиндрическим металлическим пуансоном (направляющей) в обойму. Недостатком данного способа является невозможность определения адгезии пленочных материалов; кроме того, он предполагает применение расширяющихся тампонажных смесей на основе тампонажных цементов и специальных минеральных добавок, способствующих расширению цементного камня.A known method for determining the adhesion of a cured cement slurry and a device for its implementation (Expanding well cement / Novokhatsky D.F. and others // Oil industry. - 2007. - No. 6 - p. 42-43), containing a conical metal shape, in which the cement mortar is poured. After the cement mortar has hardened in the mold, it is pressed out with a cylindrical metal punch (guide) into a holder. The disadvantage of this method is the inability to determine the adhesion of film materials; in addition, it involves the use of expanding grout mixtures based on grout cements and special mineral additives that contribute to the expansion of the cement stone.

Имеется устройство для определения адгезии цементного камня к подложке по техническому решению SU №125934, однако при проведении испытаний требуется создание специальных условий с высокой температурой и повышенным давлением до 1000 атм, что существенно снижает возможности использования данного метода на практике.There is a device for determining the adhesion of cement stone to the substrate according to the technical solution SU No. 125934, however, when testing, it is necessary to create special conditions with high temperature and high pressure up to 1000 atm, which significantly reduces the possibility of using this method in practice.

Наиболее близким способом определения адгезии отвержденного цементного раствора к подложке является техническое решение по RU №2644629 С1 «Способ определения адгезии отвержденного цементного раствора и устройство для его осуществления». Сущность данного способа заключается в следующем: в зафиксированной вертикальной направляющей устанавливаются коаксиально формы, а зазор между ними заполняется цементным раствором, отверждаемым в водной среде при заданной температуре. Испытание проводится выдавливанием направляющей прессом из отвержденного цементного раствора. Направляющую изготавливают в виде конуса, а внутреннюю поверхность формы - в виде конуса, параллельного конусу направляющей, для получения по всей высоте формы одинакового кольцевого зазора заполняемого цементным раствором между ними. Такая конструкция позволяет испытывать на адгезию любые материалы, в т.ч. и изготовленные из полимеров, однако для выполнения данных операций требуется специально вытачивать конусные формы. Кроме того, подготовка и испытание одного образца занимает много времени.The closest way to determine the adhesion of a hardened cement mortar to a substrate is the technical solution according to RU No. 2644629 C1 "Method for determining the adhesion of a hardened cement mortar and a device for its implementation." The essence of this method is as follows: coaxial molds are installed in a fixed vertical guide, and the gap between them is filled with a cement mortar cured in an aqueous medium at a given temperature. The test is carried out by extruding the guide with a press from the cured cement slurry. The guide is made in the form of a cone, and the inner surface of the mold is in the form of a cone parallel to the cone of the guide, to obtain the same annular gap filled with cement mortar between them over the entire height of the mold. This design allows you to test any materials for adhesion, incl. and made of polymers, however, to perform these operations, it is required to specially grind conical shapes. In addition, the preparation and testing of one sample takes a long time.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА - повышение точности и объективности определения адгезии за счет непосредственного выдергивания пленки из цементного камня с определением усилия по динамометру, что ускоряет процесс испытания при минимальных временных и трудовых затратах на проведение испытаний, а также исключает когезионный срез полимерной пленки решается способом выдергивания полиэтиленовой пленки из затвердевшего цементного камня с фиксацией усилия сопротивления выдергиванию.TECHNICAL OBJECTIVE - improving the accuracy and objectivity of determining adhesion by directly pulling out a film from cement stone with determining the force on a dynamometer, which speeds up the testing process with minimal time and labor costs for testing, and also eliminates the cohesive cut of the polymer film is solved by pulling out a polyethylene film from hardened cement stone with fixation of pull-out resistance force.

В отличие от известных, предлагаемый способ позволяет определять адгезию непосредственно без дополнительных сложных и вспомогательных расчетов, а получаемые результаты носят вполне объективные повторно воспроизводимые значения. Кроме того, учитывая несложность проведения испытаний, можно осуществлять различные исследования, позволяющие повышать адгезионную способность материалов.Unlike the known ones, the proposed method allows determining adhesion directly without additional complex and auxiliary calculations, and the results obtained are quite objective, reproducible values. In addition, given the ease of testing, various studies can be carried out to improve the adhesive ability of materials.

