Изложите основные свойства и области применения в строительстве материалов на основе полимеров

Ответ Полимербетоном называется композиция полимера и наполнителя. При добавлении небольшого количества наполнителя в полимер прочность последнего снижается. При увеличении количества вводимого наполнителя до состояния, когда полимер находится в виде тонкой плёнки, расположенной между зёрнами наполнителя, прочность полимера резко возрастает. При дальнейшем увеличении — наступает момент, когда полимера становится недостаточно для того, чтобы смочить все зёрна наполнителя и прочность полимербетона уменьшается. Величина необходимого количества полимера (4−20%) напрямую связана с его вязкостью. Вязкость смолы может быть снижена нагревом, прессованием или другими техническими приёмами.

Полимербетонные композиции обладают физико-механическими свойствами во многом превосходящими свойства просто бетонов. Это повышенная пластичность, большая прочность, водонепроницаемость, повышенная морозостойкость, высокие адгезивные свойства, стойкость к истиранию, низкая пористость и т. д.

Из полимербетонов, благодаря их улучшенным потребительским свойствам, можно изготавливать высококачественные строительные материалы:

• · изоляционные и защитные покрытия для бетонов
• · кладочные растворы для высокопрочного кирпича
• · материалы для декоративной отделки фасадов зданий
• · атмосферостойкие краски
• · шпаклёвки для внутренних и наружных работ
• · штукатурки различного назначения
• · покрытия для полов и дорог
• · изготовление тёплых полов с использованием лёгких заполнителей
• · клеевые растворы для облицовочной плитки.

Благодаря высокой пластичности, низкой пористости и способности набирать прочность за короткий промежуток времени полимербетоны можно с успехом использовать для изготовления методами виброформования и литья декоративных изделий малой архитектуры, конструкционных несущих и декоративных накладных деталей для мебели и много других изделий.

1. Полимерцементные материалы.

Цементно-полимерный бетон.

Цементно-полимерный бетон представляет собой цементный бетон с добавкой высокомолекулярных органических соединений в виде водных дисперсных полимеров. Они характеризуются наличием двух активных составляющих — минерального вяжущего и органического полимера. Вяжущее с водой образует цементный камень, склеивающий частицы заполнителя в монолит. Полимер по мере удаления воды из бетона образует на поверхности пор, капилляров, зёрен цемента и заполнителя тонкую плёнку, которая обладает хорошей адгезией и способствует повышению сцепления между заполнителем и цементным камнем, улучшает монолитность бетона и работу минерального скелета под нагрузкой. В результате цементно-полимерный бетон приобретает особые свойства: повышенную по сравнению с обычным бетоном прочность на растяжение и изгиб, более высокую морозостойкость, хорошие адгезивные свойства, высокую износостойкость, влагонепроницаемость.

Введение

полимерных добавок увеличивает пластичность растворных смесей по сравнению с чисто цементными. Добавка вводится в количестве 2−15% от объёма бетона.

Цементно-полимерные бетоны изготовляют по той же технологии, что и обычные цементные бетоны.

Наиболее целесообразно применять эти бетоны для тех конструкций и изделий, где можно использовать особенности их свойств, например, для изготовления наливных полов, дорожных покрытий, отделочных составов, коррозионно-стойких покрытий.

Полимерцементная пропитка для бетонных покрытий.

При нанесении на поверхность бетона полимерная пропитка плотно заполняет все поры и дефекты бетона. В результате обработки достигается увеличение долговечности, износостойкости и непроницаемости бетона, устраняется пыление бетонных полов. Материалы, получаемые таким образом, приобрели название бетонополимеров.

Свойства бетонополимеров зависят как от свойств бетона, так и от технологии обработки. В результате пропитки в теле бетона возникает особая структура, которая состоит из затвердевшего цементного камня, скрепляющего зёрна заполнителя в единый монолит и разветвлённой системы нитей и включений материала пропитки. Полимер заполняет поры и капилляры цементного камня, заполнителя и контактной зоны между ними, делая их газои водонепроницаемыми. Образующуюся в бетоне сетку полимера можно рассматривать как особого рода дисперсное армирование, которое существенно увеличивает прочность и трещиностойкость бетона.

