Полимербетоны. Композиционные материалы

Экономия этого материала  диктуется не только высокой стоимостью полимеров, но и ухудшением некоторых  показателей полимербетона при  увеличении расхода вяжущего сверх оптимального.

Уменьшить расход вяжущего можно правильным подбором зернового  состава заполнителей. Обычно применяют  тощие полимербетоны с соотношением полимера к наполнителю от 1:5 до 1:12 (по весу), что соответствует расходу 100—200 кг полимера на 1 м³ бетона.|

Перемешивают и укладывают полимербетон теми же методами, что  и обычный бетон, с применением  стандартного оборудования. В ряде случаев для перемешивания полимербетонной  смеси требуется подогревать  ее.

Необходимые условия и  продолжительность твердения полимербетона  зависят от вида полимера, вида и  количества отвердителя. Твердеть полимербетон может при обычной температуре ("холодное" отверждение) и в  условиях подогрева до 40—80°. В последнем  случае бетон твердеет быстрее и  достигается большая степень  отверждения полимера.

Приобретение полимербетоном эксплуатационной прочности, как правило, продолжается не более суток. До момента  полного отверждения полимербетон очень чувствителен к действию воды. Не допускается использовать влажные  сырьевые компоненты или наносить полимербетон на влажное основание. В первом случае сильно понижаются механические свойства полимербетона (например, использование песка с влажностью 3—4% понижает прочность полимербетона на полиэфирном связующем в 5 раз). Во втором случае резко уменьшается сцепление полимербетона с основанием.

3. Свойства полимербетонов.

Объемная масса полимербетонов, зависящая в основном от вида и  количества заполнителя, находится  обычно в пределах 1800—2200 кг/м³.

Прочность полимербетонов определяется их составом и в некоторой степени  режимом твердения.

Сравнение механических свойств  полимербетонов и обычных бетонов  показывает, что прочность при  сжатии у полимербетоноп выше в 2—3 раза, прочность при изгибе выше в 6—10 раз, для полимербетонов характерна меньшая разница между прочностью при изгибе и при сжатии; удельная ударная вязкость полимербетонов выше в 5—10 раз. Модуль упругости полимербетонов в 1,5—2 раза ниже вследствие высокой ползучести, присущей всем полимерным материалам. При обычных температурах полимербетоны неспособны длительно выдерживать нагрузки, составляющие более 40—50% от разрушающих, так как начинаются незатухающие деформации ползучести, приводящие через некоторое время к разрушению бетона. При температуре 60—90° (зависит от вида полимера) незатухающая ползучесть начинает появляться уже при небольших нагрузках (10—15% от разрушающих). При температурах выше 90° полимербетоны постепенно полностью теряют несущую способность.

Ценным качеством полимербетонов по сравнению с цементными является низкая истираемость, в особенности бетонов на эпоксидных и фурановых полимерах

Полимербетоны обладают отличной адгезией к большинству сухих  строительных материалов. Наибольшей адгезией обладают эпоксидные полимербетоны. Например, прочность сцепления их с цементным бетоном выше, чем  прочность последнего при растяжении.

Плотное строение и водостойкость  составляющих полимербетона придают  ему практически полную водонепроницаемость. Водопоглощение полимербетонов не превышает 0,5—1%. Как следствие водонепроницаемости и низкого водопоглощения, у полимербетонов очень высокая морозостойкость (более 300—500 циклов).

Одним из главных преимуществ  полимербетонов, определяющим область  их применения, является высокая химическая стойкость

В отличие от обычного цементного бетона полимербетон обладает высокой  стойкостью к действию кислот, растворов  солей и нефтепродуктов. Стойкость  полимербетона в той или иной среде зависит от вида полимерного  вяжущего, стойкости заполнителей и  ряда других факторов. Например, для  кислотостойких бетонов необходимо применять кислотостойкие заполнители (кварц, андезит, графит и т. п.). Для  обеспечения высокой стойкости, безусловно, необходима плотная структура  полимербетона.

Влияние полимерного связующего сказывается и на термических  свойствах полимербетона. Коэффициент  температурного расширения полимербетонов выше, чем у обычного бетона, вследствие высокого коэффициента температурного расширения полимерного связующего, равного 0,5—1,0·10^-3 1/град, т. е. в 5—10 раз выше, чем у стали и цементного камня. Поэтому для снижения температурных деформаций полимербетона желательно уменьшать расход полимерного связующего. Теплопроводность полимерных бетонов ниже, чем у цементных.

