Строительные материалы

Перхлорвиниловые лаки и эмали выпускаются в широком ассортименте в виде дисперсии ПХВ смолы в растворителе Р-4. Химически стойкие эмали (ХСЭ) отличаются кислотостойкостью: для получения плотного покрытия наносят несколько слоев эмали (до 6—10 слоев).

Эпоксидные лакокрасочные материалы (эмали, лаки, шпаклевки) получают на основе эпоксидных смол и их смесей с другими смолами (компаунды). Используют известные органические растворители — ацетон, толуол, а также специальные растворители. Эпоксидные лаки и эмали отличаются высокой стойкостью к щелочам, солям, маслам и к большинству растворителей. Они нашли широкое применение для защиты различных сооружений (резервуаров, отстойников, вытяжных труб), а также металлических конструкций и оборудования.

Бакелитовый лак — дисперсия резольной фенолформальдегидной смолы в растворителе. Для ускорения отверждения бакелитовые лаки подвергают тепловой обработке. Они стойки к кислотам, солям и к ряду органических растворителей (ацетону, анилину и др.) при температуре до 120 °С, но разрушаются в растворах щелочей и при воздействии влажного хлора и окислителей (азотной и крепкой серной кислот). Бакелитовые лаки применяют для защиты от коррозии промышленной аппаратуры и сооружений.

Фуриловые лаки — это спиртоацетоновые растворы фуриловых и фенолформ альдегидных смол. Используют их для защиты бетонных и стальных поверхностей против кислых и щелочных сред.

Кремнийорганические (силиконовые) лаки и эмали получают на основе кремнийорганических смол, модифицированных другими смолами. Они отличаются повышенной теплостойкостью (до 200—300 "С), могут выдерживать кратковременное действие высоких температур (до 500 °С), поэтому силиконовые полимеры применяют в термостойких покрытиях для окраски дымовых труб, печей, вентиляторов и т.п.

Силиконовые краски наносятся кистью, распылителем и др. Некоторые из них высыхают при комнатной температуре, другие—при нагревании до 260°С.

На основе кремнийорганических смол получают также эмали общего назначения. Они представляют собой суспензию пигментов и наполнителей в кремнийорганическом лаке (с добавлением растворителя). Эмали выпускают разных цветов, их используют в качестве защитных декоративных покрытий.

Лакокрасочная защита строительных конструкций привлекает сравнительной простотой выполнения покрытия, возможностью легко возобновить защиту, относительной экономичностью по сравнению с другими видами защиты (оклеечная изоляция, футеровка).

Все шире начали применять сложные компаунды, которые получают сочетанием различных полимеров или совмещением их с другими продуктами (например, с битумом). В компаундах используют положительные свойства компонентов, что позволяет достигнуть почти универсальной стойкости (исключая действие сильных окислителей). Получают распространение покрытия, армированные волокнами или тканями (хлопчатобумажной, синтетической или стеклотканью в зависимости от среды). Для создания более надежной защиты прибегают к утолщенным покрытиям—обмазкам.

 

 

6. МОДИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИЛОВ  ПОЛИМЕРАМИ

 

Бетонополимеры.

 

Известно, что дефекты и поры, содержащиеся в обычном бетоне, понижают его прочность и стойкость к различным агрессивным воздействиям. Эти свойства можно значительно улучшить, если заполнить поры и капилляры, которые открывают доступ  агрессивным средам в тело бетона, другими веществами. Данная технология модификации свойств пористых материалов известна давно. В качестве пропиточных материалов применялись битумы, смолы и другие специальные составы. Однако прочность бетона не удавалось значительно изменить в связи с малой глубиной пропитки, а так же незначительной прочностью пропиточной композиции. В настоящее время получены составы, применение которых позволяет заметно изменять свойства бетона. При этом готовые бетонные и железобетонные изделия подвергают специальной  обработке.

 Технология пропитанных бетонов  имеет свои особенности, поэтому  материалы, пропитанные различными составами, в том числе и не полимерными, объединяют единым названием - бетоноплимеры.

Классификация бетонополимеров.

- тяжелые бетонополимеры - получают на основе тяжелого бетона, имеют среднюю плотность свыше 1800 кг/м3 ;

- легкие бетонополимеры - получают на основе различных разновидностей легких бетонов, имеют среднюю плотность не более 1800 кг/м3 .

В зависимости от вида используемого при пропитке материала различают:

1) бетонополимеры на основе искусственных стеклообразных веществ (стирола, метилметакрилата и др.);

2) бетонополимеры, полученные путем  пропитки вязкими органическими  материала типа битума, парафина и т. д.;

3) бетонополимеры с пропиткой серой;

4) бетонополимеры с пропиткой  жидким стеклом и другими специальными  составами (серу и жидкое стекло  нельзя  отнести к полимерным материалами).

