Отверждение полимербетонов при отрицательных температурах
В НИИЖБе проведена работа по изучению влияния отрицательных температур па кинетику процесса отверждении полимербетонов ФАМ. Было высказано предположение, что в таких бетонах па обычных отвердителях При отрицательных температурах сшивка молекул в пространственную структуру возможна, хотя эти процессы будут протекать значительно медленнее, чем при обычных условиях или использовании многокомпонентных отвердителей.
Опытные образцы готовили из полимербетонов, содержащих: мапомера ФАМ — 9—10%, бензосульфокислоты (БСК) —2,5%, ацетона — 6,5% (от веса БС1\), кварцевой муки—17%, песка кварцевого — 26%, щебня гранитного 45%. Образцы-кубики 100x100X100 мм формовались в металлических формах на лабораторной виброплощадке в течение 1,5—2,0 мин. Часть образцов отверждалась при 18—20°С, а остальные вместе с формами помещали в морозильные камеры с температурой —5° и —20°С.
Кратковременная прочность контрольных образцов При испытании на сжатие равнялась 730 кг/см2. количество экстрагируемых веществ составляло 6,5%, что соответствует полноте отверждения 93,5 %.
Образцы, помещенные в морозильную камеру, испытывались на сжатие через 7, 14, 28 сут. и далее через 2, 4 и 6 мес. (табл.)
Изменение прочное 1 и образцов полнмербе юна ФДМ в зависимости от времени и температуры отверждения
Рисунок показывает, что при температуре —5°С процессы сшивки молекул связующего на мономере ФАМ протекают значительно медленнее, чем при обычной температуре. Понижение температуры до —20°С замедляет эти процессы еще в большей степени, однако даже при этой температуре сшивка молекул не прекращается.
Увеличение прочности, которая является функцией степени отверждения, с течением времени замедляется. Через 6 мес. при температуре —5°С прочность образцов составляет примерно 600 кг/см2, что соответствует 82% прочности, получаемой в нормальных условиях, а при —20°С соответственно 4 00 кг!см2 и 65 %.
Экстраполирование кривых кратковременной прочности показывает, что При —20°С нельзя получить степень отверждения более 80—85%, а следовательно, и максимально возможных физико-механических характеристик полимеров. В большинстве случаев процессы отверждения натурных конструкций протекают в изотермических условиях с выделением значительного количества тепла за счет реакций полимеризации или поликондеисации.
В первоначальный момент по всему сечению изделия имеется равномерное температурное поле 6. С началом процесса отверждения вследствие экзотермического эффекта и относительно низкой теплопроводности полимербетонов температурное поле становится неравномерным с максимумом в центре изделия. По мере развития процесса этот эффект усиливается, и разность температур между периметром изделия и его центром быстро возрастает. Это приводит к тому, что в зоне с более высокой температурой пространственная сшивка молекул протекает значительно быстрее и подвижность цепей молекул по сечению образца подчиняются сложному закону распределения. Таким образом к моменту полного отверждения связующего в центре образца, на границе с периметром глубина превращения связующего имеет промежуточное значение.
При отверждении таких систем в изотермических условиях и без последующего прогрева во многих случаях также не удастся достигнуть глубины превращения более 90%. Б полимербетоне возникают значительные внутренние напряжения, которые могут привести к появлению микротрещин и нарушению целостности материала.
Изделия, отверждаемые при отрицательных температурах, имеют меньшие внутренние напряжения по сравнению с аналогичными, отверждаемыми при обычной температуре. Это объясняется тем, что длительность процесса и отсутствие температурных перепадов по сечению образца способствуют релаксационным процессам и образованию структуры с минимальным количеством микротрещин Если образцы, отвержденные при отрицательной температуре, поместить в условия с температурой 18— 20°С, очи довольно быстро набирают прочность, близкую прочности контрольных образцов (кривая 4). При этом в(смя, необходимое для набора максимальном прочности, уменьшается пропорционально степени отверждения в морозильной камере.
Выводы
Экспериментально подтверждена принципиальная возможность отверждения полимербетонов на мономере ФАМ при отрицательных температурах до —20°С.
Длительность процессов отверждения при отрицательных температурах и отсутствие значительных температурных перепадов по сечению образца способствуют релаксации внутренних напряжении и образованию структуры с минимальным количеством микротрещин.
При повышении температуры до 18-20°С полимербетоны на мономере ФАМ сравнительно быстро набирают прочность, не отличающуюся от прочности контрольных образцов.