21. Цементно-полимерные композиционные материалы, их состав, свойства, применение.

Цементно-полпмерные бетоны - это цементные бетоны с добавка­ми различных высокомолекулярных органических соединений в виде водных дисперсий полимеров - продуктов эмульсионной полимеризации различных полимеров: винилацетата, винил хлорида, стирола, латексов и других или водорастворимых коллоидов: поливинилового и фурилового спиртов, эпок­сидных водорастворимых смол, полиамидных и мочевиноформальдегид-ных смол. Добавки вводят в бетонную смесь при ее приготовлении. Исполь­зование в бетоне полимеров позволяет изменять его структуру и свойства в нужном направлении, улучшать технико-экономические показатели матери­ала.

Формы использования полимеров в бетоне многообразны. Полимеры и материалы на их основе применяют в виде добавок в бетонную смесь, в качестве вяжущего, для пропитки готовых бетонных и железобетонных изделий, для дисперсного армирования полимерными волокнами, в виде лег­ких заполнителей или модификации свойств минеральных заполнителей; в качестве микронаполнителя.

Это бетоны, в которые вводится заметное ко­личество полимеров, создающих в структуре материала полимерную фазу и существенно влияющих на его строение и свойства. Подобные мате­риалы можно подразделять на четыре группы: цементно-полимерные бето­ны, полимербетоны, бетонополимеры и бетоны, содержащие полимерные материалы (заполнители, дисперсную арматуру или микронаполнители).

Цементно-полимерные бетоны характеризуются наличием двух ак­тивных составляющих: минерального вяжущего и органического вещест­ва. Вяжущее вещество с водой образует цементный камень, склеивающий частицы заполнителя в монолит. Полимер по мере удаления воды из бетона образует на поверхности пор, капилляров, зерен цемента и заполнителя тон­кую пленку, 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 адгезионные свойства, высокую износо­стойкость, непроницаемость. В то же время особенности полимерной со­ставляющей определяют и другие особенности цементно-полимерного бе­тона, в ряде случаев несколько повышенную деформативность, снижение показателей прочности при водном хранении.

Наиболее распространенными добавками полимеров в цементные бетоны являются поливинилацетат (ПВА), латексы и водорастворимые смо­лы. ПВА представляет собой смолу, свойства которой, как и всех высокомо­лекулярных соединений, зависят от степени полимеризации винилацетата, температуры и влажности. Обычно применяется ПВА в виде эмульсии, со­держащей около 50% сухого вещества и некоторого количества поливини­лового спирта как эмульгатора. После высыхания образуется твердая плен­ка, обладающая незначительным водопоглощением и набуханием. Влажное хранение ПВА сопровождается снижением прочности, а после высыхания прочность быстро нарастает. Подобным же образом проявляет себя ПВА в бетоне.

Применяют латексы дивинилстирольные СКС-30, СКС-50, СКС-65 и СКС-65ГП, в которых отношение дивинила к стиролу составляет соответст­венно 70: 30; 50:50; 35:65. С увеличением содержания стирола повышаются прочность и твердость полимера и снижается его эластичность. Применяют также латексы дивинилнитрильный СКН-40 и карбосиликатный СКД-1.

Количество вводимой добавки полимерного материала устанавлива­ют предварительными опытами. Основным фактором, определяющим вли­яние добавки на свойства цементно-полимерного бетона, является полимер-цементное отношение. Обычно оптимальная добавка ПВА составляет 20% массы цемента. При применении латекса, чтобы не было коагуляции поли­мера, вводят стабилизатор (казеинат аммония, соду и др.).

Введение полимерных добавок увеличивает пластичность раствор­ных смесей по сравнению с чисто цементными. Прочность увеличивается, если бетон выдерживается в воздушно-сухих условиях (влажность 40 ... 50%); во влажных условиях (влажность 90 ... 100%) прочность снижается. Сравнение свойств обычного и цементно-полимерного раствора 1:3 приве­дено в табл. 14.4. В сухих условиях особенно возрастает прочность на изгиб (в 1,5 ... 3 раза), прочность на сжатие увеличивается в меньшей степени.

Водорастворимые смолы вводятся в бетон в небольших количествах (приблизительно 2% массы цемента). Хорошие результаты получены при введении в бетон водорастворимых эпоксидных смол ДЭГ-1, ТЭГ-1 и поли­амидной смолы № 89. Эти смолы, имея гидроксильную группу ОН % харак­теризуются высокой адгезией к различным материалам, включая новообра­зования цементного камня, кварц, гранит и другие виды заполнителей. Смо­ла № 89 полимеризуется в щелочной среде без введения инициатора. Смо­лы ДЭГ-1 и ТЭГ-1 вводят в воду затвердения вместе с отвердителем. Отверждение их в щелочной среде бетона происходит интенсивнее и цепи по­лимера обладают большой эластичностью.

Цементно-полимерные бетоны приготовляют по той же технологии, что и обычный цементный бетон. Наиболее целесообразно применять эти бетоны для тех конструкций и изделий, где можно использовать особеннос­ти их свойств, например, для полов, дорог, отделочных и клеевых составов, коррозионно-стойких покрытий.

Это очень стойкий материал в различных агрессивных средах: магнезиальных, сульфатных, щелочных, в растворах кислот (кроме HF), в конц. агрессивных кислотах не стоек (соляная, серная, азотная).

Применяют как самостоятельный конструкторский материал для изготовления труб, лотков, ванн, работающих в сильно агрессивной среде и для изоляционных покрытий.