Применение эпоксидных клеев для сборных железобетонных конструкций при отрицательных температурах
Клеевые составы на основе эпоксидных смол находят все более широкое применение в различных областях строительной техники. В частности, такие составы уже несколько лет успешно применяются для омоноличивания бетона в стыках сборных элементов пролетных строений железобетонных мостов.
В связи с необходимостью строительства автодорожных железобетонных мостов в северных районах страны стала актуальной проблема отверждения эпоксидных смол при отрицательной температуре.
Процессы отверждения эпоксидных смол при отрицательной температуре изучены недостаточно; по имеющимся сведениям, чаще всего работы велись по подбору ускорителей процесса отверждения.
Авторами выполнено исследование и изучено каталитическое действие фуритового спирта (ФС) и этиленгликоля (ЭГ) на процесс отверждения эпоксидных смол полиэтиленполнаминами. Кроме того, был применен новый отвердитель АФ-2. Исследованные клеевые составы приведены в таблице.
Изучение кинетики полимеризации клеевых составов при отрицательной температуре велось методом экстрагирования их ацетоном через 1, 10, 30, 45 и 60 сут., а также механическими испытаниями на сжатие образцов-кубиков размером 2X2 см.
Корезионную прочность клея оценивали при механических испытаниях но следующим методикам:
при стажатии — по ГОСТ 4651—66; при изгибе по ГОСТ 4648—68; при растяжении — по ГОСТ 4646—49.Прочность клеевого шва на срез определялась механическими испытаниями двух видов опытных образцов: попарно склеенных металлических пластин размерами 40X40X10 мм и попарно склеенных бетонных кубиков размерами 70Х Х70Х70 мм (по шесть образцов). Общий вид образцов и схема механических испытаний приведены на рис. 1.
Кинетика полимеризации выбранных составов определялась полнотой полимеризации н прочностью при сжатии в возрасте 1, 10, 30, 45, 60 сут. Отверждение клеевых составов происходило при температурах от +,18 до +20 и —20°С. Результаты испытаний приведены на рис. 2.
Полнота полимеризации при отверждении клея при положительной температуре через сутки достигает 70—75°/о- и в дальнейшем продолжает возрастать очень медленно. Прочность клеев тех же составов сравнительно быстро увеличивается в течение первых суток отверждения, однако изменение прочности не соответствует изменению степени полимеризации, и процесс нарастания прочности растянут во времени. Это несоответствие еще более разительно при отрицательных температурах. Полнота полимеризации клеевых композиций, отверждаемых при температуре —20°С, через 60 сут. меньше значений полимеризации для составов, отверждаемых в течение суток при температуре +20°С. Это объясняется тем, что при отрицательной температуре вязкость составов резко возрастает, химический процесс взаимодействия между их функциональными группами и процесс структурирования значительно замедляется.
Исследования кинетики полимеризации эпоксидных составов по нарастанию их механической прочности при сжатии, изгибе и растяжении показали, что (рис. 2, 3) при температуре от+18 до +20°С нарастание прочности клея всех изучавшихся составов происходит более интенсивно в начальный период времени, достигая через 10 суток значений, составляющих 70—80% максимального значения прочности,, которое наблюдается в составах клея практически через 30 сут. При температуре —20°С процессы полимеризации и структурообразования протекают значительно медленнее в сравнении с отверждением этих же составов клея при температуре от +18 до +20С (¦например, при температуре —203С прочность отвержденных составов клея в возрасте 40 сут. не достигает значений, полученных в клее тех же составов, отвержденных при температуре от —18 до +20°С в течение 10 сут.). Вместе с тем установлено, что полимеризация клеевых композиций на основе эпоксидных смол продолжается и при понижении температур до —20°С, а в некоторых составах через 10—20 сут. прочности клея достигает величины, достаточной для практического использования а строительстве. Это подтверждается испытаниями на срез склеенных образцов (рис. 4), в которых при использования применяемых в практике мостостроения клеевых составов, отвержденных при температуре —20°С, прочность шва через 10 сут. превысила 25 кгс/см2 в бетонных образцах и 60 кгс/см2 при склеивании стальных пластин.
Выводы
Все исследованные в работе ускорители оказывают каталитическое действие на процесс полимеризации эпоксидных смол полиэтилен.
Процесс полимеризации всех изучавшихся составов эпоксидного клея не прекращается с понижением температуры до —20°С и может регулироваться изменением составляющих их компонентов.