Строительство. Растворы и бетоны

Полимерные и полимерцементные бетоны, растворы и мастики

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Первые попытки получения полимерцементных бетонов и растворов были сделаны в 20 — 30-х годах нашего столетия русскими и английскими строителями. Для этого были использованы латексы натурального и синтетических каучуков. Опыт применения таких латекс-цементных материалов, а они применялись для устройства аэродромных покрытий и резервуаров для хранения жидкостей, показал, что латекс-цементные бетоны и растворы обладают несомненными преимуществами перед обычными бетонами благодаря высокой износостойкости, трещинестойкости и водонепроницаемости. Кроме того, совмещение водной дисперсии — латекса каучука — с бетонной смесью осуществлялось просто, без изменения в общепринятой методике бетонирования. Однако реальное развитие применения полимериементных материалов началось лишь тогда, когда химическая промышленность освоила массовый выпуск различных видов водных дисперсий полимеров: поливинилацетата и его сополимеров, полиакрилатов, поливинилхлорида, различных типов синтетических каучуков.

Полимерцементные материалы на водных дисперсиях полимеров — наиболее распространенный тип полимериементных материалов. Введение полимера в тесто минерального вяжущего в виде водной дисперсии позволяет получать материалы с П/Ц до 0,15...0,20. Это объясняется тем, что сам водонерастворимый полимер, находящийся в дисперсиях в виде частиц-глобул размером 0,1 ...10 мкм, не оказывает угнетающего действия на твердение минерального вяжущего. Основной причиной такого воздействия служат стабилизаторы полимерных дисперсий — водорастворимые органические поверхностно-активные вещества, содержание которых в дисперсии составляет 5.-10% от массы полимера. Таким образом в полимериементных материалах на основе водных дисперсий полимеров при П/Ц = 0,1 ...0,2 содержание водорастворимых органических веществ будет не более 1.-2% от массы минерального вяжущего, что соответствует верхнему пределу содержания ПАВ и других органических добавок в растворах и бетонах.

С какой же целью в дисперсии, используемые для полимериементных материалов, вводят такое большое количество стабилизирующих ПАВ? Полимерные дисперсии являются термодинамически неустойчивыми системами. Различные внешние воздействия на дисперсию могут привести к ее коагуляции (примером коагуляции водной дисперсии высокомолекулярного вещества может служить створаживание прокисшего молока при нагревании). При коагуляции частицы дисперсии соединяются друг с другом, образуя крупные агрегаты.

Одна из наиболее частых причин коагуляции — действие электролитов. При этом их действие тем сильнее, чем больше заряд коагулирующих ионов. Кроме того, причиной коагуляции могут быть механические воздействия (например, интенсивное перемешивание при получении масла из молока). При перемешивании или вибрации возрастает частота и интенсивность соударений частиц дисперсии, что повышает вероятность их слияния. При механических воздействиях коагуляционные процессы протекают локально и сопровождаются появлением отдельных частиц коагулюма, а не одновременной коагуляцией всей дисперсии.

Часто коагуляция происходит в результате десорбции стабилизатора с полимерных частиц, что облегчает их слияние при соударениях. Десорбция стабилизатора может произойти при добавлении к дисперсии каких-либо порошкообразных материалов с развитой поверхностью (в нашем случае цемента и песка), на которую и переходит часть стабилизирующего ПАВ. Другой причиной десорбции может быть разведение дисперсии водой (при малых П/Ц и большом водосодержании полимерцементных смесей). В этом случае небольшое количество полимерной дисперсии смешивается с относительно большим количеством воды затворения, в результате чего часть стабилизирующего ПАВ с поверхности частиц дисперсии переходит в виде раствора в воду, т. е. происходит смещение адсорбционного равновесия в результате увеличения содержания ПАВ в водной среде и десорбции с границ полимер — вода.

При приготовлении полимерцементных растворов и бетонов одновременно действуют несколько коагулирующих факторов: появление в водной среде ионов Са+2 при растворении и гидролизе клинкерных минералов, механические воздействия при перемешивании смесей и десорбция стабилизирующих ПАВ в результате введения новых дисперсных фаз (цемента и песка) и разведения дисперсий водой затворения. В случае же коагуляции полимерной дисперсии в бетонной смеси до ее укладки в дело все положительные воздействия на материал от полимерной добавки не смогут проявиться, так как в смеси образуются крупные сгустки полимерного коагулюма, подвижность смеси резко падает и она делается неудобоукладываемой.

Проверяют совместимость (отсутствие коагуляции) полимерной дисперсии с тестом минерального вяжущего, например цементным тестом, следующим образом. Готовят полимерцементное тесто с В/Ц = 0,35 при соотношении П/Ц = 0,1 (по сухому остатку). Например, 20 г латекса СКС-65 (он содержит приблизительно 10 г сухого остатка и 10 г воды) и 25 г воды смешивают со 100 г цемента. Если при перемешивании образуется пластичное цементное тесто, которое в течение 2 ч не обнаруживает резкого загустевания, то латекс стабилизирован по отношению к данному цементу (следует помнить, что различные виды цемента оказывают различное коагулирующее действие на различные полимерные дисперсии). Если же проверка дала отрицательный результат, необходимы лабораторные испытания латекса, в результате которых определяют вид и количество стабилизирующей добавки.