11. Бетоны специального назначения

11.1. Гидротехнический бетон

Отличие гидротехнического бетона от обычного определяется особенностями условий его службы. На рис. 11.1 представлен разрез плотины – наиболее типичного гидротехнического сооружения. По характеру воздействий окружающей среды конструкцию можно разделить на 3 зоны: зона «А» – подводная, зона «Б» – переменного уровня воды и «В» – надводная.

Материал зоны «А» находится в неизменных условиях службы. Опасной для него являются фильтрация воды и химическое воздействие растворенных в ней веществ. Поэтому основными требованиями к бетону этой зоны будут применение коррозиестойкого, обычно пуццоланового, портландцемента и его высокая плотность.

Материал зоны «Б», помимо выщелачивающего действия воды, подвергается многократному замораживанию и оттаиванию при сменах уровня воды. Стойким в этих условиях, видимо, будет бетон, изготовленный с применением портландцемента с пониженным содержанием алита и алюмината и обладающий высокой прочностью.

Бетон в зоне «В» служит в тех же условиях, что и бетон многих обычных строительных конструкций. Следовательно, требования к нему должны быть аналогичными требованиям, предъявляемым к обыденному бетону.

Во всех зонах гидротехнического сооружения бетон часто бывает массивным, что вызывает необходимость применения цемента с умеренной экзотермией.

В соответствии с этим гидротехнические бетоны подразделяются, на следующие:

а) нормальный,

б) морозостойкий – М,

в) водонепроницаемый – В,

г) низкотермичный – НТ.

По прочности бетоны делятся на марки: «100», «150», «200», «250», «300», «400» и «500»; по морозостойкости – на М_рз,– 50, М_рз,– 100 и М_рз, – 200 и по водопроницаемости – на В – 4 и В – 8. Все особенности гидротехнического бетона указываются на чертежах проектируемых сооружений. Например, шифр «200», В – 8, М_рз, – 150 обозначает, что бетон должен иметь прочность не ниже 200 кг/см², выдерживать не менее 150 циклов попеременного замораживания и оттаивания и не пропускать воду при давлении 8 атм.

Водопроницаемость гидротехнического бетона определяется количеством растворной составляющей и ее плотностью, так как зерна заполнителя практически водонепроницаемы. На рис. 11.2 представлена зависимость пористости бетона от В/Ц и количества профильтровавшейся через бетон воды от d_max крупного заполнителя. Очевидно, что содержание растворной составляющей в бетоне будет тем больше, чем мельче зерна крупного заполнителя и чем труднее обеспечить их плотную упаковку. Вот поэтому в гидротехническом строительстве стремятся применять по возможности крупноразмерный заполнитель и больше внимания уделяется гранулометрии. В некоторых случаях в пластичную массу бетона втапливают так называемый «изюм» – каменные глыбы объемом до 3 м³, крупный заполнитель фракционируют рассевом на ситах и вновь смешивают в нужном соотношении, применяя до 6 фракций. Для обеспечения плотности растворной составляющей ограничивается величина В/Ц: на наиболее крупных отечественных и зарубежных стройках выше 0,6 она не допускалась.

Ограничение величины В/Ц и необходимость снижения тепловыделения обусловливают необходимость разбавления высокоактивных цементов минеральными микронаполнителями: чаще всего твердыми активными минеральными добавками вулканического происхождения или молотым кварцевым песком. Количество вводимого микронаполнителя определяется по формуле

R'₂₈= 1,1 ( ) R₂₈,

где R'₂₈ – прочность бетона на смешанном цементе, кг/см²; R₂₈ – прочность бетона на чистом цементе, кг/см²,

 – количество добавки, %.

Специфика службы гидротехнического бетона обусловливает ряд необычных требований к материалам для его изготовления:

а) содержание R₂О в цементе ограничивается 0,6 %;

б) содержание аморфных разновидностей кремнезема в крупном заполнителе ограничивается 2,0 %, так как аморфный кремнезем с СаО цемента в присутствии щелочей образует сильно набухающий тоберморитовый гель, вызывающий разрушение заполнителя;

в) прочность крупного заполнителя должна быть не меньше 800 кг/см² – в морозостойких бетонах и не менее 2R_б – в остальных.

