Техника полимеризации. Полимеризация бетона


Время застывания бетона: теория полимеризации. Влияющие факторы

Чтобы эффективно спланировать все строительные работы, нужно знать, сколько времени застывает бетон. И здесь есть ряд тонкостей, которые во многом определяют качество возведенной конструкции. Ниже мы подробно опишем, как происходит высушивание раствора, и на что нужно обращать внимание при организации сопутствующих операций.

Чтобы материал получился надежным, важно правильно организовать его высушивание

Теория полимеризации цементного раствора

Чтобы руководить процессом, очень важно понимать, как именно он происходит. Именно поэтому стоит заранее изучить, что представляет собой застывание цемента (узнайте здесь, как сделать вазоны из бетона).

На самом деле этот процесс является многоступенчатым. В него входят как набор прочности, так и собственно высыхание.

Давайте рассмотрим эти стадии более подробно:

  • Затвердевание бетона и других растворов на основе цемента начинается с так называемого схватывания. При этом находящееся в опалубке вещество вступает в первичную реакцию с водой, благодаря чему начинает приобретать определенную структуру и механическую прочность.
  • Время схватывания зависит от множества факторов. Если взять за эталон температуру воздуха в 200С, то для раствора М200 процесс стартует примерно через два часа после заливки и длится около часа-полутора.
  • После схватывания происходит отвердевание бетона. Здесь основная масса цементных гранул вступает в реакцию с водой (по этой причине процесс иногда называют гидратацией цемента). Оптимальными условиями для гидратации является влажность воздуха около 75% и температура от 15 до 200С.
  • При температуре ниже 100С есть риск, что материал так и не наберет проектную прочность, вот почему для работы в зимний период нужно применять специальные антиморозные добавки.

График набора прочности

  • Прочность готовой конструкции и скорость отвердевания раствора взаимосвязаны. Если состав будет терять воду слишком быстро, то не весь цемент успеет прореагировать, и внутри конструкции сформируются очаги низкой плотности, которые могут стать источником трещин и других дефектов.

Обратите внимание! Резка железобетона алмазными кругами после полимеризации часто наглядно демонстрирует неоднородную структуру плит, залитых и просушенных с нарушением технологии.

Фото распила с явно видными дефектами

  • В идеале до полного отвердения раствору требуется 28 суток. Впрочем, если к конструкции не выдвигаются слишком строгие требования по несущей способности, то можно начинать ее эксплуатировать уже через три-четыре дня после заливки.

Практические рекомендацииФакторы, влияющие на застывание

Планируя строительные или ремонтные работы, важно верно оценить все факторы, которые будут влиять на скорость обезвоживания раствора (читайте также статью «Неавтоклавный газобетон и его особенности»).

Специалисты выделяют следующие моменты:

Процесс виброуплотнения

  • Во-первых, важнейшую роль играют, условия окружающей среды. В зависимости от температуры и влажности залитый фундамент может либо высохнуть буквально за несколько дней (и тогда не наберет проектную прочность), либо оставаться мокрым больше месяца.
  • Во-вторых – плотность укладки. Чем плотнее материал, тем медленнее он теряет влагу, а значит, более эффективно происходит гидратация цемента. Для уплотнения чаще всего используется виброобработка, но при выполнении работ своими руками можно обойтись и штыкованием.

Совет! Чем плотнее материал, тем сложнее его обрабатывать после упрочнения. Вот почему для конструкций, при возведении которых применялось виброуплотнение, чаще всего требуется алмазное бурение отверстий в бетоне: обычные буры слишком быстро изнашиваются.

  • Состав материала также оказывает влияние на скорость протекания процесса. Главным образом темпы обезвоживания зависят от пористости наполнителя: керамзит и шлак накапливают микроскопические частицы влаги, и отдают их куда медленнее, чем песок или гравий.
  • Также для замедления сушки и более эффективного набора прочности широко применяются влагоудерживающие добавки (бентонит, мыльные растворы и т.д.). Конечно, цена конструкции при этом возрастает, но зато не нужно беспокоиться о преждевременном пересыхании.

Модификатор для бетонов

  • Кроме всего вышеперечисленного инструкция рекомендует обращать внимание и на материал опалубки. Пористые стенки из необрезной доски оттягивают из краевых участков значительное количество жидкости. Потому для обеспечения прочности лучше использовать опалубку из металлических щитов или же укладывать внутрь дощатого короба полиэтиленовую пленку.

Пористая опалубка активно «тянет» влагу из материала

Советы по организации процесса

Самостоятельная заливка бетонных фундаментов и полов должна осуществляться по определенному алгоритму.

Чтобы удержать влагу в толще материала и способствовать максимальному набору прочности, действовать нужно так:

  • Для начала выполняем качественную гидроизоляцию опалубки. Для этого деревянные стенки покрываем полиэтиленом или используем специальные пластиковые разборные щиты.
  • В состав раствора вводим модификаторы, действие которых направлено на уменьшение скорости испарения жидкости. Также можно применять добавки, позволяющие материалу быстрее набирать прочность, но стоят они довольно дорого, потому и применяют их в основном в многоэтажном строительстве.
  • Затем заливаем бетон, тщательно его уплотняя. Для этой цели лучше всего задействовать специальный виброинструмент. Если же такого приспособления нет – обрабатываем заливаемую массу лопатой или металлическим прутом, удаляя пузыри воздуха.

