Полимербетоны и полимеррастворы

 

Под полимербетонами подразумевают конгломераты, получае­мые на основе синтетических смол, отвердителей и с применением в них химически стойких и совместимых со смолами наполнителей и заполнителей. Они предназначены для изготовления несущих и не­несущих, монолитных и сборных, всегда химически стойких строи­тельных конструкций и изделий, а также для устройства полов, фун­даментов, сливных лотков и др. Полимербетоны классифицируют по виду полимерного связующего вещества, средней плотности, хи­мической стойкости, прочностным характеристикам. Целесообраз­но, по предложению В.В. Патуроева, разделять полимербетоны на две группы — термореактивные и термопластичные (рис. 11.11). Первая группа подразделяется на карбамидно-фенольные, поли­эфирные, фурановые, полиуретановые и эпоксидные, вторая груп­па — на инденкумароновые и метилметакрилатные. По средней плотности каждый полимербетон из первой группы может быть сверхтяжелым при 3500—4000 кг/м³, тяжелым — 2200—2400 кг/м³, легким — 1600—1900 кг/м³ и сверхлегким — 400—500 кг/м³; каждый из второй группы — тяжелым и легким. Реально используют фурфуролацетоновую ФА или ФАМ, фурано-эпоксидную ФАЭД-20, на­сыщенную полиэфирную ПН-1 или ПН-63, унифицированную карбамидную КФ-Ж смолы, метилметакрилат ММ А (мономер) и др. Отвердителями могут быть: при использовании ФА или ФАМ — бензолсульфокислота БСК; ФАЭД-20 — полиэтиленполиамид ПЭПА; ПН-1 и ПН-63 — гидроперекись изопропилбензола ГЦ и ускоритель — нафтенат кобальта НК; КФ-Ж — соляно-кислый ани­лин; для мономера метилметакрилата (ММА) — система, в которую входят диметиланилин БМА и перекись бензоила. Содержание оли-гомер-полимерного компонента составляет от 10 до 200 кг на 1м³ бе­тона.

 

Рис. 11.11. Классификация полимербетонов (по В.В. Патуроеву): 1 — карбамидные; 2 — фенольные; 3 — полиэфирные; 4 — фурановые; 5 — полиуретановые; 6 — эпоксидные; 7 — инденкумароновые; 8 — метилметакрилатные; 9 — сверхтяжелые γ=3,5—4; 10 — тяжелые γ =2,2—2,4; 11 — легкие γ =1,6—1,9; 12 — сверхлегкие γ =0,4—0,5; 13 — тяжелые γ =2,2—2,4; 14 — легкие γ = 1,6—1,8 (средняя плотность γ, г/см³)

 

плотности каждый полимербетон из первой группы может быть сверхтяжелым при 3500—4000 кг/м³, тяжелым — 2200—2400 кг/м³, легким — 1600—1900 кг/м³ и сверхлегким — 400—500 кг/м³; каждый из второй группы — тяжелым и легким. Реально используют фурфу-ролацетоновую ФА или ФАМ, фурано-эпоксидную ФАЭД-20, на­сыщенную полиэфирную ПН-1 или ПН-63, унифицированную кар-бамидную КФ-Ж смолы, метилметакрилат ММ А (мономер) и др. Отвердителями могут быть: при использовании ФА или ФАМ — бензолсульфокислота БСК; ФАЭД-20 — полиэтиленполиамид ПЭПА; ПН-1 и ПН-63 — гидроперекись изопропилбензола ГЦ и ускоритель — нафтенат кобальта НК; КФ-Ж — соляно-кислый ани­лин; для мономера метилметакрилата (ММА) — система, в которую входят диметиланилин БМА и перекись бензоила. Содержание оли-гомер-полимерного компонента составляет от 10 до 200 кг на 1м³ бетона.

Наполнителями размеров частиц менее 0,15 мм служат кварце­вая, андезитовая и диоритовая мука, маршаллит, графитовый поро­шок и др. Их удельная поверхность должна быть не ниже 2500—3000 см²/г. Помол нередко совмещается с активацией поверх­ности путем введения добавок (модификаторов), хотя при длитель­ном хранении обработанного порошка возможна потеря приобре­тенной активности за счет адсорбции реагентов из внешней среды. Среди наполнителей и своеобразных заполнителей могут быть и ис­кусственные — стеклохолст, стекловолокно и др.

Связующее вещество и наполнитель образуют при их объедине­нии наполненный полимер, составляющий матричную часть полимербетона. Заполняющую часть в нем формирует крупный и мелкий (песчаный) зернистый материал. В качестве крупного заполнителя используют кислотостойкие щебень или гравий, керамзит, аглопорит, шунгизит. Размеры зерен щебня должны быть до 50 мм, пес­ка — до 5 мм, размеры частиц наполнителя — менее 0,15 мм.