11.2. БЕТОН ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Развитие автотранспорта потребовало строительства большого количества автомобильных дорог, в которых тяжелые бетоны играют все более заметную роль.

Специфика службы дорожного бетона заключается в следующем:

а) покрытие подвергается интенсивному истирающему действию и ударным нагрузкам;

б) покрытие дорог представляет собою сравнительно тонкий слой, подвергающийся внешним воздействиям на всю толщину;

в) бетон подвергается выщелачиванию дождевыми водами и многократному замораживанию и оттаиванию;

г) бетон подвергается действию грунтовых вод, содержащих агрессивные вещества.

При наличии асфальтового покрытия эти воздействия ослабляются, но не устраняются полностью.

Для того, чтобы бетон успешно противостоял разрушающему действию окружающей среды, для его изготовления следует применять соответствующие материалы. В качестве вяжущего желательно применять гидрофобный или пластифицированный портландцемент с активностью не ниже 500 кг/см², содержащий до 15% гранулированных доменных шлаков; минералогический состав клинкера не лимитируется, но минимальное содержание С₃А в нем всегда желательно. В качестве заполнителя в бетоне следует применять щебень или гравий из магматических горных пород.

11.3. лученепроницаемые БЕТОНЫ

В промышленности, медицине и военном деле во все возрастающих количествах начинают использоваться установки, действие которых связано с возникновением радиоактивного излучения. Не только при взрыве атомных и водородных бомб, но, что значительно чаще, и при работе совершенно мирных установок рентгеновских лабораторий в поликлиниках, на промышленных предприятиях и исследовательских институтах, атомных реакторов на электростанциях и кораблях – выделяются нейтроны, рентгеновские и -лучи, которые, проникая в ядра атомов, составляющих живые клетки, вызывают необратимые изменения в них, приводящие к гибельным последствиям. Степень облучения измеряется в рентгенах (r), который соответствует 0,11 эрга энергии, поглощаемой 1 см³ воздуха.

Быстро движущиеся частицы излучения задерживаются ядрами атомов. Поэтому чем большую часть площади поперечного сечения материала занимают ядра атомов, т. е. чем больше размер ядра по отношению к размеру атома, тем эффективнее его защитное действие.

Толщина стенки, достаточная для уменьшения интенсивности излучения вдвое (так называемая полутолщина), определяется по формуле

,

где  – полный коэффициент ослабления излучения, см^-1. Наиболее часто встречающиеся материалы имеют следующую величину : свинец – 0,53, сталь – 0,35, алюминий – 0,12, бетон обыкновенный – 0,09, вода – 0,045.

Бетон может служить эффективным средством защиты, так как он сочетает хорошую поглощаемость -лучей и нейтронов с прочностью и удобством производства работ. Его защитные свойства усиливают, применяя особо тяжелые заполнители: железные руды и скрап, барит и некоторые другие; для повышения нейтронопоглощаемости в бетон добавляют соединения бора и кадмия. Наиболее часто применяются следующие бетоны:

а) баритовый бетон (барит – до 92% BaS0₄).

Состав – 1 : 3,8: 5,1.

R₇ = 200 кг/см², _o = 3700–3800 кг/м³, t = 0,11–0,12.

Рекомендуется укладка «насухо» крупного заполнителя с последующей заливкой цементным раствором;

б) магнетитовый бетон (магнетит – Fе₃О₄).

Состав – 1 : 4–1 : 6.

R – 250–100, _o – до 5600 кг/м³, t =0,16–0,18.

Положительную роль играет добавка стальной стружки и колеманита (боросодержащая руда).

в) лимонитовый бетон (лимонит – 2Fе₂О₃3Н₂O);

Состав – 1 : 3 : 6; В/Ц = 0,5.

_o – 2600–4400 (при добавке стальной стружки), t =5–9 см.

Стекло «пайрекс» (боратное) 1–1,5% значительно снижает толщину стенки.

г) бетон из обычных материалов, т. е. портландцемента, кварцевого песка и щебня из магматических и осадочных горных пород также может быть использован в качестве рентгенозащитного, но при этом потребуется значительно большая толщина ограждающей конструкции, так как средняя плотность его равна всего 2200–2400 кг/м³, соответственно полутолщина t колеблется в пределах 10–46 см;

д) бетоны на специальных цементах. Бетоны для защиты от радиоактивного излучения должны иметь хорошую водоудерживающую способность. Наилучшими показателями в этом отношении обладают бетоны на магнезиальном вяжущем.

