Войти  |  Регистрация
Авторизация

Полимерные бетоны



К полимерным относят бетоны, вяжущими в которых служат синтетические полимеры. Полимерные бетоны (полимербетоны) входят в т.н. группу П-бетонов - бетонов с добавками полимеров или на их основе. Кроме них, в эту группу входят полимерцементные и полимерсиликатные бетоны, а также бетонополимеры. По своим свойствам полимерные бетоны занимают промежуточное место - между пластмассами и цементными бетонами. Так же как и цементные полимербетоны классифицируют по плотности, особенностям структуры и назначению (рис. 14.29). Кроме того, полимербетоны классифицируют по виду связующих. Для рассматриваемой группы материалов, которые отличаются от других пластмасс высоким содержанием минеральных наполнителей и заполнителей, в качестве связующих применяют в основном термореактивные полимеры - карбамидные, фенольные, полиэфирные, фурановые, полиуретановые, эпоксидные. В значительно меньшей степени применяют термопластичные полимеры - инден-кумароновые, метилакрилатные, перхлорвиниловые. Наибольшее применение находят фурановые, полиэфирные и карбамидные смолы.
Полимерные бетоны

Отверждение полимербетонов на основе термореактивных смол осуществляется при обычной температуре, а иногда с подогревом и, как правило, при введении отвердителей.
Как связующее для полимербетонов распространение получил фурфуролацетоновый мономер (ФА) - жидкость с температурой кипения 160-240°С, нерастворимая в воде, но растворимая в кетонах, сложных эфирах и т.д. Отверждение мономера ФА и других фурановых смол (ФАМ, 2ФА, 4ФА, и др.) происходит в присутствии сульфокислот, сульфохлоридов и др.
Обязательным требованием к заполнителям на основе фурановых смол является их длительная стойкость в кислой среде, учитывая присутствие в полимербетоне кислого отвердителя. Использование заполнителей, реагирующих с кислотами (известняки, доломиты, асбест и др.), недопустимо. Для полимербетонов на полиэфирных и эпоксидных смолах основность заполнителя не имеет решающего значения.
Существенное влияние на свойства полимербетонов оказывают наряду с заполнителями дисперсные минеральные наполнители. Наполнители способны к сравнительно интенсивному адсорбционному и адгезионному взаимодействию с синтетическими полимерами, что открывает возможности регулирования свойств полимербетонов. Так, введение углеродсодержащих наполнителей (до 5%) в композиции на основе мономера ФА существенно повышает их водо- и морозостойкость. Такие наполнители как андезит, кварцевая мука и др. взаимодействуют с функциональными группами полиэфирных смол, образуя ковалентные или водородные связи, способствуют повышению прочности. Для образования химических связей на границе раздела фаз полимер-наполнитель используют адсорбционное модифицирование, т.е. изменение молекулярных свойств поверхности наполнителей введением ПАВ. Для каждого вида синтетического полимера существует строго определенная степень наполнения и величина удельной поверхности наполнителя, обеспечивающие максимальную прочность материала.
В качестве крупного заполнителя в состав полимербетонов вводят щебень, гранулометрический состав которого подбирается исходя из условий плотной упаковки, размеров и формы изделий и конструкций.
Распространенные составы полимербетонов на основе мономера ФА приведены в табл. 14.14.
Расчеты составов полимербетонов можно выполнять, представив их как двухкомпонентную систему: наполненная полимерная мастика - крупный заполнитель.
Расход минимально необходимого количества полимерного связующего для мастики по В.В. Патуроеву можно найти по формуле:
Полимерные бетоны

где Пм - расход полимерного связующего для мастики, кг; Sн -удельная поверхность наполнителя, м2/кг; mн - масса наполнителя, кг; ρп - плотность связующего, кг/дм3; δ - толщина пленки связующего (δ=15*10-7 м).
Полимерные бетоны

По данным различных исследователей прочность полимербетонов на сжатие на фурановых полиэфирных и эпоксидных смолах колеблется в интервале 50-125, на изгиб 15-40 и растяжение 8-16 МПа.
Применяют два способа отверждения полимербетонов: “на холоду”, т.е. при обычных температурах и при подогреве до 40...80°С. В первом случае материал достигает требуемой прочности через несколько дней, в другом уже через несколько часов после укладки.
В интервале температур до 100° предел прочности и модуль упругости уменьшаются пропорционально повышению температуры. Для полимербетонов на мономере ФА с увеличением температуры от 20 до 100°C прочность и модуль упругости снижаются на 40%. При дальнейшем увеличении температуры прочность и модуль упругости уменьшаются более интенсивно. Существенное влияние на прочность оказывают содержание отвердителя и условия отверждения полимерного связующего, длительность твердения (рис. 14.30, 14.31).
Полимерные бетоны