Чем меньше влаги уйдет в первые дни, тем прочнее будет основание

  • Поверхность раствора после схватывания накрываем полиэтиленовой пленкой. Делается это для того, чтобы снизить потери влаги в первые несколько суток после укладки.

Обратите внимание! Осенью полиэтилен также защищает цемент, находящийся на открытом воздухе, от осадков, размывающих поверхностный слой.

  • Примерно через 7-10 дней можно демонтировать опалубку. После демонтажа внимательно осматриваем стенки конструкции: если они влажные, то можно оставить их открытыми, а вот сухие лучше тоже накрыть полиэтиленом.
  • После этого раз в два-три дня снимаем пленку и инспектируем поверхность бетона. При появлении большого количества пыли, трещин или отслоения материала увлажняем застывший раствор из шланга и снова покрываем полиэтиленом.
  • На двадцатый день снимаем пленку и продолжаем сушку в естественном режиме.
  • После того, как с момента заливки пройдет 28 суток, можно начинать следующий этап работ. При этом, если мы все сделали правильно, нагружать конструкцию можно «по полной» — прочность ее будет максимальной!

Вывод

Зная, сколько времени застывает бетонный фундамент, мы сможем правильно организовать все остальные строительные работы. Однако ускорять этот процесс нельзя, поскольку необходимые эксплуатационные характеристики цемент приобретает только тогда, когда отвердевает в течение достаточного времени (узнайте также как построить бетонный погреб).

Более подробная информация по данному вопросу изложена на видео в этой статье.

rusbetonplus.ru

Техника полимеризации

К процессам, разработанным для осуществления полимеризации мономера в системе пор бетона, относятся радиация, термический катализ с использованием химических инициаторов и передачей тепла с помощью горячей воды и пара и использование систем промотор — катализатор

Полимеризация бетона

Полимеризация бетона

Процесс радиации включает в себя применение у-лучей. Свободные радикалы, образуемые при поглощении энергии радиации, вступают во взаимодействие с двойными связями мономера, вызывая образование дополнительных радикалов и ускоряя таким образом рост цепи и непрерывную полимеризацию. Радиационная полимеризация пропитанного мономером бетона возможна при комнатной температуре и способна протекать без добавления инициаторов и катализаторов.

Раннее исследование бетонных систем, пропитанных метилметакрилатом, показывает, что скорость полимеризации, вызванной радиацией, больше в том случае, когда мономер находится в порах бетона, а не вне бетона. Причина этого точно не выявлена, хотя предполагается, что ускорение полимеризации может быть вызвано неустойчивостью инициатора в щелочной среде.

Повышение температуры полимеризации непосредственно влияет на ее скорость и уменьшает общую необходимую дозу радиации. В этом случае следует соблюдать большую осторожность, чтобы снизить потери мономера.

Исследовалась также обработка мономера радиацией (облучение у-излучением) с последующей термической полимеризацией при температуре 80—90°С.

Доза радиации, требуемая для удаления ингибитора (гидрохинона) из мономера метилметакрилата с содержанием гидрохинона 30—40- Ю-6 мольных долей составляет примерно 4,95х 105 рад. Дозировка для других мономеров зависит от типа и концентрации ингибитора.

Использование предварительно подогретой насыщенной мономером воды для полимеризации пропитанного мономером бетона или нагрев бетонных образцов, погруженных в насыщенную мономером воду при комнатной температуре, помогает предотвратить потерн мономера при его испарении из бетона.

Механические свойства импрегнированного раствора и бетона.

Прочность раствора и бетона значительно повышается, когда в порах этих материалов происходит полимеризация мономера. К факторам, влияющим на прочность пористых материалов, относятся общая пористость, размер и форма пор, плотность и степень кристаллизации твердого каркаса. Повышение прочности импрегнированного раствора и бетона происходит, несомненно, вследствие изменения микроструктуры цементного камня (пасты), когда сводится к минимуму эффект концентрации напряжений, и вследствие модификации зоны контакта цементной пасты с заполнителем.

Прочность.

Зависимость между прочностью на сжатие и пористостью бетонополимера, пропитанного метилметакрилатом, носит экспоненциальный характер. Однако было бы ошибочным заключить, что повышение прочности, вызванное наличием полимера в порах, равнозначно повышению прочности вследствие заполнения пор продуктами гидратации.

Установлено, что максимальная прочность, достигаемая при пропитке низкопрочного конструкционного бетона, почти столь же велика, как и получаемая при пропитке высокопрочного бетона. Это означает, что главное назначение пропитки состоит в понижении концентраций напряжений в матрице, вызванных наличием трещин, поскольку основное различие между двумя видами непропитанного бетона заключается в количестве трещин. Если трещиностойкость снижается, значит можно реализовать свойства, заложенные в преобладающей фазе (матрице).

Повышение жесткости матрицы, вызванное присутствием в порах полимера, уменьшает разницу между модулями упругости матрицы и заполнителя и, таким образом, снижает концентрации напряжений в матрице, проистекающие из-за этой разницы. Сглаживание полимером вершин трещин также приводит к снижению концентраций напряжений в матрице. Трещины в зоне контакта матрицы с заполнителем ослабляют потенциальный вклад заполнителя в прочность бетона. У низкопрочного бетона более слабое сцепление матрицы с заполнителем. При пропитке это сцепление значительно улучшается, благодаря чему и сокращается разница между вкладом заполнителя в прочность высокопрочного и низкопрочного бетона.

