Неорганическими вяжущими веществами называют порошкообразные материалы, которые при смешивании с водой образуют пластично-вязкую массу («вяжущее тесто»), которая со временем постепенно самопроизвольно затвердевает, превращаясь в прочное камневидное тело.
Переходя из тестообразного в камневидное состояние, вяжущее вещество скрепляет между собой зерна песка, гравия или щебня. Это свойство вяжущих используют для изготовления бетонов, силикатного кирпича, асбестоцементных и других необожженных искусственных материалов и для изготовления строительных растворов (кладочных, штукатурных и специальных).
Способность переходить из пластичного состояния в камневидное тело (затвердевать) отличает неорганические вяжущие от органических (дегтей, битумов, животного клея, смол) вяжущих, которые переводят в рабочее состояние нагреванием, расплавлением или растворением в органических жидкостях.
Неорганические вяжущие подразделяют на 3 группы:
1) Воздушные вяжущие,
2) Гидравлические вяжущие и
3) Вяжущие автоклавного твердения.
Воздушные вяжущие способны твердеть, повышать (набирать) прочность и длительное время сохранять прочность только на воздухе (в воде недостаточно стойки).
По химическому составу воздушные вяжущие делятся на 4 группы:
1. Известковые вяжущие, состоящие главным образом из оксида кальция (СаО).
2. Магнезиальные вяжущие, содержащие каустический магнезит МgO и каустический доломит МgO·СаСО3 и затворяемые растворами солей МgCl2 MgSO4.
3. Гипсовые вяжущие, основой которых является сульфат кальция (СаSО4).
4. Жидкое (растворимое) стекло – силикат натрия или калия (в виде водного раствора) Na2O·n·SiO2 или K2O mSiO2
Гидравлические вяжущие твердеют, набирают и длительное время сохраняет прочность не только на воздухе, но и в воде. По своему химическому составу гидравлические вяжущие отвечает системе СаО - SiO2 - Al2O3 - Fe2O3. Их подразделяют на 3 группы:
|
|
1) гидравлическая известь и романцемент;
2) силикатные цементы (они на 75 % состоят их силикатов кальция); к ним относятся портландцемент и его разновидности;
3) алюминатные цементы (вяжущей основой которых являются алюминаты кальция); к ним относятся глиноземистый цемент и его разновидности.
Вяжущие автоклавного твердения – это вещества, способные при автоклавном синтезе (происходящем в среде насыщенного водяного пара) затвердевать с образованием прочного цементного камня. В эту группу входят известково-кремнеземистые, известково-зольные, известково-шлаковые вяжущие и нефелиновый цемент.
2.8.1. Воздушные вяжущие
1. Воздушная известь – это вяжущее, получаемое умеренным обжигом, не доводимым до спекания, карбонатных пород (известняка, мела, ракушечника), содержащих до 8 %глинистых примесей по реакции
(2.4)
Обжиг ведут с удалением СО2 , так как реакция является обратимой. В результате обжига получают продукт белого или серого цвета (главной составляющей которого является СаО и МgO) – негашеную известь (кипелку или комовую известь).
Превращение комовой извести в рабочее состояние достигается ее гашением или сухим помолом.
Негашеная молотая известь применяется с 1940 года в штукатурках, а также для изготовления строительных деталей.
2. Гашеная известь
Процесс гашения извести происходит быстро по реакции:
|
|
СаО + Н2 О 
Са(ОН)2 +15,5 ккал (реакция протекает с выделением тепла)
При этом увеличение объема достигает 3 
3,5 раз и комья извести рассыпаются в мельчайший порошок, называемый гидратной (гашеной) известью или пушонкой.
Гасят известь на заводах в чашечных или барабанных гидраторах, внутри которых она перемешивается с водой лопастями (шнеком).
На стройках известь часто гасят не в пушонку, а в известковое тесто (воды при этом берется в 2 раза больше).
Процесс твердые извести.
Известковый раствор (известковое тесто, смешанное с песком или шлаком) на воздухе постепенно отвердевает под влиянием двух одновременно происходящих процессов:
1) перекристаллизация гидроокиси кальция Са(ОН)2 при испарении воды (при этом мельчайшие кристаллы Са(ОН)2, сближаясь между собой, образуют прочный кристаллический сросток;
2) карбонизация – действие углекислоты (которая всегда содержится в воздухе в количестве ≈ 0,03 %) вызывает образование сростков карбоната кальция:
Са(ОН)2 + СО32- +2Н+ = СаСО3 + 2Н2О. (2.5)
В результате карбонизации образуется то же вещество, из которого получали известь.
