Основы технологии полимерцементных бетонов и пластбетонов
Полимерцементным бетоном называют искусственный каменный материал, связующими которого являются полимер и цемент, заполнителями — песок и щебень. В отличие от обычных бетонов с модифицирующими добавками (ГКЖ-94, винсол), которые из-за малых количеств практически не меняют структуру бетона, содержание полимера в полимерцементных бетонах достаточно велико. Это позволяет получать материалы с новыми свойствами. Они имеют меньшую массу, морозостойки, обладают несколько большей прочностью по сравнению с обычными, повышенной износостойкостью.
Полимерцементные бетоны получают тремя способами:
введением в бетон яри смешивании водных дисперсий полимеров (поливинилацетата или синтетического каучука), распадающихся в бетонной смеси с выделением воды, при этом обезвоженный полимер выполняет роль дополнительного связующего;
добавлением в воду затворения водорастворимых мономеров и полимеров (фуранового и поливинилового спиртов, эпоксидных, фенолформальдегидных смол и т. п.) с последующим их отверждением в бетоне нагревом или с помощью отвердителей;
пропиткой бетона на необходимую глубину маловязкими полимерами (карбамидами, лаком «этиноль», стиролом), которые отверждаются непосредственно в бетоне.
Заполнителями для полимерцементных бетонов служат кварцевые или дробленые пески, а также щебень прочных и плотных горных пород крупностью не более 20 мм. Применяют также полимерцементные мелкозернистые растворы.
Оптимальное содержание полимера типа поливинилацетата составляет от 15 до 20% к массе цемента в пересчете на сухое вещество. При этом наилучшим образом используются свойства как цемента, так и полимера. При такой дозировке в полимерцементном бетоне сохраняется сплошность цементного геля, а полимер, обволакивая цементные сростки и зерна заполнителя, дополнительно склеивает их. При увеличении полимера сплошность цементных новообразований нарушается, из-за чего снижается прочность полимерцементных бетонов.
Оптимальное содержание водорастворимого карбамидного полимера С-89, а также эпоксидных полимеров ДЭГ-1 и ТЭГ-17 около 2% по отношению к массе цемента. При этом водоцементное отношение бетонной смеси можно понизить до 0,29—0,30 без ущерба для ее удобоукладываемости, а также стойкости в агрессивных средах. Применяя различные полимерные составляющие, можно получить полимерные бетоны, стойкие к действию нефтепродуктов, жиров и растворов солей.
Полимерцементные бетоны применяют для устройства износоустойчивых иолов, аэродромных покрытий, резервуаров под нефтепродукты, а также монолитных конструкций для работы в агрессивных средах.
Для приготовления полимерцементных смесей применяют лопастные мешалки или вибросмесители. При механическом перемешивании смесь насыщается воздухом, в бетоне образуются мелкие поры, равномерно распределенные по объему. Вследствие того, что полимерцементные бетоны применяют пока в небольших объемах, их смеси готовят в смесителях, расположенных вблизи места укладки.
Полимерцементные смеси обладают повышенной вязкостью, поэтому виброуплотнять их при низких частотах (3000 кол/мин) малоэффективно. Воздух не удаляется из бетона, структура его получается чрезмерно пористой и рыхлой. Более целесообразно высокочастотное вибрирование, а для жестких смесей трамбование и вибропрессование.
Полимерцементные бетоны, приготовленные на водных дисперсиях полимеров, выдерживают в воздушно-сухих условиях, бетоны же с добавками эпоксидных и карбамидных полимеров быстро твердеют во влажных условиях.
Пластбетоны — искусственные конгломераты, получаемые целиком на органических полимерных связующих. Они являются, по существу, пластмассами с минеральными наполнителями различной крупности.
Связующими в пластбетонах служат маловязкие термореактивные полимеры (фенолформальдегидные, фурановые, полиэфирные и эпоксидные), которые при добавлении отвердителей и в определенных условиях твердеют, склеивая компоненты в прочный конгломерат. Обычно применяют пластбетоны составов 1:5—1:15 (полимер: наполнитель по массе).
Для отверждения полимеров применяют керосиновый контакт Петрова, сульфокислоты и минеральные кислоты, полиэтиленполиамин,диэтилентриамин и др.
В качестве наполнителей применяют чистые пески с крупностью зерен 0,6—2,5 мм и содержанием глинистых и пылеватых частиц не более 0,5%. Щебень и гравий также должны быть сухими и чистыми и иметь крупность не более 20 мм. Помимо гранитного щебня в качестве наполнителей применяют андезитовый и баритовый, а также измельченный трепел и графит в зависимости от назначения пластбетона.
Прочностные свойства пластбетонов определяются свойствами связующего и наполнителя, а также адгезией между ними. Пластбетоны обладают высокой прочностью, особенно при растяжении и изгибе. Так, прочность ори изгибе некоторых пластбетонов на эпоксидных полимерах достигает 350—450 кгс/см2.
Пластбетоны практически водонепроницаемы, морозостойки; они хорошо сопротивляются износу, стойки в агрессивных средах. Например, стойкость их против действия кислот в 10 раз выше, чем у обычных бетонов.
Пластбетоны целесообразно применять для гидроизоляционных и антикоррозионных облицовок. Их используют для получения износоустойчивых полов, в аэродромных покрытиях, а также для возведения частей зданий и сооружений, эксплуатируемых в агрессивных средах.
Пластбетонные смеси готовят в небольших объемах непосредственно у мест их укладки из-за быстрого их твердения. В лопастный смеситель загружают наполнители, затем полимерные связующие. После 3—4-минутного перемешивания и получения однообразной массы вводят отвердитель и перемешивают в течение 5 — 8 мин.
Приготовленную порцию смеси сразу же укладывают в дело. Уплотняют ее трамбованием или штыкованием.
Твердеют пластбетоны лучше в сухих условиях при 50—100° С. Повышение относительной влажности выше 60% снижает прочность пластбетонов, особенно на полиэфирных полимерах. Составы на эпоксидных полимерах менее чувствительны к повышенной влажности. Время прогрева уложенных пластбетонов составляет 4—8 ч в зависимости от вида полимера и состава смеси. При твердении пластбетонов происходит их усадка, величина которой зависит от вида и количества полимера.