Файл: Литвин, А. Н. Железобетонные конструкции с полимерными покрытиями.pdf

рых контакт экструдируемой присадки с воздухом минимален и качество сварных швов значительно лучше. Интересно отметить, что переплавка постаревшего поли­ этилена, что происходит как раз в процессе сварки по­ лиэтилена с помощью экструдируемой присадки, полностью восстанавливает его первоначальные свойст­ ва [69].

При решении вопроса о возможности использования полиэтилена низкой плотности в полимержелезобетонных конструкциях, подверженных воздействию прямой солнечной радиации, следует иметь в виду, что в этих ус­ ловиях наиболее стойким будет полиэтилен низкой, плот­ ности, в который введено около 2% мелкодисперсной газовой канальной сажи. Имеются сведения о том, что образцы такого полиэтилена после девяти лет облуче­ ния в естественных условиях климата Индии оставались достаточно прочными и гибкими [81]. В то же время опытные образцы того же полиэтилена, содержащие те же 2% сажи, но плохо распределенной в материале, пос­ ле двухлетнего облучения стали хрупкими. На микрофо­ тографиях срезов из таких образцов заметна неоднород­ ность структуры. Образцы полиэтилена, в которых сажа была тщательно распределена, после восьмилетнего об­ лучения мало изменили свои свойства, а на микрофото­ графиях срезов с них не было заметно никакой неодно­ родности, а лишь сплошной черный фон.

Интересно отметить, что предварительная обработка сажи поверхностно-активными веществами, например синтанолом ДС-10 (0,3%), существенно облегчает ее распределение в полиэтилене. В этом случае, даже при однократном смешении, образующаяся весьма мелко­ дисперсная сажа очень хорошо распределяется и поэто­ му на микрофотографиях срезов наблюдается характер­ ный черный фон. Поэтому автор рекомендует применять в полимержелезобетонных конструкциях, эксплуатируе­ мых при воздействии прямой солнечной радиации, как, например, в кровельных покрытиях, полиэтилен НП с добавкой 2% сажи, предварительно обработанной вве­ дением в нее 0,3% сннтанола ДС-10 или другого подхо­ дящего поверхностно-активного вещества.

Количественно старение полимерных материалов обычно оценивают при помощи коэффициентов старе­ ния, отражающих изменения во времени либо значений разрушающих напряжений, либо значений относитель­

47

ных удлинений при разрыве испытываемых материалов, т. е. по величинам:

Коэффициент старения по относительному удлине­ нию при разрыве Кг лучше характеризует результаты исследуемого процесса, так как при старении полимеров с образованием пространственных «сшитых» структур значения разрушающих напряжений при растяжении, как правило, сначала возрастают, а затем уменьшаются, в то время как коэффициент Кг обычно изменяется мо­ нотонно, уменьшаясь по мере старения.

Тщательный анализ результатов исследований старе­ ния полиэтилена НП в различных климатических усло­ виях, включая тропические, при воздействии прямого и рассеянного солнечного света, выполненный С. 3. Ерухимовичем [19, 20], показал, что между скоростью ста­ рения и суммарным количеством воздействовавшей на полимер солнечной радиации интенсивностью более 1,68 Дж/см2-мин наблюдается закономерное соответст­ вие. Для определения срока службы полиэтилена в ин­ тересующем географическом районе по данным о сроке его службы в известном географическом районе предло­ жена формула

Ti — срок службы полимера в известном районе в годах; 2Qi, 2Q2 —

годовые суммы эффективной солнечной радиации в известном и инте­ ресующем географических районах в Дж/см2; У[, У2 — доли ультра­ фиолетовой составляющей спектра в известном и интересующем районах.

Для примера можно указать на то, что в эксперимен­ тах в тропическом климате за 75 месяцев старения в ес­ тественных условиях при годовой сумме эффективной радиации 299 376 Дж/см2 разрушающее напряжение ста­ билизированного сажей полиэтилена не изменилось и ос­ талось равным 13,3 МПа (133 кгс/см2), а относительное удлинение при разрыве снизилось с 500 до 335%. Пере­ счет по формуле (2) для условий г. Москвы, где годовая сумма эффективной радиации равна 110 376 Дж/см2, да­

48

же если принять отношение У[ : У2 равным единице (хо­ тя оно больше, чем единица), даст расчетный срок служ­ бы полиэтилена равным:

Вычисленный срок, разумеется, нельзя считать пре­ дельным сроком службы полиэтилена в условиях г. Мо­ сквы, так как нужно принять во внимание, что после ста­ рения в тропическом климате продолжительностью 75 месяцев основные физико-механические свойства испы­ тывавшегося полиэтилена еще оставались на очень вы­ соком уровне.

