Модификация строительных материалов полимерами

Одним из эффективных направлений улучшения свойств традици­онных материалов - бетона, дерева, естественного камня, битума и пр. считается обработка их полимерами. Модификацию строитель­ных материалов полимерами осуществляют следующими приемами: введением полимеров в бетонную или растворную смесь при пере­мешивании; пропиткой полимерами готовых изделий; нанесением полимерных покрытий на поверхности; введением полимерных воло­кон и заполнителей.

Материалы, модифицированные полимерами, характеризуются повышением прочности при всех видах механического загружения, но особенно при растяжении; улучшением деформативных характе­ристик, выражающихся в уменьшении жесткости, несколько большей предельной деформативности; повышенным сопротивлением дина­мическим воздействиям благодаря проявлению свойств высокой эла­стичности полимеров; повышением химической стойкости, водо­стойкости и водонепроницаемости; уменьшением истираемости; по­вышением адгезии, т.е. способности сцепляться с другим материалом и служить в качестве клеящего состава. С этой же целью в древности в известковые растворы добавляли творог, сыр, яйца, кровь живот­ных - органические вещества.

Строительные материалы, модифицированные полимерами, мож­но полностью отнести к композиционным материалам. В данном случае роль первичной фазы матрицы играет модифицированный материал, а роль вторичной фазы - полимерная добавка.

Ниже приводятся примеры модификации некоторых материалов полимерами.

Модификация бетонов

Полимерцементный бетон - это цементный бетон с полимерной добавкой, составляющей 10-20% от вяжущего. Правильнее цемент- нополимерный бетон, но название укоренилось с начала применения таких бетонов (растворов). От обычных цементных бетонов он отли­чается повышенными свойствами за счет затвердевшего полимера, который, равномерно распределяясь в цементном камне, как бы ар­мирует его. По виду минерального связующего могут быть составы полимерцементные (портландцемент, пуццолановый и т.п.), полиме- ризвестковые и полимергипсовые.

Добавками служат различные высокомолекулярные органические соединения, наиболее распространенные поливинилацетат (ИВА), лагексы, водорастворимые эпоксидные смолы и др. Добавки вводят в бетонную смесь при ее приготовлении.

Влияние полимерной добавки на прочность полимерцемента свя­зано с условиями твердения и вида полимера. Например, присутствие ПВА придает полимерцементному бетону высокую прочность при растяжении и изгибе, что проявляется только при твердении в воз- душно-сухих условиях (влажность воздуха 40-50%). Прочность при сжатии для сухого полимерцементного бетона меньше, чем для обычного бетона, твердеющего во влажных условиях (влажность 90- 100%). Такие же закономерности характерны и для полимерцемент- ных бетонов с другими полимерными добавками.

Усадка полимерцементных бетонов с добавкой Г1ВА и латексов в несколько раз выше чем у обычного бетона. Такое увеличение усадки связано с процессом пленкообразования полимера. Пленка, обладая высокой адгезией к составляющим, стягивает скелет цементного камня и увеличивает тем самым общую усадку. Для составов с водо­растворимыми полимерами характерно снижение усадки по сравне­нию с обычными бетонами. Также уменьшаются деформации ползу­чести, что объясняется повышенной плотностью бетона и уменьше­нием дефектов в структуре бетона.

Например, бетоны с водорастворимыми полимерами нормально- влажного твердения способны выдержать 150...300 циклов по­переменного замораживания и оттаивания.

Полимерцементные бетоны имеют повышенную стойкость к дей­ствию морской воды и щелочей. Полимерцементные бетоны с ПВА удовлетворительно сохраняют свойства в маслах, керосине и других неполярных средах, но снижается прочность в жирах. По износо­стойкости полимерцементные бетоны превосходят цементный бетон в 15-20 раз.