3) При твердении извести происходит еще один процесс, вызывающий ее упрочнение в строительных растворах: в присутствии влаги происходит очень медленное взаимодействие Са(ОН)2 с SiO2. При этом образуются силикаты кальция (но для этого нужны многие десятилетия). Высшая прочность известковых растворов, обнаруживаемая в сооружениях трехсот-четырехсотлетней давности, объясняется образованием в них с течением времени именно силикатов кальция.
В сухой среде известь практически не карбонизируется, поэтому известковые составы нельзя наносить на сухую поверхность фасадов в жаркую сухую погоду.
|
|
Процесс твердения в системе известь – песок можно резко ускорить – для этого их нужно подвергнуть тепловлажностной обработке в автоклавах (при 175– 200 °C), и уже через 10 ÷ 20 МПа (а после месяца твердения в обычных условиях δ сж ≈ 0,4 ÷ 0,8 МПа).
Воздушную известь применяют для изготовления силикатного кирпича, штукатурных и кладочных растворов, красочных составов, плотных и ячеистых силикатных изделий. Для кладки фундаментов и в сырых помещениях воздушную известь применять нельзя.
Комовую известь превращают также в рабочее состояние путем сухого помола. Получаемый продукт называется молотой известью-кипелкой. При затворении его водой СаО растворяется до образования насыщенного раствора, и одновременно происходит гидратация СаО. Насыщенный раствор СаО быстро становится пресыщенным по отношению к Са(ОН)2 (т.к растворимость Са(ОН)2 меньше растворимости СаО). При этом температура известкового теста повышается, что способствует быстрому уплотнению смеси.
2. Магнезиальные вяжущие
Магнезиальными вяжущими являются тонкоизмельченный каустический магнезит (MgO) и каустический доломит (MgO·СаСО3 ), которые получают умеренным обжигом (650 ÷ 670 °С) природных магнезитов (MgСО3) и доломитов (СаСО3 ·MgСО3):
(2.6)
В результате обжига образуется каустический магнезит (MgО), обладающий вяжущими свойствами. После обжига материал дробят и подвергают помолу.
В отличие от извести, гипса и гидравлических вяжущих магнезиальные вяжущие затворяют не водой, а водными растворами хлористого и сернокислого магния (MgCl2 и MgSO4), так как MgО в воде растворяется плохо и прочность магнезиального вяжущего, затворенного водой, будет низкой.
При затворении солями Mg получается магнезиальный цемент, который схватывается не ранее 20 минут и заканчивает не позднее 6 часов от начала затворения. Каустический магнезит в возрасте 28 суток обладает прочностью на сжатие (в растворе 1:3) 
сж = 40 – 60 МПа.
Применяют магнезиальные вяжущие для изготовления:
1) ксилолита (смесь цемента с опилками); его используют для устройства полов (полы износоустойчивы и нетеплопроводны);
2) для производства фибролита (смесь цемента со стружкой – его используют как теплоизоляционный материал;
3) для изготовления искусственного мрамора (или плиток для облицовки).
Применять и хранить магнезиальные вяжущие можно только в сухих помещениях.
3. Гипсовые вяжущие вещества
Гипс – это полуводная сернокислая соль кальция CaSO4·0,5H2О. Cырьем для производства гипсовых вяжущих служат осадочные горные породы, называемые гипсом (гипс состоит из минерала CaSO4·2H2О), и ангидритом (ангидрит состоит из кристаллов CaSO4).
Гипсовые вяжущие подразделяют на 2 групы:
а) низкообжиговые вяжущие
– Гипс строительный – получают термической обработкой с последующим помолом по реакции:
(2.7)
– Высокопрочный (или технический) гипс получают автоклавированием или кипячением по реакции:
(2.8)
Высокопрочный гипс отличается большей прочностью (в 3 – 4 раза выше прочности строительного гипса).
Твердение гипса происходит очень быстро (через 4 – 5 минут после затворения и заканчивается через 6 – 30 минут) и заключается в присоединении воды и образовании двуводного сульфата кальция по реакции:
(2.9)
Строительный и высокопрочный гипс являются быстросхватывающимися вяжущими (в результате появления двуводного гипса и перехода коллоидных частиц в кристаллы тесто загустевает, т.е. происходит его «схватывание». Затем кристаллы CaSO4 ·2H2Осрастаются между собой, образуя прочный гипсовый камень).
