|
ПОЛИМЕРБЕТОН (П-бетон)
Полимербетон (П-бетон) – это бетон, при приготовлении которого в качестве вяжущего используются полимерные смолы или они входят в состав вяжущего в значительных количествах и существенно влияют на свойство материала. Заполнителями служат обычно песок и щебень. Для экономии дорогостоящих смол в состав материала можно вводить тонкомолотые наполнители. П-бетоны подразделяются на полимерцементные бетоны (вяжущее цемент + водо-растворимая полимерная добавка), полимер силикатные бетоны (вяжущее жидкое стекло + фуриловый спирт или диизоцианаты), бетонополимеры (бетоны, пропитанные полимерами) и собственно полимербетоны.
В свою очередь полимербетоны бывают: на термореактивных смолах (карбамидных, фенольных, полиэфирных, фурановых, полиуретановых, эпоксидных) и термопластичных смолах (инден-кумароновых метилметакрилате). Кроме того, П-бетоны делятся на сверхтяжелые, тяжелые, легкие и сверхлегкие.
Мочевиноформальдегидные (карбамидные) смолы типа «КМ» (крепитель м) и «УКС» (универсальная карбамидная смола), МФ-17, М-60, М-19-62, и другие стойкие в кислотах, но не достаточно стойкие в щелочах. Их получают в результате реакции поликонденсации мочевины и формальдегида в водной или водно-спиртовой среде. Отвердителями являются щавелевая, лимонная, уксусная, серная, соляная, фосфорная кислоты, хлористые: аммоний и цинк, лучше соляно-кислый анимит, который хорошо растворяется в воде и смоле «УКС».
К другим смолам, рекомендуемым для приготовления полимербетонов относятся:
- фурфуролацетоновая смола ФАМ или ФА (ТУ 6-05-1618-73);
- ненасыщенная полиэфирная смола ПН-1 (МРТУ 6-05-1082-76) или ПН-63 (ОСТ 6-05-431-78);
- карбамидоформальдегидная КФ-Ж (ГОСТ 14231-78);
- фурано-эпоксидная смола ФАЭД-20 (ТУ-59-02-039.13-78);
- эфир метиловый метакриловой кислоты (мономер метилметакрилат) ММА (ГОСТ 16505).
В качестве отвердителей синтетических смол используются:
- для фурфуролацетоновых смол ФАМ и ФА – бензолсульфокислота БСК (ТУ 6.1425);
- для полиэфирных смол ПН-1 и ПН-63 – гидроперекись изопропил бензола ГП (ТУ 38-10293-75);
- для карбамидоформальдегидной КФ-Ж – солянокислый анилин СКА (ГОСТ 5822);
- для фурано-эпоксидной смолы ФАЭД-20 – полиэтиленполиамин ПЭПА (ТУ 6-02-594-70);
- для метилметакрилата ММА – система, состоящая из технического диметиланилина ДМА (ГОСТ 2168) и перекиси бензоила ПБ (ГОСТ 14888).
В качестве ускорителя твердения полиэфирных смол используется нефтенат кобальта НК (МРТУ 6-05-1075-76).
В качестве пластифицирующих добавок следует применять:
- катапин (ТУ 6-01-1026-75);
- алкамон ОС-2 (ГОСТ 10106);
- меламино-формальдегидную смолу К-421-02 (ТУ 6-10-1022-78);
- сульфированные нафталин формальдегидные соединения – пластификатор С-3 (ТУ 6-14-10-205-78).
Полимербетоны очень плотные и стойкие в различных агрессивных средах материалы. Наибольшей прочностью и универсальной стойкостью обладают полимербетоны на эпоксидных смолах к эпоксидным смолам относятся ЭД-5, ЭД-6, ЭД-16, ЭД-20, ЭД-22 и компаунды с каучуками, фурановыми (фурано-эпоксидная смола ФАЭД-20) и другими смолами. Для пластификации композиции в качестве пластификатор применяют диметилфталат, дибудилфталат и другие, которые вводятся в количестве 15-20% от массы смолы. Катализаторами твердения являются третичные амины, хлористая сурьма, фтористые соединения и другие. Для холодного отверждения применяют полиэтиленполиамин, гексаметилендиамин или жидкие полиамиды.
