Автор: Пользователь скрыл имя, 21 Июля 2015 в 18:33, реферат
В наши дни трудно найти область современной техники и быта, которая смогла бы обойтись без полимеров: это и посуда, и мебель, корпуса приборов, трубопроводы, игрушки, бытовая техника и многое другое. Даже в состав туши для ресниц входят полимеры, обеспечивающие, например, то, что ресницы не склеиваются. Наиболее широкой областью применения полимерных материалов является, безусловно, строительство
Для того чтобы предотвратить испарение мономера из бетона сразу же после пропитки изделия оборачивают металлической фольгой или полимерной пленкой до окончания процесса полимеризации.
Третий этап-полимеризация мономера в бетоне.
Для изготовления бетонополимеров применяют только полимеры утверждаемые по принципу полимеризации, так как в результате реакции поликонденсации образуются вещества не совместимые с цементом бетона.
Полимеризация мономера - завершающаяся стадия получение бетонополимеров. При применении жидких мономеров полимеризация протекает в теле бетона.
Полимеризация осуществляется следующими методами: термокаталитическим и радиационным (в качестве источника излучения используется кобальт, температура нормальная).
Наиболее употребимым является термокаталитический метод.
В мономер перед его использованием вводят специальные вещества- инициаторы полимеризации (перекись водорода (Н2О2), перекись бензола ((С6 Н5СО) 2 О2). При нагревании эти вещества распадаются, образуя свободные радикалы. Они обладают большой реакционной способностью и атакуют молекулы мономера по двойной связи. В результате образуется свободный радикал большего размера, который снова атакует молекулу мономера. Теоретически процесс продолжается до стопроцентного исчерпания мономера и инициатора. Однако процесс прекращается в результате взаимодействия с примесями. По мере повышения вязкости системы подвижность радикалов падает и скорость реакции уменьшается. В процессе полимеризации происходит саморазогрев системы.
Полимеризацию ведут нагревом с помощью электрических нагревателей или подачей в реактор горячих жидкостей (технический глицерин, вода), инфракрасными лучами. Температура полимеризации- 71-120 0 С, длительность термообработки -1-5 часов.
Возможна полимеризация без нагрева с использованием специальных добавок, обеспечивающих распад инициаторов (диметиланилин). Данный метод актуально применять при поверхностной пропитке в условиях стройплощадки, но не заводе, так как при введении этих добавок в мономер перед пропиткой немедленно начинается полимеризация.
Для придания бетонополимерам большей термостойкости в систему вводят мономеры (триметилпропан - триметилакрилат), образующие при отверждении трехмерный полимер с поперечными связями, «сшивающими» линейную структуру пропиточного полимера. В результате удается получить трехмерную термостойкую структуру, свойственную термореактивным полимерам.
Свойства бетонополимеров приведены в таблице 2,3.
Таблица 2.Показатели свойств тяжелого бетонополимера (пропитка метилметакрилатом)
Показатели |
Исходный бетон |
Бетонополимер |
Предел прочности, МПА: при сжатии при изгибе при растяжении |
30-50 5-6 2-3 |
100-200 14-28 6-19 |
Прочность сцепления с арматурой, МПа |
1-2 |
10-18 |
Водопоглощение, % |
3-5 |
1 |
Морозостойкость, циклов |
200 |
5000 |
Стойкость к сульфатам и кислотам |
недостаточная |
высокая |
Таблица 3. Свойства различных материалов, пропитанных метилметакрилатом
Вид бетона |
Привес полимера,% |
Rсж , МПа |
Водопоглощение, % | ||
До обработки |
После обработки |
До обработки |
После обработки | ||
Высокопрочный бетон |
4 |
76 |
210 |
3,8 |
0,2 |
Керамзитобетон |
19 |
15 |
90 |
13 |
0,19 |
Газобетон |
75 |
7,7 |
75,5 |
30 |
1,5 |
Силикатный кирпич |
12,8 |
19 |
120 |
11 |
1,1 |
Глиняный кирпич |
15,5 |
12,5 |
78 |
18 |
1,8 |
Технологические схемы производства бетонополимерных изделий
Бетонополимерные изделия изготовляют в специальных цехах или помещениях, отделенных от основных площадей цехов железобетонных изделий перегородками. Эти помещения должны быть оборудованы вентиляцией, обеспечивающей безопасную концентрацию мономеров в воздухе. В частности, предельная безопасная концентрация стирола в воздухе 0,005 мг/л, метилметакрилата — 0,05 мг/л
Камеры радиационной обработки должны быть оборудованы биологической защитой. При сравнительно маломощных источниках излучения, применяемых для инициирования процесса полимеризации, биологическая защита не представляет особой трудности, она может быть выполнена как из обычного бетона, так и в виде земляной засыпки.
На рис. 17 представлена технологическая схема пропитки бетонных труб при термокаталитическом способе полимеризации. Прошедшие термовлажностную обработку бетонные трубы при помощи тележки 1 подаются в сушильную камеру 2. Температура сушки 150—200°С, продолжительность — 5—24 ч в зависимости от массы и модуля поверхности изделия.
Рис. 17. Технологическая схема импрегнирования бетонных труб (термокаталитический способ полимеризации): 1-тележка; 2- сушильная камера; 3—емкость для теплоносителя; 4-балоны с техническим азотом; 5- фильтр; 6—емкость для мономера; 7- вакуум-насос; 8- герметичные камеры; 9- мостовой кран.
Высушенные трубы при помощи тележки 1 и мостового крана 9 доставляют в герметичные камеры 8 (каждая камера рассчитана на 1 трубу). Затем камеры вакуумируют при остаточном давлении 10-100 мм рт. ст. вакуум-насосами 7. Продолжительность вакуумирования 15-30 минут. Далее в камеры из емкости 6 закачивается мономер с инициатором полимеризации и с помощью баллонов 4 со сжатым газом (чаще всего техническим азотом) создается давление 1—10 атм., которое поддерживается в течение 30 мин—1 ч. Затем избыточный мономер поступает в емкость 6 для очистки фильтром 5 и последующего использования. Из емкости 3 в камеры немедленно подается теплоноситель (горячая вода) температурой 80—90°С. Длительность процесса полимеризации 2—20 ч. После охлаждения готовые изделия краном 9 доставляют из камер 8 на контрольные посты и склад готовой продукции.
Рис. 18 . Технологическая схема пропитки бетонных труб (радиационный способ полимеризации)
1—тележка; 2- камера сушки; 3—баллоны с инертным газом; 4—фильтр для очистки мономера; 5—емкость для мономера; в—вакуум-насосы; 7 — защитная дверь в открытом положении; 8—монтажная площадка; 9— мостовой кран.
Технологическая схема пропитки бетонных труб при радиационном способе полимеризации во многом схожа с предыдущей (рис. 18 ); трубы подают в сушильную камеру, после сушки вакуумируют и пропитывают мономером. Затем на монтажной площадке их укладывают в несколько ярусов в герметичные контейнеры 13, которые помещают в камеру радиационной обработки-11. Камеру закрывают передвижной защитной дверью 10 и в контейнеры вводят облучатели 12. Длительность радиационной обработки 8—24 ч. На период открытия защитной двери облучатели выводят из контейнеров и помещают в бассейн с водой. Стоимость источников излучения и продуктов химической промышленности снижается. Промышленное производство бетонополимерных изделий будет развиваться по обеим схемам исходя из конкретных технологических и экономических соображений.
Применение бетонополимеров в строительстве.
2.Цементно-полимерные бетоны.
Цементно-полимерные бетоны получают на основе двух вяжущих веществ: минерального (гипсовые, магнезиальные вяжущие, разновидности портландцемента) и полимерного (поливинилацетат, акриловые полимеры, эпоксидные, карбамидные смолы). Полимерный компонент вводится непосредственно в бетонную смесь, их твердение происходит совместно.
Основной характеристикой состава цементно-полимерных материалов служит соотношение по массе полимерного компонента и минерального связующего - полимерцементное отношение. Обычно, доля полимера составляет 1-20% от массы минерального связующего. Стоимость таких бетонов значительно выше, чем обычных.
