Применение полимеров в строительстве и машиностроении

Полимер это (от греч. πολύ- — «много» и μέρος — «часть») — высокомолекулярное соединение, вещество с большой молекулярной массой (от нескольких тысяч до нескольких миллионов), состоит из большого числа повторяющихся одинаковых или различных по строению атомных группировок — составных звеньев, соединенных между собой химическими или координационными связями в длинные линейные (например, целлюлоза) или разветвленные (например, амилопектин) цепи, а также пространственные трёхмерные структуры. 

              Применение в строительстве.

Цементно-полимерный бетон.

Цементно-полимерный бетон  представляет собой цементный бетон  с добавкой высокомолекулярных органических соединений в виде водных дисперсных полимеров. Они характеризуются  наличием двух активных составляющих – минерального вяжущего и органического  полимера. Вяжущее с водой образует цементный камень, склеивающий частицы  заполнителя в монолит. Полимер  по мере удаления воды из бетона образует на поверхности пор, капилляров, зёрен  цемента и заполнителя тонкую плёнку, которая обладает хорошей  адгезией и способствует повышению  сцепления между заполнителем и  цементным камнем, улучшает монолитность бетона и работу минерального скелета  под нагрузкой.  
В результате цементно-полимерный бетон приобретает особые свойства: повышенную по сравнению с обычным бетоном прочность на растяжение и изгиб, более высокую морозостойкость, хорошие адгезивные свойства, высокую износостойкость, влагонепроницаемость.

Полимерцементная  пропитка для бетонных покрытий.

При нанесении на поверхность бетона полимерная пропитка плотно заполняет  все поры и дефекты бетона. В  результате обработки достигается  увеличение долговечности, износостойкости  и непроницаемости бетона, устраняется  пыление бетонных полов. Материалы, получаемые таким образом, приобрели  название бетонополимеров.

Свойства бетонополимеров зависят как от свойств бетона, так и от технологии обработки. В результате пропитки в теле бетона возникает особая структура, которая состоит из затвердевшего цементного камня, скрепляющего зёрна заполнителя в единый монолит и разветвлённой системы нитей и включений материала пропитки. Полимер заполняет поры и капилляры цементного камня, заполнителя и контактной зоны между ними, делая их газо- и водонепроницаемыми. Образующуюся в бетоне сетку полимера можно рассматривать как особого рода дисперсное армирование, которое существенно увеличивает прочность и трещиностойкость бетона.

Прочность бетонополимера на сжатие по сравнению с контрольным бетоном повышается в 2-4 раза, прочность на растяжение увеличивается в 3-10 раз, достигая 18 МПа, в десятки раз увеличивается морозостойкость. Бетонополимер приобретает стойкость к кислотам и сульфатам.

Расход полимера составляет 1-4% от объёма бетона на глубину пропитки.

Полимерная пропитка может  широко использоваться для ремонта  и восстановления бетонных и железобетонных изделий.

Полимерная пропитка может  существенно улучшить качество любого строительного материала, будь-то: кирпич, шифер, штукатурка и т.п. При этом материал приобретает устойчивость к воздействию атмосферных факторов таких, как влага, морозы и становится защищённым от всякого рода грибков и высолов.

Полимерсиликатные бетоны.

Силикатные бетоны обладают целым  рядом важных потребительских свойств, таких как высокая плотность, огнеупорность, значительная прочность  и кислотостойкость. Однако эти бетоны имеют существенные недостатки, которыми являются их малая жизнеспособность, ухудшающая технологичность применения, и сильная усадка, связанная с испарением воды.

С помощью полимерных добавок  можно, не ухудшая качества бетона, продлить его жизнеспособность в 2 и  более раз.

 
В тоже время, применение поверхностно активных веществ, совместимых с  силикатными растворами, позволяет  снизить расход вяжущего в бетоне, а следовательно и количество воды, на 25% и более, при этом удобоукладываемость смеси не ухудшается.

Улучшение структуры полимерсиликатов в результате связывания воды достигается введением добавок, легко вступающих в химическое взаимодействие с водой и являющихся кислотостойкими и инертными к кремнегелю.