Прочность гипса зависит от количества воды, взятой для его затворения, и от тонкости помола. Для получения подвижной и удобоукладываемой массы строительный гипс затворяют 50 – 70 % воды, а высокопрочной – 35 ÷ 45 % воды. Избыток воды, испаряясь в процессе твердения, приводит к повышению пористости, т.е. к снижению прочности.
Твердеет гипс только в сухих условиях, и после просушивания рост прочности прекращается. Для ускорения твердения гипс можно подвергать сушке, но при температуре не выше 65 – 70 °C.
В качестве замедлителей твердения гипса используют:
- водный раствор столярного клея;
- сульфитно-спиртовую барду.
В качестве ускорителей схватывания используют:
а) поваренную соль и
б) сульфат натрия, который увеличивают растворимость полуводного гипса;
в) молотый гипсовый камень, частицы которого являются центрами кристаллизации.
Гипсовые изделия неводостойки, поэтому их необходимо покрывать водонепроницаемыми обмазками или вводить в состав добавки извести, шлака, портландцемента или мылонафта. Применяют гипсовые вяжущие
1) для производства гипсовых и гипсобетонных изделий
2) для приготовления штукатурных растворов (с добавками глины и извести). При хранении активность гипса постепенно снижается.
б) высокообжиговые гипсовые вяжущие вещества.
К группе высокообжиговых гипсовых вяжущих относят
а) ангидритовое вяжущее (цемент) и
б) высокообжиговый гипс.
Ангидритовый цемент изготовляют обжигом природного гипса при температуре 600 – 700°
. (2.10)
В результате обжига получают безводный сульфат кальция 
, который затем подвергают помолу.
Ангидритовое вяжущее отличается медленным схватыванием. Его марки по прочности при сжатии могут достигать 100÷200(выпускается это вяжущее четырех марок: 50, 100, 150 и 200.
Применяют высокообжиговый гипс для изготовления:
1) строительных растворов и
2) низкомарочных бетонов, предназначенных только для службы в сухой среде.
Высокообжиговый гипс – получают обжигом природного гипса при температуре 800÷1000° С с последующим помолом.
По срокам схватывания и прочности высокообжиговый гипс подобен ангидритовому вяжущему и поэтому может применяться только в сухих условиях.
Выпускают этот гипс трех марок: 100,150,200. Твердеет он без катализаторов.
4. Растворимое жидкое стекло и кислотоупорный цемент
Так как растворимое стекло применяют обычно в жидком виде, то его часто называют «жидким стеклом». Жидкое стекло – вязкая жидкость темно-желтоватого или коричневого цвета. Состав его выражается формулой
R2O·nSiO2, (2.11)
где R – Nа или К (Калий), т.е. жидкое стекло – это натриевый силикат Nа2О·nSiO2 или калиевый силикат К2O·nSiO2. Жидкое стекло получают сплавлением при высокой температуре (1300 ÷ 1400 °) измельченых и тщательно смешанных между собой кварцевого песка, кальцинированной соды (Nа2CO3) и сульфата натрия (Nа2 SO4) или поташа (К2СО3). Получают стекло в стекловаренных печах (варка 7 – 10 часов).
При быстром охлаждении масса распадается на куски, называемые силикат-глыбой. Для получения жидкого стекла силикат-глыбы растворяют в автоклавах (Р = 3÷8 атм) до сиропообразной консистенции.
Жидкое стекло медленно твердеет на воздухе вследствие высыхания и выделения аморфного кремнезема под действием углекислого газа по реакции:
Na2O·nSiO2 + CO2 =Na2CO3+nSiO2 . (2.12)
Для ускорения твердения жидкое стекло нагревают и добавляют катализатор – кремнефтористый натрий Na2SiF6 в количестве 12 – 15 % от веса жидкого стекла.
Применяют жидкое стекло для приготовления:
1) кислотостойких растворов и бетонов;
2) жаростойких обмазок и бетонов (с температурой службы 900 °С);
3) для уплотнения грунтов;
4) для изготовления суперлегких заполнителей.