Было замечено, что все исследуемые полимеры повышают прочность бетонополимера, находясь в стеклообразном состоянии, тогда как в стеклообразном состоянии их упрочняющее действие минимально. Температура стеклования для полиметилметакрилата в поровой системе бетона выше, чем для того полимера в монолите, т. е. вне бетона. Это, вероятно, обусловлено эффектом действия поверхностных сил, связанных с абсорбцией или межмолекулярным взаимодействием.

Модуль упругости.

Этого и следовало ожидать, так как в значении модуля упругости матрицы из раствора уже учитываются вызванные полимером изменения затвердевшего цементного камня. Хотя соответствие обычно хорошее, все же при прогнозировании на основе этих моделей могут встречаться отклонения в модуле упругости бетонополимера (выраженного как функция от модуля упругости полимера), составляющие до 36%. Вероятно, эта разница объясняется размером пор и стереохимией полимера в микро-поре, поскольку за основу принимают значение модуля упругости для составляющих, находящихся вне бетона.

Улучшение сцепления между матрицей и заполнителем при пропитке мало отражается на модуле упругости раствора и бетона. В уравнениях не содержится коэффициентов, учитывающих концентрацию напряжений, и при измерениях модуля упругости ее влияние оказывается минимальным.

По мере увеличения степени высушивания повышаются прочность и модуль упругости.

Вязкость разрушения.

Вязкость разрушения повышается здесь прежде всего вследствие понижения концентраций напряжений в матрице, изменения полей напряжения вокруг трещины и изменения контактной зоны матрицы и заполнителя. Заполнители действуют в бетоне как «гасители» трещин, обычно заставляя развивающуюся трещину огибать зерна заполнителя и повышая потребность в энергии для образования трещины. В бетонополимере излом обычно проходит по заполнителю, поскольку прочность и жесткость бетона, как правило, повышаются.

Работа трещинообразования значительно увеличивается вследствие повышения прочности сцепления в зоне контакта матрицы и заполнителя. Однако и непропитанный, и импрегнированный бетон обладают малой пластичностью. Изменение контактной зоны вследствие полимеризации метилметакрилата не придает композиции пластичности и не ведет к какому-либо повышению вязкости, которым сопровождается увеличение пластичности.

Подчеркивается, что как полимер и матрицы вносят свой вклад в вязкость разрушения композита; учет относительного вклада матрицы и пропитывающего вещества в системе из затвердевшей цементной пасты можно применить также к раствору и бетону.

 

Шлакопортландцементы.
КОРРОЗИЯ БЕТОНА В МОРСКОЙ ВОДЕ
Теории карбонизационной усадки бетона
УСАДКА ПРИ КАРБОНИЗАЦИИ
Механизм действия морозного разрушения бетона.
ВОЗДЕЙСТВИЕ МОРОЗА
НЕДОСТАТКИ ЦЕМЕНТОВ, СОДЕРЖАЩИХ MgO И СаО
БИОЛОГИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ БЕТОНА
Способы предупреждения щелочной коррозии.
Кремнеземистые заполнители.
ЩЕЛОЧНАЯ КОРРОЗИЯ ЗАПОЛНИТЕЛЯ
Жаростойкий бетон.
Глиноземистый цемент содержит заметное количество алюмоферрита кальция.
ГЛИНОЗЕЛНИСТЫЙ ЦЕМЕНТ
ФОСФАТНЫЕ ЦЕМЕНТЫ
Стирол
СЕРНЫЙ БЕТОН
Повторное использование бетона
Портландцементный бетон
Справедливость законов смеси применительно к прочности пропитанного бетона
Раствор и бетон пропитанный серой
Техника полимеризации
Пропитанный полимером раствор и бетон
Армирование асбестовыми волокнами композитов на основе цемента
Свойства зоны контакта проволоки и цемента
Механические свойства дисперсно-армированных цементных композитов
Основы дисперсного армирования
Высокоподвижная бетонная смесь
Свежеприготовленная бетонная смесь
Затвердевший бетон
Литая бетонная смесь
Замедлители схватывания бетона
Микроструктурные аспекты
Оценка количества хлорида
Хлорид кальция и коррозия.
Хлорид кальция и свойства бетона.
Химические добавки в бетон
Сорбция воды и модуль упругости.
Явления сорбции и изменения длины: теоретическое рассмотрение
Бетон.
Что бы день задался - подпишитесь на наш Telegram-канал Я счастлива.

972 просмотров

moimozg.ru

Бетонополимеры - Статьи - М350

К бетонополимерам относят бетоны, пропитанные полимерными составами или мономерами с последующей полимеризацией. Бетонополимеры входят в группу «П-бетонов», объединяющую различные разновидности бетонов, в которых используются полимеры как в качестве добавок, так и основных компонентов. Бетонополимеры разделяют в зависимости от вида пропитывающего материала: мономеров (стирола, метил-метакрилата и др.), вязких органических материалов (битумов, парафина и др.). К бетонополимерам по технологии и ряду свойств близки бетоны, пропитанные серой и жидким стеклом. Бетонополимеры получают путем пропитки предварительно высушенного бетона. Наиболее распространен конвективный способ сушки бетона в струе нагретого воздуха, при котором влага испаряется в результате разности парциальных давлений водяных паров у поверхности бетона и в среде теплоносителя. Такой способ сушки сопряжен с напряжениями, связанными с температурными и влажностными градиентами, и возможностью появления трещин. Возможно применение радиационной контактной и высоко- частотной сушки бетона. Для более полного удаления влаги из предварительно высушенных изделий их подвергают ва-куумированию в специальных контейнерах. Монолитный бетон вакуумируют с помощью вакуум-щитов. Остаточное давление при вакуумировании, как правило, не превышает 0,13 МПа и зависит от типа вакуум-насосов. Пропитка бетона мономерами возможна при вакуумировании, при повышенном или нормальном давлении. В последнем случае необходимая продолжительность пропитки длится несколько часов, в то время как избыточное давление 0,1-1 МПа позволяет сократить ее до 1 - 2 ч.