Прочность бетонополимера на сжатие по сравнению с контрольным бетоном повышается в 2−4 раза, прочность на растяжение увеличивается в 3−10 раз, достигая 18 МПа, в десятки раз увеличивается морозостойкость. Бетонополимер приобретает стойкость к кислотам и сульфатам.

Расход полимера составляет 1−4% от объёма бетона на глубину пропитки.

Полимерная пропитка может широко использоваться для ремонта и восстановления бетонных и железобетонных изделий.

Полимерная пропитка может существенно улучшить качество любого строительного материала, будь-то: кирпич, шифер, штукатурка и т. п. При этом материал приобретает устойчивость к воздействию атмосферных факторов таких, как влага, морозы и становится защищённым от всякого рода грибков и высолов.

Полимерцементная краска для строительных материалов, подверженных атмосферному воздействию.

Краска с минеральными пигментами различных оттенков экологически безвредная, удобная в эксплуатации. Она наносится на материал, как ручным способом, так и распыляющими механизмами. Такая краска эффективно защищает покрываемый материал: увеличивает механическую прочность материала, делает его влагостойким, морозостойким, маслостойким, устойчивым против грибков и т. д. Шиферная кровля, покрашенная этой краской с соответствующим пигментом не только по внешним данным, но и по прочностным характеристикам приближается к черепичной.

Полимерцементная обмазка для защиты арматуры.

Для надёжной защиты стальной арматуры от коррозии при производстве ответственных сооружений рекомендуется применять защитные покрытия в виде обмазок. Обмазка не только защищает арматуру от коррозии, но и способствует улучшению сцепления между арматурой и бетоном и тем самым увеличивает прочность бетона на растяжение. Арматура покрывается обмазкой, имеющей сметанообразную консистенцию, малярными средствами либо погружением. Обмазка высыхает на воздухе при температуре 20 град. в течение одного часа. Расход обмазки составляет 1 кг на 15−20 кв. м покрытия.

2. Полимергипсовые материалы.

Необходимость модификации гипсового вяжущего вещества полимерными добавками связана с низкой прочностью гипсового камня. Свойства вяжущего ионного характера существенно улучшаются при введении водорастворимых, особенно отверждаемых полимеров.

Наиболее эффективны с точки зрения увеличения прочности гипсового камня некоторые природные полимеры, в частности, некоторые виды полисахаридов, а также синтетические полимеры. Добавка к гипсу всего 5% таких полимеров повышает прочность камня, увеличивая её притив контрольного образца в 3,5 раза.

3. Полимерсиликатные бетоны.

Силикатные бетоны обладают целым рядом важных потребительских свойств, таких как высокая плотность, огнеупорность, значительная прочность и кислотостойкость. Однако эти бетоны имеют существенные недостатки, которыми являются их малая жизнеспособность, ухудшающая технологичность применения, и сильная усадка, связанная с испарением воды.

С помощью полимерных добавок можно, не ухудшая качества бетона, продлить его жизнеспособность в 2 и более раз.

В тоже время, применение поверхностно активных веществ, совместимых с силикатными растворами, позволяет снизить расход вяжущего в бетоне, а следовательно и количество воды, на 25% и более, при этом удобоукладываемость смеси не ухудшается.

Улучшение структуры полимерсиликатов в результате связывания воды достигается введением добавок, легко вступающих в химическое взаимодействие с водой и являющихся кислотостойкими и инертными к кремнегелю.

Полимерсиликатные бетоны отличаются высокой кислотоупорностью и прочностью (до 100 Мпа). Наибольшая эффективность от применения полимерсиликатного бетона может быть достигнута в случае изготовления или облицовки химического оборудования.

Таким образом, можно получать модифицированные силикатные растворы — полимерсиликаты, обладающие существенно лучшими технологическими свойствами.