Кислотоупорный цемент состоит из тонкоизмельченных и тщательно перемешанных кремнефтористого натрия (Na2SiF6) и кварцевого песка (SiO2), затворяемых на жидком стекле (Na2O·nSiO2).
Схватывается и твердеет кислотоупорный цемент при температуре выше 10 °С. Этот цемент и бетон на его основе (для которого крупный заполнитель берут тоже из кислотостойкой породы – кварцита или диабаза) стоек к кислотам (ко всем, кроме фосфорной кислоты, а также щелочей). Но он теряет прочность в воде.
Из него изготавливают:
а) резервуары на химических заводах;
б) ванны в травильных цехах;
в) кислотоупорные растворы, которые используют при футеровке кислотоупорными плитками (керамическими, стеклянными, диабазовыми) железобетонных и кирпичных конструкций на предприятиях химической промышленности.
Твердение кислотоупорного цемента основано на реакции между тонкомолотым песком и жидким стеклом, из которого выпадает гель кремнекислоты.
2.8.2. Гидравлические вяжущие вещества
Гидравлические вяжущие получают двумя способами:
1. обжигом горных пород или
2. смешиванием извести с активными минеральными добавками.
В результате такой обработки эти вяжущие получают гидравлические свойства.
Гидравлическая известь – это вяжущее, получаемое умеренным обжигом (при 900÷1000 ºС) мергелистых известняков, содержащих от 6 до 25% глинистых примесей (глина состоит из различных водных алюмосиликатов общей формулы 
.
Составные части гидравлической извести:
MgO, CaO, CaO·Al2 – однокальциевый алюминат,
2СaO·SiO2 – двухкальциевый силикат,
2CaO·Fe2O3 – двухкальциевый феррит.
При твердении гидравлической извести имеют место процессы:
1) воздушного твердения наличие СаО в составе извести приводит к образованию Ca(OН)2, а далее образовавшаяся Ca(OH)2 постепенно кристаллизируется и одновременно идет процесс карбонизации по реакции:
. (2.13)
2) Гидравлическое твердение извести происходит в результате гидратации силикатов, алюминатов и ферритов кальция.
В возрасте 28 суток гидравлическая известь имеет прочность на сжатие 
сж. 
1,7 МПа, а иногда, прочность на сжатие достигает 5 
10 МПа.
По прочности гидравлическая известь значительно уступает портландцементу, но прочнее строительной извести.
Применяют гидравлическую известь для изготовления бетонов и растворов для работы в сухих в влажных условиях.
Допускается ее применение для кладки фундаментов ниже уровня грунтовых вод, но при условии предохранения от воздействия воды в течении 7÷14 дней.
Романцемент – продукт такого помола обожженных при 900 ˚С известковых или магнезиальных мергелей, содержащих более 20 % глинистых включений. В возрасте 28 сут. имеет прочность сис = 25÷10 МПа.
Но первые 3÷5 дней твердение его надо ограждать от воздействия воды (т.к. это по сути сильно гидравлическая известь).
Силикатный цемент. Портландцемент
Цемент – это собирательное название группы гидравлических вяжущих, образовавшихся при высокой температурной обработке смеси сырьевых материалов, доведенной до спекания.
Изготавливают более 30 видов и разновидностей цемента. Цементы при твердении развивают прочность, характеризуемую маркой. Выпускаются цементы преимущественно марок 300, 400, 500 и 600, в отдельных случаях – более высоких марок.
С повышением марки возрастает эффективность применения цемента в бетонах и растворах за счет уменьшения его расхода.
Портландцемент – это гидравлическое вяжущее – продукт тонкого помола клинкера, получаемого спеканием при 1450 ˚С сырьевой смеси из известковых мергелей, углекислотной извести и глины.
Объемный вес 
кг/м3 
кг/м3
(в рыхлом состоянии) (в уплотненном состоянии)
Сроки схватывания портландцемента – начало – не ранее 45 мин от
начала затворения;
конец – не позднее 12 час
от начала затворения.
Эти сроки обеспечивают транспортирование и применение растворных и бетонных смесей до момента потери пластичности и удобоукладываемости.
Для регулирования сроков схватывания портландцемента при помоле в его состав добавляют до 5% гипса.
С повышением температуры сроки схватывания портландцемента ускоряются, с понижением – замедляются, а при температуре ниже 0 ºС – прекращаются.