 По степени заполнения пор  бетона полимером различают:

- бетонополимеры с почти полной пропиткой всего объема (глубина пропитки  до 20 см);

- бетонополимеры с зонной обработкой (обрабатывают поверхность и отдельные зоны, глубина пропитки до 2 см). В этом случае при небольшом расходе мономера (1,5-3 кг/м3 поверхности) обеспечивается значительное (в 1,5- 2 раза) повышение морозостойкости, коррозионной стойкости и других свойств изделий и конструкций, в т. ч. из монолитного бетона и железобетона.

Известно, что большими недостатками полимерных материалов являются высокая стоимость, склонность к старению, ползучесть. Это затрудняет получение несущих элементов на их основе. Поэтому, бетонополимеры являются эффективным способом использования полимерных материалов:

1. при пропитке бетона  очень небольшим количеством полимера резко повышается прочность и другие свойства бетона;
2. бетонополимеры не проявляют заметной ползучести, так как трехмерная полимерная сетка сочетается с жестким бетонным каркасом, а последний обладает малой деформативностью под нагрузкой;
3. полимер находится внутри материала, который защищает его воздействия солнечной радиации, кислорода воздуха и других полимерных факторов, что значительно повышает его долговечность.

 Крупным недостатком бетонополимеров  является ограниченная теплостойкость.

 

Основная масса бетонополимера - бетон (90-92%). Для ячеистых бетонов эта величина составляет 50-80%.

При выборе бетона надо учитывать следующие обстоятельства:

- технологичность бетона с точки  зрения производства бетонополимерных  изделий;

- особенности структуры, определяющие  конечные свойства нового строительного материала - бетонополимера.

В некоторых случаях можно упростить технологию бетонных и железобетонных изделий. Например, можно использовать литьевую технологию без вибрирования. Можно широко применять материалы и бетоны, которые в обычных условиях применять нельзя: бетоны с повышенным содержанием хлорида кальция, с дисперсным армированием нещелочестойкими волокнами. Это обусловлено тем, что при пропитке мономером с последующей полимеризацией залечиваются многие дефекты бетона, его структура омоноличивается и стабилизируется, становится недоступной для различных вредных воздействий. Направленная пористость часто отрицательно влияет на многие свойства бетона, в том числе и долговечность. Но она может оказаться полезной при пропитке полимером.

В обычных бетонах наиболее слабым звеном чаще всего является цементный камень с его порами и дефектами. При пропитке в первую очередь происходит уплотнение структуры  цементного камня и контактной зоны с заполнителем. В результате повышается прочность материала, его непроницаемость, улучшаются другие свойства. Если в обычном тяжелом бетоне роль заполнителя является второстепенной, то в бетонополимерах она возрастает: именно с заполнителя в прочных бетонополимерах начинается разрушение материала.

 

Материалы для пропитки.

Основное требование к пропиточным составам - они должны быть газообразными или жидкими с невысокой вязкостью. Чем меньше вязкость пропиточного состава, тем быстрее и на большую глубину пропитается бетон.

Материалы для пропитки делятся на неорганические (сера, жидкое стекло)  и органические (мономеры и полимеры на их основе, смолы). Наибольшее распространение получили  метилметакрилат и стирол,  а также производные на их основе. Метилметакрилат и стирол сравнительно просто полимеризуются в теле бетона и обеспечивают получение высокой прочности готового продукта. Сами они тоже обладают после полимеризации большой прочностью: метилметакрилат - Rcж=100-160 МПа, Rраст =60-80 МПа, стирол - Rcж =80-110 МПа, Rраст =35-60 МПа.  Количество мономера, потребное для пропитки бетона, зависит от его пористости. Для полной пропитки плотного бетона требуется 2-5% мономера по массе (4-10% по объему), легкие пористые бетоны могут впитать до 30-60% мономера.

Если необходимо только закрыть доступ в тело бетона воде и агрессивным средам, то используют такие материалы, как петролатум, битум, сера. Многие из этих материалов не требуют последующей обработки и изделие оказывается готовым к употреблению непосредственно или вскоре после обработки.

 

Технология бетонополимеров

Обработка готовых бетонных и железобетонных изделий включает в себя сушку изделий, вакуумирование, пропитку и полимеризацию, если для пропитки используются мономеры.

1 этап- сушка.