Следует отметить, что в полимержелезобетонных конструкциях за срок службы полимерного материала, по-видимому, с некоторым резервом можно приближен­ но считать время старения, которое приведет либо к уменьшению разрушающего напряжения до значения, равного расчетному сопротивлению материала растя­ жению, либо к уменьшению значения относительного удлинения при разрыве до величины порядка 5—10%. Поэтому имеется достаточно оснований считать, что по­ лиэтилен НП с добавкой 2% газовой канальной сажи, обработанной 0,3% сиитанола ДС-10 и весьма тщатель­ но распределенной в материале, будет в условиях воз­ действия солнечной радиации средней полосы СССР ха­ рактеризоваться долговечностью, равной нескольким де­ сятилетиям.

В условиях действия рассеянного солнечного света такой полиэтилен сможет служить еще дольше, так как установлено, что, например, при хранении более 10 лет проводов и кабелей с полиэтиленовой оболочкой в осве­ щенных помещениях физико-механические и электриче­ ские характеристики материала оболочек почти не ухуд­ шились [20].

Следует обратить внимание иа то обстоятельство, что в полимержелезобетонных конструкциях, эксплуатируе­ мых внутри помещений, черный цвет полиэтилена, полу­ чающийся за счет его стабилизации сажей, как правило, неприемлем. При действии рассеянного света в услови­ ях даже тропического климата относительное удлинение при разрыве нестабилизированного полиэтилена НП на­ турального цвета изменилось за 3 года совсем незначи­ тельно (рис. 15). Учитывая, однако, что оптическая плот-

пость нестабилизированного полиэтилена натурального цвета очень м'ала и поэтому старение может идти во всей толще образца, лучше всего и в таких условиях эксплуа­ тации применять стабилизацию полиэтилена неокрашен­ ными стабилизаторами и одновременно повышать его оптическую плотность за счет введения в него окиси цин­ ка, двуокиси титана, аэросила и тому подобных веществ

Рис. 15. Уменьшение относи­ тельного удлинения при разры­ ве полиэтилена низкой плотно­ сти при воздействии солнечной радиации

1 — прямой; 2 — рассеянной

и тех или иных красителей нужного цвета. Такие краси­ тели не должны разрушаться при температуре перера­ ботки полиэтилена, выцветать и мигрировать. Пригодные для такой цели пигменты и их концентрации извест­ ны [70].

Для полимержелезобетоиных и полимерлегкобетонных конструкций, эксплуатируемых па свету внутри по­ мещений, которые должны иметь полимерный слой свет­ лого тона, рекомендуется следующий комплекс мер для обеспечения максимальной долговечности:

использование полиэтилена НП с индексом расплава

0,3 г/10 мин;

введение в него нетоксичного светостабилизатора «Бензон ОА» в количестве 0,5%;

добавка в него около 2% светлого оптически плотно­ го наполнителя для придания непрозрачности, напри­ мер двуокиси титана;

введение в материал антистатика в дозировках, сни­ жающих электризуемость до пределов, исключающих налипание пыли и загрязнений;

использование светостойких красителей в количест­ вах, достаточных для придания материалу насыщенных тонов нужного цвета.

50

Эти добавки вводятся в полиэтилен заводами-постав- щиками по заказу потребителей.

СТАРЕНИЕ И СТАБИЛИЗАЦИЯ ПОЛИПРОПИЛЕНА

По стойкости при старении полипропилен несколь­ ко уступает полиэтилену [13, 69]. Однако его теплостой­ кость, прочность и сопротивляемость многократным пе­ регибам, надрезам, растрескиванию и истиранию выше, чем у полиэтилена. Поэтому стабилизация его весьма перспективна. Стабилизированный полипропилен впол­ не пригоден для длительной эксплуатации.

Имеются сведения, что полипропилен можно стаби­ лизировать теми же стабилизаторами, которые исполь­ зуются для полиэтилена. Для применения на открытом воздухе, когда возможно действие прямой солнечной ра­ диации, рекомендуется применять полипропилен с до­ бавкой 2% газовой канальной сажи. Так как количест­ венные данные, характеризующие процесс старения полипропилена, отсутствуют, по-видимому, на первых по­ рах следует пользоваться общими рекомендациями, сво­ дящимися к применению в наружных конструкциях са­ женаполненных композиций, а в конструкциях, исполь­ зуемых внутри зданий, — стабилизированных, наполнен­ ных и соответственно окрашенных его сортов.

СТАРЕНИЕ И СТАБИЛИЗАЦИЯ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА

По отношению ко всем видам старения поливинил­ хлорид является относительно устойчивым полимерным материалом, однако его использование в чистом виде в полимержелезобетонных конструкциях затруднено из-за его жесткости и низкой морозостойкости. В связи с этим более важно рассмотреть вопросы старения и ста­ билизации пластифицированного и ударопрочного поли­ винилхлорида, как достаточно перспективных материа­ лов для применения в некоторых видах полимержелезо­ бетонных конструкций.