Водопотребность портландцемента – это количество воды, необходимое для его гидратации и придания цементному тесту определенной подвижности. Для процесса гидратации требуется около 15 % воды, но для обеспечения подвижности цементного теста воды берется значительно больше.
Лишняя вода образует в цементном растворе и бетоне поры (при испарении). Поэтому чем ниже водопотребность цемента, тем выше его качество.
Твердение портландцемента – сложный физико-химический процесс, в котором различают 3 периода:
1) гидролиз и гидратация С3S;
2) коллоидация;
3) кристаллизация.
При твердении в течение длительного времени в воде цемент получается более прочным, чем при твердении на воздухе.
При схватывании и твердении портландцемента выделяется тепло (его количество приблизительно равно 1/10 части величины, характеризующей марку цемента, т.е. 
: цемент марки М300 выделяет за 7 суток с момента затворения 30 ккал/кг. Зимой это хорошо, а летом – плохо.
При длительном хранении теряется активность:
за 3 мес. – на 20%,
за 6 мес. – на 30%;
за 1 год – на 40%.
Особые виды портландцемента:
1) Пластифицированный (это портландцемент с добавкой ССБ в количестве 0,15÷0,25 вес.%)
Его применение обеспечивает повышение пластичности растворов и бетонов, уменьшает отношение воды к цементу по массе, что повышает прочность и уменьшает расход цемента на 8 – 10 %. Выпускают пластифицированный портландцемент следующих марок: М300, 400, 500, 600.
2) Гидрофобный портландцемент представляет собой обычный портландцемент с гидрофобной добавкой и добавкой гипса. В качестве гидрофобной добавки применяют мыло, нафт или олеиновую кислоту в количестве 0,06 – 0,3 %.
Этот цемент не боится увлажнения, не слеживается и долго не теряет активность. Выпускают гидрофобный портландцемент марок М 300, 400, 500, 600.
3) Быстротвердеющий портландцемент (уже через 24 часа твердения он имеет прочность на сжатие =20 МПа, а в возрасте 3 суток более
25 МПа).
Это обеспечивается: 1)повышенной добавкой гипса;
2) более тонким помолом клинкера;
3) подбором сырьевой смеси.
4) Сульфатостойкий портландцемент выпускают марок М 250, 300 (он содержит 
5% С3А. Этот портландцемент стоек к действию сульфатных грунтовых вод.
5) Портландцемент с умеренной экзотермией. Выпускают марок М 300, 400.
Этот цемент отличается повышенной стойкостью в сульфатных грунтовых водах.
6) Белый и цветной цементы – имеют декоративное назначение. Обычный цвет потрландцемента – зеленовато-серый (из-за примесей FeO и MnO). Белый цемент изготавливают из белых глин и чистых известняков, не содержащих этих оксидов. Обжиг его ведут на газе. Выпускают белый цемент трех марок: М 300, 400, 500.
Цветной цемент получают совместным помолом белого клинкера с охрой, железным суриком и другими пигментами.
Полимерные материалы
2.9.1. Полимерные связующие
Полимерные связующие – это синтетические или природные вещества, способные самопроизвольно или под действием различных факторов (веществ-отвердителей, температуры и др.) переходить из жидкого состояния в твердое.
В зависимости от отношения к нагреванию различают полимеры:
А) термопластичные и
Б) термореактивные.
Термопластичные вещества (термопласты) при нагревании переходят из твердого состояние в вязкотекучее (жидкое), а при охлаждении вновь затвердевают, причем такие переходы могут повторяться много раз. Большинство термопластов способны растворяться в соответствующих растворителях.
К термопластам относятся:
- синтетические полимеры - полиэтилен, полипропилен, полибутилен, полистирол, поливинилхлорид, поливинилацетат, эфиры целлюлозы (метилцеллюлоза, нитроцеллюлоза) и др.;
- природные смолы – канифоль, копал, битумы, дегти и др.
Термопластичными называются вещества, которые под влиянием внешнего воздействия (температуры, ионизирующего излучения, под действием отвердителей и других факторов) переходят в неплавкое и нерастворимое состояние.
К термореактивным материалам (реактопластам) относятся: эпоксидные, полиэфирные, карбамидоформальдегидные, фенолоформальдегидные, фурановые смолы (олигомеры), каучуки в смеси с вулканизаторами и др.
