Применение в сантехнических сооружениях бетонов, модифицированных низкомолекулярным полиэтиленом
Долговечность наливных и очистных сооружений, выполненных из бетонных и железобетонных конструкций, неразрывно связана с водонепроницаемостью цементного бетона.
Водонепроницаемость гидротехнических сооружений, находящихся под воздействием гидростатического давления жидкости, повышают, создавая более плотный внутренний слой бетона, наносимый торкретированием. Как правило, торкретирование производится в 2 слоя с доведением общей толщины до 25— 30 мм.
Толщина слоя уменьшается и сокращается трудоемкость работ при торкретировании с повышением водонепроницаемости защитного слоя бетона. Для этого использовали добавку низкомолекулярного полиэтилена (ТУ 16-01-694-72), являющегося побочным продуктом производства полиэтилена низкой плотности. При нормальной температуре низкомолекулярный полиэтилен (НМПЭ) представляет собой вязкую пасту объемной массой 0,92—0,96 г/см3, обладающую значительной адгезией к поверхности минеральных наполнителей. НМПЭ устойчив к воздействию воды, кислот, щедочей и не оказывает химического воздействия на процессы гидратации и твердения цементного вяжущего, в отличие от других термопластичных полимеров, вводимых в бетонную смесь с водой затворения.
Технология введения добавки НМПЭ, допускающая укладку полимерцемеитиой смеси торкретированием, предусматривает отдельную операцию приготовления пасты, представляющей собой смесь
НМПЭ с песком в соотношении 1 :20 по массе. Такую пасту можно приготовить в стандартных смесителях принудительного действия при температуре 80—90°С (температура плавления НМПЭ), специально оборудованных электронагревательными устройствами (ТЭНами).
В наших экспериментах использовали растворомешалку марки СО-26-А, емкостью 80 л, оборудованную четырьмя ТЭНами по 0,5 кВт каждый. На приготовление 60 кг пасты в растворомешалке затрачивается 10 мин.
Обработанный НМПЭ песок хорошо рассыпается, что позволяет модифицировать оставшуюся часть песка при механическом перемешивании с пастой в бетономешалке непосредственно на месте производства работ. Дальнейшее приготовление сухой смеси и торкретирование осуществляют по обычной технологии.
Предлагаемый способ введения добавки позволяет разместить основную массу НМПЭ в зонах контакта цементного камня с заполнителем и определяет водонепроницаемость и долговечность конструкций. Наличие гидрофобных пленок ПЭ в этих зонах, уменьшая пористость цементного камня, снижает проницаемость бетона. Одновременно с. эти:, повышается трещиностойкость и ударная прочность полимерцементного бетона.
Проведенные электронно-микроскопические исследования показали, что изменение свойств цементного бетона, модифицированного НМПЭ, связано с образованием тонких дискретных полимерных пленок в зонах контакта цемеитиов камня с заполнителем. Свойства полимера, покрывающего поверхность минеральных материалов (подложку) в виде тонкой пленки, отличны от исходных. Это объясняется образованием на поверхности подложки адсорбционного «граничного» слоя, в котором в результате изменения надмолекулярной структуры происходит переход полимера в высокоэластичное состояние. В результате резко возрастают силы взаимодействия между полимером и поверхностью минеральных заполнителей, уплотняется контактная зона и улучшается структура бетона.
Подобный эффект достигается при добавке 0,5—3% НМПЭ по массе к цементу, что соответствует условно осредненной толщине пленки на поверхности заполнителей в пределах 0,1—0,2 мкм.
Адгезию и водонепроницаемость полимерцементного раствора в зависимости от содержания НМПЭ в композиции исследовали на образцах состава 1 :3. Адгезию определяли методом отрыва от бетонной поверхности штампа из полимерцементного раствора, предварительно нанесенного на нее торкретированием.
Отношение прочности при отрыве полимерцементного раствора к пределу прочности цементного раствора без добавки в зависимости от содержания НМПЭ в полимерцементной смеси показано на рис. I.
Кинетику усадки полимерцементиых композиций исследовали на образцах размером 4X4X16 см, приготовленных на портландцементе Волжского завода и Вольском песке в соотношении 1:3. Первые замеры линейных размеров образцов производили после 7 сут твердения в эксикаторах над водой. Дальнейшие изменения линейных размеров фиксировали при хранении образцов на воздухе при температуре 15—20°С. Из представленных экспериментальных данных видно, что введение в бетонную смесь до 3% НМПЭ по массе к цементу увеличивает адгезию полимерцемеитных составов к бетонной поверхности и в 2—3 раза повышает водонепроницаемость образцов полимерцементкого раствора по сравнению с аналогичными составами без добавки. С увеличением количества НМПЭ в растворной смеси (рис. 2) усадка материала снижается, а длительность процесса увеличивается, что объясняется уменьшение степени влагоотдачи в условиях естественного твердения.
Сухую смесь приготовляли по описанной выше схеме (рис. 4). Содержание НМПЭ в смеси составляло 3% по массе к цементу. Смесь подавали к месту торкретирования автотранспортом. Работы производили с помощью типовой торкрет-установки марки СБ-67. Торкретируемый раствор наносили одним слоем толщиной 10—15 мм вместо 25— 30 мм по проекту. При этом уменьшалось пыление смеси и число частиц заполнителя, отскакиваемых от наносимой поверхности, а также снижалась шероховатость защитного слоя из полимер-цементного раствора по сравнению с поверхностью из цементного бетона без добавки. Это связано с увеличением прилипаемости покрытых полимером частиц наполнителей.
Последующие испытания резервуара показали, что его стены и днище удовлетворяют требованиям по водонепроницаемости.
Экономический эффект от внедрения раствора, модифицированного НМПЭ на очистных сооружениях в Казани, составил 1,73 р. на 1 м2 поверхности. Единичные затраты на оборудование смесителя СО-26-А электрообогревательными устройствами составили всего 61,95 р., в том числе материалы 49,63 р. и рабочая сила—12,33р.
Таким образом, цементные бетоны, модифицированные НМПЭ, можно успешно применять в качестве водонепроницаемого слоя в бетонных напорных водоводах, основаниях насосных станций, при устройстве небольших плотин и подобных сооружений.
Цементный бетой, модифицированный НМГТЭ, внедрен на строительстве отстойника; осуществлено торкретирование внутренней поверхности железобетонного резервуара площадью около 2 тыс.