11.4. КРИОГЕННЫЙ БЕТОН

Получение и использование низких температур - быстро развивающаяся область науки и техники. Сфера её приложения постоянно расширяется. Для многих отраслей хозяйства внедрение криогенной технологии - важное направление технического процесса.

Широкое развитие криогенной технологии невозможно без создания надежных конструкций. Вопросы криогенного строительства наибольшую актуальность приобрели в последние годы в связи с возведением хранилищ для сжиженных газов большой вместимости.

Предварительно напряженный железобетон оказался строительным материалом с универсальными свойствами, в наибольшей степени удовлетворяющим жестким требованием, предъявляемым к конструкциям низкотемпературных хранилищ. Непроницаемость для сжиженных газов, возможность варьирования в широких пределах характеристик бетона и арматуры, надежность сооружения в целом при случайном локальном разрушении или местном ударном воздействии на него, огромный диапазон температурной устойчивости (от криогенных температур до нагрева при пожаре) – далеко не полный перечень достоинств железобетона, учитываемый при строительстве низкотемпературных хранилищ.

Несколько слов о самом термине «криогенный бетон». В физике температура ниже -153,2 ^оС считается криогенной. Бетон, эксплуатируемый и при более высокой температуре, может ничем не отличаться от истинно «криогенного бетона». Сопоставление его свойств с исследованиями бетона, замороженного до -70 ^оС, проведенными в НИИЖБ в 1960-1970 гг., свидетельствуют о том, что физика «криогенного бетона» мало чем отличается от физики бетона, охлаждаемого до низких природных температур.

Исследования бетонов в условиях действия низких и криогенных температур были широко проведены в Европе, Японии и США. Лабораторные испытания в основном были направлены на определение прочностных и деформативных свойств бетона при низких температурах, а также температурного сокращения и теплопроводности.

Прочностные свойства бетона в диапазоне от низкой до очень низкой температуры увеличиваются с её понижением, причем степень этого увеличения тем больше, чем выше водоцементное отношение. Вместе с тем, прочность образцов бетона, насыщенных водой, также оказалось выше, чем у образцов с малым содержанием влаги. Увеличение всех прочностных свойств бетона (сжатие, растяжение, изгиб, сцепление с арматурой) оказалось выше, чем повышение модуля упругости. Значения увеличения прочностных свойств составили: для прочности при сжатии, при температуре -70 ^оС - 300 %; при температуре -196 ^оС - 340%; для прочности при растяжении 250% при температуре -50 ^оС и 240% при температуре -196 ^оС (наибольшее увеличение находилось в диапазоне температур от -30 ^оС до -50 ^оС); прочность сцепления (с гладкими стержнями) 500% при температуре -70 ^оС и 590% при температуре -196 ^оС.

Постоянное воздействие температуры -10 ^оС и предшествующие напряжения не повлияли на прочность бетона при сжатии.

Циклические изменения температуры от 20 до -40 ^оС вызвали существенное ухудшение свойств бетона, имеющего низкое водоцементное отношение. Бетоны, имеющие высокое водоцементное отношение в меньшей степени оказались подверженными циклическим изменениям температур.

Коэффициент температурного расширения при низких температурах оказался ниже, чем при комнатной температуре:

от 4 до 510^-6/град в диапазоне температур от 0 до –5 ^оС;

от 16 до 1710^-6/град в диапазоне температур от -5 до –30 ^оС;

от 5 до 610^-6/град в диапазоне температур от -30 до –60 ^оС.

Теплопроводность бетона в процессе замачивания изменяется скачком, что можно объяснить процессами льдообразования, но ниже температуры замораживания изменяется линейно.

Выполненные многочисленные исследования показали, что физико-механические свойства бетона при воздействии низкой температуры зависят от многих факторов. Эти факторы можно сгруппировать в физические и технологические. К физическим факторам относятся: степень водонасыщения, температура замораживания, количество циклов замораживания и оттаивания. К технологическим факторам относятся: водоцементное отношение бетона, минералогический состав цемента, вид и крупность заполнителя, вид добавки, условия твердения бетона и т.д.