При пропитке бетона изменяется его структура, в первую очередь радикально уменьшается открытая капиллярная пористость, уплотняется контактная зона цементного камня с заполнителями. В результате уменьшается водопоглоще-ние и существенно возрастают прочность, улучшаются другие физико-механические свойства. При этом бетоны более низкой прочности характеризуются более высоким коэффициентом упрочнения (К упр). Пористость плотного бетона колеблется в пределах 6-20%, объем пор диаметром более 1 мкм может достигать 2-3%. Снижение пористости бетона на 10% повышает прочность бетона примерно в 2 раза. Особенности пористой структуры материала обусловливают выбор пропитывающих составов и режимы обработки. Менее вязкие составы могут проникнуть в более тонкие поры и капилляры, однако с их помощью трудно обеспечить омоноличивание крупных пор и дефектов.

Применение внешнего давления при пропитке бетона целесообразно при использовании составов с повышенной вязкостью для бетонов с крупными порами и микротрещинами. Пропитку обычно осуществляют погружением изделий в среду мономера. Наряду с полной может применяться поверхностная пропитка на определенную глубину. Завершающей операцией получения бетонополимерных изделий является полимеризация мономера в порах бетона. Наибольшее распространение для пропитки бетона получили мономеры акрилового и винилового рядов - стирол и метилметакрилат, которые превращаются в полимеры под действием тепла и света и добавок-инициаторов. При производстве бетонополимерных материалов широко используют термокаталитический способ полимеризации. В качестве инициаторов используют соединения, которые при нагревании распадаются и образуют свободные радикалы (перекиси водорода, бензоила и др.). Последние, обладая большой реакционной способностью, способствуют разрыву двойной связи молекул мономера и образованию макромолекул полимера. Температура полимеризации составляет обычно 70-90°С, длительность термообработки пропитанного бетона 1-5ч. Процессы полимеризации легко инициируются энергией ради-ацинного излучения. Радиационную полимеризацию обычно проводят при нормальной температуре, а в качестве источника излучения используют кобальт Со60. Полимеры, образующиеся в порах бетона, создают трехмерную сетку, армирующую силикатную основу. Они заполняют также неровности, поры и трещины на поверхности заполнителя, изменяя структуру контактной зоны цементного камня с заполнителем. Свойства бетонополимера в значительной мере зависят от особенностей его структуры. Различают (по Ю. М. Баженову) блокированную, строчную и сетчатую структуры этого материала. Блокированная структура характерна при заполнении пор и капилляров бетона относительно слабопрочными полимерами - петролатумом, битумом и др. При этом уменьшается проницаемость бетона, повышается его стойкость к коррозии однако практически не увеличивается прочность. При строчной структуре поры и капилляры бетона заполняются отдельными участками (строчками). При такой структуре прочность бетона повышается на 30 - 50%. Имеет место также уменьшение проницаемости и улучшение других свойств, которое зависит от количества мономера в бетоне. Сетчатая структура бетонополимера обеспечивается при полном заполнении бетона прочным полимером. При этом возможно получение особо плотного материала, прочность увеличивается в несколько раз, существенно повышается долговечность. В бетонополимерах крупный заполнитель может быть более слабым компонентом, чем модифицированный полимером цементный камень, поэтому более высокую прочность (до 150-200 МПа) имеют пропитанные мелкозернистые бетоны. На прочность бетонополимера существенное влияние оказывают состав и свойства пропитывающей жидкости. При повышении температуры до 200°С прочность бетонополимера значительно снижается и достигает прочности исходного бетона, однако при охлаждении до комнатной температуры она в основном, восстанавливается. Ползучесть и усадка бетонополимера в несколько раз меньше чем исходного бетона. Водопоглощение при полной пропитке уменьшается в 5-6 раз и достигает менее 1% по массе. Пропитка бетона практически полностью исключает разрушающее воздействие на структуру бетона давления льда и гидравлического давления воды, что приводит к соответствующему повышению стойкости материала в условиях попеременного замораживания и оттаивания. Пропитанный полимерами бетон не обнаруживает признаков разрушения в сульфатных, магнезиальных, солевых и щелочных средах, имеет значительно более высокую кислотостой кость. Заполнение пор бетона полимерами приводит к радикальному улучшению износостойкости при истирающих воздействиях, кавитационной стойкости, сопротивления динамическим нагрузкам. Пропитка бетона полимеризующимися составами может быть эффективной как для тяжелых, так легких и ячеистых, силикатных и гипсовых бетонов. Бетонополимеры - перспективные материалы для получения высокопрочных и высокодолговечных изделий и конструкций -труб, колонн, плит водосбросов, элементов мостов, тоннелей, деталей градирен, судов, морских сооружений.