 
Полимерсиликатные бетоны отличаются высокой кислотоупорностью и прочностью (до 100 Мпа). Наибольшая эффективность от применения полимерсиликатного бетона может быть достигнута в случае изготовления или облицовки химического оборудования.

Таким образом, можно получать модифицированные силикатные растворы – полимерсиликаты, обладающие существенно лучшими технологическими свойствами.

Серополимерный бетон – коррозионно-стойкий и высокопрочный строительный материал.

Предлагаемый неорганический полимер  определяется как наиболее перспективный  материал будущего в бетоноведении.

С целью получения полимерных бетонов, обладающих повышенными потребительскими свойствами, в состав серных цементов вводят пластифицирующие, модифицирующие, антипирирующие и другие функциональные добавки. На основе модификации достигается исключение деструктивных процессов, вызываемых объёмными изменениями происходящими при перекристаллизации серы. Введение пластификаторов повышает также морозостойкость, атмосферостойкость и стойкость к температурным колебаниям бетона. Добавка определённого количества антипиренов позволяет изготавливать серные бетоны, относящиеся к группе «трудносгораемых материалов», что значительно расширяет область применения бетонов.

Во многих случаях, благодаря  существенно лучшим свойствам, использование  серного модифицированного бетона (СМБ) экономически целесообразно и  технически необходимо. СМБ используется в строительстве в тех случаях, когда применение цементного бетона без антикоррозионной защиты недопустимо  или требуется конструкционный  быстротвердеющий бетон. Известно применение СМБ для связывания кислотоупорных плиток, кирпичей, разделки швов, футеровки  аппаратуры, защиты строительных конструкций  от воздействия органических кислот, солей, при устройстве кислото- и солестойких полов, а в последнее время – для изготовления строительных конструкций. Серные бетоны, прежде всего, предназначены для изготовления коррозионно-стойких изделий и конструкций, применяемых при строительстве предприятий химической промышленности, в сельском, дорожном, гидротехническом строительстве, при ремонтно-восстановительных работах.

 
Разработана технология изготовления долговечного морозостойкого высокопрочного строительного бетона, обладающего  высокой химической стойкостью к  минерализованной (морской) воде, растворам  кислот, солей и нефтепродуктов.

Бетон производится на основе модифицированного серного вяжущего по горячей технологии при температуре  не выше 150 оС.

 
Вяжущее изготавливается из серосодержащих промышленных отходов. В качестве наполнителей применяются отходы камнепиления, отходы дробления гранита, золы и другие пылевидные неорганические материалы. В качестве крупного заполнителя используются гравий, гранитный щебень, кирпичный бой, керамзит и другие традиционные заполнители.

Сущность структурообразования строительного материала сводится к омоноличиванию зёрен наполнителя и заполнителя разогретым связующим, которое при охлаждении твердеет и создаёт прочную композиционную структуру.

Физико-механические свойства материала:

• плотность - 1000 – 2600 кг/м3
• прочность при сжатие - 15 – 60 Мпа
• прочность при изгибе - 4 – 12 Мпа
• водопоглощение - 0,1 – 0,3 %
• водонепроницаемость - В-15 – В-30
• морозостойкость - F 500 – F800
• кислотостойкость - 0,94 – 0,96
• температура применения - от –60 до +80 оС

Изготовление изделий из композиционного  строительного материала осуществляется методами литья, вибропрессования или виброформования.  
Достаточная прочность получаемых строительных изделий позволяет отказаться от использования цемента и арматуры.  
Технология производства безотходная, т.к. все бракованные изделия легко перерабатываются по общей технологии.

Области применения:

• строительство на мелководье и в прибрежной зоне
• подземные сооружения и конструкции
• трубы и ёмкости для агрессивных жидкостей
• изготовление дорожных покрытий
• элементы кровельных покрытий: черепиц, шифер и т.п.
• элементы морских сооружений, дренажных систем, полов промышленных зданий
• контейнеры для захоронения радиоактивных отходов
• элементы декоративно-художественных изделий, малые архитектурные формы, декоративные литые элементы в производстве мебели.

Серополимерная пропитка для строительных материалов.