4. Серополимерный бетон — коррозионно-стойкий и высокопрочный строительный материал.

Предлагаемый неорганический полимер определяется как наиболее перспективный материал будущего в бетоноведении.

С целью получения полимерных бетонов, обладающих повышенными потребительскими свойствами, в состав серных цементов вводят пластифицирующие, модифицирующие, антипирирующие и другие функциональные добавки. На основе модификации достигается исключение деструктивных процессов, вызываемых объёмными изменениями происходящими при перекристаллизации серы.

Введение

пластификаторов повышает также морозостойкость, атмосферостойкость и стойкость к температурным колебаниям бетона. Добавка определённого количества антипиренов позволяет изготавливать серные бетоны, относящиеся к группе «трудносгораемых материалов», что значительно расширяет область применения бетонов.

Во многих случаях, благодаря существенно лучшим свойствам, использование серного модифицированного бетона (СМБ) экономически целесообразно и технически необходимо. СМБ используется в строительстве в тех случаях, когда применение цементного бетона без антикоррозионной защиты недопустимо или требуется конструкционный быстротвердеющий бетон. Известно применение СМБ для связывания кислотоупорных плиток, кирпичей, разделки швов, футеровки аппаратуры, защиты строительных конструкций от воздействия органических кислот, солей, при устройстве кислотои солестойких полов, а в последнее время — для изготовления строительных конструкций. Серные бетоны, прежде всего, предназначены для изготовления коррозионно-стойких изделий и конструкций, применяемых при строительстве предприятий химической промышленности, в сельском, дорожном, гидротехническом строительстве, при ремонтно-восстановительных работах.

Разработана технология изготовления долговечного морозостойкого высокопрочного строительного бетона, обладающего высокой химической стойкостью к минерализованной (морской) воде, растворам кислот, солей и нефтепродуктов.

Бетон производится на основе модифицированного серного вяжущего по горячей технологии при температуре не выше 150 оС.

Вяжущее изготавливается из серосодержащих промышленных отходов. В качестве наполнителей применяются отходы камнепиления, отходы дробления гранита, золы и другие пылевидные неорганические материалы. В качестве крупного заполнителя используются гравий, гранитный щебень, кирпичный бой, керамзит и другие традиционные заполнители.

Сущность структурообразования строительного материала сводится к омоноличиванию зёрен наполнителя и заполнителя разогретым связующим, которое при охлаждении твердеет и создаёт прочную композиционную структуру.

Физико-механические свойства материала:

• · плотность — 1000 — 2600 кг/м3
• · прочность при сжатие — 15 — 60 Мпа
• · прочность при изгибе — 4 — 12 Мпа
• · водопоглощение — 0,1 — 0,3%
• · водонепроницаемость — В-15 — В-30
• · морозостойкость — F 500 — F800
• · кислотостойкость — 0,94 — 0,96
• · температура применения — от -60 до +80 оС

Изготовление изделий из композиционного строительного материала осуществляется методами литья, вибропрессования или виброформования. Технология производства безотходная, т.к. все бракованные изделия легко перерабатываются по общей технологии.

Области применения:

• · строительство на мелководье и в прибрежной зоне
• · подземные сооружения и конструкции
• · трубы и ёмкости для агрессивных жидкостей
• · изготовление дорожных покрытий
• · элементы кровельных покрытий: черепиц, шифер и т. п.
• · элементы морских сооружений, дренажных систем, полов промышленных зданий
• · контейнеры для захоронения радиоактивных отходов
• · элементы декоративно-художественных изделий, малые архитектурные формы, декоративные литые элементы в производстве мебели.

Серополимерные бетоны в дорожном строительстве.

Разработаны составы полимер-асфальтобетонов, предназначенных для ремонта верхних слоёв асфальтобетонных покрытий проезжей части улиц, дорог, площадей и тротуаров, а также для приготовления литых полимер-асфальтобетонов, и выпущены «Технические условия» на их производство и применение. При изготовлении полимер-асфальтобетонов следует иметь в виду следующее.

