VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Одна из крупнейших потребителей полимерных материалов – строительная индустрия. В ней все чаще используются полимерные материалы, не уступающие по своим свойствам дереву, металлам.

Успехи химии в области синтеза полимеров открывают практически неограниченные возможности для изготовления материалов с самыми разнообразными свойствами. Открытие новых способов синтеза и модифицирования полимеров позволяет получать новые виды мономеров и олигомеров [1].

В то же время необходимо отметить, что полимерные материалы, и в том числе синтетические смолы, еще сравнительно дороги и дефицитны, поэтому применение их в строительстве наиболее рационально в виде высоконаполненных композиций [3]. Полимербетоны представляют собой новые эффективные химически стойкие материалы, у которых степень наполнения минеральными наполнителями и заполнителями доходит до 90-95% массы. Эти новые материалы, созданные российскими учеными, стоят вне конкуренции с другими наполненными полимерными композициями по расходу полимерного связующего, которое составляет всего 5-10% общей массы полимербетона; естественно, стоимость такого материала сведена к минимуму. При сравнительно небольшом расходе полимерного связующего на единицу массы полимербетоны обладают высокой плотностью, прочностью, химической стойкостью и многими другими положительными свойствами [2]. Соответствующий выбор связующего, наполнителей и заполнителей позволяет получать полимербетоны с высокими диэлектрическими характеристиками или, наоборот, обладающие хорошей электропроводностью. При этом высокая степень наполнения позволяет резко снизить усадку, которая становится равной усадке цементных бетонов, и существенно повысить модуль упругости, что позволяет применять такие бетоны в несущих и весьма ответственных конструкциях.

Полимербетон — это бетон, вяжущим веществом в котором служат синтетические полимеры. Полимербетон, существенно отличаясь по своим свойствам от обычных бетонов, является, по существу, новым строительным материалом. Полимербетоны целесообразно применять в тех случаях, когда требуются особо высокая химическая стойкость, повышенная прочность на удар, износостойкость, морозостойкость.

Хотя идея получения полимербетонов не нова (первый патент на полимербетон получен в 1906 г. Бакеландом), применять их в строительстве начали сравнительно недавно. Постоянное расширение областей применения полимербетонов объясняется как увеличением производства полимеров, так и накоплением сведений о свойствах полимербетонов.

Составляющие полимербетонов. Вяжущие [4]. Из полимеров для получения полимербетонов используют главным образом термореактивные, до отверждения находящиеся в жидком состоянии. К ним относятся в первую очередь эпоксидные, полиэфирные и фурановые полимеры.

Эпоксидные полимеры — лучшие виды вяжущих веществ для полимербетона, однако широкому использованию этих полимеров препятствует их высокая стоимость. Эпоксидные полимеры отверждаются при обычных температурах, не выделяя побочных продуктов. Отвержденные полимеры обладают высокой прочностью как при сжатии, так и при растяжении, высокой ударной прочностью, относительно низкой деформативностью и хорошей стойкостью к истиранию и химической агрессии. Они надежно совмещаются практически со всеми строительными материалами. Для снижения хрупкости в эпоксидные полимеры вводят пластификаторы: внешние (например, диоктилфталат) или внутренние (отвердитель-пластификатор полисульфидный каучук-тиокол).

Ненасыщенные полиэфиры (полиэфирмалеинаты, полиэфиракрилаты) более доступны, но они не имеют столь высоких показателей по прочности, адгезии и истираемости, как эпоксидные. К тому же стойкость к воздействию воды и щелочей у них пониженная. Полиэфиры при отверждении дают большую усадку (до 9%).

Фурановые полимеры — одни из самых дешевых видов полимеров, широко применяемых для получения полимербетонов. Особенно распространен среди фурановых полимеров полимер на основе фурфуролацетонового мономера (ФА), отверждаемого сильными кислотами (процесс отверждения идет на холоде).

Фурановые полимеры отличаются высокой и универсальной химической стойкостью (за исключением действия органических растворителей и сильных окислителей) и хорошей теплостойкостью (до 200°). Механические свойства фурановых полимеров несколько ниже, чем у эпоксидных и полиэфирных. Недостатком этих полимеров является выделение воды в качестве побочного продукта при отверждении.

