| Цементно-полимерные бетоны – это цементные бетоны с добавками различных высокомолекулярных органических соединений в виде водных дисперсий полимеров – продуктов эмульсионной полимеризации различных полимеров: винилацетата, винилхлорида, стирола, латексов и других или водорастворимых коллоидов: поливинилового и фурилового спиртов, эпоксидных водорастворимых смол, полиамидных и мочевиноформальдегид-ных смол. Добавки вводят в бетонную смесь при ее приготовлении. Использование в бетоне полимеров позволяет изменять его структуру и свойства в нужном направлении, улучшать технико-экономические показатели материала.
Цементно-полимерные бетоны характеризуются наличием двух активных составляющих: минерального вяжущего и органического вещества. Вяжущее вещество с водой образует цементный камень, склеивающий частицы заполнителя в монолит. Полимер по мере удаления воды из бетона образует на поверхности пор, капилляров, зерен цемента и заполнителя тонкую пленку, которая обладает хорошей адгезией и способствует повышению сцепления между заполнителем и цементным камнем, улучшает монолитность бетона и работу минерального скелета под нагрузкой. В результате цементно-полимерный бетон приобретает особые свойства: повышенную по сравнению с обычным бетоном прочность на растяжение и изгиб, более высокую морозостойкость, хорошие адгезионные свойства, высокую износостойкость, непроницаемость. В то же время особенности полимерной составляющей определяют и другие особенности цементно-полимерного бетона, в ряде случаев несколько повышенную деформативность, снижение показателей прочности при водном хранении.
Наиболее распространенными добавками полимеров в цементные бетоны являются поливинилацетат (ПВЛ), латексы и водорастворимые смолы. ПВА представляет - собой смолу, свойства которой, как и всех высокомолекулярных соединений, зависят от степени полимеризации винилацетата, температуры и влажности. Обычно применяется ПВА в виде эмульсии, содержащей около 50% сухого вещества и некоторого количества поливинилового спирта как эмульгатора. После высыхания образуется твердая пленка, обладающая незначительным водопоглощением и набуханием. Влажное хранение ПВА сопровождается снижением прочности, а после высыхания прочность быстро нарастает. Подобным же образом проявляет себя ПВА в бетоне.
Применяют латексы дивинилетирольные СКС-30, СКС-50, СКС-65 и СКС-65ГП, в которых отношение дивинила к стиролу составляет соответстственно 70: 30; 50:50; 35:65. С увеличением содержания стирола повышаются прочность и твердость полимера и снижается его эластичность. Применяют также латексы дивинилнитрильпый СКН-40 и карбосиликатный СКД-1.
Количество вводимой добавки полимерного материала устанавливают предварительными опытами. Основным фактором, определяющим влияние добавки на свойства цементно-полимерного бетона, является полимер-цементное отношение. Обычно оптимальная добавка ПВА составляет 20% массы цемента. При применении латекса, чтобы не было коагуляции полимера, вводят стабилизатор (казеинат аммония, соду и др.).
Введение полимерных добавок увеличивает пластичность растворных смесей по сравнению с чисто цементными. Прочность увеличивается, если бетон выдерживается в воздушно-сухих условиях (влажность 40 … 50%); во влажных условиях (влажность 90 … 100%) прочность снижается.
Водорастворимые смолы вводятся в бетон в небольших количествах (приблизительно 2% массы цемента). Хорошие результаты получены при введении в бетон водорастворимых эпоксидных смол ДЭГ-1, ТЭГ-1 и полиамидной смолы № 89. Эти смолы, имея гидроксильную группу ОН характеризуются высокой адгезией к различным материалам, включая новообразования цементного камня, кварц, гранит и другие виды заполнителей. Смола № 89 полимеризуется в щелочной среде без введения инициатора. Смолы ДЭГ-1 и ТЭГ-1 вводят в воду затвердения вместе с отвердителем. Отвержление их в щелочной среде бетона происходит интенсивнее и цепи полимера обладают большой эластчностью.
Полимербетонами называют бетоны, в которых вяжущими служат различные полимерные смолы, а заполнителями – неорганические материалы – песок и щебень. Для экономии смолы и улучшения свойств полимсрбе-тонов в них иногда вводят тонкомолотые наполнители. Для ускорения твердения и улучшения свойств применяют отвердители, пластификаторы и другие специальные добавки.
