7.6. Применение полимеров в бетонах и растворах

Цементные бетоны не лишены недостатков. В частности, пористость бетона делает его недостаточно морозо- и крррозионностойким, а также проницаемым для жидкостей. Цементные бетоны быстро разруша­ются под действием кислот. В некоторых случаях бетон нельзя применять из-за его хрупкости и невысокой износостойкости; кроме того, свежий бетон плохо сцепляется с поверхностью ста­рого бетона. Подобных недостатков не имеют бетоны, в которых минеральное вяжущее частично или полностью заменено поли­мерами.

Эта группа включает бетоны, в которые вводится значитель­ное количество полимеров, создающих в структуре материала полимерную фазу и существенно влияющих на его строение и свойства. В мировой практике для таких бетонов начали упот­реблять термин «П-бетоны». Их можно подразделить на четыре группы: цементно-полимерные бетоны, полимербетоны и полимеррастворы, бетонополимеры и бетоны, содержащие поли­мерные материалы (заполнители, дисперсную арматуру или микронаполнители).

Цементно-полимерные бетоны - это цементные бетоны с добавками различных высокомолекулярных органических со­единений в виде водных дисперсий полимеров (продуктов эмульсионной полимеризации различных полимеров: винилацеата, винилхлорида, латексов и др.) или водорастворимых кол­лоидов (поливинилового и фурилового спиртов, эпоксидных водорастворимых смол, полиамидных и мочевиноформальдегидных смол). Добавки вводят в бетонную смесь при ее при­готовлении.

Цементно-полимерные бетоны характеризуются наличием двух активных составляющих - минерального вяжущего и орга­нического связующего. Вяжущее вещество с водой образует це­ментный камень, склеивающий частицы заполнителя в монолит. Полимер по мере удаления воды из бетона образует на поверх­ности пор и капилляров, зерен цемента и заполнителей тонкую пленку, которая обладает хорошей адгезией и способствует по­вышению сцепления между заполнителем и цементным камнем, улучшает монолитность бетона и работу материала под нагруз­кой. В результате цементно-полимерный бетон приобретает по­вышенную по сравнению с обычным бетоном прочность при растяжении и изгибе, более высокую непроницаемость, морозо­стойкость и адгезию к основанию. В то же время такой бетон имеет повышенную деформативность и иногда проявляет сни­жение прочности при водном хранении.

Наиболее распространенными добавками полимеров в це­ментные бетоны являются поливинилацетатная эмульсия (ПВАЭ) и латексы (в количестве 5...25 % от массы цемента в расчете на сухое вещество), а также водорастворимые смолы (0,5.. .2 % от массы цемента).

Применяют цементно-полимерные бетоны для покрытия по­лов промышленных предприятий, взлетных полос аэродромов, устройства резервуаров для воды и нефтепродуктов, для наруж­ной отделки по бетонным и кирпичным поверхностям.

Полимербетоны и полимеррастворы — это материалы, по­лученные в результате затвердевания рационально подобран­ной смеси полимерного связующего, наполнителей и запол­нителей,

В качестве связующего для полимербетонов наиболее часто применяют термореактивные смолы: эпоксидные, фурановые и полиэфирные. Для улучшения свойств смесей и затвердевания композиции вводят пластификаторы (дибутилфталат, касторовое и минеральное масло), растворители (бензин, ацетон и др.), отвердители (зависит от вида смолы) и модификаторы. Отвердева­ние полимерного связующего осуществляется при обычной тем­пературе, а в некоторых случаях - с сухим подогревом.

Наполнители (тонкодиспёрсные порошки: андезитовая мука, цемент, мел, алюминиевая пудра, молотый кварцевый песок) уменьшают расход полимера и изменяют свойства материала в нужном направлении (повышают механическую прочность, уменьшают усадку, придают теплостойкость и т. д.).

В качестве заполнителей применяют обычные кварцевый пе­сок и щебень фракции 5...20мм в высушенном состоянии.

Свойства полимербетонов зависят от вида смолы, состава бе­тона, технологии получения. Наибольшей прочностью при сжа­тии (до 100 МПа) обладают полимербетоны на основе эпок­сидной смолы. Для них характерна также низкая пористость (1...2 %), высокая химическая стойкость, стойкость к истира­нию, высокая клеящая способность. Наряду с этим полимербе­тоны характеризуются повышенной деформативностью и невы­сокой термостойкостью.

Полимербетоны находят применение для изготовления коррозионностойких конструкций химических производств, уст­ройства полов на промышленных предприятиях, ремонта камен­ных и бетонных конструкций.

Бетонополимеры - это композиционные материалы, полу­ченные пропиткой обычного тяжелого бетона полимерами с по­следующим отвердеванием в порах. Готовые бетонные или же­лезобетонные изделия или конструкции подвергают специаль­ной обработке, которая включает сушку изделий, вакуумирование, пропитку специальным составом и полимеризацию, если для пропитки используются мономеры. В результате обра­ботки либо достигают увеличения долговечности и непроницае­мости бетона, если его пропитывают вязкими составами без их последующей полимеризации и упрочнения, например битума­ми, петролатумом, либо получают новые материалы, по свойст­вам значительно превосходящие бетон, если его пропитывают мономером с последующей его полимеризацией в теле бетона.

Сушка бетона в течение 6...20 ч необходима для удаления воды из пор и капилляров материала. Вакуумирование обеспе­чивает более глубокую очистку пор и капилляров, а также уда­ляет из бетона воздух; является желательной, но не всегда обяза­тельной операцией.

Пропитка бетона мономером с его последующей полимери­зацией в теле бетона приводит к резкому увеличению прочности и улучшению других свойств бетона. Прочность бетонополимера на сжатие по сравнению с исходным контрольным бетоном повышается в 2...10 раз, вместо бетона М20О...М5О0 получают бетонополимер марок М800...М2000. Прочность сцепления бе­тона с арматурой возрастает с 1...2 МПа для исходного бетона до 10.. .18 МПа, морозостойкость - с 200 до 5000 циклов.

Специальную обработку бетона полимером целесообразно проводить для повышения долговечности изделий, работающих в агрессивных условиях, а также для получения изделий с осо­быми свойствами (износостойких, электроизоляционных, газо­непроницаемых и др.).

Существенные недостатки бетонополимера - значительное усложнение технологии бетона, увеличение стоимости изделия и необходимость тщательного соблюдения техники безопасности.