Полимербетон
Полимербетон — это бетон, вяжущим веществом в котором служат синтетические полимеры. Полимербетон, существенно отличаясь по своим свойствам от обычных бетонов, является, по существу, новым строительным материалом. Полимербетоны целесообразно применять в тех случаях, когда требуются особо высокая химическая стойкость, повышенная прочность на удар, износостойкость, морозостойкость.
Хотя идея получения полимербетонов не нова (первый патент на полимербетон получен в 1906 г. Бакеландом), применять их в строительстве начали сравнительно недавно. Постоянное расширение областей применения полимербетонов объясняется как увеличением производства полимеров, так и накоплением сведений о свойствах полимербетонов.
Составляющие полимербетонов. Вяжущие. Из полимеров для получения полимербетонов используют главным образом термореактивные, до отверждения находящиеся в жидком состоянии. К ним относятся в первую очередь эпоксидные, полиэфирные и фурановые полимеры.
Эпоксидные полимеры — лучшие виды вяжущих веществ для полимербетона, однако широкому использованию этих полимеров препятствует их высокая стоимость. Эпоксидные полимеры отверждаются при обычных температурах, не выделяя побочных продуктов. Отвержденные полимеры обладают высокой прочностью как при сжатии, так и при растяжении, высокой ударной прочностью, относительно низкой деформативностью и хорошей стойкостью к истиранию и химической агрессии. Они надежно совмещаются практически со всеми строительными материалами. Для снижения хрупкости в эпоксидные полимеры вводят пластификаторы: внешние (например, диоктилфталат) или внутренние (отвердитель-пластификатор полисульфидный каучук-тиокол).|
Ненасыщенные полиэфиры (полиэфирмалеинаты, полиэфиракрилаты) более доступны, но они не имеют столь высоких показателей по прочности, адгезии и истираемости, как эпоксидные. К тому же стойкость к воздействию воды и щелочей у них пониженная. Полиэфиры при отверждении дают большую усадку (до 9%).
Фурановые полимеры — одни из самых дешевых видов полимеров, широко применяемых для получения полимербетонов. Особенно распространен среди фурановых полимеров полимер на основе фурфуролацетонового мономера (ФА), отверждаемого сильными кислотами (процесс отверждения идет на холоде).
Фурановые полимеры отличаются высокой и универсальной химической стойкостью (за исключением действия органических растворителей и сильных окислителей) и хорошей теплостойкостью (до 200°). Механические свойства фурановых полимеров несколько ниже, чем у эпоксидных и полиэфирных. Недостатком этих полимеров является выделение воды в качестве побочного продукта при отверждении.
В качестве вяжущего в полимербетонах можно применять также фенолоформальдегидные, мочевиноформальдегидные и другие полимеры.
Заполнители. В полимербетонах в отличие от обычных бетонов кроме крупного и мелкого заполнителя применяют еще тонкодисперсный (порошкообразный) наполнитель.
В случае применения только мелкого заполнителя (песка) материал называют полимерраствором. Использование такого набора заполнителей позволяет снизить расход полимера и одновременно уменьшить усадку, деформативность и некоторые другие нежелательные свойства бетона.|
Для того чтобы заполнитель не ухудшал высокую химическую стойкость связующего, применяют заполнители, стойкие в соответствующих средах. При выборе заполнителей также надо учитывать возможное их взаимодействие с компонентами вяжущего. Так, для полимербетона на мономере ФА нельзя применять карбонатные заполнители (отвердитель-кислота). Заполнители получают в основном измельчением химически стойких горных пород (андезит, базальт, кварцит, туф). Очень хорошими заполнителями являются графит, уголь и кокс.
Минеральные заполнители имеют в 5—10 раз больший модуль упругости, чем полимерное связующее, что приводит к большим напряжениям на границе полимер — заполнитель и, как следствие, к понижению прочности полимербетона. Для снижения этого нежелательного явления в качестве тонкодисперсного наполнителя можно использовать материалы с близким к связующему модулем упругости, например порошки химически стойких полимеров (суспензионный ПВХ и т. п.).
Особенности технологии полимербетонов. Свойства полимербетона во многом зависят от подбора его состава. Основная цель подбора состава полимербетона — обеспечение минимального расхода полимерного вяжущего при получении требуемых физико-механических свойств бетона (прочности, плотности, стойкости и т. п.).
Экономия этого материала диктуется не только высокой стоимостью полимеров, но и ухудшением некоторых показателей полимербетона при увеличении расхода вяжущего сверх оптимального.
Уменьшить расход вяжущего можно правильным подбором зернового состава заполнителей. Обычно применяют тощие полимербетоны с соотношением полимера к наполнителю от 1:5 до 1:12 (по весу), что соответствует расходу 100—200 кг полимера на 1 м³ бетона.|
Перемешивают и укладывают полимербетон теми же методами, что и обычный бетон, с применением стандартного оборудования. В ряде случаев для перемешивания полимербетонной смеси требуется подогревать ее.
Необходимые условия и продолжительность твердения полимербетона зависят от вида полимера, вида и количества отвердителя. Твердеть полимербетон может при обычной температуре («холодное» отверждение) и в условиях подогрева до 40—80°. В последнем случае бетон твердеет быстрее и достигается большая степень отверждения полимера.