• Благоприятные технологические свойства жидкого полимера, его гидрофобность, высокая степень адгезии к бетону, способность твердеть при отрицательных температурах послужили основанием для разработки эффективных композиционных составов для омоноличивания и герметизации бетонных и железобетонных конструкций и сооружений.
•  
  Обладая эффективными пропиточными свойствами, расплав полимера легко проникает в открытые поры капилярно-пористых материалов. Заполнивший поры и капиляры полимер при охлаждении застывает, уплотняя структуру, что повышает физико-механические свойства, морозостойкость, износостойкость, коррозионную стойкость, снижает водопоглощение и водогазопроницаемость. Введение в расплав термически совместимых веществ (модификаторов) позволяет создать композиции, повышающие эффективность технологии пропитки, и способствует улучшению свойств пропитываемого материала.
• Бетоны, пропитанные модифицированным полимером, могут применяться для изготовления дорожных и тротуарных плит, бордюрных камней, лотков, труб, тюбингов, секций опреснительных установок и оросительных систем, элементов речных и морских сооружений, силосных башен, элементов каркаса градирен, опор ЛЭП, шпал, свай и прочих элементов и конструкций гидротехнического, транспортного, энергетического и сельского и строительства, т.е. для таких элементов, к которым предъявляются при эксплуатации повышенные требования.
• Опыт эксплуатации показал, что бетон, пропитанный модифицированным полимером, хорошо сопротивляется воздействию уксусной, масляной, молочной кислот, которые образуются при хранении силоса в силосной башне.
•  
  Технология полимерной пропитки может быть использована также для повышения физико-механических свойств и долговечности многих строительных материалов, таких как асбоцемент, гипс, строительный и кислотоупорный кирпич, пористые заполнители, изделия из древесины, арболита и другие пористые материалы и изделия.

 

 

 

 

 

 

Применение в машиностроение.

Термостойкие пластики

Ароматический полиамид —  фенилон. Из фенилона изготавливают подшипники, зубчатые колеса, детали электрорадиопередатчиков

Полибензимидазолы являются ароматическими гетероциклическими полимерами. Обладают высокой термостойкостью, хорошими прочностными показателями. Применяют в виде пленок, волокон, тканей специальных костюмов 

 

Полярные термопластичные  пластмассы

Фторопласт-3 — полимер  трифторхлортилена. Его используют как низкочастотный диэлектрик, кроме того из него изготавливают трубы, шланги, клапаны, насосы, защитные покрытия металлов и др

Органическое стекло —  это прозрачный аморфный термопласт на основе сложный эфиров акриловой  и метакриловой кислот. Материал более  чем в 2 раза легче минеральных стекол, отличается высокой атмосферостойкостью, оптически прозрачен. Недостатки невысокая поверхностная твердость

Применяют для изготовления штампов, литейных моделей и абразивного  инструмента

Поливинилхлорид является аморфным полимером. Пластмассы имеют хорошие  электроизоляционные характеристики, стойки к химикатам, не поддерживают горение, атмосферостойки, имеют высокую прочность и упругость

Изготавливают трубы, детали вентиляционных установок, теплообменников, строительные облицовочные плитки

Полиамиды — это группа пластмасс с известными названиями капрон, нейлон, анид и др. Они продолжительное время могут работать на истирание, ударопрочны, способны поглощать вибрацию. Стойки к щелочам, бензину, спирту, устойчивы в тропических условиях

Из них изготавливают  шестерни, подшипники, болты, гайки, шкивы  и др

Полиуретаны в зависимости  от исходных веществ, применяемых при  получении, могут обладать различными свойствами, быть твердыми, эластичными  и даже термореактивными

Полиэтилентерефталат —  сложный полиэфир, в России выпускается  под названием лавсан, за рубежом  — майлар, терилен. Из лавсана изготавливают шестерни, кронштейны, канаты, ремни, ткани, пленки и др

Вывод: Полимеры широко используют из-за того, что их свойства можно  менять в довольно широком диапазоне  и их экономичности. Главные их свойства: огнестойкость, длительная износостойкость, антикоррозийные свойства, а также  контроль пластичности и твердости.