Строительные материалы
Лекция №30
Пластбетоны и полимерцементбетоны, пленкообразующие материалы.
1.Полимербетон - бетон, в котором вяжущее вещество — органический полимер; строительный и конструкционный материал, представляющий собой затвердевшую смесь высокомолекулярного вещества с минеральным заполнителем. В качестве вяжущего в полимербетонах обычно применяют фурановые, полиэфирные, эпоксидные, феноло-формальдегидные смолы; иногда используют кумароно-инденовые, поливиниловые смолы и некоторые другие полимеры. Заполнителями служат кварцевый песок, гранитный, базальтовый и др. виды щебня, измельченный песчаник и т.д. Технология производства полимербетона не отличается существенно от приготовления обычных цементных бетонов; различие в их стоимости (полимербетоны значительно дороже) определяется главным образом стоимостью вяжущего. Наиболее распространены полимербетоны на основе фурановых смол. Как особую группу полимербетонов можно рассматривать асфальтовые или битумные бетоны, получаемые смешиванием расплавленного асфальта или битумов с инертными минеральными заполнителями.
По сравнению с цементными бетонами полимерные бетоны обладают большей прочностью на растяжение, меньшей хрупкостью, лучшей деформируемостью. У них более высокие водонепроницаемость, морозостойкость, сопротивление истиранию, стойкость к действию агрессивных жидкостей и газов.
Из полимерных бетонов делают полы в промышленных зданиях, гаражах, больницах. Их применяют для получения высококачественных дорожных и аэродромных покрытий, ремонта поврежденных бетонных поверхностей, заделки трещин. Полимерные бетоны с мелким заполнителем используют как гидроизоляционные и защитные покрытия, отделочный и декоративно-облицовочный материалы, мастики. Из полимерных бетонов с лёгким заполнителем, например керамзитовым или перлитовым песком, получают теплоизоляционные плиты. Полимерные бетоны используют также для изготовления неармированных тонкостенных изделий и моделей различных строительных конструкций. Полимерные бетоны также находит применение в подземных конструкциях и сооружениях: при изготовлении элементов шахтной крепи, канализационных коллекторов и др.
2.Полимерцементный бетон
Полимерцементным бетоном называют искусственный каменный материал, связующими которого являются полимер и цемент, заполнителями — песок и щебень. В отличие от обычных бетонов с модифицирующими добавками (ЩЖ-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.
Полимеры в бетонную смесь вводят в виде водных дисперсий (латексов, эмульсий) или растворов. Используют также водорастворимые мономеры, которые полимеризуются уже после введения в бетонную смесь. Содержание полимера в полимерцементном бетоне в зависимости от его назначения колеблется от 1—3 до 15—20% к массе цемента. Чаще всего применяют водные дисперсии поливинилацетата.
3.Цементно-полимерный бетон
Цементно-полимерные бетоны - это цементные бетоны с добавками различных высокомолекулярных органических соединений в виде водной дисперсии полимеров - продуктов эмульсионной полимеризации различных полимеров: винилацетата, винилхлорида, стирола, латексов или водорастворимых коллоидов: поливинилового и фурилового спиртов, эпоксидных водорастворимых смол, полиамидных и мочевино-формальдегидных смол. Добавки вводят в бетонную смесь при ее приготовлении. Полимеры и материалы на их основе применяют в виде добавок в бетонную смесь, в качестве вяжущего, для пропитки готовых бетонных и железобетонных изделий, для дисперсного армирования полимерными волокнами, в виде легких заполнителей и в качестве микронаполнителя.
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. Наиболее распространенньми добавками полимеров в цементные бетоны являются ПВА, латексы и водорастворимые смолы.
Основы технологии полимерцементных бетонов и пластбетонов
Полимерцементные бетоны получают тремя способами:
- введением в бетон при смешивании водных дисперсий полимеров (поливинилацетата или синтетического каучука), распадающихся в бетонной смеси с выделением воды, три 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 от-верждаются непосредственно в бетоне.
Полимерцементные бетоны применяют для устройства износоустойчивых полов, 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.
4.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.
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 при 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.
Пленкообразующие вещества – это высокомолекулярные синтетические или природные вещества, а также их смеси, способные формировать покрытие на подложке вместе с другими компонентами ЛКМ при нанесении тонким слоем из раствора, дисперсий или расплава в результате физико-механических или химических превращений. Главным компонентом любого лакокрасочного материала, определяющим свойства получаемого покрытия, является пленкообразующее вещество.
5. Пленкообразователь может быть однофазной или двухфазной системой. К однофазным системой относится 100%-ный пленкообразователь (например, натуральная олифа) или раствор пленкообразователя (например, полуфабрикатный лак). К двухфазным системам относят суспензии (дисперсии) пленкообразователя в воде или органическом растворителе. Например, акриловые дисперсии.
Пленкообразующие вещества бывают природные и синтетические. К природным относятся растительные масла, подвергнутые специальной обработке; смолы естественного происхождения (янтарь, канифоль), специально обработанная целлюлоза. К синтетической группе пленкообразующих относятся алкидные, фенолформальдегидные, меламино- и карбамидоформальдегидные, перхлорвиниловые, акриловые, эпоксидные и т.д.
Синтетические пленкообразующие вещества в лакокрасочной промышленности часто называют смолами.