Наиболее часто для полимербстонов используют термореактивные смолы: фурановые, эпоксидные, полиэфирные акриловые. Отверждение полимерного вяжущего осуществляется при обычной температуре, а в некоторых случаях – с подогревом.
Фурановые смолы относятся к группе соединений, в молекулярной структуре которых присутствует гетероциклический радикал («фурановое кольцо»).
Фурановые смолы обычно получают конденсацией фурфурола и фур-фурилового спирта с фонолами и кетонами. Эти смолы являются наиболее дешевым полимерным вяжущим. В строительстве наибольшее распространение получил мономер ФА, получаемый при взаимодействии фурфурола и ацетона в щелочной среде. При нормальной температуре это жидкость желтовато-коричневого цвета плотностью 1,082 г/см3 с температурой кипения 160 … 240°С, нерастворимая в воде, но растворимая в эфирах и ацетоне. Отверждение мономера ФА происходит в присутствии катализаторов (сульфо-кислот), в качестве которых наиболее часто используют бензосульфокислоту или контакт Петрова. Полимеризация может происходить при нормальной температуре и с подогревом.
Подбор состава полимербетона проводят методом абсолютных объемов. Вначале опытным путем подбирают наиболее плотную смесь заполнителей, затем рассчитывают количество микронаполнителя (различных молотых горных пород), которое должно быть равно объему пустот в заполнителе с избытком около 10%. После этого определяют расход смолы и отвер-дителя. Если смола заполнит только пустоты микропаполнителя, то смесь будет жесткой, недостаточно удобообрабатываемой, поэтому расход смолы подбирают обычно опытным путем, чтобы получить заданную подвижность бетонной смеси. Обычно расход смолы равен объему пустот в микронаполнителе плюс дополнительное количество (10 … 20%) от этого объема. Слишком большое количество смолы применять не следует, так как это увеличивает усадку бетона температурные деформации и снижает прочность бетона, Количество отвердителя устанавливают опытным путем. Для разных смол и условий твердения оно может колебаться в заметных пределах. Полученный состав бетона проверяют опытным путем.
Фибробетон– это бетон, армированный дисперсными волокнами (фибрами). Фибробетон обладает повышенной трещиностойкостью, прочностью на растяжение, ударной вязкостью, сопротивлением истираемости. Изделия из этого бетона можно изготовлять без армирования специальными сетками и каркасами, что упрощает технологию приготовления изделия и снижает ее трудоемкость.
Для армирования бетона применяют различные металлические и неметаллические волокна. В качестве фибр обычно применяют тонкую проволоку диаметром 0,1 … 0,5 мм, нарубленную на отрезки 10 … 50 мм или выштампованные специальные фибры. Лучшие результаты обеспечивают фибры диаметром 0,3 мм и длиной 25 мм. При повышении диаметра фибр свыше 0,6 мм резко уменьшается эффективность влияния дисперсного армирования на прочность бетона.
Из неметаллических волокон могут применяться стеклянные волокна, базальтовые, асбестовые и др. Стеклянные волокна обычно имеют диаметр порядка нескольких десятков микрометров и длину 20 … 40 мм. Они обладают высокой прочностью на растяжение (1500 … 3000 Мпа), их модуль деформации выше, чем у цементного камня. Температурный коэффициент линейного расширения стекловолокна близок к такому коэффициенту цементного камня. Однако стекло быстро разрушается под действием щелочной среды цемента, поэтому необходимо предусматривать применение вяжущих веществ или специальных мероприятий, предохраняющих разрушение стеклянных волокон в бетоне or коррозии. К этим мероприятиям можно отнести использование в бетоне глиноземистого цемента, добавки в бетон, связывающие щелочи, пропитку бетона полимером.
Для армирования ячеистых бетонов, гипсобетонов и других материалов с низким модулем упругости используют полимерные волокна. Модуль упругости их меньше, чем у цементного камня, а температурный коэффициент линейного расширения в 3 … 9 раз выше. Многие из этих волокон недостаточно хорошо сцепляются с цементным камнем, что вынуждает применять специальные фибры периодического профиля или наносить на волокна покрытие. В качестве полимерных материалов используют полиэфиры, полиакрилаты, полипропилен и т. Д. Прочность этих материалов составляет 60… 100 Мпа. Полимерные волокна используются также для тонкостенных изделий, подвергающихся ударам или эксплуатирующихся в условиях, в которых стальные волокна быстро разрушаются от коррозии.
|
|
