Принципы полимерной модификации для цементных композиций
Раствор или бетон, модифицированные полимером, приготовляют путем смешивания полимера или мономера в дисперсной, порошкообразной или жидкой форме со свежим цементным раствором или с бетонными смесями с последующей выдержкой, если это необходимо. Мономер, содержащийся в растворе или бетоне, полимеризуется. С их помощью получают разнообразные, модифицированные полимерами растворы и бетоны, в частности растворы и бетоны, модифицированные порошкообразной латексной эмульсией, водорастворимым полимером, жидкой смолой и мономером. Из перечисленных наиболее употребительны растворы и бетоны, модифицированные, латексом — широко используемым модификатором цемента.
Хотя полимеры и мономеры в любых формах, таких, как латексы, водорастворимые полимеры, жидкие смолы и мономеры, используются в цементных композициях — растворах и бетонах, очень важно, что и гидратация цемента, и образование полимерной фазы (соединение полимерных частиц и полимеризация мономеров) происходят достаточно хорошо. При этом монолитная матричная фаза с решетчатой структурой деформируется, а гидра-тированная цементная фаза и полимерная фаза взаимопроникают друг в друга. В модифицированных полимерами структурах растворов и бетонов заполнители связаны такой соматричной фазой. Выдающиеся свойства модицифиро-ванных растворов и бетонов по сравнению с обычными растворами и бетонами обусловливаются наличием такой особой структуры.
Принципы латексной модификации. Латексная модификация цементных растворов и бетонов регулируется как гидратацией цемента, так и процессами образования полимерной пленки в связывающей их фазе. Процесс гидратации цемента обычно предшествует процессу образования полимерной пленки.
Цементный гель, который образуется как продукт гидратации портландцемента, имеет высокую удельную поверхность, включая так называемые гелевые поры в структуре. Обычно эта удельная поверхность в конечном счете может быть в 1000 раз больше, чем площадь негидратированного цементного порошка. Соответственно развитие площади поверхности может быть использовано в качестве измерителя степени гидратации. Вагнер изучил влияние полимерной модификации на степень развития удельной поверхности теста, модифицированного латексом. Согласно полученным им результатам, степень гидратации цемента может быть ускорена или замедлена путем добавки латексов на начальной стадии в зависимости от их химической природы. Однако значения удельной поверхности всех видов цементного камня можно сравнивать после выдержки в течение 28 сут. Из этого следует, что полимерная модификация не влияет окончательно на гидратацию цемента при проведении опытов по методу Вагнера. На структуру пор в модифицированных латексом системах оказывают влияние вид применяемого полимера и полимерцементное отношение. Пористость модифицированных растворов в основном снижается при большом радиусе пор — от 0,2 мкм и больше — и значительно увеличивается при меньшем радиусе — 750 А или меньше — по сравнению с немодифицированным раствором. Общая пористость или объем пор имеют тенденцию к увеличению с увеличением полимерцементного отношения. Это позволяет регулировать непроницаемость, сопротивление карбонизации и морозостойкость при замораживании и оттаивании.
Модификация порошкообразными эмульсиями. Модификация цементных растворов и бетонов порошкообразными эмульсиями аналогична модификации латексами. В большинстве случаев порошкообразные эмульсии вводят путем сухого смешивания с цементом и предварительно смешанными заполнителями с последующим затворением водой. Во время затворения порошкообразные эмульсии реэмульгируются в модифицированном растворе или бетоне и ведут себя так же, как латексы, используемые в качестве модификаторов цемента.
Полимерные латексы. Полимерные латексы, которые состоят из очень мелких (диаметром 0,05—5 мкм) полимерных частиц, диспергированных в воде, обычно получают при полимеризации эмульсии.
Рецептуры для полимеризации типичных латексов —
количества полимеров в виде порошков или водных растворов добавляют при смешивании к цементному раствору и бетону. Такая модификация улучшает главным образом их удобоукладываемость вследствие поверхностной активности водорастворимых полимеров и предотвращает эффект «высыхания».
Предотвращение высыхания объясняется увеличением вязкости водной фазы в модифицированном цементом растворе и бетоне и изолирующим эффектом благодаря образованию очень тонких и водонепроницаемых пленок в них. Обычно водорастворимые полимеры с трудом дают увеличение прочности в модифицированных системах.
Модификация жидкими смолами. При модификации жидкими термопластичными смолами значительное количество полимеризующихся полимеров с низкой молекулярной массой или преполимеров в жидкой форме добавляют при смешивании в цементный раствор и бетон. Содержание полимера в таком модифицированном растворе и бетоне в основном выше, чем в модифицированных латексами системах. При такой модификации полимеризация начинается в присутствии воды с образованием полимерной фазы, одновременно происходит гидратация цемента. В результате образуется соматричная фаза с решетчатой структурой взаимопроникающих фаз полимера и продуктов гидратации цемента,
что обеспечивает сильное сцепление с заполнителем. Прочность и другие свойства модифицированного раствора и бетона улучшаются примерно в такой же степени, что и в модифицированных латексами системах.
Модификация мономерами. Принцип модификации цементных композиций мономерами примерно тот же, что и для жидких смол. При такой модификации значительные количества мономеров смешивают с цементным раствором и бетоном, при этом полимеризация и гидратация цемента происходят одновременно (во время или после выдержки) с образованием монолитной матрицы, которая связывает заполнители. Обычно такая модификация не дает хороших результатов из-за неудовлетворительных свойств модифицированных систем. Причинами этого являются нарушение гидратации цемента, деградация мономеров щелочами цемента и трудности, связанные с достижением однородности диспергирования мономеров и других компонентов во время смешивания.