В зависимости от агрегатного (физического) состояния полимерные связующие могут быть:
- вязкими жидкостями: олигомерные (эпоксидные, полиэфирные и др.) и мономерные (фурфурольные, фурфуролацетоновые и др.) связующие;
- водными дисперсиями полимеров (латексы синтетических каучуков, поливинилацетнаня и полиакрилатная дисперсии и др.);
- порошками и блочными продуктами (гранулы, листы, пленки: полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, полиметилметакрилат).
А. Термопластичные синтетические полимерные связующие
Наибольшее применение в строительстве получили следующие термопласты: полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, поливинилацетат, перхлорвинил, полиизобутилен. Для получения полимербетонов и полимерцементных материалов из этих полимеров чаще всего используют поливинилацетат и его сополимеры, перхлорвинил, поливинилхлорид и полистирол.
Полиэтилен – один из наиболее распространенных полимеров; при поджигании горит одновременно плавится (температура перехода в вязкотекучее состояние 90 – 130 оС) с характерным запахом парафина. Плотность полиэтилена 920 – 960 кг/м3. При комнатной температуре полиэтилен практически не растворяется ни в одном из растворителей, но набухает в бензоле и хлорированных углеводородах; при температуре выше 70 – 80 оС он растворяется в указанных растворителях. Полиэтилен обладает высокой химической стойкостью, биологически инертен. Прочность при растяжении 20 – 45 МПа. Сохраняет эластичность до -70 оС. Его недостатки – низкие теплостойкость и твердость, горючесть и слабая адгезия к минеральным материалам, под действием солнечного света полиэтилен охрупчивается (стареет). Для ингибирования процессов старения в него вводят наполнители (сажу, алюминиевую пудру) и стабилизаторы.
Полипропилен – по составу и свойствам близок к полиэтилену, отличается от него большей твердостью, прочностью и теплостойкостью (температура перехода в вязкотекучее состояние 170 оС).
Полиэтилен и полипропилен применяются для изготовления труб, пленок, листов, формовочных прессованных и литьевых изделий, защитных изделий, изоляционных лент, уплотняющих материалов, клеев, мастик и др.
Полиизобутилен – каучукоподобный полимер, обладающей хорошей адгезией к большинству материалов. Применяется в строительстве в качестве защитных листовых и пленочных материалов, мастик, замазок и др.
Полистирол – прозрачный жесткий полимер плотностью 1050 – 1080 кг/м3; хрупкий при комнатной температуре, размягчается при температуре 80 – 100 оС. Хорошо растворяется в ароматических углеводородах, сложных эфирах и хлорированных углеводородах. Полистирол и его сополимеры – горючие вещества. Для снижения хрупкости и придания специальных свойств выпускают сополимеры стирола с другими мономерами или совмещают полистирол с каучуками (ударопрочный полистирол).
Поливинилацетат – прозрачный бесцветный жесткий при комнатной температуре полимер плотностью 1190 кг/м3. Поливинилацетат растворяется в кетонах (ацетоне), сложных эфирах, хлорированных и ароматических углеводородах, набухает в воде; в алифатических (нефтяных) и терпеновых (скипидар) углеводородах не растворяется. Поливинилацетат не устойчив к действию кислот и щелочей; при нагревании выше 130 – 150 оС он разлагается с выделением уксусной кислоты. Отличается высокой адгезией к камню, стеклу, древесине. Для снижения хрупкости в поливинилацетат добавляют 5 – 30 % пластификатора (как правило, дибутил- или диоктифталата).
Большое количество поливинилацетата выпускается в виде поливинилацетатной дисперсии (ПВАД) – сметанообразной массы белого или светло-кремового цвета, хорошо смешивающейся с водой (содержание полимера около 50 %). Средний размер частиц дисперсии 3 мкм. Срок хранения ПВАД при температуре 5 – 20 оС – 6 месяцев. На ее основе выпускают клеи, водно-дисперсионные краски, моющиеся обои. ПВАД применяют для устройства мастичных наливных полов и для модификации цементных растворов. Дисперсией, разбавленной до 5 – 10 % концентрации, грунтуют бетонные поверхности перед приклеиванием облицовки на полимерцементных и полимерных мастиках и перед нанесением полимерцементных растворов. Поливинилацетатная дисперсия разбавляется водой в любом соотношении и хорошо совмещается с цементом и гипсом без каких-либо признаков коагуляции.