Применяют полимерцементные бетоны для полов промышленных зданий, ремонта дорожных и аэродромных покрытий, для замоноли- чивания стыков и заделки швов железобетонных конструкций, анти­коррозионных покрытий и пр.

Бетонополимеры - это затвердевшие бетоны, пропитанные поли­мером. Бетоны имеют микротрещины, каверны, пустоты, которые понижают его прочностные характеристики, снижают водостойкость и т.п. В плотном бетоне объем пор может составлять 8-20%. Для про­питки используют жидкие мономеры (метилметакрилат или стирол), полимеры (эпоксидные и полиэфирные смолы) и различные компо­зиции на их основе. Раньше для повышения стойкости бетона приме­няли битумы, которыми пропитывали сваи, части фундаментов и др.

Современная технология производства бетонополимерных изде­лий состоит из следующих операций: изготовление бетонных изде­лий обычным путем; высушивание при температуре 110°С в течение 10-20 ч; вакуумирование бетона для удаления воздуха и паров воды из перового пространства; пропитка мономером под давлением; от­верждение мономера в порах бетона.

Прочность бетонополимера на сжатие повышается в 2-10 раз по сравнению с исходным бетоном. Прочность на растяжение увеличи­вается в 3-10 раз. Соответственно возрастает его прочность на изгиб. С увеличением содержания полимера в бетоне, прочность бетонополи­мера возрастает. Увеличивается стойкость бетонополимеров в агрес­сивных средах и водонепроницаемость, морозостойкость может пре­вышать 5000 циклов. Однако многоступенчатость технологии и по­требность специального оборудования для пропитки и отверждения мономера повышает стоимость изделия, ограничивает размеры.

В настоящее время разработан метод пропитки бетона эксплуа­тируемых железобетонных конструкций мономером метилметакри- латом. При этом бетон просушивается до остаточной влажности 1- 2%, снижается летучесть мономера путем взедения парафинов, и соответствующие отвердители полимеризуют композицию в тече­ние нескольких часов.

Бетоны с полимерным заполнителем (фибробетон). В бетон вводят полимерные волокна, например, из полипропилена длиной до 100 мм. Полипропилен не смачивается и обладает водоотталки­вающими свойствами и поэтому в бетоне отсутствует физико- химическая связь. Сцепление волокон с бетоном носит механиче­ский характер. Бетон с полимерными волокнами характеризуется повышенной прочностью на изгиб и растяжение по сравнению с не- армированными бетонами: обладает малой деформативностыо, по­вышенной трещиностойкостью, ударной прочностью, удовлетвори­тельной огнестойкостью. Применяется для чеканочных композиций, в дорожных покрытиях, сваях и др.

Введение в ячеистые бетоны гранул пенополистирола дает воз­можность получить теплоизоляционные материалы М300...400.

Бетоны с полимерными покрытиями. Бетонные и железобетон­ные конструкции проницаемы для жидкостей и газов, находящихся под давлением, нестойки против многих химически агрессивных сред, обладают высоким водопоглощением, плохими диэлектриче­скими свойствами, имеют шероховатую поверхность. Для устранения этих недостатков на поверхности бетона устраивают защитные по­крытия.

К ним предъявляются следующие требования: высокое сцепление с поверхностью бетона; высокая прочность, эластичность и трещино- стойкость, низкая проницаемость для агрессивных сред; долговеч­ность и экономичность.

Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяют покры­тия на полимерной основе: лакокрасочные, мастичные, полимерце- ментные, пленочно-плиточные, листовые. Большое применение за рубежом нашли эпоксидные составы для мостовых, аэродромных по­крытий, что защищает проезжую часть от износа.

Бетоны в пенопластовой опалубке. Для возведения стен мало­этажных домов применяют пустотелые блоки из пенополистирола, служащие опалубкой, в которую устанавливают арматуру и уклады­вают бетон. Таким образом получают слоистые монолитные желе­зобетонные стены с теплоизоляцией. Поверхность стен затирают мас­тиками.