Полимербетоны на основе композиций сополимеров инден-кумароновой смолы
В ВИЛЬНЮССКОМ инженерно-строительном институте и во ВНИИТетплоизоляция исследованы бесцементные бетоны, растворы и мастики, в которых связующим служили композиции полимерных смол. Композиции отверждались при введении в их состав в качестве инициатора сополимеризации гидроперекиси кумолаи ускорителя —8% -ного раствора нафтената кобальта в стироле. Исследовались полимеррастворы и полимербетоны на основе получаемых таким образом сополимеров кумароновой смолы ИКАС-1, ИКАС-3 и JIKC-1. Заполнителями служил гранитный щебень крупностью 5—15 мм, объемной массой 1,34 г/см3, песок рядовой с модулем крупности 2,11, объемной массой 1,61 г/см3 и тонкомолотые заполнители (песок, молотый андезит, цемент, цементная пыль) с удельной поверхностью не менее 3000 см2/г.
После тщательного перемешивания связующего с отвердителем, а затем с ускорителем добавлялись высушенные заполнители. С введением каждого нового компонента смесь хорошо перемешивали в течение 3—4 мин, затем укладывали в металлические формы и уплотняли штыкованием или вибрированием на виброплощадке с амплитудой колебания 0,3 мм и частотой около 3000 кол/мин в течение 3 мин.
Предварительно опытным путем подобраны оптимальные составы с удовлетворительной удобоукладываемостью и наибольшей прочностью и плотностью при минимальном расходе связующего (табл. 1).
Определялись кубиковая и призменная прочность этих составов, прочность при растяжении и изгибе, деформативные свойства (модуль упругости и предельные деформации), прочность сцепления с гладкой арматурой d= 14 мм при глубине заделки ее 70 мм, прочность сцепления с цементным бетоном, твердость по Бринеллю и усадка.
Из составов 1, 3 и 4 изготовлены кубики 7,07x7,07X7,07 см, призмы 3X3X12 и 5x5x20 см, стандартные восьмерки размерами шейки 2,25X2,25 см и балочки 3X3X40 см, из составов 2 и 5—кубики 10X10X10 см, призмы 5X5X20 и 10x10X30 см, восьмерки размерами шейки 5X5 kiIOXIO см н балочки 5Х7Х Х55 см. Скорость нагружения образцов: при сжатии 2—3 кгс/см2 в 1 сек, при растяжении 25 кгс/сек. Продольные деформации измерялись индикаторами с ценой деления 0,01 и 0,001 мм при базе измерения 100 мм.
Усредненные характеристики испытанных составов приводятся в табл. 2.
Твердение полимербетона в нормальных условиях происходит достаточно быстро (табл. 3). Уже через 1_ сут. прочность при сжатии и растяжении составляет 55—60% 28-суточной. В возрасте 7 сут. достигается около 90% конечной прочности, а через 10—14 сут. полимербетон полностью затвердевает. Дальнейшее изменение прочности (до 360 сут.) незначительно.
Полимербетон всех составов обладает достаточной прочностью при сжатии и изгибе, повышенной деформативностью, высоким сопротивлением истиранию (на машине Гросселя не более 0,005 г/см2), хорошим сцеплением с металлом, бетоном, деревом и силикатными материалами. Склеенные сухие и даже влажные (предварительно 7 сут. хранившиеся в воде) половинки стандартных восьмерок из цементного раствора и полимерраствора разрушались по цементному раствору (прочность при растяжении до 35—40 кгс/см2).
Составы на основе смолы JIKC-1 характеризуются лучшими прочностными показателями. Связующие ЙКАС показали значительную деформативность при кратковременном нагружении, но являются и более хрупкими. Удельная ударная вязкость ИКАС-1 составляет 1—1,3 кгс/см2, ИКАС-3—2 кгс/см2, J1KC-1—3—3,5 кгс/см2. Таким образом, различные соотношения составляющих позволяют изменять физико-механические свойства связующих и материалов на их основе.
Известно, что режим твердения полимербетона сильно влияет на его физико-механические свойства. Увеличение влажности заполнителей замедляет скорость твердения, плотность и прочность полимербетона. Снижение прочности зависит от содержания влаги в заполнителях и вида мелкодисперсного заполнителя. Вода в количестве 3—4% от массы связующего уменьшает конечную прочность образцов при сжатии и растяжении на 20—40°/о. Белее чувствительны к воздействию злата составы, содержащие цементную пыль и цемент. ПОЭТОМУ все заполнители перед смешиванием их со связующим должны быть хорошо просушены.
Прогрев заполнителей, связующего и свежесформированных образцов до температуры, не превышающей 60°С, увеличивает скорость полимеризации вяжущего. Образцы, испытанные в возрасте 1 сут., показали 100%-ную прочность при сжатии и растяжении. Более жесткие режимы термообработки замедляют скорость твердения и снижают прочность образцов. Это связано, по-видимому, с деструкцией вяжущего.