Фурановые смолы (ФА, ФАМ, 2-ФА и другие) получают конденсацией фурфурола и фурфурилового спирта с фенолами и кетонами. Они являются наиболее дешевыми. Наибольшее распространение в строительстве нашел мономер ФА, получаемый при взаимодействии фурфурола и ацетона в щелочной среде.
Исходными продуктами для получения фурфуролкарбамидных смол служат фурфурол, мочевина и наполнители из кислостойких пород. В качестве катализатора применяют хлорное железо, а ускорителя твердения – анилин.
В качестве крупного заполнителя для тяжелых полимербетонов может применяться щебень из естественного камня или щебень из гравия. Щебень и щебень, дробленный из гравия, должны отвечать требованиям ГОСТ 8267, ГОСТ 8268, ГОСТ 10260-74.
Применение щебня из осадочных горных пород не допускается.
В качестве крупных пористых заполнителей для полимербетонов следует применять керамзитовый гравий, шунгизитовый гравий и алгопоритовый щебень, соответствующие требованиям ГОСТ 9759, ГОСТ 19345, ГОСТ 11991.
Для приготовления тяжелых полимербетонов высокой плотности следует применять щебень следующих фракций:
- при наибольшем диаметре, равном 20 мм., следует применять щебень одной фракции 10-20 мм.;
- при наибольшем диаметре равном 40 мм., следует применять щебень из двух фракций 10-20 и 20-40 мм.
В качестве крупного заполнителя для тяжелых полимербетонов может применяться щебень из естественного камня или щебень из гравия. Щебень и щебень, дробленный из гравия, должны отвечать требованиям ГОСТ 8267, ГОСТ 8268, ГОСТ 10260-74.
Применение щебня из осадочных горных пород не допускается.
В качестве крупных пористых заполнителей для полимербетонов следует применять керамзитовый гравий, шунгизитовый гравий и алгопоритовый щебень, соответствующие требованиям ГОСТ 9759, ГОСТ 19345, ГОСТ 11991.
Для приготовления тяжелых полимербетонов высокой плотности следует применять щебень следующих фракций:
- при наибольшем диаметре, равном 20 мм., следует применять щебень одной фракции 10-20 мм.;
- при наибольшем диаметре равном 40 мм., следует применять щебень из двух фракций 10-20 и 20-40 мм.
Состав полимербетона подбирают опытным путем. В соответствии рекомендациями Ю.М. Баженова, вначале, экспериментальным путем подбирают наиболее плотную смесь заполнителей и наполнителя и лигнимальной пустотностью, а затем определяют расход смолы и отвердителя. При этом количество смолы устанавливают таким, которое обеспечивает получение заданной подвижности бетонной смеси. Обычно расход смолы превышает объем пустот микронаполнителя на 10-20%.
Лучше состав полимербетона устанавливать с применением метода математического планирования эксперимента, варьируя содержание песка, наполнителя, смолы и отвердителя.
После выполнения эксперимента, обработки полученных результатов на ЭВМ и получения зависимостей свойств полимербетона от вышеуказанных факторов, можно рассчитывать оптимальный состав материала с требуемыми характеристиками (табл. ).
На основе карбамидных и других смол и легких заполнителей (перлита, бисипора ячеистого стекла и других) можно получать особо легкие полимербетоны с средней плотностью от 70 до 500 кг/м3
и с прочностью до 5 МПа.
Таблица .
Характеристики полимербетонов.
|
Наименование показателей
|
Вяжущие
|
|
ФАМ
|
ФА
|
ФАЭД
|
ПН
|
ЭД-6
|
|
тяжелый бетон
|
легкий бетон
|
тяжелый бетон
|
тяжелый бетон
|
легкий бетон
|
тяжелый бетон
|
легкий бетон
|
тяжелый бетон
|
|
Средняя плотность,
кг/м3
|
2200
2400
|
1500
1900
|
2300
|
2200
2400
|
1500
1800
|
2200
2400
|
1500
1800
|
2400
|
|
Кратковременная прочность, МПА
на сжатие
на растяжение
|
70-90
5-8
|
30-65
3-5,5
|
50
5
|
90-110
9-11
|
50-85
3-9
|
80-100
7-9
|
50-85
2-8
|
100
9
|
|
Модуль упругости, МПА Е.10-3
|
20-32
|
13-20
|
11,7
|
32-38
|
12-18
|
28-36
|
12-18
|
¾
|
|
Линейная усадка, %
|
0,1
|
0,1-0,85
|
0,5
|
0,05-0,08
|
0,06-0,1
|
0,02-0,25
|
0,2-0,25
|
0,2
|
|
Коэффициент термического расширения, a*106, оС-1
|
12-15
|
11-13
|
30
|
10-14
|
10-14
|
14-20
|
14-18
|
30
|
|
Объемное электрическое сопротивление, 10-8
Ом. см.