Недостатком материалов на основе ПВАД является их чувствительность к воде: материалы набухают и в них могут появиться высолы (связано с наличием в ПВАД поливинилового спирта). Так как дисперсия имеет слабокислую реакцию (рН 4,0 – 6,0), при ее нанесении на металлические поверхности возможна коррозия металла.
Поливиниловый спирт – термопластичный водорастворимый полимер. Свойства поливинилового спирта (ПВС) зависят от его молекулярной массы и содержанием остаточных ацетатных групп. Все марки ПВС хорошо растворяются в горячей воде (90 – 95 оС). Используют ПВС в строительстве в качестве эмульгирующего и стабилизирующего поверхностно-активного вещества при получении полимерцементных растворов и бетонов, а также как самостоятельную полимерную добавку к растворам и мастикам (например, в шпатлевочных составах). ПВС устойчив к действию жиров, нефтепродуктов, разбавленных кислот и щелочей.
Б. Термореактивные полимерные связующие
Термореактивные полимерные связующие, как правило, олигомерные смолы, имеющие вид вязких жидкостей или высококонцентрированных водных растворов.
В процессе отверждения олигомерные смолы переходят в высокополимерное состояние, образуя макромолекулы в виде пространственных сеток. В отвержденном виде они отличаются большей прочностью и теплостойкостью, чем термопластичные полимеры.
Термореактивные полимерные связующие используются в основном для получения полимербетонов, полимеррастворов, полимермастик, клеевых и герметизирующих компаундов. Некоторые из них применяются и в полимерцементных материалах. Наибольшее применение среди термореактивных олигомеров нашли эпоксидные, полиэфирные, фенолоальдегидные, карбамидные, ацетоноформальдегидные, фурановые и полиуретановые смолы.
Эпоксидные смолы – олигомерные продукты в виде вязких жидкостей или твердообразных веществ, растворимых в органических растворителях и плавящиеся при нагревании, прозрачные, от светло-желтого до коричневого цвета. При введении отвердителей эпоксидные смолы переходят в твердое и нерастворимое состояние. Отвердителями служат амины, ангидриды органических кислот, фенолоформальдегидные смолы и другие продукты. В зависимости от вида отвердителя смолы отверждаются при комнатных или повышенных температурах.
Отвержденный эпоксидный полимер обладает высокими деформационно-прочностными показателями, водостойкостью, хорошей адгезией к металлу, дереву, искусственным и природным каменным материалам, химической стойкостью. Теплостойкость отвержденных полиэпоксидов 150 – 250 оС.
Наибольшее распространение получили эпоксидно-диановые олигомеры (марок ЭД-22; ЭД-20; ЭД-16; ЭД-14; ЭД-10; ЭД-8) выпуск которых составляет более 80 % общего выпуска эпоксидных смол.
При нагревании до 35 – 50 оС эпоксидно-диановые смолы переходят в низковязкие подвижные олигомерные жидкости. Все диановые смолы нерастворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях (ацетоне, бензоле, толуоле и др.). Для отверждения эпоксидных материалов применяют аминные отвердители холодного отверждения: диэтилентриамин (ДЭТА), триэтилентетрамин (ТЭТА), аминоформальдегидные отвердители (АФ-2) и др. Чаще всего применяют полиэтиленполиамин (ПЭПА) – технический продукт: смесь ТЭТА и ДЭТА.
Для снижения хрупкости отвержденных полиэпоксидов их часто пластифицируют. Для этого вводят в смолу 15 – 20 % (по массе) дибутилфталата или других пластификаторов. Пластификаторы, кроме этого, эффективно разжижают вязкие смолы, облегчая приготовления смесей. Недостаток такой пластификации – снижение прочности и адгезионных свойств отвержденной смолы и появление хрупкости у полиэпоксидов в процессе эксплуатации в результате улетучивания пластификатора.
Эпоксидные полимеры не взрывоопасны: они горят лишь при внесении в источник огня.
Полиэфирные смолы – смесь олигомерных ненасыщенных эфиров с мономерами (в соотношении по массе 70: 30). В качестве ненасыщенных эфиров используют полиэфирмалеинаты и полиэфиракрилаты. Мономерами, с помощью которых осуществляется сшивка молекул полиэфира по ненасыщенным связям, является стирол, метилметакрилат, акрилонитрил и др. Мономеры, кроме этого, снижают вязкость смолы.
