Использование водорастворимых смол в качестве добавок к бетонам
В настоящее время качество бетона улучшают при введении в его состав алифатических эпоксидных, полиаминной № 89 и карбамидных смол, полимеров, являющихся продуктами переработки сланцев различного химического состава, которые отличаются воздействием и влиянием на сроки схватывания, степень пластификации, скорость твердения и плотность бетона.
Для выявления механизма воздействия смол на цементные системы могут быть использованы такие физико-химические параметры, как поверхностная активность смол, химическое их взаимодействие с цементом и продуктами его гидратации, условия полимеризации в щелочных средах. Были измерены величины поверхностного натяжения различных концентраций водных растворов смол № 89, алифатических эпоксидных (ТЭГ-11, МЭГ-1) и карбамидных (ММФ-50, МФП) на границе с воздухом и смачивающая их способность при использовании цементного клинкера и .минералов заполнителей: кварца, полевого шпата, кальцита.
Установлено (рис. 1), что эти смолы весьма незначительно снижают поверхностное натяжение водных растворов на границе с воздухом. На границе с твердой фазой происходит значительное увеличение смачиваемости (табл. 1).
Предполагается, что изменение поверхностной активности воды на границе с твердой фазой от введения водорастворимых смол является одной из основных причин снижения вязкости цементной системы, увеличения скорости гидратации вяжущего и повышения в 1J5 раза силы сцепления цементного камня с заполнителями бетона и арматурой.
Не установлено химическое взаимодействие карбамидных смол, полиоксиэтилена и полимеров, являющихся продуктами переработки сланцевых смол с цементом и продуктами его гидратации. В работе была показана возможность химического взаимодействия другой группы водорастворимых смол (№ 89 и алифатических эпоксидных), имеющих полярные группы ОН-, NH+, С1- с гидратными новообразованиями цементного камня. Карбамидные смолы медленно полимеризуются в щелочных средах с высокими значениями pH.
Все исследованные смолы (за исключением смолы N° 89) являются замедлителями схватывания цементных систем (табл. 2). При этом наиболее эффективными замедлителями являются продукты переработки сланцевых смол.
Введение добавок пластифицирует смеси. Эффект пластификации особенно сильно проявляется при использовании карбамидных и алифатических смол, длительное время сохраняющих подвижность смесей (рис. 2). В высокопластических и литых бетонных смесях добавки уменьшают водоотделение (табл. 3) и расслаивание.
Исследование изменений прочности бетона по высоте колонны (/:—,1,2 м), бетонированной в вертикальном положении, показало, что добавка смолы № 89 позволяет избежать расслаиваемое смесей.
В зависимости от влияния на кинетику твердения растворов и бетонов смолы делятся на две группы: ускорители (смолы № 89, ТЭГ-1, ДЭГ-1) н замедлители твердения (карбамидные, алкилрезорцииовые, смеси суммарных сланцевых фенолов с этиловым спиртом см. табл. 2). При этом замедление набора прочности наблюдается преимущественно в ранние сроки твердения, этот процесс частично выравнивается для составов с добавками некоторых смол только к возрасту 28 сут или позднее.
Введение в состав бетона водорастворимых смол приводит к повышению марки бетона по водопроницаемости по ГОСТ 4800—59 с В2 до В18—В20 и уменьшению кинетики капиллярного всасывания воды в 5—8 раз. Повышение плотности бетонов объясняется, по-видимому, кальматирующим действием карбамидных смол на норовую структуру .\Умён ьш ен и е пористости цементного камня при введении алифатических эпоксидных и смолы № 89 и изменения в распределении пор по размерам могут быть связаны со структурой продуктов гидратации цемента, их фазовым составом н морфологией.
Изучение с помощью сканирующего электронного микроскопа структуры н морфологии продуктов гидратации, образовавшихся поровом пространстве, где кристаллы имели относительную свободу роста, показало (рис. 3), что добавки не только изменяют дисперсность кристаллов новообразований, но меняют и их фазовый состав. В порах обычного цементного камня (рис. 3,я), вне зависимости от его минералогического состава, преобладают кристаллы гидросульфоалюмината и гидроокиси кальция. В порах цементного камня с добавками водорастворимых смол (рис. 3,6, в) наблюдаем преимущественно структуры низкоосновных гидросиликатов кальция, кристаллов гидроокиси и гидросульфоалюмината кальция мало, размеры их значительно меньше, чем в порах обычного цементного камня. Заполнение порового пространства продуктами гидратации высокой дисперсности с развитой удельной поверхностью частиц способствует уменьшению эффективного радиуса пор, что снижает водопроницаемость материала.
Водорастворимые смолы (алифатические эпоксидные и № 89), увеличивая смачиваемость цемента и заполнителей, подвижность и однородность бетонных и растворных смесей и ускоряя кинетику твердения вяжущего, повышают трещиностойкость бетонов, работающих при воздействии динамических нагрузок. Подтверждением этого являются увеличение динамической прочности бетонов
Таким образом, для повышения подвижности бетонных смесей, плотности и водонепроницаемости бетонов и уменьшения расхода цемента целесообразно использовать все исследованные водорастворимые смолы. Эффективными замедлителями схватывания цемента являются карбамидные смолы и полимеры, являющиеся продуктом переработки сланцевых смол.
В настоящее время эти смолы используются в практике строительства. Так, смола № 89 была применена Ленметростроем при бетонировании железобетонной обделки перегородных тоннелей (7500 м3 бетона), трестом Мостострой-6 для создания гидроизоляции на 5 автодорожных мостах, Мннскстроем для гидроизоляции очистных сооружений— более 1000 м2 поверхности. Карбамидные смолы добавлялись для обеспечения водонепроницаемости бетонов в трестах Череповецметаллургстрой, Главзапстрой, Главленннградстрой. Алифатические эпоксидные смолы применяются при цементировании скважин объединениями Татнефть, Оренбургнефть и на месторождении Самотлор.