При смешивании расплава модифицированного полимера с битумом при 120−140 оС образуется эмульсия с размером частиц менее 5 мкм. Исследование свойств песчаных и гравийных полимер-асфальтобетонов, приготовленных на основе полимерного и битумного вяжущих показали, что добавка полимера позволяет значительно (до 35−45%) повысить прочность дорожного покрытия по сравнению с асфальтобетонным и значительно повысить модуль упругости покрытий с 2100 до 4200 Мпа. Использование полимера позволяет сократить расход битума при производстве дорожного покрытия до 50%, в то время, как стоимость используемого полимера на порядок ниже стоимости битума.

Для приготовления полимер-асфальтобетонных смесей могут быть использованы низкосортные загрязнённые заполнители, которые недопустимы при изготовлении обычного асфальтобетона. Перемешивание компонентов производится при более низких температурах, благодаря пониженной вязкости смеси. Температура укладки смесей на 30 оС ниже, чем температура асфальтобетона. Уплотнение смеси также производится при меньших температурах.

Полимер-асфальтобетоны характеризуются благоприятными эксплуатационными свойствами при действии повышенных и пониженных температур. Они стойки к действию бензина и дизельного топлива, долговечные, обладают повышенной износостойкостью и стойкостью в условиях попеременных замораживания и оттаивания и свойствами улучшающимися с течением времени. Коррозия арматуры не обнаруживается даже при малой толщине покрытия. Имеется опыт армирования полимер-асфальтобетона стекловолокном и органическими волокнами, что существенно (до 2-х раз) повышает прочность материала на изгиб.

Применение модифицированного полимера перспективно для приготовления полимер-асфальтобетонов, используемых для дорожных покрытий, защитных покрытий гидротехнических сооружений — дамб, плотин, различных хранилищ жидких продуктов.

Песчано-полимерные асфальтобетоны характеризуются высокой плотностью, коррозионной стойкостью и износоустойчивостью, поэтому их можно применять для защиты других конструкций. Они особенно эффективны в качестве основания и покрытия рабочих площадок, при монтаже оборудования на грунтах низкой несущей способности, так как отпадает необходимость в устройстве дополнительных слоёв. Поскольку коэффициент теплопроводности песчано-полимерного асфальтобетона в три раза ниже, чем у обычного асфальтобетона, он является хорошим теплоизоляционным материалом.

Использование полимер-асфальтобетона особенно эффективно при ремонте дорожных покрытий, заполнении вырубок, швов, устройстве полов. Благодаря высокой текучести, эти асфальтобетоны могут просто наливаться и разравниваться, а движение транспорта может быть возобновлено непосредственно после остывания смеси. Одним из преимуществ таких смесей является возможность их укладки независимо от погодных условий и климатических зон.

Для изготовления полимер-асфальтобетона может быть использовано технологическое оборудование, применяемое при изготовлении дорожного асфальта, только последнее доукомплектовывается эмульгатором и ёмкостью для хранения полимера. Укладка смеси в покрытие дорог производится стандартным оборудованием.

Исследования показали перспективность технологии изготовления дорожных покрытий и бетонов с применением полимера без использования битума. Основной особенностью предлагаемого полимербетона по сравнению с асфальтобетоном является различие в физико-механических свойствах применяемых вяжущих, то есть полимера и битума, которые отличаются по свойствам, как в расплавленном состоянии, так и после отверждения. Прогноз срока службы полимербетона составляет более 20 лет.

Производственная технология полимербетона принята по технологической схеме асфальтобетонного завода, в которую внесены следующие изменения и дополнения:

• · На складе полимерного вяжущего предусмотрен участок дробления до крупности не более 6 мм.
• · Смеситель оборудован обогревающей установкой и теплоизоляцией, обеспечивающими регулирование температуры в пределах 145± 5 оС. Выдача горячей смеси полимербетона осуществляется в транспортную термоёмкость или термобункер-накопитель.
• · Изделия из полимербетона формуются на термовиброплощадке в предварительно нагретых до 140 оС формах.
• · Дробильное и смесительное отделения как и термовиброплощадка оборудованы принудительной вентиляцией, подключённой к системе пылегазоочистки.