|
3,8
|
5,8
|
10
|
¾
|
¾
|
10
|
¾
|
10
|
|
Морозостойкость, не менее
|
F300
|
F300
|
F300
|
F500
|
F300
|
F300
|
F300
|
¾
|
|
Стойкость к нагреву, оС
|
120-140
|
120-140
|
180
|
120
|
120
|
80
|
80
|
120
|
|
Водопоглащение, %
|
0,05-0,3
|
0,1-0,4
|
1
|
0,01
|
0,2-0,5
|
0,05-0,1
|
0,05-0,3
|
0,02
|
Твердение отформованных изделий должно происходить при температуре не менее 15оС и нормальной влажности окружающего воздуха в течении 28 суток, для изделий из полимербетонов ММА – в течение 3+1 сут.
Для ускорения процесса твердения изделия из полимербетонов должны подвергаться термообработке, которую следует проводить в камерах сухого прогрева. Сухой прогрев должен осуществляться электронагревателями, паровыми регистрами.
Длительность выдержки в формах полимербетонных изделий до распалубки и последующей термообработки должна быть при температуре окружающей среды:
17+2оС………………12 ч.
22+2оС………………8 ч.
более 25оС…………..4 ч.
Распалубленные полимербетонные изделия должны подвергаться термообработке по следующим режимам:
- для полимербетонов ФАМ (ФА), ПН, КФ-Ж: подъем температуры до 80+2оС – 2 ч., выдержка при температуре 80+2оС – 16 ч., спуск температуры до 20оС – 4 ч.
- для полимербетонов ФАЭД: подъем температуры до 120+5оС – 3 ч., выдержка при температуре 120+5оС – 14 ч., спуск температуры до 20оС – 6 ч.
Термообработку полимербетонных изделий объемом не менее 0,2 м3 допускается производить в формах по следующим режимам:
- для полимербетонов ФАМ (ФА), ПН, КФ-Ж: выдержка при 20оС – 1,5ч., подъем температуры до 80+2оС – 1ч., выдержка при температуре 80+2оС – 16ч., спуск температуры до 20оС – 4ч.
- для полимербетонов ФАЭД: выдержка при 20оС – 1,5ч., подъем температуры до 120+5оС – 2ч., выдержка при температуре 120+5оС – 14ч., спуск температуры до 20оС – 6ч.
Изделия из полимербетона ММА запрещается подвергать термообработке.
- для полимербетонов ФАМ (ФА), ПН, КФ-Ж: выдержка при 20оС – 1,5ч., подъем температуры до 80+2оС – 1ч., выдержка при температуре 80+2оС – 16ч., спуск температуры до 20оС – 4ч.
- для полимербетонов ФАЭД: выдержка при 20оС – 1,5ч., подъем температуры до 120+5оС – 2ч., выдержка при температуре 120+5оС – 14ч., спуск температуры до 20оС – 6ч.
Изделия из полимербетона ММА запрещается подвергать термообработке.
При соответствующем технико-экономическом обосновании полимербетоны целесообразно применять для изготовления конструкций, работающих в условиях сильно агрессивных сред (химические предприятия) (химически стойкие полы, лотки, сточные каналы, травильные ванны, сливные колодцы, химически стойкие трубы и т.д.) или находящихся под воздействием электрических токов (траверсы ЛЭП, контактных опор и подобных конструкций с высоким электро - сопротивлением).
Возможно изготовление из полимербетонов износостойких покрытий плотин, шахтных стволов, кольцевых коллекторов подземных сооружений, емкостей для хранения агрессивных жидкостей и других аналогичных сооружений.
Длительные испытания показывают, что предел длительной прочности мелкозернистых полимербетонов на основе смолы ФА составляет 0,45, на основе ФАМ – 0,5, а ФАМ-д-0,6.
|
Научная литература