Существенным недостатком некоторых полимербетонов является значительное снижение прочности при длительном пребывании их в водной среде (водостойкость) или в Нормальных условиях (старение). Проведены опыты по определению водостойкости полимербетона в зависимости от возраста, в котором он погружался в воду, и времени выдерживания в Годной среде. Образцы в возрасте 1, 2, 7 и 28 сут. погружали в воду (20°С±1°) и хранили в ней от 1 до 360 сут. Контрольные образцы хранили при этой же температуре и относительной влажности 60—70%. Полимербетон 1—2-суточного возраста, погруженный в воду, продолжает твердеть, но набирает меньшую прочность, чем контрольные образцы. Снижение прочности 28- суточного полимербетона составляет соответственно 30 и 7%. На прочность затвердевшего полимербетона водная среда, воздействующая в течение 360 сут., практически не оказывает влияния — водопоглощение не превышает 1%.
Усадочные деформации полимербетона исследовались на призмах 50X50X200 мм и измерялись датчиками сопротивления с базой 25 мм и индикаторами с ценой деления 0,001 мм. Измерение деформаций начиналось сразу после заливания форм полимербетонной смесью. Распалубка образцов производилась через 12—20 час того момента измерение усадочных деформаций дублировалось индикаторами. Такая методика позволила измерять усадочные деформации с -момента приготовления полимерных составов.
В первые 3—6 ч усадочные деформации относительно малы. Затем скорость деформаций резко возрастает и уже через 2 сут. достигает около 90% полной усадки. В последующее время усадочные деформации постепенно затухают и ввозрасте 20 сут. -они составляют 22-10-4 (полимерраствор) и 10-10~4 (полимербетон).
Композиции полимерных смол и составы на их основе стзй- ки к воздействию агрессивных сред. На рис. 1 показано изменение массы и прочности отвержденных композиций ИКАС-1 и ИКАС-3 в растворах H2SO4 и NaOH. Изменение массы и прочности образцов при длительном воздействии 50%-ного раствора серной кислоты и 40%-ного раствора едкого натра весьма незначительно. То же -можно сказать о составах, выдержанных в 50%-ной азотной кислоте, в растворах соляной кислоты и в 20%-ном растворе уксусной кислоты.
При более высоких концентрациях растворов H2SO, композиции на основе связующих ИКАС-1 и ИКАС-3 разрушаются, одиако композиции на основе ЛКС-1 стойки и к воздействию 70 % -кого раствора J+SD/. Ниэха стойкость последовательных полимериых связующих к воздействию органических растворителей (хетоны, нефтепродукты, ароматические соединения и т. п.).
Производство связующих ИКАС и ЛКС освоено Вильнюсским химическим заводом «Швитурис». Выпуск их в 1970 г. составил 300—400 т. Стоимость 1 кг связующих в комплекте с агентами сополимеризации (по ценам 1968 г.); ИКАС-1 — 0,84 руб., ИКАС-3—0,8 руб.. и ЛКС-1—1,3 руб.
Композиции ИКАС используются в Литовской ССР для получения монолитных покрытий полов. Площадь покрытий, уложенных взамен применявшихся ранее релиновых, линолеумных и терраццевых покрытий полов, составляет около 750 тыс. м, расход связующих на 1 м2 покрытия пола равен 2,7 кг, а стоимость 1 м2 полимерного покрытия полов на основе связующих ИКАС—3,13 руб.
Стоимость полимербетона состава № 1 равна 250 руб/м1, № 2—192, № 3—186, № 4—349, № 5—268 руб/м3.
Нормы проектирования, области применения и правила производства работ при устройстве полов регламентируются «Инструкцией по проектированию и (устройству пластбетонных покрытий полов промышленных и общественных зданий (на основе связующего пластбетона ИКАС-1), утвержденной Госстроем Литовской ССР. Схемы конструкции полов показаны а а рис. 2. В гг. Палаиге и Друскининкай покрытия полоз площадью 300—400 м2 эксплуатируются с 1964 г. без ремонта. Помещения с этими полами сезонные, в зимнее время на отапливаются. На Каунасском заводе ацетатного шелка танин покды- тия уложены в производственных цехах в 1965 г. площадью около 30 тыс. м2. В настоящее время они находятся а хорошем состоянии. Срок эксплуатации полимербетонных покрытий на основе связующего ИКАС (по предварительной оценка состояния полов действующих объектов составит 15—20 лет.
Связующее ЛКС-1 использовано для антикоррозионной защиты внутренних поверхностей дымоходных труб тепловых электростанций вместо предусмотренных тея:- вым проектом эпоксидных шпаклевок. Применение такого связующего на второй дымоходной трубе Литовской ГРЭС (г = =250 м) позволило сэкономить 52 тыс. руб.
ВНИПИ Теплопроект и ВНИИТеплоизоляцня взамен асбеста в качестве армирующего компонент- антикоррозионного покрытия дымоходных труб вводить в отстав добавки асбеста в количестве 2—3% от массы покрытия Это дозволяет увеличить толщину слоя антикоррозионного сокрытая и улучшить его качество без дополнительных затрат труда, подобная конструкция антикоррозионной защиты (ркс. Z) применена на третьей дымоходной трубе Литовской ГРЭС.
Выводы
Предлагаемый полимербетон обладает достаточней механической прочностью и адгезией к цементному бетону, мета.ялу и силикатным материалам. Он стоек к воздействию воды, щелочей и электролитов.
Использование связующих различного состава дает возмтжность получать полимербетоны с заранее заданными физико- механическими и химическими свойствами.
Широкий диапазон прочностных позволяет использовать полимербетон в качестве антикоррозионных покрытий.