При оптимальных структурах полимербетон следует общим за­кономерностям ИСК. На него распространяются общее (при реак-топластах) и обобщенное.(при термопластах) уравнения прочности. При их использовании сначала определяют расчетную прочность наполненного полимера оптимальной структуры R* при П*/н с уче­том параметров действующей технологии. Технология включает промывку (при необходимости), сушку, фракционирование запол­нителей с последующим подбором плотной смеси и оптимизацией структуры бетона, приготовление равномерно перемешанной полимербетонной смеси. Последнюю обычно приготовляют в бетоносме­сителях принудительного действия при температуре не ниже 15°С в зависимости от вида связующего и с учетом усадки. Сравнительно небольшая усадка (0,4—0,7%) наблюдается при отверждении полимербетона на основе эпоксидных смол. Применение полиэфирных смол сопровождается увеличением усадки до 2—3%. Выбор вида смолы зависит и от эксплуатационных условий; фенолоформальдегидную смолу применяют при повышенной влажности, эпоксид­ную — при повышенной агрессивности среды и больших статиче­ских и истирающих силовых воздействиях, полиэфирную — при наличии динамических (ударных) нагрузок, при контакте с нефте­продуктами, спиртами.

Уложенный слой полимербетонной смеси уплотняют вибра­цией — виброрейкой или глубинным вибратором, возможно — кат­ком. Поверхность пола дополнительно заглаживают. Для ускорения отверждения полимербетоны при необходимости подвергают сухо­му прогреву при температуре 80°С. Важно учитывать возможность нагревания за счет экзотермических реакций и досрочного отверж­дения.

От обычного полимербетона отличают полимеррастворы, в ко­торых отсутствует крупнозернистый заполнитель, а матричная часть равномерно и тонкослойно размещается на мелких зернах пес­ка, формируя после уплотнения и отверждения плотный и прочный монолит.

Для использования полимербетонов и полимеррастворов в несу­щих конструкциях их армируютстальной, стеклопластиковой или стекловолокнистои арматурой. Наиболее изучен сталеполимербетон на основе фурфуролацетонового мономера ФАМ.

На рис. 11.12 показана технологическая схема заводского произ­водства химически стойких сталеполимербетонных строительных конструкций, которые были использованы при строительстве гид­рометаллургических цехов[48]. Менее изучен полимербетон со стержневой стеклопластиковой арматурой, но полагают, что требуется ее предварительное напряжение, которое, однако, может под влиянием релаксации снижаться или вовсе снимается. Обстоятельному изуче­нию (В.И. Харчевников) подвергся полимерраствор с содержанием 53% кварцевого песка, 16% андезитового наполнителя и 2—8% по массе стекловолокнистой арматуры ⁷алюмоборитного состава. С учетом действия закона створа при оптимальных структурах была разработана ускоренная методика подбора оптимального состава стекловолокнистого полимербетона на основе ФАМ и полиэфир­ных смол с использованием соответственно в качестве отвердите-ля — бензолсульфокислоты (3%),инициатора — гидроперекиси изопропилбензола (1,5%) и ускорителя — нафтената кобальта (2,0%).

 

Рис. 11.12. Схема заводского изготовления химически стойких сталеполимерных строительных конструкций

 

Рекомендованные показатели качества стекловолокнистых по-лимербетонов на основе ФАМ при ориентированном армировании и хаотическом различаются. В первом случае предел прочности при растяжении равен 65 МПа, при сжатии — 64 МПа, «чистом изги­бе» — 81 МПа, скалывании (сдвиге) — 7 МПа, во втором — соот­ветственно 5; 82; 11; 9. Средняя плотность в первом случае равна 1,71, во втором— 1,60 г/см³; теплопроводность — 0,7 Вт/(м∙К); ли­нейная усадка — 0,5%.

В целом следует отметить, что полимербетоны и полимеррастворы на основе синтетических смол могут быть высокого качества по прочностным показателям, воздухо- и водонепроницаемости, хими­ческой и радиостойкости и др. Но эти ИСК имеют и недостатки: сравнительно низкую теплостойкость (100—180°С) и высокие уса­дочные деформации. Однако эти недостатки не имеют большого значения при массовом производстве декоративно-отделочных пли­ток и некоторых других изделий.

В последние годы НИИЖБом предложены сухие гидротехниче­ские смеси проникающего действия. В частности, следует отметить ряд гермитексных составов (марок): быстротвердеющие — ликвиди­руют протечки, водоостанавливающие — высушивают стены, про­тивогрибковые — подавляют грибковые образования, универсаль­ные для строительных и ремонтных работ.

Полимербетоны, названные искусственным мрамором, пред­ставляют собой высоконаполненную полиэфирную смолу (18—21% смолы и 78—81% наполнителя). В качестве наполнителя обычно применяют кварцевый песок или другой неактивный минеральный компонент. Изделия изготовляют методом заливки в формы с очень малыми усадками; применяют как плитку для пола, облицовки стен, в качестве высокодекоративных изделий, элементов фасадов и крыш, подоконников, оконных рам и др. Этот материал обладает высокими механическими и физико-химическими свойствами — вы­сокой сопротивляемостью воздействию агрессивных сред и истирае­мости.