Файл: Черкасов, Г. И. Введение в технологию бетона.pdf

мерцементные мелкозернистые песчаные бетоны на плотных заполнителях.

Состав полимерцементных бетонов характеризуется полимерцементным отношением П/Ц1, которое обычно принимает­ ся равным 0,1—0,25.

Механизм взаимодействия полимера с цементным камнем изучен недостаточно. Согласно современным воззрениям жесткий пространственный скелет цементного камня укреп­ ляется в ослабленных местах (трещинах и порах) полимером, что приводит к упрочнению материала и повышению его элас­ тичности.

Полимерцементные бетоны удачно сочетают в себе поло­ жительные свойства цементных бетонов и пластмасс, харак­ теризуются повышенной деформативностыо, стойкостью к ударам, имеют повышенную предельную растяжимость, трещиностойкость и прочность на растяжение. Полимерные добавки повышают плотность структуры бетонов и их сопро­ тивляемость к воздействию различных агрессивных сред. Полимеры должны обладать хорошей адгезией к цементу и заполнителям, а также хорошей аутогезией— способностью отдельных частиц полимера к прочному слипанию, должны быть достаточно щелочестойкими и водостойкими.

Применяемые в настоящее время полимеры еще не в полной мере обладают всеми перечисленными свойствами, поэтому в области полимерцементных бетонов предстоят

дальнейшие исследования.

Большая заслуга в исследовании и внедрении в производ­ ство полимерцементных бетонов принадлежит нашим ученым А. В. Саталкину, В. Э. Лейриху, Ю. С. Черкинскому.

Полимерцементные бетоны получают тремя основными способами: 1) введением в состав бетона водных дисперсий полимеров, которые распадаются в бетонной смеси; 2) введе­ нием в воду затворения растворимых цолимеров с последую­ щим их отверждением в теле бетона с помощью добавок или путем нагрева; 3) пропиткой бетонных изделий на требуемую глубину маловязкими синтетическими веществами с отверж­ дением их тем или иным способом в капиллярах бетона.

В практике производства полимерцементных бетонов наи­ более широко распространен первый способ с введением в бе­ тонную смесь эмульсий высокомолекулярных винильныч соединений и латексов синтетических каучуков.

1 В данном разделе буквой П обозначается весовое количество поли­ мера на 1 м® бетона.

196

Для предохранения водных дисперсий полимеров от преж­ девременного коагулирования в щелочной среде цементного теста вводятся добавки стабилизаторов; особенно нуждаются

встабилизаторах латексные полимеры.

Взависимости от характера действия стабилизаторы де­ лятся на две группы: поверхностноактивные .вещества и кол­ лоиды, образующие на поверхности частиц полимера защит­ ные пленки, и электролиты, подавляющие действие ионов кальция. К первой группе относятся белки, производные цел­ люлозы, неионогенные поверхностноактивные вещества и др.,

ко второй — соли щелочных металлов, силикат натрия

ифосфат натрия.

ВСоветском Союзе распространены в основном добавки

вполимерцементные бетоны поливинилацетатной эмульсии и дивинилстирольного латекса, причем предпочтение необходи­ мо отдать латексу, так как он обеспечивает более высокую зодостойкость и морозостойкость бетонов.

Дивинилстирольный латекс — сополимер дивинила и сти­ рола с различным соотношением полимеров. В бетонах реко­ мендуется применять латексы GKC-50 и GKC-65 с содержани­ ем стирола соответственно 50 и 65%.

Стабилизация латекоцементных смесей чаще всего произ­ водится казеинатом аммония или щелочами. Казеинат аммо­ ния хорошо стабилизирует смеси, но вызывает их загустевание и для обеспечения заданной удобоукладываемости требу­ ет увеличения водосодержания смесей. Хорошая удобоукладываемость смесей обеспечивается при применении в качест­ ве стабилизатора добавки поташа с содой.

В последние годы под руководством М. И. Хигеровича проведены исследования по введению в бетонные смеси би­ тумных эмульсий с водой затворения; содержание битума принимается в 2—5% от веса цемента. В период отвердевания бетона эмульсия распадается и битум хорошо гидрофобизуег поры и капилляры бетона. Битумоцементные бетоны характе­ ризуются повышенной водонепроницаемостью и большой морозостойкостью.

При втором способе получения полимерцементных бетонов применяются водные растворы карбамидных и эпоксидных смол, фуриловых и поливиниловых спиртов.

Отличительной особенностью бетонов на водораствори­ мых карбамидных и эпоксидных смолах является способ­ ность к быстрому твердению во влажных условиях и повышенная их водостойкость. Оптимум механических

197

свойств наблюдается при введении смол в количестве 2% от веса цемента.