11.5. Химически стойкие бетоны

Строительные конструкции предприятий химической, металлургической и даже пищевой промышленности подвергаются действию более или менее концентрированных растворов кислот, солей и оснований. Более того, в некоторых случаях бетоны применяются для изготовления емкостей и хранилищ для различных химических продуктов. В соответствии с характером действующего вещества выбирается и соответствующий состав бетона. Общим требованием для всех химически стойких бетонов является максимальная плотность, достигаемая путем снижения В/Ц, тщательным подбором гранулометрии крупного и мелкого заполнителей, тщательностью укладки бетона и применением гидрофобных добавок.

а) Кислотоупорный бетон

Стойкость бетонов против действия кислот определяется концентрацией кислоты и степенью ее диссоциации, химической активностью минералов, составляющих бетон, и характером образующихся продуктов реакции. Кислотостойкими являются ангидриды и соли сильных кислот. Так, например, кислотоупорный цемент состоит из смеси 85% молотого кварцевого песка или кислых магматических горных пород и 15% кремнефтористого натрия. При затворении порошка жидким стеклом

Na₂SiF₆+SiО₂+Na₂OnSiO₂Н₂О^aq NaF+Si(OH)₄+SiО₂

образуются соль сильной кислоты NaF и гель кремневой кислоты. Оба эти вещества не взаимодействуют с кислотами, и поэтому кислотоупорный цемент способен противостоять действию сильных кислот, таких как соляная, серная и азотная, за исключением плавиковой, которая растворяет кремнезем. Фтористый натрий довольно хорошо растворяется в воде (40 г/л). Вследствие этого бетон на кислотоупорном цементе разрушается в воде, в растворах слабых (например, органических) и в разведенных сильных кислотах.

Большое значение для кислотостойкости имеет растворимость в воде продуктов реакции минералов бетона с кислотами. Во многих случаях образующиеся нерастворимые в воде соли уплотняют бетон, уменьшая тем самым его проницаемость для кислот. Так, например, соли бария, взаимодействуя с серной кислотой, образуют нерастворимый BaSО₄. Многие кальциевые соли органических кислот тоже нерастворимы в воде, что позволяет использовать в хранилищах пищевой промышленности бетон на пуццолановом портландцементе и кремнеземистых заполнителях.

б) Щелочестойкие бетоны

Сильные щелочи КОН и NaOH растворяют аморфный и тонкоизмельченный кристаллический кремнезем; они могут растворить и тонкодиоперсные алюмосиликаты. Поэтому наибольшей щелочестойкостью обладают карбонатные породы – в качестве крупного и мелкого заполнителей и белито–браунмиллеритовый портландцемент – в качестве вяжущего. Кремнеземистые заполнители, особенно содержащие аморфную кремневую кислоту и примесь глины, не допускаются; применение алюминатных цементов также нежелательно.

Требования к плотности и водонепроницаемости бетона сохраняются.

в) Солестойкие бетоны

Минеральные соли опасны для бетона, потому что, взаимодействуя с минералами цементного камня, они могут образовывать комплексные соединения, разрушающие бетон. Это относится, главным образом, к сульфатам, которые с Са(ОН)₂ и С₃А образуют гидросульфоалюминат кальция (цементная бацилла).

Хлориды опасны тем, что вызывают коррозию арматуры. Для защиты от действия сульфатных вод применяют сульфатостойкий портландцемент, а при высоких концентрациях соли – сульфатно-шлаковый цемент. Что касается заполнителей, то в сульфатостойких бетонах особых требований к ним не предъявляется, если не говорить о гранулометрии, плотности породы и отсутствии алюминатов, которые могут присутствовать, например, в шлаках.

11.6. ЖАРОСТОЙКИЕ БЕТОНЫ

Жаростойкие бетоны предназначены для работы при воздействии высоких температур в различных тепловых агрегатах: сушилках, печах, топках и т. п. В зависимости от рабочей температуры выбираются составные части бетона: вяжущие и заполнители.

а) Вяжущие

Бетоны на обычных портландцементах при нагревании выше 200 °С начинают терять часть своей прочности вследствие дегидратации основных минералов портландцементного камня. При температуре 175 °С дегидратируется гидросульфоалюминат, при 350 °С – гидроалюминаты, при 525 °С – гидроокись кальция, при 650–750 °С – гидросиликаты. Поэтому портландцемент можно применять в чистом виде только до 350 °С.

