Полимерцементные бетоны, их свойства и применение —
Как известно, низкомолекулярные органические вещества, введенные в минеральное вяжущее, оказывают существенное влияние на процесс структурообразования материала. Однако сами они в образовании структуры тела не участвуют. При добавлении к вяжущему высокомолекулярных органических веществ—полимеров — получаются как в качественном, так и в количественном отношениях новые материалы — полимербетоны, в которых свойства минерального вяжущего вещества и полимера взаимно дополняют друг друга.
Широкие исследования в области получения полимербетонов на различных минеральных вяжущих веществах и полимерах и их внедрения в строительную практику проводятся во Всесоюзном научно-исследовательском институте новых строительных материалов АСиА СССР.
В качестве минеральных вяжущих веществ для получения полимербетонов используются портландцемент, глиноземистый цемент, гипс, магнезиальное вяжущее. Второй компонент — полимеры. Это — натуральный или синтетический латексы, поливинилацетатная эмульсия, продукты эмульсионной полимеризации и сонолимернзации олефннов и диолефинов. Применяют также водоразбавимые фенолформальдегидные и карбамидные смолы.
Введение полимеров в растворы и бетоны по сути не меняет технологии приготовления последних. Разница лишь в том, что затворение производится не водой, а водной дисперсией полимера.
При добавлении полимеров к минеральным вяжущим повышаются упруго-эластические свойства п.х, сопротивление изгибу и сжатию, стойкость к удару. истиранию; уменьшаются водопроницаемость и модуль упругости. Свойства полимербетонов видом применяемых минеральных вяжущих веществ, а также смеси поверхностно-активными веществами, методом смешения и режимом.
Разнообразие свойств полимеров и минеральных вяжущих веществ не позволяет подробно рассмотреть все виды и свойства полимербетонов. Поскольку всего применяются и больше всего полимерцементные бетоны, получаемые при использовании синтетических латексов и поливинилацетатной эмульсии, мы на примере каучукцементных и поливннилацетатных бетонов рассмотрим два вопроса: влияние вида полимера к его количества на прочностные свойства полимерцементного бетона и некоторые факторы, влияющие на режим его твердения.
Puc. 1. Предел прочности при сжатии (слева) и изгибе (справа] поливпилацетатцементного бетона на 28 сутки при разной ПЩ — на пепластифицированиой эмульсии, 2—на пластифицированной эмульсии
Изменение предела прочности при сжатии и изгибе поливинилацетатцементного бетона при разном полимерцементном отношении — П/Ц (отношение веса полимера к весу цемента) показано соответственно на рис. 1. При гюлимерцемеитном отношении около 0,2 прочность поливинилацетатцементных бетонов максимальна; при дальнейшем увеличении П/Ц сопротивление сжатию уменьшается. Введение небольших количеств поливинилацетата в некоторых случаях приводит к снижению прочности. Это, очевидно, объясняется влиянием органических компонентов и особенно коллоидного стабилизатора на гидратацию цемента, когда полимера еще мало и он не проявляет своего действия. Предел прочности при изгибе с увеличением П/Ц изменяется подобным же образом.
Как видим, поливинилацетат повышает сопротивление сжатию и изгибу. В то же время введение полимеров, в частности латексов, в бетонные смеси снижает прочностные показатели. Это видно из рис. 2, где показано изменение прочности на сжатие и изгиб во времени (испытания проводились на образцах полимерцементных бетонов состава 1 : 3 и с П/Ц=0,2).
Известно, что прочностные свойства н жесткость дивинилстирольных латексов растут по мере увеличения количества стирола. Следовательно каучукцементные бетоны на высокостнрольном латексе должны быть прочнее. И действительно, если диопиилстирольный латекс СКС-30 (кривая 5) резко уменьшает прочностные показатели относительно обычного мелкозернистого бетона (кривая 1), то при введении латекса СКС-50 снижение прочностных показателей меньше (кривая 4). Введение же латекса СКС-65 (кривая 3), хотя несколько снижает сопротивление сжатию, но увеличивает изгибу. Поливмнмлацетатная ЭМУЛЬСИЯ зеличивает оба показателя (кривая 2).
Устройство полимерцементного пола, заключается в смешении водной дисперсии полимера с цементом и заполнителем и нанесении на выровненное основание. Это легко осуществить на домостроительном комбинате или непосредственно на строительном объекте. Полимерцементные полы применимы в общественных и промышленных зданиях, а также в кухнях, санузлах и лестничных клетках жилых зданий. При организации промышленного производства стоимость полимерцементных полов в деле будет составлять 6—10 руб. за 1 м2.
Полимерцементы находят широкое применение для устройства специальных гидроизоляционных и маслобензостонких покрытий. Использование полимербетонов для ремонта бетонных дорожных и аэродромных покрытий позволит поддерживать эти сооружения в образцовом порядке при небольших затратах (относительная влажность 35—40%). Наиболее интенсивно твердение идет в течение первых десяти суток.
Прочность поливинилацетатцементных бетонов достигает через 6 месяцев 520 кг/см2 при сжатии и 190 кг/см2 — при изгибе, против 410 и 75 кг/см2 для обычных мелкозернистых бетонов.
Особый интерес представляет процесс структурообразования в начальный период, изучавшийся нами на коническом пластометре по изменению пластической прочности во времени Эмульгатор, вводимый при полимеризации (некаль, жирные кислоты), и стабилизатор, предохраняющий эмульсию от коагуляции при добавлении цемента (поливиниловый спирт, казеин), оказывают существенное влияние на процесс структурообразования. Рис. 3 показывает изменение пластической прочности поливинилацетатцементной суспензии во времени. Прочность поливинилацетатцемента на поливинил ацетатной эмульсии, синтезированной в присутствии никеля и стабилизованной казеинатом аммония, растет медленнее, чем чистой цементной суспензии (кривая 1). При стабилизации эмульсии карбоксиметилцеллюлозой пластическая прочность растет быстрее. Поливинилацетатная эмульсия, полученная в присутствии поливинилового спирта, обеспечивает быстрое нарастание прочности (кривая 2). Однако период начального структурообразования несколько больше, чем цементного теста.
Начальный период структурообразования можно сократить, вводя известные ускорители твердения цемента. например хлористый кальций Ускорение твердения при этом находится в определенной количества хлористого кальция (рис. 4). Таким образом, изменяя количество поверхностно-активных веществ и ускорителе и твердения, можно регулировать процесс структурообразования и получать полимер-цементы заданных свойств Применение полимерцементных материалов для устройства чистых полов является первоочередной задачей. Полимерцементные бесшовные полы (холодные и теплые) обладают высокими прочностными показателями, хорошей адгезией к основанию, стойкостью к ударным нагрузкам, истиранию, водостойкостью, имеют красивый внешний вид, просты в эксплуатации. Обычно такие полы устраиваются толщиной 3—7 мм; их можно укладывать как по старому бетону (при реставрационных работах), так и по свежему и сырому бетону.