Приобретение полимербетоном эксплуатационной прочности, как правило, продолжается не более суток. До момента полного отверждения полимербетон очень чувствителен к действию воды. Не допускается использовать влажные сырьевые компоненты или наносить полимербетон на влажное основание. В первом случае сильно понижаются механические свойства полимербетона (например, использование песка с влажностью 3—4% понижает прочность полимербетона на полиэфирном связующем в 5 раз). Во втором случае резко уменьшается сцепление полимербетона с основанием.
Свойства полимербетонов. Объемная масса полимербетонов, зависящая в основном от вида и количества заполнителя, находится обычно в пределах 1800—2200 кг/м³.
Прочность полимербетонов определяется их составом и в некоторой степени режимом твердения. Для бетонов оптимальных составов на фурановых, полиэфирных и эпоксидных связующих характерны механические показатели, приведенные в табл. 45.
Таблица 45. Средние показатели полимербетона и цементного бетона|
Сравнение механических свойств полимербетонов и обычных бетонов показывает, что прочность при сжатии у полимербетоноп выше в 2—3 раза, прочность при изгибе выше в 6—10 раз, для полимербетонов характерна меньшая разница между прочностью при изгибе и при сжатии; удельная ударная вязкость полимербетонов выше в 5—10 раз. Модуль упругости полимербетонов в 1,5—2 раза ниже вследствие высокой ползучести, присущей всем полимерным материалам. При обычных температурах полимербетоны неспособны длительно выдерживать нагрузки, составляющие более 40—50% от разрушающих, так как начинаются незатухающие деформации ползучести, приводящие через некоторое время к разрушению бетона. При температуре 60—90° (зависит от вида полимера) незатухающая ползучесть начинает появляться уже при небольших нагрузках (10—15% от разрушающих). При температурах выше 90° полимербетоны постепенно полностью теряют несущую способность.
Ценным качеством полимербетонов по сравнению с цементными является низкая истираемость, в особенности бетонов на эпоксидных и фурановых полимерах (табл. 46).
Таблица 46. Истираемость бетонов
Полимербетоны обладают отличной адгезией к большинству сухих строительных материалов. Наибольшей адгезией обладают эпоксидные полимербетоны. Например, прочность сцепления их с цементным бетоном выше, чем прочность последнего при растяжении.
Плотное строение и водостойкость составляющих полимербетона придают ему практически полную водонепроницаемость. Водопоглощение полимербетонов не превышает 0,5—1%. Как следствие водонепроницаемости и низкого водопоглощения, у полимербетонов очень высокая морозостойкость (более 300—500 циклов).|
Одним из главных преимуществ полимербетонов, определяющим область их применения, является высокая химическая стойкость (табл. 47).
Таблица 47. Сравнительная химическая стойкость бетонов (по 10-балльной шкале)
В отличие от обычного цементного бетона полимербетон обладает высокой стойкостью к действию кислот, растворов солей и нефтепродуктов. Стойкость полимербетона в той или иной среде зависит от вида полимерного вяжущего, стойкости заполнителей и ряда других факторов. Например, для кислотостойких бетонов необходимо применять кислотостойкие заполнители (кварц, андезит, графит и т. п.). Для обеспечения высокой стойкости, безусловно, необходима плотная структура полимербетона.
Влияние полимерного связующего сказывается и на термических свойствах полимербетона. Коэффициент температурного расширения полимербетонов выше, чем у обычного бетона, вследствие высокого коэффициента температурного расширения полимерного связующего, равного 0,5—1,0·10-3 1/град, т. е. в 5—10 раз выше, чем у стали и цементного камня. Поэтому для снижения температурных деформаций полимербетона желательно уменьшать расход полимерного связующего. Теплопроводность полимерных бетонов ниже, чем у цементных.
Как было показано выше, существенным недостатком полимербетонов является сравнительно низкая термостойкость. Предельные температуры, в которых можно эксплуатировать конструкции из полимербетонов, не превышают 150—180°.|
Область применения полимербетонов. Полимербетоны применяют для устройства монолитных бесшовных полов, отделочных и защитных покрытий строительных конструкций, ремонта и омоноличивания бетонных элементов, изготовления полимербетонных элементов и пр. Но, как было отмечено выше, применять полимербетоны особенно целесообразно для изготовления химически- и морозостойких конструкций. В связи с этим наибольшее распространение полимербетоны получили для защитных покрытий строительных конструкций и технологических установок химических предприятий, а также для устройства бесшовных полов. Такие полы и покрытия нетрудоемки в изготовлении; они легко поддаются ремонту и восстановлению.
Из полимербетонов изготовляют элементы наружной облицовки гидротехнических сооружений, работающих в особо тяжелых условиях — абразивный износ, постоянное действие воды, частое замораживание и т. п.
Полимерные растворы и мастики используют для склеивания, замоноличивания и ремонта бетонных и железобетонных конструкций. При этом прочность склейки обычно превышает прочность склеиваемой (омоноличиваемой) конструкции. Растворы и мастики применяют также для кладки из кислотоупорных кирпичей и приклейки кислотоупорной плитки.
Представляет интерес использование крупнопористого полимербетона (с объемной массой менее 500 кг/м³) на особо легких заполнителях (перлит, керамзит) для теплоизоляции. Использование полимерного вяжущего вместо минерального позволяет ощутимо уменьшать теплопроводность и объемную массу таких бетонов.
21484 всего просмотров, 0 просмотров за сегодня