Была произведена производственная апробация составов полимербетона на действующей технологической линии асфальтобетонного завода ДС-117−2Е. В соответствии с заводской технологией отходы камнедробления были высушены и подогреты до 220 оС в сушильном барабане. Горячие фракционированные заполнители и наполнители после дозировки были загружены в асфальтобетонный смеситель. При непрерывном их перемешивании в смеситель был подан через боковой люк порошковый полимер рассчитанного количества. Перемешивание длилось 180 сек, при этом полимер расплавился за счёт тепла заполнителей, и образовалась горячая смесь полимербетона, которая после выгрузки в самосвал имела температуру 145 оС и хорошую подвижность.

Самосвалом горячая смесь была подана на расстояние 100 метров и уложена на участке проезжей части дороги, предварительно подогретом газовой горелкой. Уложенная смесь уплотнялась площадочным вибратором через деревянную прокладку (фанеру). Исследование свойств полученного покрытия показало, что полимербетон обладает высокими физико-механическими характеристиками. Плотность материала составляла 2100−2200 кг/куб.м, пределы прочности на сжатие и изгиб соответственно -40−50 Мпа и 7−10 Мпа, термостойкость — не ниже 80 оС, морозостойкость — 400 — 500 циклов замораживания и оттаивания, водопоглащение — 0,05 — 0,2% по массе.

Сухой асфальтобетон.

Применение сухой массы асфальтобетона поможет существенно облегчить ремонтные работы различных дорожных покрытий. Доставленный к месту ремонта в мешках (в отличие от традиционного асфальта, доставляемого специальным транспортом в горячем состоянии) распределённый на повреждённом участке дорожного полотна и разогретый сухой асфальтобетон, обладающий хорошей пластичностью, проникает в трещины и, обладая хорошей адгезией, надёжно связывает старое покрытие в монолит.

Введение

м в сухую смесь дополнительной упрочняющей добавки можно температуру размягчения асфальтового покрытия увеличить до 60−80 оС, что также приведёт к повышению морозоустойчивости покрытия.

Серополимерная пропитка для строительных материалов.

Благоприятные технологические свойства жидкого полимера, его гидрофобность, высокая степень адгезии к бетону, способность твердеть при отрицательных температурах послужили основанием для разработки эффективных композиционных составов для омоноличивания и герметизации бетонных и железобетонных конструкций и сооружений.

Обладая эффективными пропиточными свойствами, расплав полимера легко проникает в открытые поры капилярно-пористых материалов. Заполнивший поры и капиляры полимер при охлаждении застывает, уплотняя структуру, что повышает физико-механические свойства, морозостойкость, износостойкость, коррозионную стойкость, снижает водопоглощение и водогазопроницаемость.

Введение

в расплав термически совместимых веществ (модификаторов) позволяет создать композиции, повышающие эффективность технологии пропитки, и способствует улучшению свойств пропитываемого материала.

Бетоны, пропитанные модифицированным полимером, могут применяться для изготовления дорожных и тротуарных плит, бордюрных камней, лотков, труб, тюбингов, секций опреснительных установок и оросительных систем, элементов речных и морских сооружений, силосных башен, элементов каркаса градирен, опор ЛЭП, шпал, свай и прочих элементов и конструкций гидротехнического, транспортного, энергетического и сельского и строительства, т. е. для таких элементов, к которым предъявляются при эксплуатации повышенные требования.

Опыт эксплуатации показал, что бетон, пропитанный модифицированным полимером, хорошо сопротивляется воздействию уксусной, масляной, молочной кислот, которые образуются при хранении силоса в силосной башне.