Большое различие в значениях коэффициента температурного расширения полимера и минеральных компонентов (в 5-10 раз) приводит к возникновению значительных местных напряжений на границе раздела фаз при изменении температуры. Максимальная температура эксплуатации изделий и конструкций из полимербетона 150-180°С.
Полимерные бетоны

Полимербетоны по сравнению с бетонами на неорганических вяжущих имеют более высокую усадку, ползучесть (рис. 14.32), чувствительность к температурным перепадам, а также более низкие значения модуля упругости. Линейная усадка фурановых полимербетонов достигает до 1 мм/м, практически прекращаясь через 6-7 сут. при отверждении в нормальных условиях и через 1-2 сут. при прогреве. В полимербетонах на полиэфирных смолах усадка примерно такая же, как и при применении мономера ФА, а на эпоксидных близка к усадке обычных цементных бетонов.
Ползучесть полимербетонов при нормальной температуре начинает проявляться под нагрузкой, величина которой составляет 40-50% от разрушающей, а при 60-90°С - под нагрузкой в 4 раза меньшей.
При применении полимербетонов необходимо учитывать повышенное тепловыделение, имеющее место при отверждении термореактивных смол. Увеличение расхода связующего до 12-14% во многих случаях приводит к появлению трещин.
Полимерные бетоны

Ненаполненный полимер ФА имеет недостаточную водо- и морозостойкость. Введение наполнителей и в особенности графитового существенно улучшает эти свойства. Коэффициенты водо- и морозостойкости полимербетонов оптимальных составов достигают до 0,85-0,90 соответственно после пребывания в воде 1 мес. и через 100 циклов замораживания и оттаивания. Практически полностью водостойкими и высокоморозостойкими являются композиции на основе эпоксидных смол.
Положительными особенностями полимерных бетонов являются их высокая износостойкость и ударная прочность. Сопротивление истиранию полимербетонов в зависимости от вида полимерных связующих изменяется от 0,001 до 0,04 г/см2. По данным И.М. Елшина и В.Б. Резника сопротивление истиранию полимербетонов на мономере ФА и кварцевых заполнителях в 2-5 раз, а на гранитных заполнителях в 20-25 раз выше, чем для цементного бетона. Ударная прочность полимербетонов в 5-10 раз выше, чем у цементных.
Одна из важных особенностей полимерных бетонов - высокая химическая стойкость. Коэффициент стойкости в кислотах этих материалов достигает 0,8 и выше после 12-месячного испытания. С повышением концентрации кислот коэффициент стойкости полимербетонов, как правило, повышается, что можно объяснить уменьшением количества воды в растворах и соответственно снижением эффекта адсорбционного понижения прочности.
Полимербетоны сочетают высокую химическую стойкость с прочностью и долговечностью, что открывает возможность использования их как конструкционного материала при воздействии химически агрессивных сред. Высокая плотность этого материала в сочетании с хорошим сцеплением его со стальной арматурой позволяет изготавливать сталеполимербетонные конструкции широкой номенклатуры.
Наибольший экономический эффект достигается при использовании несущих химически стойких сталеполимербетонных конструкций на промышленных предприятиях с агрессивным воздействием различных технологических сред.
Имеется положительный опыт применения полимербетонов для износоустойчивых облицовок гидротехнических сооружений. Цементные бетоны без защитных облицовок из чугуна, стали, гранита и т.п. плохо противостоят действию донных наносов. Полимербетонные покрытия хорошо сохраняются в чрезвычайно тяжелых условиях эксплуатации износо-и кавитационно-стойких защитных облицовок. Полимербетоны успешно используют для изготовления шахтных стволов, кольцевых коллекторов подземных сооружений, химически стойких и дренажных труб, траверс ЛЭП, контактных опор с высоким электросопротивлением. Расширяется производство изделий из искусственного отделочного камня с применением полиэфирных смол и декоративной каменной крошки.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent