Полимербетоны и покрытия на их основе

Министерство образования и науки Российской Федерации

 

 

 

 

 

 

 Семестровая работа  на тему: «Полимербетоны и покрытия на их основе»

 

 

 

 

Выполнил:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение
1 Полимербетоны
1.1  Составляющие полимербетонов
1.2 Свойства полимербетонов
1.3 Классификация полимербетонов
1.4 Полимербетон на основе  эпоксидной или полиэфирной смол
Составы полимербетона на  эпоксидной или полиэфирной смоле
1.4.2 Технология приготовления  полимербетонной смеси
2 Область применения полимербетонов
2.1 Полимербетонные полы
Полимербетонные лотки
2.3 Полимербетон как звукоизоляционный материал
3 Запатентованные покрытия
Заключение
Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Среди крупнейших потребителей полимерных материалов на одном из первых мест стоит строительная индустрия. Широкому применению полимерных материалов в строительстве способствуют не только высокая химическая стойкость, хорошие декоративные свойства многих из них, но и сравнительная простота применения, технологичность и другие свойства.

Следует, однако, отметить, что на многих промышленных предприятиях в условиях сильного агрессивного воздействия повышенного давления и температуры термопластичные полимерные материалы быстро стареют, а ненаполненные термореактивные, имея высокий коэффициент температурных деформаций, отслаиваются от защищаемых конструкций. Как показывает практика эксплуатации многих промышленных предприятий, защита строительных конструкций полимерными покрытиями малоэффективна и во многих случаях не обеспечивает необходимой надежности и долговечности сооружений [94, 105, 106].

В связи с этим в самых разнообразных отраслях промышленности все ощутимей сказывается отсутствие строительных материалов, которые сочетали бы высокую химическую стойкость с высокой прочностью и долговечностью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Полимербетоны

 

Полимербетон — это бетон, вяжущим веществом в котором служат синтетические полимеры. 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 советскими 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. 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.

 

1. Составляющие полимербетонов

 

В настоящее время в зарубежных странах для изготовления полимербетонов применяют около 10 типов различных мономеров или олигомеров, которые в комбинациях с модифицирующими добавками позволяют получить более 30 разновидностей полимербетонов.  Однако наибольшее предпочтение по-прежнему уделяется полимербетонам на основе полиэфирных и эпоксидных смол и мономера метилметакрилата (ММА).

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. Так, для полимербетона на мономере ФА нельзя применять карбонатные заполнители (отвердитель-кислота). 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.).

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Свойства полимербетонов

 

Объемная масса полимербетонов, зависящая в основном от вида и количества заполнителя, находится обычно в пределах 1800—2200 кг/м³.

Прочность полимербетонов определяется их составом и в некоторой степени режимом твердения.

Сравнение механических свойств полимербетонов и обычных бетонов показывает, что прочность при сжатии у полимербетоноп выше в 2—3 раза, прочность при изгибе выше в 6—10 раз, для полимербетонов характерна меньшая разница между прочностью при изгибе и при сжатии; удельная ударная вязкость полимербетонов выше в 5—10 раз. Модуль упругости полимербетонов в 1,5—2 раза ниже вследствие высокой ползучести, присущей всем полимерным материалам. При обычных температурах полимербетоны неспособны длительно выдерживать нагрузки, составляющие более 40—50% от разрушающих, так как начинаются незатухающие деформации ползучести, приводящие через некоторое время к разрушению бетона. При температуре 60—90° (зависит от вида полимера) незатухающая ползучесть начинает появляться уже при небольших нагрузках (10—15% от разрушающих). При температурах выше 90° полимербетоны постепенно полностью теряют несущую способность.

Ценным качеством полимербетонов по сравнению с цементными является низкая истираемость, в особенности бетонов на эпоксидных и фурановых полимерах

Полимербетоны обладают отличной адгезией к большинству сухих строительных материалов. Наибольшей адгезией обладают эпоксидные полимербетоны. Например, прочность сцепления их с цементным бетоном выше, чем прочность последнего при растяжении.