Для достижения технической задачи по заявленному способу используется прибор по определению адгезии отвержденного цементного раствора к полимерной пленке, включающий опорную платформу, на которой установлено с возможностью регулирования крепежное устройство с зажимами для балочки из цементного раствора, в котором помещена полиэтиленовая пленка, свободный конец которой закрепляют в зажимном пружинном устройстве, сопряженном с динамометром. Последний закреплен на консольной части штанги с реечной зубчатой передачей и поворотом маховика передает усилие на испытуемую пленку.To achieve the technical problem according to the claimed method, a device is used to determine the adhesion of a cured cement mortar to a polymer film, including a support platform on which a mounting device with clamps for a beam of cement mortar is installed with the possibility of regulation, in which a polyethylene film is placed, the free end of which is fixed in clamping spring device coupled with a dynamometer. The latter is fixed on the cantilever part of the rod with a rack and pinion gear and by turning the flywheel transfers force to the tested film.

Кроме описанных элементов прибор оснащен индикатором часового типа для фиксирования деформации пленки.In addition to the described elements, the device is equipped with a dial indicator for fixing film deformation.

Предварительно нарезаются и пронумеровываются полиэтиленовые заготовки длиной 100-120 мм, шириной 15-20 мм с вырезом в крайней части фиксированной площадки 10x10 мм для погружения ее в цементный раствор; после отверждения цементного раствора и превращения его в цементный камень в течение заданного срока (1, 7, 14, 28 суток) в нормальных температурно-влажностных условиях, незакрепленные концы крепятся в зажимном пружинном устройстве, исключающем проскальзывание полиэтиленовой пленки, и при помощи маховика загружающего устройства подлежат выдергиванию под углом 90° к плоскости цементного камня, образцы которого предварительно зафиксированных в крепежном устройстве; деформация полиэтиленовой пленки фиксируется индикатором часового типа, а усилие сопротивления выдергиванию из цементного камня устанавливается по значениям динамометра.Pre-cut and numbered polyethylene blanks 100-120 mm long, 15-20 mm wide with a cutout in the extreme part of the fixed platform 10x10 mm for immersion in cement mortar; after curing the cement mortar and turning it into a cement stone within a specified period (1, 7, 14, 28 days) under normal temperature and humidity conditions, the loose ends are fastened in a clamping spring device that prevents slipping of the polyethylene film, and using the loader flywheel are subject to pulling out at an angle of 90 ° to the plane of the cement stone, samples of which are previously fixed in the fastening device; the deformation of the polyethylene film is fixed by a dial indicator, and the force of resistance to pulling out of the cement stone is set according to the values of the dynamometer.

Новым является то, что данный способ является нетрудоемким и обеспечивает высокую точность испытания, а также не требует дополнительных сложных расчетов; изготовленные полиэтиленовые или другие полимерные пленочные материалы могут быть испытаны при определении адгезии цементного камня после обработки различными составами и компонентами, позволяющими влиять на адгезионные характеристики; кроме того, процесс проведения испытаний составляет считанные минуты, что позволяет осуществлять повторные и сравнительные испытания.What is new is that this method is not laborious and provides high test accuracy, and also does not require additional complex calculations; manufactured polyethylene or other polymeric film materials can be tested when determining the adhesion of cement stone after treatment with various compounds and components that allow influencing adhesive characteristics; in addition, the testing process takes only a few minutes, which allows for repeated and comparative testing.

Порядок проведения испытаний состоит из следующих этапов:The test procedure consists of the following steps:

1. заготовка предварительно вымытых и высушенных полиэтиленовых пленочных лент нарезкой длиной 100-120 мм, шириной 15-20 мм с вырезом в крайней части фиксированной площадки 10x10 мм и последующей нумерацией;1. preparation of pre-washed and dried polyethylene film tapes cut in length 100-120 mm, width 15-20 mm with a cutout in the extreme part of the fixed platform 10x10 mm and subsequent numbering;

2. помещение образцов полиэтиленовой пленки на глубину 10 мм с выдержкой расстояния между отдельными точками заделки не менее 25-30 мм друг от друга в заранее приготовленный цементный раствор;2. placement of samples of polyethylene film to a depth of 10 mm with maintaining a distance between individual embedding points of at least 25-30 mm from each other in a pre-prepared cement mortar;

3. выдерживание цементного раствора в течение заданного срока (1, 7, 14, 28 суток) в нормальных температурно-влажностных условиях с последующей распалубкой и установка их в крепежном устройстве (3), закрепленном винтами (5) и стоящем на опорной платформе (1) путем прочной фиксации сжимающим винтом (4) для совмещения полиэтиленовой пленки с осью выдергивающего устройства (6) и динамометра (7);3. keeping the cement mortar for a specified period (1, 7, 14, 28 days) under normal temperature and humidity conditions, followed by demoulding and installing them in a mounting device (3) fixed with screws (5) and standing on a support platform (1 ) by firmly fixing with a compressing screw (4) to align the polyethylene film with the axis of the pulling device (6) and the dynamometer (7);