Длительные испытания (в агрессивных грунтах и в воде 15 лет, а на опытных участках изоляции подземных трубопроводов 7 лет), проведенные рядом исследова­ телей [20], показали, что поливинилхлоридные пластикаты целого ряда рецептур при их хранении в темных

Помещениях существенно не изменяют своих первона­ чальных фнзнко-механическнх свойств.

Пластифицированный хлорированным полиэтиленом поливинилхлорид не подвергается значительному старе­ нию при воздействии света и не окисляется, так как практически не содержит двойных связей.

В то же время в условиях воздействия солнечной ра­ диации все изделия из пластикатов натурального цвета относительно быстро стареют, причем с разной интен­ сивностью в различных климатических условиях. При испытании окрашенных образцов установлено, что ин­ тенсивность старения зависит от рецептуры пластикатов и от цвета красителя. Лучшие результаты были получе­ ны при применении пластикатов рецептур 239 и 288 си­ него цвета. Такие пластпкаты в условиях воздействия прямого солнечного света в центральной полосе СССР, по-видимому, смогут надежно служить не менее трех-че­ тырех десятилетий. Такой вывод можно сделать на ос­ нове пересчета по формуле (2) результатов прямых экспериментов, приняв при этом во внимание, что пока­ затели физико-механических свойств пластикатов после испытаний в тропическом климате (6,5 лет) еще остава­ лись очень высокими. Интересно отметить, что пластикат рецептуры 239 обладает, кроме того, очень высокой стой­ костью к многократным двойным перегибам. Образец шириной 15 мм и толщиной 1 мм при растягивающем грузе 20 Н (2 кгс) выдержал до разрушения 82 500 двой­ ных перегибов [9].

В условиях воздействия рассеянного солнечного све­ та, как, например, при эксплуатации соответствующих полимержелезобетопиых конструкций внутри помеще­ ний, условия службы поливинилхлоридных пластикатов, как и в случае применения полиэтилена, будут более благоприятны, чем под воздействием прямых солнечных лучей. При этом достаточно долговечными будут пластикаты почти всех рецептур. Тем не менее и в этих усло­ виях, по-видимому, целесообразно применять окрашен­ ные сорта наиболее светостойких пластикатов рецептур 239 и 288 или, если материал не должен иметь никакого запаха, рецептуры М-258. Пигменты можно применять не только синие, но и более светлые, однако с возможно большей оптической плотностью. В качестве светостой­ ких красителей рекомендованы: лак бирюзовый, лак ру­ бин СК и ЖК, пигменты фталоциаииновые голубой и зе­

52

леный, антрахиноновый синий, редоксайд, крон желтый и лгшонио-желтый и др.

Внутри помещений возможно также применять до­ статочно долговечные виды отделочных, декоративных поливинилхлоридных материалов, в которых на 100 мас­ совых частей поливинилхлоридной смолы ПФ-4 берется 45 массовых частей пластификатора ВСФ, а в качестве стабилизатора используется смесь 3 массовых частей твердой нетоксичной эпоксидной смолы Э-41 с 3 массо­ выми частями свинцового глета. Хорошей стойкостью против старения обладает также сополимер поливинил­ хлорида с 10% бутнлакрилата, пластифицированный 25% ВСФ с добавлением 2% двуокиси титана, 4% эпок­ сидной смолы Э-41 и 3 массовых частей силиката свинца.

СТАРЕНИЕ И СТАБИЛИЗАЦИЯ ПРОЧИХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Из полимерных материалов, обладающих высокой атмосферостойкостыо и одновременно хорошим комп­ лексом свойств, позволяющим считать их перспективными для применения в-недалеком будущем в полимержелезобетонных конструкциях, следует упомянуть поливинилфторид, фторированный сополимер этилена с пропи­ леном, хлорсульфированный полиэтилен, полиметилме­ такрилат и полиформальдегид.

Полнвинилфторид, даже без введения в него стаби­ лизаторов, обладает очень высокой атмосферостойко­ стыо [13], которая объясняется тем, что он, благодаря высокой прочности химической связи углерод=фтор, не подвержен изменениям под влиянием воздействия ульт­ рафиолетовых лучей. В полимержелезобетонных конст­ рукциях массового применения этот полимер можно использовать лишь в виде тонких слоев, и то в будущем, так как это относительно дорогой материал и произво­ дится он пока в небольших количествах.

За рубежом фирма «Дюпон» выпускает фторирован­ ную этилен-пропиленовую пленку, которая в атмосфер­ ных условиях практически не стареет и может служить неограниченно долго. Почти столь же хорошей атмосфе­ ростойкостыо обладает и хлорсульфированный полиэти­ лен [52], который несколько дешевле поливинилфторида, но тоже производится пока в небольших количествах.

Вполне достаточной атмосферостойкостыо для прак­

53