Плотное строение и водостойкость составляющих полимербетона придают ему практически полную водонепроницаемость. Водопоглощение полимербетонов не превышает 0,5—1%. Как следствие водонепроницаемости и низкого водопоглощения, у полимербетонов очень высокая морозостойкость (более 300—500 циклов).

Одним из главных преимуществ полимербетонов, определяющим область их применения, является высокая химическая стойкость.

В отличие от обычного цементного бетона полимербетон обладает высокой стойкостью к действию кислот, растворов солей и нефтепродуктов. Стойкость полимербетона в той или иной среде зависит от вида полимерного вяжущего, стойкости заполнителей и ряда других факторов. Например, для кислотостойких бетонов необходимо применять кислотостойкие заполнители (кварц, андезит, графит и т. п.). Для обеспечения высокой стойкости, безусловно, необходима плотная структура полимербетона.

Влияние полимерного связующего сказывается и на термических свойствах полимербетона. Коэффициент температурного расширения полимербетонов выше, чем у обычного бетона, вследствие высокого коэффициента температурного расширения полимерного связующего, равного 0,5—1,0·10-3 1/град, т. е. в 5—10 раз выше, чем у стали и цементного камня. Поэтому для снижения температурных деформаций полимербетона желательно уменьшать расход полимерного связующего. Теплопроводность полимерных бетонов ниже, чем у цементных.

Как было показано выше, существенным недостатком полимербетонов является сравнительно низкая термостойкость. Предельные температуры, в которых можно эксплуатировать конструкции из полимербетонов, не превышают 150—180°.

 

 

 

 

 

 

 

3. Классификация полимербетонов

 

Классификация полимербетонов  по видам отвердителей и полимерного связующего, приведена в таблицу 1

Таблица 1

 

 

 

1.4 Полимербетон на основе  эпоксидной или полиэфирной смол

 

Полимербетон на эпоксидной (или полиэфирной) смоле - материал, получаемый в результате уплотнения, формирования и отверждения полимербетонной смеси, приготовленной смешением эпоксидного (или полиэфирного) связующего с минеральными материалами (подобранного зернового состава), взятых в весовом соотношении от 1 : 5 до 1 : 10.

Эпоксидное связующее - смесь эпоксидной смолы или эпоксидного компаунда с отвердителем.

Эпоксидный компаунд - смесь эпоксидной смолы с пластификатором или модификатором, или эластомером.

Полиэфирное связующее - смесь полиэфирной смолы с ускорителем и отвердителем.

Эпоксидное связующее, наполненное песком, - смесь этих материалов в весовом соотношении от 1 : 0,5 до 1 : 1,5.

 В зависимости от  размера максимальной фракции  минеральной части полимербетона  различают крупнозернистый, среднезернистый, мелкозернистый и песчаный полимербетон  на эпоксидной или полиэфирной  смоле. Наиболее эффективен для  повышения прочности цементобетонных  покрытий песчаный полимербетон  на эпоксидной или полиэфирной  смоле, приготовленный с применением  минерального материала размером  до 5 мм.

 Технологические свойства  связующего и полимербетонной  смеси на эпоксидной или полиэфирной  смоле зависят от вида и  количества составляющих их материалов. Жизнеспособность полимербетонной смеси на эпоксидной смоле (время, в течение которого смесь можно укладывать) зависит от жизнеспособности эпоксидного связующего, вида и количества минерального материала. В свою очередь жизнеспособность эпоксидного связующего зависит от количества отвердителя - полиэтиленполиамина, а также от вида и количества пластификатора. Жизнеспособность эпоксидного связующего уменьшается с увеличением в его составе отвердителя.

Оптимальное количество отвердителя - полиэтиленполиамина - находится в пределах 10 - 20 вес. ч. на 100 вес. ч. эпоксидной смолы марки ЭД-5 или ЭИС - 1 при температуре воздуха 20 ± 5 °С. Жизнеспособность эпоксидного связующего увеличивается при введении в его состав пластификатора.