Для бетонов, предназначенных для службы при более высоких температурах, применяют смесь портландцемента с глиной или тонкомолотым шамотом, которая, связывая свободную известь, не дает ей разрушать материал при временных остановках теплового агрегата, а также способствует повышению прочности при обжиге. Портландцементные бетоны с такой добавкой могут служить при температурах до 1200 °С, но обычно выше 600 °С их не применяют.

В бетонах, служба которых связана с действием температур от 600 до 1200 °С, в качестве вяжущего используют кислотоупорный цемент, затворяемый на жидком стекле, или обычный глиноземистый цемент.

При температурах от 1200 до 1600 °С применяют высокоглиноземистый цемент или фосфатные вяжущие, получаемые затворением окислов металлов в ортофосфорной кислоте. Чаще всего в фосфатных вяжущих используют периклаз и корунд (высокотемпературные модификации MgO и Аl₂O₃), которые с ортофосфорной кислотой образуют соединения Mg₃(PO₄)₂ и АlРO₄, плавящиеся при температуре более 2000 °С. Ортофосфорную кислоту полезно добавлять к глиноземистым цементам для ускорения их твердения и увеличения прочности и огнеупорности.

б) Заполнители

В жароупорных бетонах в качестве заполнителей применяют материалы, обладающие достаточной огнеупорностью и не разлагающиеся при высоких температурах. В тех случаях, когда не предъявляется специальных требований, например, шлакоустойчивость или стойкость против разъедающего действия флюсов или металла, применяют: до 700–800 °С кирпичный бой, до 1200 °С – бой шамотного кирпича, до 1400 °С – бой шамотного или магнезитового кирпича, а до 1600 °С – высокоглиноземистый, корундовый или хромитовый мелкий и крупный заполнители. Для специальных условий применяют другие заполнители, подбирая их применительно к характеру внешних воздействий.

Жаростойкие бетоны могут применяться либо в виде штучных деталей различной формы и размеров, либо по технологии монолитного бетона.

Сейчас разрабатываются и начинают применяться ячеистые жаростойкие бетоны с использованием перечисленных выше вяжущих.

11.7. Электротехнические бетоны

Бетоны находят широкое применение при сооружении различных электротехнических объектов, являясь основой большого числа несущих и ограждающих конструкций линий электропередач, подстанций, распределительных устройств и др. В подавляющем большинстве случаев бетон выполняет чисто строительные функции. Однако использование такого композиционного материала как бетон для получения необходимы механических, электротехнических и других специальных свойств имеет большие перспективы.

Обычный цементный бетон, обладая при определенных условиях полезными электротехническими свойствами, в то же время не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к электротехническим материалам. Основным его недостатком с этой точки зрения является нестабильность параметров во времени и низкие допускаемые поверхностные градиенты напряжения. При этом электропроводность бетона в зависимости от влажности изменяется в очень широких пределах. При насыщении бетона водой, благодаря переходу в жидкою фазу легко растворяемых компонентов цементной связки, он становится полупроводником с удельным низким электротехническим сопротивлением порядка 10³ Ом·см. Удаление воды из бетона высушиванием при температуре 100°С сопровождается увеличением его сопротивления до 10¹¹ ом·см. Таким образом, электропроводность является весьма чувствительной характеристикой для бетона, связанной с изменением его влажности, состава, структуры и т.д.

Предлагались различные способы улучшения электротехнических свойств бетона. Большинство из них основывались на том, чтобы воспрепятствовать проникновению влаги внутрь бетона или уменьшить её влияние.

Бетон, предварительно высушенный, а затем покрытый или пропитанный с поверхности различными изоляционными составами, применяется в различных странах в токоограничивающих бетонных реакторах.

В целях увеличения электротехнического сопротивления бетона, предназначенного для изготовления железобетонных шпал, в его состав вводились ионно-обменные смолы, которые связывали образующиеся при увлажнение бетона свободные ионы. Уменьшение концентрации ионов в жидкой фазе приводило к снижению ионной проводимости как самой жидкой фазы, так и бетона в целом.

Попытки использовать проводящие свойства бетона во влажном состоянии не дали положительных результатов. Объясняется это тем, что влажный бетон, с одной стороны, не выдерживал импульсов тока, а с другой - при низких температурах, когда вода, находящаяся в бетоне, замерзала, он становился плохим проводником.

Основным недостатком бетона является нестабильность электрических свойств во времени. Колебания влажности и температуры меняют электрическое сопротивление цементного бетона до 8 порядков. При насыщение водой его удельное электрическое сопротивление равно 10³ ом·м; высушивание при 200°С приводит к росту сопротивления до 10¹¹ ом·м. Стабилизация электрических свойств после сушки дает возможность использовать обычный бетон в качестве электроизоляционного материла.

На основе мелкозернистого бетона в начале 60-х гг. в Сибирском научно-исследовательском институте энергетики был создан новый электротехнический материал - бетон электропроводный (бетэл). Бетэл представляет собой мелкозернистый бетон на цементном вяжущем с электропроводной добавкой (технический углерод, кокс молотый и др.), дающей возможность такой композиции не только проводить электрический ток, но и обладать заданной величиной электрического сопротивления. В 60-70-х гг. как у нас в стране, так и за рубежом разработаны электротехнические бетоны с другими добавками и вяжущими. Компонентами этих бетонов могут быть: железные опилки, ацетиленовая сажа, углеграфиты, кремневая связка, карбид кремния, различные смолы (фенольная, полихлорвиниловая или полиамидная), полистирол, натуральный и синтетический каучуки, углеродистые и металлические волокна, различные виды саж и т.д.

Электротехнические бетоны подразделяются на электроизоляционные и электропроводные. Электрические свойства этих материалов в пределах одной группы изменяются в широких пределах в зависимости от химического и фазового состава, а также особенностей строения. Так, например, проводящие бетоны могут получены со стабильным удельным объемным сопротивлением от 10 до 10⁶ Ом·см, а изоляционные - с  = 10⁹ - 10¹² Ом·см и выше.

В качестве вяжущих веществ можно использовать практически все минеральные и органические вяжущие.

11.8. Применение полимеров в бетоне

Развитие химии полимеров позволяет использовать их для улучшения свойств традиционных строительных материалов, в частности, бетона. Имеется несколько путей использования полимеров в бетоне: введение небольшого количества полимерных добавок в бетонную смесь (цементно-полимерные бетоны), введение в бетон полимерных волокон, введение в бетон полимерных легких заполнителей, пропитка готовых бетонных и железобетонных изделий специальными полимерными составами или мономерами с последующей полимеризацией их непосредственно в теле бетона (бетонополимеры), применение полимерного вяжущего (полимербетоны).

Каждое направление имеет свои достоинства и рациональную область применения. Введение в бетонную смесь небольшого количества полимерных добавок может придать ей лучшую удобоукладываемость, связанность, несколько повысить (на 10-30%) прочность бетона, особенно прочность при растяжении или изгибе, способствовать повышению стойкости бетона в различных условиях эксплуатации. Полимерные добавки могут применяться совместно с другими химическими добавками в составе сложных комплексных добавок, изменяющих: свойства бетонной смеси и бетона в нужном направлении. Эффект от применения полимерных добавок обычно измеряется всего десятками процентов по сравнению с бетоном без добавок, однако эти добавки перспективны при массовом применении в монолитном и сборном бетоне и железобетоне.

Успехи химии в области синтеза полимеров открывают практически неограниченные возможности для изготовления материалов с самыми разнообразными свойствами. Открытие новых способов синтеза и модифицирования полимеров позволяет получать новые виды мономеров и олигомеров, сополимеров-блоксополимеров и привитых сополимеров. В настоящее время в РФ освоен промышленный выпуск большой группы синтетических смол, обладающих разнообразными свойствами. Многие из них имеют небольшую начальную вязкость, хорошо смачивают поверхность минеральных наполнителей и заполнителей и образуют с ними прочные композиции, обладающие высокой плотностью, химической стойкостью, прочностью, высоким электрическим сопротивлением и другими положительными свойствами.