Основу цементно-полимерных материалов составляет матрица затвердевшего минерального вяжущего с распределенным в ней полимером, твердение которого происходит под действием отвердителей, инициаторов или в результате воздействия температуры, Рh среды.
В зависимости от типа заполнителя и наполнителя и степени наполнения различают цементно-полимерные мастики с тонкодисперсным наполнителем и цементно-полимерные растворы и бетоны с мелким и крупным заполнителем.
Существенное влияние небольших количеств полимерного связующего на свойства материала объясняется характером расположения полимера в матрице минерального вяжущего. Полимерное связующее образует упругие прослойки между кристаллическими новообразованиями минерального вяжущего, адсорбируется на поверхности частиц заполнителя. Благодаря высоким адгезионным свойствам повышается прочность и деформативность материала при растяжении и изгибе. Часть полимера закрывает поры, снижая водопоглощение материла, повышая морозостойкость. Однако прочность при сжатии может быть несколько ниже, чем у аналогичных бетонов на минеральном вяжущем.
В зависимости от физического состояния вводимого полимерного вяжущего цементно-полимерные материалы могут быть трех типов: 1) на основе водных растворов мономеров, олигомеров или полимеров; 2) на основе водных дисперсий полимеров или олигомеров; 3) на основе водонерастворимых олигомеров (вязкожидких или порошкообразных).
Применяют цементно-полимерные составы как омоноличивающие, герметизирующие, гидроизоляционные материалы.
Особенности получения цементно-полимерных бетонов на различных вяжущих.
Полимеры растворяют в воде затворения и на этом растворе готовят смесь с минеральным вяжущим. Полимеры несколько замедляют процесс гидратации цемента и изменяют структуру новообразований. Часть пор становится замкнутыми благодаря образованию пленок при использовании термореактивных полимеров. Отсюда повышение морозостойкости и стойкости к агрессивным воздействиям. Прочностные показатели повышаются на 20-40%.
При использовании термопластичных полимеров (поливиниловый спирт, производные целлюлозы) ставится другая цель - например, повышение адгезии смеси к другим материалам.
Полимерцементное отношение п/ц=0,01-0,025. Первые 7-14 суток цементно-полимерные бетоны необходимо выдерживать во влажных условиях, а затем в воздушной среде (с относительной влажностью 50-70 %)
Для ускорения процесса твердения можно добавлять СаСl2 в количестве 1-1,5% от массы цемента.
Это наиболее распространенный тип цементно-полимерных материалов. Полимерцементное отношение здесь повышенное: от 0,05 до 0,2. Для того чтобы не произошло коагуляции полимера добавляют стабилизаторы (ПАВ ОП-7 или ОП-10) в количестве 5-10% от массы полимера.
В качестве полимера используют латекс СКС-65 и поливинилацетатную дисперсию (в этом случае стабилизатор применять на надо, так как там уже есть стабилизатор поливиниловый спирт).
Влажные условия замедляют процесс пленкообразования из полимерной дисперсии, поэтому для цементно-полимерных изделий применяют следующий режим твердения: первые 7-10 дней - во влажных условиях, далее - в воздушно-сухих. Такой режим обеспечивает формирование достаточно прочной минеральной структуры, а затем полимерной.
Бетоны на латексе СКС-65 рекомендуется применять в условиях воздействия воды, а на основе ПВА - в условиях воздействия масел и нефтепродуктов: для устройства полов, для покрытий дорог, аэродромов, каналов.
Жидковязкие олигомеры - на основе эпоксидных и полиэфирных смол. Необходимо добавлять эмульгатор (оксиэтилцеллюлоза), чтобы не было слипания частиц полимера и отделения его от минерального вяжущего. П/Ц=0,1-0,3.
Бетоны с добавкой жидковязких олигомеров обладают высокой прочностью, хорошей адгезией и износостойкостью. Применяются в подземном строительстве, для устройства покрытий полов и даже для соединения арматуры, взамен электросварки.