Для отверждения полиэфирной смолы к ней добавляют инициаторы и ускорители отверждения. Инициаторами служат, как правило, перекисные соединения. Для ускорения распада перекиси используют активные вещества – ускорители. Наиболее часто для отверждения полиэфирмалеинатов применяют перекись изопропилбензола (гипериз) и в качестве ускорителя – нафтенат кобальта в виде 10 % - ного раствора в стироле. Оптимальное содержание реагентов составляет 3 – 4 и 6 – 8 % от массы смолы.
С целью снижения хрупкости полиэфирные смолы модифицируют тиоколовыми и карбоксилатными каучуками, вступающими во взаимодействие с полиэфирами.
Карбамидные смолы – олигомерные продукты конденсации мочевины (карбамида) с формальдегидом. Это наиболее дешевый и доступный вид синтетических смол, однако они обладают меньшей прочностью, чем эпоксидные и полиэфирные материалы, и низкой водостойкостью. Недостаток карбамидных смол – наличие в них около 30 – 40 % свободной воды, связывание которой является необходимым условием получения прочного материала. Обычно это достигается введением дополнительного вяжущего – гипса, фосфогипса, изоцианатных продуктов, химически связывающих воду, или цеолитов, впитывающих ее.
Для отверждения карбамидной смолы необходимо создать кислую реакцию среды (рН = 3 - 4). Поэтому в качестве отвердителя используют минеральные (серную, соляную, фосфорную) или органические (щавелевую, лимонную) кислоты, кислые соли, солянокислый анилин. В практике строительства последний используют наиболее часто. Эффективным катализатором твердения служит сернокислое железо. Необходимость кислой реакции среды затрудняет использование карбамидных смол в сочетании с цементами.
Отверждение карбамидных смол с одновременной пластификацией достигается при использовании полиамидной водорастворимой смолы. Модификация карбамидных смол осуществляется поливинилацетатными дисперсиями, латексами каучуков, поливиниловым спиртом.
Основная трудность применения карбамидных смол в полимерных бетонах – наличие значительных количеств свободной воды – в твердеющей смеси, а использование их в полимерцементных материалах затруднено необходимостью поддержания кислой реакции среды.
Фенолоальдегидные смолы – олигомерные продукты конденсации фенола или его производных (крезола, резорцина) с альдегидами (обычно формальдегидом). Фенолоальдегидные смолы выпускаются резольные, отверждающиеся при изменении реакции среды на кислую или при нагревании, и новолачные, нуждающиеся в введении отверждающего вещества. Для получения полимербетонов чаще применяют резольные смолы.
Для отверждения используют серную кислоту (контакт Петрова), бензолсульфокислоту (БСК) и другие сульфокислоты в количестве
10 – 25 % от массы смолы; фосфорная, соляная и органические кислоты дают менее прочные отвержденные композиции.
Лучшими свойствами, чем фенолоформальдегидные, обладают резорцинформальдегидные смолы. Они хорошо отверждаются формалином при температуре выше 10 оС. Жизнеспособность смолы с отвердителем
2 – 4 ч.
В отвержденном виде фенолоальдегидные смолы хрупкие, их модифицируют битумами, каучуком, полиамидами и другими полимерными веществами. Фенольные смолы хорошо смешиваются с эпоксидными, фурановыми материалами.
Фурановые материалы. К ним относят фурфурольные, фурфуролацетоновые, фурфурол-карбамидные и фуриловые мономеры и олигомеры. Более 70 % объема фурановых полимеров приходится на фурфуролацетоновые мономеры марок ФА (молярное соотношение фурфурола и ацетона 1: 1), ФАМ (1,5:1), ДИФА (2: 1), 4ФА и др. Качественный и количественный состав фурфуролацетоновых материалов определяется соотношением исходных компонентов, технологией синтеза продуктов и весьма сложен: монофурфурилиденацетон, дифурфурилиденацетон, монофурфурилидендиацетон, фурфурол, ацетон, полимеры, тетрафурфурилиденацетон, диацетоновый спирт, оксид мензитила, вода, зола и др. Достоверных данных о химическом составе мономеров ФА и ФАМ в настоящее время не имеется.
Полифункциональность фурановых олигомеров обусловлена наличием ненасыщенных связей в гетероцикле, сопряженных карбонильной и винильной групп в боковых цепях, подвижного атома водорода в 
- положении фуранового цикла.