Авторы: Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин

m350.ru

Пропитка бетонов мономерами - Справочник химика 21

    Пропитка бетона мономером происходит по механизму капиллярного поднятия высота подъема h жидкости с вязкостью т], движуш,ейся по капилляру радиуса г при краевом угле 0, дается уравнением [761,979]  [c.294]

    Применение в качестве облицовочного, тепло- и звукоизоляционного материала в жилищном строительстве, для изготовления труб, сантехнического оборудования, латексных красок и эмали для внутренней отделки, пропитки бетона и керамики мономером с последующей полимеризацией. [c.109]

    Пропитка мономерами бетонов после твердения используется в настоящее время достаточно широко для повышения их стойкости к действию окружающей среды и прочности. Глубина пропитки бетонов резко увеличивается после удаления содержащихся в обычном бетоне 33% воды. Так, вакуумирование бетонов перед пропиткой увеличивает количество проникшего в него полимера на 50%. [c.373]

    Сложные проблемы возникают при пропитке строительных элементов большого сечения, при которой необходимы мономеры с очень низкой вязкостью. Такие мономеры всегда очень летучи и их полимеризация, вызываемая инициаторами типа перекисей, протекает при нагревании. При этом в процессе полимеризации выделяется большое количество тепла, что приводит к испарению мономера с поверхностного слоя. Стоимость инициаторов, составляющая основную часть стоимости всей пропитывающей системы, тем выше, чем при более низкой температуре инициируют они полимеризацию. Кроме того, инициаторы являются токсичными. Поэтому инициирование полимеризации мономеров облучением °Со в специально защищенном оборудовании имеет огромное достоинство, так как полимеризация при этом протекает практически без нагрева и более равномерно. Такой процесс позволяет использовать для пропитки бетонов недорогие и летучие мономеры. [c.373]

    Пропитку бетонов можно существенно упростить, если все компоненты материала тщательно перемешать до полимеризации мономеров. При этом достигается гомогенное распределение компонентов и снижается экзотермичность отверждения мономеров внутри массивных элементов, что значительно облегчает процесс. [c.375]

    Третий метод заключается в пропитке отвердевшего цементного камня (бетона) мономером или форполимером (низковязкий продукт, получаемый при неполной полимеризации мономера), содержащим катализаторы, обеспечивающие полную полимеризацию в порах цементного камня. В этом случае образовавшаяся в оптимальных условиях структура цементного камня упрочняется в порах и трещинах полимером и получается материал, обладающий большой плотностью. [c.96]

    Новым направлением в создании высокопрочных и коррозионностойких материалов являются бетонополимеры. Их получают пропиткой капиллярно-пористых материалов мономерами (стирол, метилметакрилат), содержащими инициатор полимеризации, с последующей термокаталитической полимеризацией. Это повышает прочность, морозостойкость, коррозионную стойкость тяжелого цементного бетона. [c.409]

    Для пропитки продукт применяют в виде мономера, в начальной стадии нолимеризации или же в виде полимера (растворы и дисперсии). В первых двух случаях полимеризацию проводят непосредственно после нанесения продукта на любой волокнистый материал войлок, ткань, бумагу и т. д. Так производят, например, гильзы для патронов из бумаги, зажигательные шнуры, водонепроницаемые ткани, ковры, изоляционные материалы, ремни, задники для обуви, упаковочные материалы из конопли, джута, льна, набивную ткань, водостойкую небьющуюся тару, водостойкую и изоляционную бумагу и другие электроизоляционные материалы и т. д. Подобную пропитку используют также для защиты камня или бетона. Пропиточные растворы применяют для матировки искусственного шелка и для увеличения его сродства к красителям. В подобных случаях их примешивают к прядильному раствору =. [c.210]

    Возможности использования мономера стирола для пропитки железобетонных конструкций изучал Г. А. Туркестанов (Гидропроект). Успешность применения этого материала обусловливалась малой его вязкостью, хорошим пропитыванием подсушенного бетона и достаточно малой полимеризацией при подогреве до 150°С. Однако, как показали исследования, вследствие высокой испаряемости стирола (до 50 /о) пропитка им может производиться только в герметизированных установках. [c.84]

    Недостатком кйк окрасочных, так и мастичных покрытий является небольшое проникание химически стойкого материала в глубину бетона. Поэтому наиболее надежной защитой свай является пропиточная изоляция, при которой наружный слой бетона свай приобретает гидрофобное свойство или становится по свойствам близок к бетонополимерам. Метод пропитки давно применяется для улучшения стойкости кирпича, асбестоцемента, бетонных изделий. Сущность пропиточной изоляции состоит в том, что различными способами (диффузионным, капиллярным подсосом, контракционным, гидротермальным, гидростатическим, под давлением, под вакуумом и др.) строительный элемент насыщают антикоррозионным материалом на определенную глубину. В жидком виде он проникает в поровое пространство бетона, из которого вытесняется вода или воздух. Вытесненный объем заполняется пропиточным веществом, после чего конструкция становится химически стойкой. Для железобетонных свай наибольшее применение в качестве пропиточного материала нашли нефтяные окисленные битумы, петролатум, смеси битумов с петролатумом, парафином, продукты перегонки нефти (асфальты деасфальтизации). Применяются также полимерные материалы — метилметакрилат, низкомолекулярный полиэтилен, фурфурол, мономер ФА и др. [36, 55, 62]. [c.106]