4. закрепление свободного конца полиэтиленовой пленки (9) в зажимном пружинном устройстве (6), соединение с динамометром (7) и индикатором цифрового типа (12) через направляющую для фиксации деформации пленки (11) для начала отсчета;4. fixing the free end of the polyethylene film (9) in a clamping spring device (6), connecting with a dynamometer (7) and a digital type indicator (12) through a guide for fixing the deformation of the film (11) to start counting;

5. Равномерное прокручивание маховика механизма нагружения (10) для обеспечения постепенного нарастающего усилия загружающего за счет перемещения по штанге с реечной зубчатой передачей устройства (8) до момента выдергивания пленки (9) из цементного камня;5. Uniform scrolling of the flywheel of the loading mechanism (10) to ensure a gradual increasing force of the loading device (8) due to movement along the rack and pinion gear until the film (9) is pulled out of the cement stone;

6. Фиксация величины усилий по динамометру (7) и величины деформации полиэтиленовой пленки по индикатору часового типа (12).6. Fixing the amount of effort on the dynamometer (7) and the amount of deformation of the polyethylene film on the dial indicator (12).

7. Вычисление показателя адгезии цементного камня к полиэтиленовой пленке А определяют по усилию сопротивления выдергиванию по формуле7. Calculation of the adhesion index of cement stone to polyethylene film A is determined by the pull-out resistance force according to the formula

где F - усилие вырывания, МПа;where F - pull-out force, MPa;

В - площадь контакта полиэтиленовой пленки с цементным камнем, см².B is the contact area of the polyethylene film with cement stone, cm ² .

За значение адгезии цементного камня к полиэтиленовой пленке принимают среднее арифметическое трех измерений, вычисленное с погрешностью 0,01 МПа.The arithmetic mean of three measurements, calculated with an error of 0.01 MPa, is taken as the adhesion value of the cement stone to the polyethylene film.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема прибора, а в таблице приведены результаты определения адгезии цементного камня к полиэтиленовой пленке, обработанной различными наноразмерными композициями.In FIG. 1 shows a schematic diagram of the device, and the table shows the results of determining the adhesion of cement stone to a polyethylene film treated with various nanoscale compositions.

Оценка результатовEvaluation of results

Данный способ позволяет исследовать адгезию практически любых минеральных, органических или органо-минеральных вяжущих к полимерным или полимерсодержащим покрытиям. Способ позволяет проводить комплекс исследований по выявлению адгезионной способности не только пленок, но и фибровой арматуры для бетонов.This method allows you to study the adhesion of almost any mineral, organic or organo-mineral binder to polymer or polymer-containing coatings. The method allows to carry out a complex of studies to identify the adhesive ability of not only films, but also fiber reinforcement for concrete.

Сходимость метода при доверительной вероятности 95% позволяет осуществлять регулирование адгезионных свойств материалов путем обработки различными структурно-направленными композициями, в т.ч. на основе нанодобавок.The convergence of the method at a confidence level of 95% makes it possible to regulate the adhesive properties of materials by processing various structure-oriented compositions, incl. based on nanoadditives.

Анализ приведенных в таблице результатов позволяет сделать выводы о различном влиянии наноразмерных композиций на адгезионные свойства полиэтиленовой пленки с цементным камнем. Так, повышение концентрации раствора углеродных нанотрубок способствует резкому увеличению значения усилий вырывания полиэтиленовой пленки из цементного камня. Своеобразно воздействует кремнезоль: кислый раствор слабо увеличивает адгезионную способность, а щелочной кремнезоль повышает в два-три раза по сравнению с контрольными образцами.An analysis of the results given in the table allows us to draw conclusions about the different effects of nanosized compositions on the adhesive properties of a polyethylene film with cement stone. Thus, an increase in the concentration of a solution of carbon nanotubes contributes to a sharp increase in the value of the effort of pulling out a polyethylene film from a cement stone. Silica sol has a peculiar effect: an acidic solution slightly increases the adhesive ability, and alkaline silica sol increases two to three times compared to control samples.

Claims

A method for determining the adhesion of cement stone to a polyethylene film, which consists in the fact that a sample of a film of a strictly defined contact area 10 mm wide is immersed in the cement mortar to a embedment depth of 10 mm, and after hardening of the cement stone, a test is performed by pulling out, characterized in that the measurement of the pull-out resistance force polyethylene film is carried out with a dynamometer and carried out at an angle of 90 ° to the plane of the cement stone, strictly fixed in the fastening device, which makes it possible to combine the axis of the polyethylene film with the axis of the pulling device with a dynamometer and a loading mechanism to ensure a gradual increase in effort due to the flywheel scrolling and moving along the rod with a rack gear transmission of the device until the sample is pulled out of the cement stone, and the polyethylene film itself is firmly fixed in a clamping spring device that prevents slippage, and the deformation of the film during testing is determined according to the established dial indicator through the guide of the clamping device.