Как было показано выше, существенным недостатком полимербетонов является сравнительно низкая термостойкость. Предельные температуры, в которых  можно эксплуатировать конструкции  из полимербетонов, не превышают 150—180°.|

4. Область применения полимербетонов.

Полимербетоны применяют  для устройства монолитных бесшовных  полов, отделочных и защитных покрытий строительных конструкций, ремонта  и омоноличивания бетонных элементов, изготовления полимербетонных элементов и пр. Но, как было отмечено выше, применять полимербетоны особенно целесообразно для изготовления химически- и морозостойких конструкций. В связи с этим наибольшее распространение полимербетоны получили для защитных покрытий строительных конструкций и технологических установок химических предприятий, а также для устройства бесшовных полов. Такие полы и покрытия нетрудоемки в изготовлении; они легко поддаются ремонту и восстановлению.

Из полимербетонов изготовляют  элементы наружной облицовки гидротехнических сооружений, работающих в особо тяжелых  условиях — абразивный износ, постоянное действие воды, частое замораживание  и т. п.

Полимерные растворы и  мастики используют для склеивания, замоноличивания и ремонта бетонных и железобетонных конструкций. При этом прочность склейки обычно превышает прочность склеиваемой (омоноличиваемой) конструкции. Растворы и мастики применяют также для кладки из кислотоупорных кирпичей и приклейки кислотоупорной плитки.

Представляет интерес  использование крупнопористого  полимербетона (с объемной массой менее 500 кг/м³) на особо легких заполнителях (перлит, керамзит) для теплоизоляции. Использование полимерного вяжущего вместо минерального позволяет ощутимо уменьшать теплопроводность и объемную массу таких бетонов.

4. Технико-экономическая  эффективность применения полимербетонов  в строительстве.

В настоящее время стоимость  синтетических смол и мономеров  все еще довольно высока, поэтому  стоимость полимербетонов в основном определяется стоимостью полимерного связующего. По мере развития химической промышленности и увеличения производства мономеров и олигомеров их стоимость будет непрерывно уменьшаться. Улучшается и качество выпускаемых продуктов, что позволило разработать ряд новых видов полимербетонов на более дешевых фенолоформальдегидных, карбамидных и других смолах. Работы в этом направлении будут продолжаться и в дальнейшем. В то же время, судя но опыту ценообразования на мировом рынке, это снижение имеет определенные пределы и цены на смолы останутся в 10—-20 раз выше цен на минеральные вяжущие. Как показала экономическая оценка, сравнение стоимости синтетических смол со стоимостью портландцемента или других вяжущих приводит к неправильным выводам. Так как в полимербетонах количество связующего составляет не более 10% но общей массе, а трудозатраты на изготовление примерно те же, что и при изготовлении цементных бетонов, более правильное представление дает отпускная стоимость конструкций, выполненных из тех и других материалов.

Расчеты показывают, что  конструкции из тяжелых армополимербетонов дороже аналогичных железобетонных в 2—4 раза. В то же время более высокая прочность армополимербетонов позволяет значительно сократить материалоемкость. В некоторых случаях объем армополимербетонных конструкций можно уменьшить в 1,5— 2 раза но сравнению с железобетонными. При этом отпадает необходимость в многодельной и дорогостоящей химической защите железобетон и их конструкции. С учетом снижения материалоемкости и стоимости химической защиты исходная стоимость армополимербетонных конструкций приближается к стоимости железобетонных конструкции, а в некоторых случаях она может быть и ниже. Если учесть, что в условиях интенсивного воздействия агрессивных сред долговечность армополимербетонных конструкций в 3—5 раз выше железобетонных с химической защитой, то станет очевидна высокая их надежность и рентабельность.

Список литературы

1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для высших технических заведений. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1998.
2. Материалы будущего: перспективные материалы для народного хозяйства. Пер. с нем./ Под ред. А. Неймана. – Л.: Химия, 1995.
3. Тарнопольский Ю.М., Жигун И.Г., Поляков В.А. Пространственно-армированные композиционные материалы: Справочник. – М.: Машиностроение, 1995.
4. Политехнический словарь. Гл. ред. И.И. Артоболевский. – М.: «Советская энциклопедия», 1997.

5. Красовицкий Ю.В., Батищев В.В., Иванова В.Г., Новый подход к проблеме энергосберегающего сухого пылеулавливания при производстве строительных материалов. // Строительные материалы. № 4, 2004. ж. с. 2

6. Бобровников Н.А. Охрана воздушной среды на предприятиях строительной индустрии. М., 1981.