    Пропитка бетона полимеризующимися мономерами резко увеличивает его прочность при растяжении, что еще совсем недавно было недостижимым. Используемые полимеризующиеся системы обладают большим числом переменных параметров, и данные таблицы иллюстрируют только их потенциальные возмол ности. Способ и условия полимеризации играют при этом очень большую роль, однако они мало влияют на долговечность пропитанных бетонов. [c.373]

    Разработкой технологии получения бетоно-полимерных материалов занимаются в США, где ииеется несколько пилотных установокПутем пропитки бетона виниловым мономером. (6 ) с последуюрм -облучением получен антикоррозионный материал, предназначенный для производства крупногабаритных установок по обессоливанию морской воды . [c.10]

    Применение для изготовления листового конструкционного стекла (бёецветного и окрашенного), рассеивающих экранов для светильников, декоративных ограждений, моющихся обоев, краски и грунтовок для пропитки пористых материалов с целью увеличения прочности для придания водонепроницаемости бетону, пропитки мономером бе тона и керамики с последующей полимеризацией для получения кера мических волокон. [c.110]

    Второе направление молифицнрования свойств бетонов основано на пропитке уже затвердевших бетонных изделий, конструкций или сооружений жидкими мономерами или олигомерами. Будучи введенными в норовое пространство бетона, эти модифицирующие соединения полимеризуются, переходя в водонерастворимое состояние, уплотняя таким образом бетон, что резко повышает устойчивость его поверхностных слоев к воздействию агрессивных растворов. [c.315]

    Минеральные вяжущие представляют собой весьма обширную группу неорганических соединений, способных твердеть при затворе-НИИ водой или водными растворами солей, кислот и оснований. На основе минеральных вяжущих получают мастики (замазки), растворы и бетоны, отличающиеся крупностью наполнителя. Химическая стойкость таких материалов в основном определяется стойкостью отвержденного вяжущего. Бетоны на основе портландцемента при принятии специальных мер по их уплотнению являются щелочестойкими, но разрушаются в кислотах. Щелочеотойкие бетоны рекомендз ется выполнять на основе алитового портландцемента, карбонатного песка и щебня при водоцементном отношении не более 0,4 для улучшения удобоукладывае-мости следует вводить суперпластификаторы. Стойкость бетонов су щественно повышается при пропитке их расплавленной серой или мономерами типа акрилатов с последующим термокаталитическим или радиационным отверждением. [c.91]

    Полиорганосилоксаны добавляют из расчета 20—30% по отношению к мономерам. Количество добавляемого ПБМА-НВ завиал от степени разрушенности бетона, однако оно не должно превьпиать 7 %, во избежание резкого повышения вязкости раствора и снижения скорости и глубины пропитки. После обработки такими составами внешний вид бетона и железобетона и фактура их поверхности не изменяются. [c.108]

    Для повышения коррозионной стойкости многих видов железобетонных изделий (фундаментных свай, железобетонных труб, лотков и каналов) весьма эффективным средством Является пропитка их различными химически ойкими веществами (битумом, метилметакрилатом, стиролом, петролатумом), серой. Этим достигается резкое йОВышение непроницаемости изделий, и поэтому пропитка может успешно конкурировать с такими методами, как устройство противокоррозионной защиты изолирующими материалами. Технология пропитки (последовательных опера ий) следующая удаление из бетона жидкой фазы путем нагревания изделия при температуре 105. .. 120 С вакуумирование изделия погружение в пропиточный состав, разогретый при необходимости до нужной вязкости нагнетание пропиточного состава в поровое пространство бетона под давлением , извлечение изделия из пропиточного состава медленное охлаждение изделия, пропитанного расплавами (битум, сера), либо полимери-зационное отверждение мономеров в поровом пространстве бетона (метилметакрилат, стирол). [c.147]

chem21.info

Технология и свойства бетонополимеров - Специальные цементы

Технология и свойства бетонополимеров

При применении полимерцементных материалов пористость структуры снижается на 15—25%, но хотя полимерная фаза частично заполняет поры и закупоривает капилляры, все же в материале содержится большое количество пор, что ухудшает его свойства.

Создать практически монолитную структуру можно, если пропитать готовое изделие, полученное на основе неорганического вяжущего, полимерными или мономерными (с последующей полимеризацией) составами. В этом случае пропиточная жидкость заполняет до 60—80% пустот, т. е. практически все открытые поры и капилляры радиусом до 40 нм. Вследствие усадки при полимеризации возникает «вторичная» пористость, обусловливающая неполноту заполнения пустот (особенно крупных) полимерным составом. Но ее прирост столь незначителен, что он не оказывает отрицательного влияния на свойства композиции.Процесс получения бетонополимера складывается из нескольких последовательных этапов (рис. 5.29). После формования и твердения изделий по обычной технологии их подвергают сушке (при 120—145 °С) для удаления физической влаги и вакуумированию для удаления воздуха (влага и воздух замедляют пропитку), далее осуществляется пропитка твердого тела и отверждение органической составляющей. При пропитке высоковязкими органическими жидкостями последняя стадия исключается.

Применяемые для пропитки органические материалы подразделяются на три группы: на основе природных и нефтяных смол и асфальтов; на основе природных смол и модифицированных природных полимеров; на основе высокомолекулярных соединений.

В качестве пропитывающих жидкостей могут использоваться различные природные органические материалы (нефть, парафины, битумы, петролатум и т. п.), но наиболее эффективны с технологических позиций синтетические материалы: стирол, ме-тилметакрилат, низкомолекулярные эпоксидные смолы, фурфу-ролацетоновый мономер (ФА), которые позволяют существенно изменять свойства цементного камня.