Технология полимерной пропитки может быть использована также для повышения физико-механических свойств и долговечности многих строительных материалов, таких как асбоцемент, гипс, строительный и кислотоупорный кирпич, пористые заполнители, изделия из древесины, арболита и другие пористые материалы и изделия.

5. Материалы на основе неорганических полимеров.

На основе неорганических связок, модифицированных неорганическими добавками, были отработаны неорганические цементы, обладающие существенными отличиями от цементов, модифицированных полимерными материалами, имеющими органическую природу.

Материалы на основе неорганических полимеров не уступают по качеству потребительских свойств ни полимерцементам, ни полимерсиликатам и могут быть использованы в тех же областях народного хозяйства. Кроме того, неорганические полимерные цементы с огнеупорными заполнителями позволяют изготавливать огнеупорные материалы, удовлетворяющие техническим требованиям большинства работающих тепловых агрегатов.

Неорганические цементы также как и изготавливаемые на их основе неорганические строительные и огнеупорные материалы отличаются экологической чистотой. Они достаточно прочные, не разрушаются и не выделяют вредных веществ даже при высоких температурах (1500°C), устойчивы к воздействию кислых и щелочных растворов. Обладая значительной механической прочностью после твердения в нормальных условиях, эти материалы увеличивают свою прочность после сушки при повышенной температуре и после обжига.

6. Полимерная пропитка — Поротекс.

«НПО Огнеупоры и теплоизоляция» разработала и начала производство с 2005 года один из лучших полимерных материалов, обладающих защитными свойствами «Поротекс».

Поротекс, обладающий сильными адгезивными свойствами, легко пропитывает поверхность строительных материалов, заполняет поверхностные поры и защищает покрываемую поверхность от негативных атмосферных воздействий. Деревянные, кирпичные поверхности, как и поверхность натурального камня становятся водоотталкивающими, что существенно повышает морозостойкость материалов и их способность противостоять разрушающим воздействиям бактерии и микроорганизмов.

Существенно повышается долговечность кровельных материалов, таких как шифер, черепица и т. п, после пропитки Поротексом. Устранение всевозможных пор и микротрещин на поверхности этих материалов исключает пропитывание влагой, а следовательно повышает морозоустойчивость, предохраняет от проникновения водорослей и микроорганизмов в поры покрываемого материала, тем самым увеличивая его жизнестойкость.

Тонкая прочная плёнка, образующаяся при нанесении Поротекса на поверхность металла, существенно повышает стойкость металлов как к воздействии атмосферной влаги, так и при попадании на металл агрессивных солевых растворов, растворов кислот и щелочей.

Поротекс, изготовленный на экологически чистом растворителе, представляющим собой вытяжку из сосновой смолы, и нейтральных заполнителях, не несущих какого-либо вреда живым организмам, представляет собой экологически чистый материал. Применять пропитку рекомендуется на открытом воздухе или в хорошо проветриваемом помещении из-за распространяющегося при высыхании запаха.

Поротекс — бесцветный материал, который при необходимости можно сделать красящим, добавив требуемый неорганический пигмент, что не ухудшит его защитных свойств.

Способ применения.

Для достижения защитного эффекта достаточно пропитать покрываемый материал Поротексом на глубину 3−5 мм. Для чего на просушенный пропитываемый материал с помощью кисти или напыляющего устройства наносят пропитку, которая легко заполняет поры и трещины защищаемого материала. Через несколько часов пропитка затвердевает как внутри материала, так и на его поверхности и становится надёжной защитой от внешних воздействий. При наличии на поверхности покрываемого материала крупных пор и раковин необходимо пропитку повторить.

7. Антипирофос — огнезащитная антисептическая пропитка.

Антипирофос — бесцветная огнезащитная пропитка для древесины, устойчивая к воздействию атмосферных факторов. Является хорошим антипиреном и антисептиком. Рекомендуется для обработки деревянных изделий, применяемых в строительстве как для внутренней, так и для внешней отделки зданий. Защищает от грибковых заболеваний и переводит древесину в первую категорию негорючести.

Вопрос № 5.