Применение полимерных волокон только начинается. В ячеистых и особо легких бетонах введение волокон позволяет повысить прочность материала, его ударо- и трещиностойкость. Использование полимерных легких заполнителей, особенно в сочетании с полимерным вяжущим, дает возможность получить особо легкие теплоизоляционные материалы, стойкие к воздействию влаги и мороза и позволяющие создать облегченные конструкции. В отличие от обычных бетонов с модифицирующими добавками (ССБ, винсол, ГКЖ-94), вносимыми микродозами и не меняющими коренным образом химизм твердения и структуру цементного камня, полимерная составляющая полимерных бетонов относительно велика и служит связующим материалом в дополнение к минеральным вяжущим веществам. При совмещении этих столь различных по свойствам веществ образуются материалы со сложной органо-минеральной структурой и специфическими свойствами, заимствованными как у цементов, так и у полимеров. Изменяя природу и количество вводимого полимера, можно широко регулировать технологические свойства смеси и конечные характеристики материала. Полимерцементные бетоны можно получать следующими тремя способами:

а) введением в состав бетона при смешивании водных дисперсий полимеров (поливинилацетата, натурального и синтетического каучуков и т.п.), распадающихся в цементной смеси с выделением воды, которая в определенной степени расходуется в процессе гидратации цемента, а освобождающийся полимер участвует в построении структуры искусственного камня;

б) добавлением в воду затворения водорастворимых мономеров и полимеров (фурилового спирта, карбамидных смол, поливинилового спирта, специальных видов фенолформалдегидных и эпоксидных смол) с последующим переводом их в твердое нерастворимое состояние в теле бетона нагревом или с помощью добавок отверждающих веществ;

в) пропиткой бетонных изделий на требуемую величину маловязкими синтетическими продуктами (стиролом, метилметакрилатом, карбамидными смолами, лаком этиноль другими мономерами) с отверждением их тем или иным способом в капиллярах и порах бетона.

Поиск путей повышения прочности, плотности, химической стойкости и долговечности бетона и железобетона привели к созданию обширной группы полимеров. Научно-исследовательским институтом бетона и железобетона Госстроя РФ разработана классификация полимерсодержащих бетонов.

По этой классификации специальные бетоны с добавками полимеров или на их основе (П-бетоны) делятся на следующие виды:

-минералополимерные бетоны (МПБ)- бетоны с минеральными наполнителями, обработанными полимерами;

- полимернаполненные бетоны (ПНБ), кроме минеральных наполнителей и заполнителей содержат полимерные наполнители;

-модифицированные бетоны (МБ) — бетоны с малыми добавками полимеров;

-фибробетоны (ФБ), бетоны, армированные стальным, стеклопластиковым или полимерным волокном;

-полимерцементные бетоны (ПЦБ) представляют собой цементные бетоны, в процессе приготовления которых в смесь добавляют кремнийорганические или водорастворимые олигомеры и полимеры, водные эмульсии типа поливинилацетатной, водорастворимые эпоксидные смолы и др.

-полимерсиликатные бетоны (ПСИБ)- кислотостойкие бетоны на основе жидкого стекла, в состав которых в процессе приготовления вводят полимерные добавки. Введение в состав таких бетонов фурилового спирта или некоторых других олигомеров делает полимерсиликатные бетоны практически непроницаемыми для растворов различных кислот;

-бетонополимеры (БП) - цементные бетоны, которые после завершения процессов твердения и структурообразования подвергают сушке и пропитке различными мономерами или олигомерами с их последующей радиационной или термокаталитической полимеризацией в поровой структуре бетона. Пропитка цементных бетонов мономерами или олигомерами обеспечивает возможность получения бетонополимеров, обладающих высокими плотностью и прочностью;

-серные и полимерсерные бетоны (ПСБ) - высоконаполненные композиции на основе расплавленой серы с различными модифицирующими добавками и минеральных заполнителей и наполнителей без использования минеральных вяжущих и воды;

-полимербетоны —композиции, полученные на основе синтетических смол или мономеров и химически стойких наполнителей и заполнителей без участия минеральных вяжущих и воды.

К бетонополимерам с определенной натяжкой можно отнести и бетоны, пропитанные серой. Пропитка цементных бетонов расплавленной серой позволяет получать серные и полимерсерные бетоны с более низкими прочностными характеристиками, чем у бетонополимеров, но стоимость серы в 10 раз ниже стоимости мономеров, а процесс пропитки значительно проще.