Движущей силой процесса пропитки является работа адгезии:Wa = o(l + cose).

Из этого уравнения следует, что скорость пропитки (/г/0 увеличивается с ростом поверхностного натяжения и снижением вязкости жидкости, что наблюдается и в реальных системах (рис. 5.30). Поскольку с повышением температуры вязкость снижается более интенсивно, чем поверхностное натяжение (увеличивается a/rj), нагрев жидкости интенсифицирует ее миграцию в капиллярно-пористое тело. При этом жидкость должна хорошо смачивать поверхность твердого тела (в близок к нулю), в противном случае пропитка не происходит.

Из этих представлений следует, что наиболее эффективны для пропитки хорошо смачивающие цементный камень жидкости с высоким поверхностным натяжением и низкой вязкостью. Из мономерных составов к таким жидкостям относятся стирол и метилметакрилат, из неорганических материалов — расплав серы.

В зависимости от свойств жидкостей пропитка проводится при различных температурных режимах. Высоковязкие органические жидкости перед пропиткой обезвоживаются и нагреваются до 130—180 °С в течение 6—10 ч; пропитка осуществляется при 120—185 °С в течение 8—16 ч в открытых ваннах при атмосферном давлении или в автоклавах (с предварительным вакуумированием). При пропитке синтетическими моно-и полимерными составами рекомендуется (по И. К. Касимову) сушку изделий производить при 110—145 °С в течение 8 ч пропитку—при 20—30 °С в течение 12—24 ч с последующей термокаталитической обработкой при 20—65 °С в течение 8—24 ч.

В зависимости от характера движущих сил и агрегатного состояния пропитывающего вещества способы пропитки подразделяются следующим образом. Диффузионный способ заключается в самопроизвольном выравнивании концентраций паровоздушной смеси при ее соприкосновении с поверхностью твердого тела. В основе конденсационного способа лежит конденсация паровоздушной смеси в капиллярах вследствие меньшего давления в них насыщенного пара, чем над поверхностью материала. Способ капиллярного подсоса заключается в проникновении жидкости в поровую структуру под действием сил поверхностного натяжения с образованием мономолекулярных слоев. Гидростатический способ, заключающийся в погружении пористого тела в жидкость, осуществляется за счет сил гидростатического давления и поверхностной энергии жидкой фазы. Предварительное вакуумирование ускоряет процесс. При гидротермальном способе совмещаются процессы твердения, сушки и пропитки путем погружения цементного камня в жидкость с высокой температурой.

При пропитке происходит вытеснение воздуха, часть его все же остается в порах, поэтому пропитка цементного камня аналогична пропитке тупиковых капилляров. Это снижает глубину и скорость пропитки. Повышение давления незначительно влияет на скорость процесса, а вакуумирование структуры существенно его интенсифицирует. Сочетание вакуумирования и автоклавной обработки позволяет не только уменьшить требуемую продолжительность пропитки, но и получить высокоплотную структуру композита.

Необходимое количество пропитывающей жидкости определяется общей пористостью структуры и характером порового пространства — размером пор и капилляров, степень их открытости. При пористости 15—25% цементный камень в сухом состоянии может поглотить 12—20% жидкости, при этом глубина пропитки за 8 ч достигает 50 мм. С понижением плотности материала появляется необходимость в большем количестве пропитывающей жидкости: плотный бетон впитывает 4—10 об., цементный раствор (1:3) —на 30—70 больше, легкие бетоны могут поглотить до 30—60% мономеров. Вязкие жидкости (петролатум, битум) проникают в массу бетона на глубину до 3 см, а жидкие мономеры (метилметакрилат, стирол и т. п.) — до 20 см и более.

Важным в технологии бетонополимеров является сочетание характера поровой структуры бетона и свойств пропитывающей жидкости. При высокой ее вязкости мелкие поры и тонкие капилляры не заполняются, что снижает эффективность процесса. В случае использования высокоподвижной жидкости наблюдается ее вытекание из крупных пор, что также снижает степень заполнения поровой структуры и ухудшает свойства бетонополимера.

В зависимости от состава пропитывающей жидкости между ней и стенками капилляров цементного камня происходит физико-химическое (адсорбция, слабые взаимодействия на границе фаз) или химическое (образование новых соединений) взаимодействие. Например, при «кремнефторировании» цементного камня гидроксид кальция переходит в более водо- и химически стойкий фторит кальция, а образующийся при реакции кремнезем дополнительно кальматирует поры.В зависимости от типа пропитывающей жидкости повышается непроницаемость и долговечность цементного камня (бетона) или обеспечиваются новые свойства материала (прочность, коррозионная стойкость и др.). В первом случае применяются высоковязкие органические жидкости (битум и др.), которые не подвергаются полимеризации, во-втором — мономерные составы с последующей их полимеризацией.

После завершения пропитки желательно быстрое твердение пропиточной жидкости для сокращения продолжительности технологического цикла в целом. Для ускорения этого процесса используется термическая, каталитическая, термокаталитическая или радиационная обработка. В качестве каталитических веществ при полимеризации, например метилметаприлата, используется гидроперекись изопропилбензола, а стирольного мономера — перекись бензола. При радиационной полимеризации (обработка гамма-излучением) не требуется введение в мономер катализаторов и она является наиболее эффективным способом ускорения технологического процесса.

