113. Безусадочный цемент. Теоретические предпосылки получения. Производство. Особенности твердения и свойства. Применение.

Твердение всех гидравлических вяжущих веществ в воздушной среде сопровождается уменьшением объема цементного камня (усадкой). Усадочные деформации могут привести к образованию трещин в бетонах, что нарушает монолитность конструкций и снижает их долго вечность. Для расширяющихся и безусадочных цементов характерно равномерное приращение объема цементного камня в начальный период твердения, что компенсирует усадочные явления. Линейное расширение у расширяющихся цементов обычно составляет 0,3...1 %, у безусадочных — 0,01...0,1 %.

В процессе твердения цементов образуется трехсульфатный гидросульфоалюминат кальция 3СаОхАl₂О₃х3CaSO₄х(31...32)H₂О и возникает связанный с этим эффект расширения.

Водонепроницаемый безусадочный цемент (ВБЦ) состоит из глиноземистого цемента, полуводного гипса и молотого специально изготовленного высокоосновного гидроалюмината кальция 4СаО·А1₂О₃х13Н₂О (10%). Этот цементы быстро схватываются (начало схватывания — несколько минут, конец — не позднее 5...10 мин) и быстро твердеют, достигая к 3 суток 60...80 %-ной марочной прочности. Они образуют цементный камень высокой водонепроницаемости (выдерживает давление воды до 0,7 МПа), за что и получили второе название водонепроницаемых цементов. Водонепроницаемые расширяющиеся цементы применяют для заделки и гидроизоляции швов тюбингов, раструбных труб, стыков и трещин в бетонных и железобетонных конструкциях, подливок под машины и фундаментных болтов и т. п. Нельзя применять эти цементы в конструкциях, эксплуатируемых в среде с недостаточной влажностью или при температуре более 80 °С.

114. Полимерцементные, полимерные бетоны и бетонополимеры. Сходства и различия.

ЦПБ отностястя к бетонам, свойства которых улучшаются за счет введения в их состав полимеров.

Формы использования помилемеров в бетоне многообразны. Полимеры и материалы на их основе применяются в виде добавок в б/с, в качестве вяжущего, для пропитки готовых бетонных и железобетонных изделий, для дисперсного армирования полимерными волокнами, в виде легких заполнителей, в качестве микронаполнителя. В мировой практике для таких бетонов начали употреблять термин «П-бетоны». Подобные материалы можно подразделять на 4 группы: ЦПБ, ПБ, БП и бетоны, зодержащие полимерные материалы (заполнители, дисперсную арматуру или микронаполнители).

1.Цементно-полимерные бетоны – это цементные бетоны с добавками различных высокомолекулярных оранических соединений в виде водных дисперсий полимеров – продуктов эмульсионной полимеризации различных полимеров: винилацетата, винилхлорида, ситирола, латексов и др. или водонерастворимых коллоидов: поливинилового и фурилового спиртов, эпоксидных водорастворимых смол, полиамидных и мачевиноформальдегидных смол. Добавки вводят в бетонную смесь при ее приготовлении.

Цементно-полимерные бетоны характеризуются наличием двух активных составляющих – минералного вяжущего и органического вещества. Вяжущее вещество с водой образует уементный 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 сцеплелния между заполнителем и цементным камнем, улучшает монолитность бетона и работу минерального скелета под нагрузкой. В результатае ЦПБ приобретает особые свойства: повышенную по сравнению с обычным бетоном прочность на растяжение и изгиб, более высокую морозостойкость, хорошие адгезионные свойства, высокую износостойкость, непроницаемость. В тоже время особенности полимерной составляющей определяют и другие особенности ЦПБ: в ряде случаев несколько повышенную деформотативность, снижение показателей проности при водном хранении.

Наиболее распространенными добавками полимров в цементные бетоны являются поливинилацетат (ПВА), латексы и водорастворимые смолы.

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

Введение полимерных добавок увеличмвает пластичность растворных смесей по сравнению с чисто цементными. Прочность увеличивается, если бетон выдерживается в воздушно-сухих условиях (влажность воздуха 40-50%), при выдерживании во влажных условиях (влажность 90-100%) причность снижается.

Водоростворимые смолы вводятся в бетон в небольших количествах (приблизительно 2% массы цемента).

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

2.Полимрбетонами называют бетоны, в которых вяжущими служат различные полимерные смолы, а заполнителями являются неорганические материалы – песок и щебень. Для экономии смолы и улучшения свойств ПБ в них иногда вводят тонкомолотые напонители.

Наиболее часто для ПБ используют термореактивные смолы: фурановые, эпоксидные, полиэфирные. Отверждение полимерного вяжущего осуществляется при обычной температуре, а в некоторых случаях – с подогревом.