В качестве вяжущего в полимербетонах можно применять также фенолоформальдегидные, мочевиноформальдегидные и другие полимеры.

Заполнители. В полимербетонах в отличие от обычных бетонов кроме крупного и мелкого заполнителя применяют еще тонкодисперсный (порошкообразный) наполнитель.

В случае применения только мелкого заполнителя (песка) материал называют полимерраствором. Использование такого набора заполнителей позволяет снизить расход полимера и одновременно уменьшить усадку, деформативность и некоторые другие нежелательные свойства бетона.|

Для того чтобы заполнитель не ухудшал высокую химическую стойкость связующего, применяют заполнители, стойкие в соответствующих средах. При выборе заполнителей также надо учитывать возможное их взаимодействие с компонентами вяжущего. Заполнители получают в основном измельчением химически стойких горных пород (андезит, базальт, кварцит, туф). Очень хорошими заполнителями являются графит, уголь и кокс.

Минеральные заполнители имеют в 5—10 раз больший модуль упругости, чем полимерное связующее, что приводит к большим напряжениям на границе полимер — заполнитель и, как следствие, к понижению прочности полимербетона. Для снижения этого нежелательного явления в качестве тонкодисперсного наполнителя можно использовать материалы с близким к связующему модулем упругости, например порошки химически стойких полимеров (суспензионный ПВХ и т. п.).

Особенности технологии полимербетонов. Свойства полимербетона во многом зависят от подбора его состава. Основная цель подбора состава полимербетона — обеспечение минимального расхода полимерного вяжущего при получении требуемых физико-механических свойств бетона (прочности, плотности, стойкости и т. п.).

Экономия этого материала диктуется не только высокой стоимостью полимеров, но и ухудшением некоторых показателей полимербетона при увеличении расхода вяжущего сверх оптимального.

Уменьшить расход вяжущего можно правильным подбором зернового состава заполнителей. Обычно применяют тощие полимербетоны с соотношением полимера к наполнителю от 1:5 до 1:12 (по весу), что соответствует расходу 100—200 кг полимера на 1 м³ бетона.

Перемешивают и укладывают полимербетон теми же методами, что и обычный бетон, с применением стандартного оборудования. В ряде случаев для перемешивания полимербетонной смеси требуется подогревать ее.

Необходимые условия и продолжительность твердения полимербетона зависят от вида полимера, вида и количества отвердителя. Твердеть полимербетон может при обычной температуре («холодное» отверждение) и в условиях подогрева до 40—80°. В последнем случае бетон твердеет быстрее и достигается большая степень отверждения полимера.

Приобретение полимербетоном эксплуатационной прочности, как правило, продолжается не более суток. До момента полного отверждения полимербетон очень чувствителен к действию воды. Не допускается использовать влажные сырьевые компоненты или наносить полимербетон на влажное основание. В первом случае сильно понижаются механические свойства полимербетона (например, использование песка с влажностью 3—4% понижает прочность полимербетона на полиэфирном связующем в 5 раз). Во втором случае резко уменьшается сцепление полимербетона с основанием.

Список использованных источников

1. Горяйнов К.Э. Технология производства полимерных и теплоизоляционных изделий. Учебник для вузов / К.Э. Горяйнов, В.В. Коровникова. − М.: Высш. шк., 1975. – 206

2. Иващенко Ю.Г., Пшенин В.И. Композиционные строительные материалы в реконструкции промышленных предприятий // Композиц. строит. матер. (структура, свойства, технол.). Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1993. − С. 77 − 80.

3. Николаев А.Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе. − 2-е изд., исправл. и доп. − М. − Л.: Химия, 1966. − 768 с.

4. Христофорова И.А., Глухоедов В.В., Христофоров А.И. Полимербетоны на основе поливинилхлоридного связующего // Физико-химия процессов переработки полимеров: Тез. докл. 2 Всеросс. науч. конф. 14 − 16 октября 2002 г. − Иваново: ИГХТУ. − С. 51 − 52.

Код для цитирования: Скопировать