Производится с целью освободить от воды поры и капилляры бетона и  тем самым подготовить их для заполнения пропиточным составом. Вытеснить воду с помощью мономера затруднительно, так как вода обладает большим химическим сродством  с компонентами цементного камня. При неполном высыхании в бетоне сохраняется адсорбционная влага, что может привести к нарушению адгезии полимера и силикатной матрицы, что отрицательно скажется на работе бетонополимера. Наиболее широко применяют сушку при температуре 105-1500 С. Повышение температуры сушки значительно уменьшает ее длительность: при прочих равных условиях результат высушивания плотных бетонов при 1500 С  в течение 8 часов равен высушиванию при 1050 С  в течение 100 часов.

Применяют следующие технологии сушки изделий: конвективная сушка, радиационная, контактная, токами высокой частоты.

Конвективная сушка осуществляется в струе нагретого пара. При данной технологии возникает значительный перепад влажности и температуры по толщине изделия, что приводит к неравномерной усадке и, следовательно, лимитирует скорость сушки. Однако данный способ прост и наиболее широко распространен. Оптимальный режим сушки в данном случае определяется с учетом размеров изделия, плотности и начальной влажности.

Радиационная сушка- влага испаряется за счет излучения тепла от нагретой поверхности или источника инфракрасного излучения. При такой технологии сложно обеспечить равномерный прогрев изделия, поэтому  данный вид сушки может быть рекомендован лишь для тонкостенных конструкций, таких как трубы малых диаметров, лотки и скорлупы, тротуарные плиты. Целесообразно использовать металлические и керамические панельные излучатели.

В ходе сушки, осуществляемой по выше перечисленным технологиям, температура на поверхности изделия оказывается выше, чем внутри и при неоправданно жестких режимах сушки  возможно возникновение усадочных трещин.

Контактная сушка осуществляется в результате прохождения электрического тока через тело бетона. Электрическое сопротивление бетона значительно и при прохождении тока происходит прогрев бетона. Температура в центре изделия оказывается выше, чем на поверхности, за счет испарения и охлаждения влаги. Изменяя параметры тока можно регулировать скорость сушки без изменения параметров окружающей среды, то есть контактную сушку можно осуществлять вообще без сушильных камер. Регулирование и контроль режима сушки легко автоматизировать, так кА электрическое сопротивление бетона обратно пропорционально влажности изделия. Однако последнее обстоятельство имеет и отрицательное последствие- удаление адсорбционной влаги требует больших расходов электроэнергии. При установке электродов возникают трудности, связанные с дефицитом токопроводящих паст (графитовые на различных связующих).

Перспективна сушка токами высокой частоты. Переменное электрическое поле  высокой частоты возбуждает  колебательное движение ионов, электронов, полярных и неполярных молекул в поровой жидкости бетона. За счет инерционного запаздывания этих колебаний возникает молекулярное трение, вызывающее нагревание изделий. Чтобы повысить интенсивность сушки, необходимо увеличить частоту поля в процессе прогрева бетона за счет теплообмена с окружающей средой и испарения влаги с поверхности. Внутри бетон прогревается до более высокой температуры, чем на поверхности. Такой вид сушки наиболее целесообразен при прогреве тонкостенных изделий, так как прогрев происходит равномерно по всей массе изделия. Основной недостаток  метода - большой удельный расход  электроэнергии, значительные аппаратурные и эксплуатационные сложности.

Вакуумирование обеспечивает более глубокую очистку пор и капилляров, а так же удаляет из бетона воздух, который отрицательно влияет на полимеризацию некоторых  мономеров.  Вакуумирование длится около 1 часа и осуществляется в герметичных контейнерах. Данная операция является желательной, но не всегда обязательной.

Нельзя сушить свежеотформованный бетон, так как потеря влаги препятствует протеканию взаимодействия цемента с водой и отрицательно влияет на рост прочности бетона.

Наиболее экономичным способом удаления влаги является естественная сушка. Но такая сушка очень длительная, ее целесообразно применять на дорогах, в гидротехнических сооружениях.

Второй этап-пропитка бетона.

Пропитку осуществляют путем погружения изделия в среду мономера. При полной пропитке эффективны стирол (СН2  =       СН      ) и метилметакрилат

 

 

 

(СН2=С-СН3   

                                                                       |                                                          |

                                                                   С6Н5                                                                    COOCH3

Предполагаемая температура эксплуатации изделия должна быть ниже температуры, допускающей использование данного полимера.

При атмосферном давлении пропитка длится несколько часов.  Избыточное давление  (0,1-1 МПа) позволяет сократить время пропитки в несколько раз, доведя его до 1-2 часов.

При поверхностной пропитке применяют разлив мономера по поверхности, многократную покраску кистью или пневматическими разбрызгивателями, кратковременное погружение в ванну (без сушки и вакуумирования). Предпочтение отдают полиэфирным и эпоксидным композициям, которые  сравнительно мало испаряются в процессе полимеризации  и образуют гладкую, плотную пленку, имеющую хорошую адгезию к бетону.