В строительстве наибольшее распростронение получил мономер ФА, получаемый при взаимодействии фурфурола и ацетона в щелочной среде. Отверждение мономера ФА происходит в присутствии катализаторов сульфокислот.

Эпоксидные смолы – это полимерные вещества линейного строения, содержащие эпоксигруппу. Эпоксидные смолы отверждаются с помощью катализатора ионного типа.

Для полимербетонов на фурановых и формальдегидных смолах применяют заполнители, стойкие в кислой срде, так как для полимеризации используют кислые отвердители. Использование известняков, доломитов, цементов и других заполнителей, имеющих щелочную реакцию, недопустимо, т.к. это приводит к резкому снижению прочности бетона.

Расзод смолы в полимербетоне завит от свойств заполнителя. Чем больше пустотность заполинетеля, выше содержание в нем мелких фракций и больше их удельная поверхность, тем больше расход смолы и отвердителя, поэтому для приготовления ПБ большое значение имеет правильный подбор состава. В ряде случаев расход смолы может быть кменьшен, а свойства бетона улучшены за счет применения тонкомолотых наполнителей (графита, андезита). Очень важно, что введение наполнителя позволяет снизить усадку, ползучесть и температурные деформации полимербетона, обеспечивает полчение качесвенных железополимербетонных изделий и конструкций.

Наиболее целесообразно использовать полимербетоны в тех конструкциях, где полнее проявятся их положительные свойства, например в коррозионно-стойких конструкциях химических производств, конструкциях испытывающих сильное истирающее воздействие (водосливы гидротехнических сооржений, некоторые трубопроводы), и других специальных конструкциях и изделиях.

3. Существенным недостатком обычных бетонов является наличие разветвленной сети пор, капилляров, различных микродефектов, образующихся при формовании бетонных и железобетонных изделий, из твердении в процессе эксплуатации. Дефекты и поры понижают прочность бетона, а также его долговечность и стойкость к воздействию агрегиссивных сред, так как открывают последним доступ внутрь бетона.

Бетоны, пропитанные полимером, называются бетонополимерами. Для этого готовые бетонные или железобетонные ищделия или конструкции подвергают специальной обработке. Эта обработка включает сушку ищделий, вакуумирование, пропитку специальным составом и полимеризацию, елси для пропитки используются мономеры.

Сушка бетна проводится с целью освободить от воды поры и капилляры материала и лучше подготовить их для заполнения специальным составом. Вакуумирование обеспечивает более глубокую очистку пор и капилляров, а также удаляет из бетона воздух, который отрицательно влияет на полимеризацию некоторых мономеров. В некоторых случаях необходимые результаты достигаются и без вакуумирования.

Для пропитки используются самые различные вещества и материалы. Если необходимо только закрыть доступ внутрь бетона воде и агрессивным жидкостям и газам, то используются материалы типа петролума, разбавленных смол, битума и битумов, модифицированных синтетическими смолами, сера. Для более значительного изменения структуры и свойств бетона используют жидкие мономеры (метилметакрилат или стирол), полимеры (эпоксидные и полиэфирные смолы) и различные композиции на их основе.

Глубина попитки зависит от свойств пропитывающего состава. Вязки вещества (битумы, петралатум) пропитывают бетон на глубину 1-3см, жидкие мономеры (стирол, метилметакрилат) – 10-20см и более. Количество мономера, потребное для пропитки бетона, зависит от его пористости. Для полной пропитки плотного бетона требуется 2-5% мономера по массе (4-10% по объему), для раствора требется на 30-70% больше мономера. Легкие пористые бетоны могут впитать до 30-60% мономера.

Иногда применяют обработку бетона газом, который вследствии сложных физико-химических процессов превращается в твердое вещество, заполняющее поры бетона. Разновидность такого процесса – ократирование.

При применении жидких мономеров требуется провести их полимеризацию непосредственно в теле бетоне при помощи термокатализа – введение в мономер инициаторов полимеризации с последующим нагревом изделия до температуры 70-120С и через несколько часов жидкий мономер превращается в твердый полимер, плотно заполняя все поры и дефекты бетона.

При радиационной обработке полимеризация мономера протекает при нормальных температурах.

При нагружении полимер работает как дисперсная арматура: чем лучше его сцепление с бетоном, тоньше нить полимера, больше таких нитей приходится на единицу площади бетонополимера, тем сильнее влияние полимера на свойства материал. Т.о. по условиям полимеризации и работы под нагрузкой желательно иметь более тонкие капилляры в бетоне.

В первую очередь целесообразно производить специальную обработку полимером для повышения долговечности изделий, работающих в суровых климатических или агрессивных условиях, а также для получения изделий с особыми свойствами – износостойких, электроизоляционных, электропроводных, декоративных, газонепроницаемых и др. Широко используют пропитку полимернвми составами для ремонта и восстановления бетонных и железобетонных изделий.