После полимеризации образуется композиционный материал, представляющий собой монолит с пористостью 2—5%, в котором взаимно прорастают неорганическая и органическая фазы. При этом полимерная составляющая образует сетку из тонких капилляров, армирующих систему. Полимеризационная усадка вызывает обжатие цементной составляющей, обеспечивающее предварительное напряжение материала, что вызывает дополнительное повышение прочности и трещиностойкости бе-тонополимера.

Характер изменения свойств бетонополимеров зависит от природы пропитывающей жидкости и глубины пропитки, которая определяется также поровой структурой цементного камня. Для снижения проницаемости (гидроизоляция) изделий используются термопластичные материалы, а для получения высокопрочных структур —термореактивные составы.

Гидроизоляционная пропитка органическими компонентами (петролатум, битум и т. п.) практически не оказывает влияние на прочность образцов даже при значительной глубине пропитки. Возможно и снижение прочностных показателей вследствие прекращения гидратационных процессов после сушки и пропитки образцов.

Рис. 5.31. Влияние влажности цементного камня на прочность бетонополимера, пропитанного мономерным составом

Рис. 5.32. Изменение прочности образцов цементного камня с ростом содержания серы1 — при сжатии; 2—при изгибе

Величина измеренной прочности цементного камня на сжатие зависит от силы трения его с раздавливающей поверхностью. С уменьшением сцепления (при обработке поверхности образца органическими материалами) получаемые при испытании значения могут быть в 1,5—2 раза ниже истинной прочности материала, что необходимо учитывать при сравнении прочностных характеристик бетонополимеров с исходными матрицами.

При пропитке изделий моно- и полимерными составами прочность цементного камня увеличивается тем больше, чем ниже влажность цементного камня (рис. 5.31). С увеличением степени пропитки серой прочность образцов интенсивно возрастает (рис. 5.32). Причем, при содержании серы 9,8% прочность на сжатие увеличивается в 2 раза, а на изгиб —в 4 раза. При предварительном вакуумировании наблюдаются еще более высокие показатели, превышающие аналогичные характеристики для контрольных образцов в 6—7 раз, а при растяжении до 10 раз. Отношения прочности при сжатии к прочности при изгибе или расширении для бетонополимеров возрастают в 2—6 раз, что важно для строительных изделий и конструкций.

Повышение прочности образцов обусловливается физико-химическими процессами, главные из которых следующие: заполнение поровой структуры, повышение ее плотности и дополнительное сопротивление разрушению полимерной составляющей; повышение плотности контактов между компонентами системы за счет адгезионных и химических сил взаимодействия; залечивание дефектов структуры цементной матрицы, предотвращение распространения микротрещин.

Пропитка позволяет повысить наряду с прочностью и некоторые другие эксплуатационные свойства бетона.

Пропитка цементного камня водонепроницаемыми составами является наиболее действенным способом его защиты от воздействия агрессивных газовых и жидких сред. Химическая стойкость и водостойкость бетонополимеров существенно превосходят соответствующие показатели цементного камня и определяются главным образом свойствами полимерного компонента и степенью заполнения им цементной матрицы. Отмечаются высокая стойкость бетонополимеров к кислотам и сульфатам, значительно повышается морозостойкость, которая возрастает до 25—30 раз.

Сохранность свойств бетонополимера зависит от температуры службы: до 100 °С свойства практически не изменяются, при больших температурах полимеры начинают размягчаться, что снижает прочность и другие свойства композиции. При отрицательных температурах характеристики бетонополимеров улучшаются.

Мономерные составы — дорогие и дефицитные материалы, поэтому необходимо наиболее рационально их использовать (оптимальная глубина пропитки, пропитка наиболее важных участков конструкции, предотвращение испарения и стекания жидкости в период между пропиткой и полимеризацией).

Вследствие высокой стоимости органической составляющей и более сложной технологии бетонополимеры являются более дорогими материалами (на 60—100 %), чем исходная бетонная матрица. В связи с этим используют их в тех случаях, когда неорганическая составляющая не обеспечивает требуемых свойств и долговечности строительных изделий и конструкций. Наиболее эффективно применение бетонополимеров в ответственных конструкциях, где требуется высокая прочность, плотность и коррозионная стойкость: при производстве тюбингов (вместо чугунных), для подземных транспортных сооружений (например, для облицовки туннелей в метростроении), кислотостойких резервуаров, высоконапорных труб (при замене металла). Целесообразно проводить полимерную обработку бетонов, используемых в суровых климатических условиях, для повышения их долговечности, а также для защиты от радиоактивных излучений, газо- и жидкостной агрессии, получения электроизоляционных и износостойких композиций, в аэродромных покрытиях, при строительстве атомных электростанций и других объектов.

При сочетании особых свойств цемента (расширение, самонапряжение), пластификации растворов и бетонов и последующей их пропитки мономерами возможно создание абсолютно плотного материала, способного заменить керамику и металл во многих областях техники.

Читать далее:Кислотостойкие материалыЗубные цементыПрименение связующих в производстве огнеупорных и жаростойких бетонов и массПрименение связующих в электродно-флюсовом производствеПрименение связующих в литейном производствеЗащитно-декоративные покрытия на основе неорганических связующихСвязующие для укрепления грунтовСвязующие для безобжигового окускования руд и рудных концентратовЗоли кремнеземаСухие щелочные силикатные связки (порошки)

stroy-server.ru


Смотрите также