Для пропитки бетонных изделий применяются лак этиноль, растворы в органических жидкостях перхлорвиниловой смо­ лы, поливинилового спирта, поливинилацетата, кремнийорганических и других соединений. По имеющимся в литературе данным, бетонные образцы после пропитки лаком этиноль и перхлорвиниловой смолой приобретали повышенную проч­ ность и долговечность.

Для облегчения проникания жидкостей в бетон применяют различные методы, используя контракционный вакуум, термодиффузионные явления, а также пропитку под давлением. Глубину пропитки можно регулировать изменением пористос­ ти бетона.

Рассмотрим свойства полимерцементных бетонов с наи­ более распространенными полимерами. Как показал опыт изготовления поливинилацетатноцементных бетонов, макси­ мальные прочностные показатели обеспечиваются при П/Ц, равном 0,2. На прочность бетонов влияют влажностные усло­ вия среды. Если при твердении поливинилацетатных бетонов в среде с относительной влажностью 50% все прочностные показатели их выше, чем у обычных бетонов, то при твердении в среде с относительной влажностью 100% прочности уменьша­ ются в 3—6 раз, что связано с понижением прочности поливи­ нилацетата в водной среде. Поэтому для поливинил­ ацетатноцементных, а также и латексцементных бетонов оптимальными условиями твердения являются условия воз­ душной среды.

Зависимости механичеокой прочности мелкозернистых полимерцементных бетонов воздушносухого твердения от полимерцементного отношения и количества цемента представ­ лены на диаграммах (рис. 64).

По данным Ю. С. Черкинекого, при сжатии полимерцементного бетона (при оптимальном П/Ц), прочность тощих составов (1 :4 и 1 :5) выше, чем обычных бетонов. У жирных составов (1:2) прочность ниже, чем у бетона без добавки полимера. Эти явления связаны с соотношением прочностей полимера и бетона. Для тощих малопрочных составов проч­ ность поливинилацетата достаточно высока, для упрочнения же жирных смесей необходимо применять другой, более проч­ ный полимер.

В силу указанных причин полимерцементные бетоны с

198

а

Рис. 64. Зависимости механической прочности поливинилацетатноцементного мелкозернистого бетона от отношения

цемент: песок и от П/Ц (по Ю. С. Черкинскому):

а — предел прочности при сжатии; 6 — предел прочности при изгибе.

применением дивинилстирольного латекса имеют пониженные значения прочности при сжатии.

Прочности при растяжении и изгибе у обоих рассматривае­ мых видов полимерцементных бетонов выше, чем у обычных бетонов такого же состава.

Прочностные показатели латексцементных бетонов зави­ сят и от вида стабилизатора. Применение высокомолекуляр­ ных веществ снижает степень гидратации цемента и, следова­ тельно, понижает прочность бетонов; применение электроли­ тов более благоприятно сказывается на нарастании прочности бетонов во времени и на ее абсолютном значении.

При длительном увлажнении механическая прочность бе­ тонов с добавками поливинилацетата снижается из-за недо­ статочной его водостойкости вследствие гидролиза с образо­ ванием поливинилового спирта. Повышения водостойкости поливинилацетата можнр достичь нагреванием с целью дегид­

199

ратации поливинилового спирта с добавками соединений хро­ ма, галоиднопроизводных соединений или формальдегида для «пространственного сшивания» молекул поливинилового спирта.

Лолимерцементные бетоны характеризуются значительны­ ми деформациями усадки и ползучести, которые выше, чем у бетонов без добавок полимеров, в два раза и более.

Если изделия из полимерцементного бетона находятся в водной среде, деформации ползучести резко увеличиваются и могут привести к разрушению изделия. Модуль упругости полимерцементных бетонов ниже, чем обычных бетонов, и уменьшается при понижении модуля упругости полимера, а также при увеличении количества полимера в бетоне. Так, мелкозернистые поливинилацетатноцементные бетоны опти­

Поливинилацетатноцементные и латексцементные материа­ лы обладают высокой адгезионной способностью. Свежеуложенные полимерцементные бетоны и растворы хорошо скле­ иваются с разными поверхностями, в том числе и со старым

•бетоном. Различные полимерцементные мастики применяются для склеивания строительных материалов и в качестве обма­ зок для защиты арматуры от коррозии.

Полимерцементные бетоны обладают высокой стойкостью к восприятию динамических нагрузок и большой износостой­ костью. По имеющимся данным, ударная прочность латексцементных бетонов в 15 раз выше, а истираемость в 15—20 раз ниже, чем у обычных мелкозернистых бетонов.

Введение в бетоны полимерных добавок повышает их во­ донепроницаемость и морозостойкость. Особенно это заметно у латексцементных бетонов, но при снижении гидрофильности поливинилацетата можно получить и поливинилацетатноце­ ментные бетоны высокой водонепроницаемости и морозостой­ кости.

Особенно целесообразно применение полимерцементных композиций для повышения химической коррозионной стой­ кости бетонов. Соответствующим подбором химически стой­

бетоны при Л /Ц =0,2 стойки к воздействиям масел, бензола, днбутилфталата, морской воды, щелочей, но нестойки к воз­

200

действию кислот. Полимерцементный материал на основе латекса «рубекс» хорошо противостоит действию большинства кислот и кислых газов; в то же время латексцементные бето­ ны не маслостойки.

Высокие технические качества полимерцементных бетонов и большие возможности регулирования их свойств путем выбора полимеров и соответствующей технологии приготовле­ ния свидетельствуют о перспективности этих материалов.

Поскольку наряду с хорошими механическими свойствами, высокой адгезией и коррозионной стойкостью полимерцеменТные бетоны обладают повышенной усадкой и ползучестью, их целесообразно применять в виде тонких защитных слоев на рабочих поверхностях конструкций из обычных бетонов. В настоящее время полимерцементные бетоны успешно при­ меняются для устройства бесшовных полов в промышленных и общественных зданиях, для изготовления плит, оболочек в гидротехническом строительстве и плит для аэродромных по­ крытий, а также для ремонта повреждений и закрытия тре­ щин в железобетонных конструкциях. Дальнейшее увеличение производства полимеров и снижение стоимости позволит зна­ чительно расширить и область их применения в строительстве.

XIII. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕТОНА

Проектирование бетона — это сложная инженерная зада­ ча, при решении которой необходимо учесть все условия его работы в конструкции, воздействие нагрузки, окружающей среды, изменение свойств бетона во времени. Для изготовле­ ния бетонных конструкций должны быть выбраны такие мате­ риалы, технология приготовления, укладки и твердения бето­ на, которые обеспечивали бы требуемую прочность и долго­ вечность при наименьшей стоимости.

Рассмотренный в главе IV подбор состава бетона по прочности лишь частично решает эту задачу.

К сожалению, существующие требования устанавливают для бетона предельное состояние только по прочности, в то же время другие важнейшие свойства, например морозостой­ кость, водонепроницаемость, сульфатостойкость, назначаются не по предельным состояниям, а по очень грубо устанавливае­ мым маркам. В результате получаемые конструкции имеют не необходимое, а излишне высокое или низкое качество. Максимальное приближение к необходимому качеству при проектировании бетоннцх конструкций позволит сэкономить

20Г

«огромные средства и обеспечить надежность работы конструк­ ций.

При проектировании бетона вначале необходимо устано­ вить исходные данные: 1) требуемую прочность бетона, до­ стигаемую в заданные сроки: для большинства конструкций прочность бетона при сжатии, для дорожного и аэродромного бетона прочность при сжатии и изгибе, для бетона сборных железобетонных конструкций марку по прочности и отпускную прочность; 2) условия твердения бетона в конструкции: время года и средние температуры воздуха, сроки достижения требуемой прочности, способы ухода за бетоном; 3) марку бетона по морозостойкости и водонепроницаемости, а также стойкость к химическим коррозионным воздействиям, для чего необходимо знать условия работы конструкции (ниже постоянного горизонта воды, в зоне переменного уровня, ниже или выше глубины промерзания грунта, агрессивность вод и т. д.) и климатические условия района строительства; 4) кон­ фигурацию, вид, массивность конструкции и степень армиро­ вания; б) имеющиеся для бетона материалы, все их физико­ механические характеристики; 6) способы и дальность транс­ портировки бетонной смеси; 7) имеющиеся механизмы для уплотнения бетонной смеси.

Зная указанные исходные данные, можно приступить к определению расчетных параметров для подбора состава бе­ тона и назначению оптимальной технологии.

Очень важно определить расчетную марку бетона с учетом фактического времени загружения конструкции.

Как уже было сказано, следует возможно более точно установить марки бетона по долговечности для различных воздействий среды и сроки, в какие они должны Обеспечи­ ваться.

Необходимо правильно выбрать материалы из имеющихся их разновидностей.

При выборе вида цемента можно пользоваться рекомен­ дациями, указанными в предыдущих разделах. Марка цемен­ та должна соответствовать марке бетона или быть немного выше, так как это обеспечивает наиболее рациональное и экономичное расходование цемента. Высокопрочные бетоны из подвижных смесей следует применять только в благоприят­ ных климатических условиях.

Если марка цемента значительно выше марки бетона, то в цемент необходимо вводить тонкомолотые добавки, так как при расчете прочности будет определено, что количество це­

■202