ГлавнаяПолимерцементные бетоны получают тремя способами:
- введением в состав минеральных смесей при смешивании водных дисперсий полимеров (поливинилацетата, натурального и синтетического каучуков и т. п.), распадающихся в цементной смеси с выделением воды, которая в определенной степени расходуется в процессе гидратация цемента, а освобождающийся полимер участвует в построении структуры искусственного камня;
- добавлением в воду затворения водорастворимых мономеров и полимеров (фурилового спирта, карбамидкых смол, поливинилового спирта, специальных видов фенолоформальдегидных и эпоксидных смол) с последующим переводом (если это возможно) их в твердое нерастворимое состояние в теле бетона нагревом, облучением или с помощью добавок отверждающих веществ;
- пропиткой готовых изделий на требуемую глубину маловязкими синтетическими продуктами (стиролом, метилметакрилатом, карбамидными смолами, лаком этиноль) с отверждением их тем или иным способом в капиллярах и порах бетона.
В качестве минеральных вяжущих чаще всего используют глиноземистый цемент, так как он легче совмещается с полимерами. При использовании портландцемента необходимо обращать внимание на стабилизацию латексов. Физико-механические свойства полимерце-ментов в значительной степени зависят от полимерцементного (П/Ц) и водоцементного (В/Ц) отношения. Такие зависимости представлены на рис. 48.
Из рис. 48 можно сделать основной вывод о наличии оптимального соотношения П/Ц для полимерцементных бетонов.
Наиболее распространенными связующими для полимерцементных бетонов являются:
- поливинилацетатная эмульсия (ПВАЭ) марок HB (низковязкие), CB (средневязкие) и BB (высоковязкие), пластифицируемая дибутилфталатом и эмульгатором марки ОП-10 или ОП-7 при соотношении: дибутилфталата — 100 частей (по массе); воды — 8, ОП-10 —0,3;
- дивинилстирольные латексы марок СКС-30 (ШР, П, У), СКС-50 (И, ПГ, ГП), СКС-65-ГП; дивинилнитрильный латекс СКН-40П; карбоксилатные латексы типа СКД-1;
- сополимеры винилиденхлорида с винилхлоридом типа латекса СВХ-1.
Полимерцементный бетон с полимерцементным отношением 0,75 по расходу полимера можно рассматривать как пластбетон, у которого минеральный порошок заменен цементом, тем более, что и по свойствам он соответствует полимербетону (пластбетону).
Пластбетоны состоят из полимерного связующего и минеральной смеси. Связующими в полимербетонах могут быть эпоксидные, фенолоформальдегидные, фурфуролацетоновые, полиэфирные, кумароноинденовые смолы, поливинилацетатная эмульсия и мочевиноформальдегидная смола.
Обработка минеральных смесей эпоксидными смолами. Опыт применения эпоксидных смол показал, что наиболее эффективными для обработки минеральных смесей являются смолы марок ЭД-5 и ЭД-6. В состав приготавливаемых на их основе пластбетонов входят отвердители полиэтиленполиамин или гексаметилендиамин, а в качестве пластификатора — дибутилфталат или полиэфир МГФ-9. Удобно использовать полиамидную смолу ПО-200, применяемую одновременно в качестве отвердителя и пластификатора.
Ориентировочные составы связующих на эпоксидных смолах по данным ряда специалистов представлены в табл. 68.
Эпоксидным связующим можно обрабатывать минеральные смеси способом смешения на дороге и в установке без подогрева вяжущего. Укладывают и уплотняют пластбетоны на эпоксидных смолах так же, как любой бетон, но при этом нужно соблюдать особую осторожность, так как до отверждения эпоксидная смола токсична. Лучшие условия для твердения и набора прочности пластбетонов будут без доступа влаги, так как твердение во влажных условиях способствует снижению прочности при сжатии в 1,5—3 раза. Пластбетоны на эпоксидных смолах обладают значительной прочностью при сжатии 250—1000 кгс/см2, низкой истираемостью 0,02—0,03 мм (по ВНИИК), повышенной сопротивляемостью удару (в 5—10 раз выше, чем у цементобетонов). Прочность после 200—300 циклов замораживания и оттаивания остается выше, чем первоначальная прочность контрольных образцов из цементобетона, приготовленного из одних и тех же минеральных материалов и цемента марки 600,
Обработка минеральных смесей фурановыми смолами. Наиболее распространенным видом фурановых смол, применяемым для обработки минеральных смесей, является фурфуролацетоновый мономер ФА. В состав пластбетонов, кроме ФА и минеральных смесей, входят отвердители типа бензосульфокислоты. Минеральные смеси должны быть кислотостойкие типа кремнистых песчаников, кварцевых песков, кварцитов, андезитов и т. п. Учитывая, что ФА плохо смачивает минеральные частицы, технология приготовления пластбетона предусматривает вначале обработку минеральной смеси фурфуролом, затем вводят смолу и бензосульфокислоту. После введения компонентов смесь перемешивают в мешалках при нудительного действия 1—3 мин, затем укладывают и уплотняют, как обычные цементобетоны. Прочность нарастает быстро и уже через 1,5—2 ч после уплотнения может достигнуть 50 кгс/см2. Полное отверждение происходит через 12—15 сут. Ориентировочные составы пластбетонов на основе ФА представлены в табл. 69.
Пластбетоны на основе ФА превосходят цементобетоны по основным техническим характеристикам, таким как прочность при сжатии и растяжении, по химической стойкости (кроме ацетона, бензола и спирта), по ударной прочности и истираемости, но плохо работают во влажной среде.
Обработка минеральных смесей полиэфирными смолами. Для обработки минеральных смесей применяют ненасыщенные полиэфирные смолы (полиэфирмалеинаты, полиэфиракрилаты). Для отверждения смол используют перекись бензоила, которую растворяют в стироле, при этом используют ускорители твердения типа диметиланилина или нафтената кобальта. Из полиэфирных смол наибольшее применение в практике имеет смола ПН-1. На базе смолы ПН-1 приготавливали пластбетон, составленный из мраморных высевок (100%), смолы (10% от массы минеральной части), перекиси бензоила (0,5% от массы смолы), диметиланилина (0,1% от массы смолы) При осуществлении технологического процесса приготовления пластбетона необходимо строго соблюдать правила охраны труда. Во избежание взрыва инициатор и отвердитель нельзя смешивать друг с другом: вначале смешивают смолу с диметиланилином, а затем в нее вводят предварительно растворенную в стироле (в соотношении 1:10) перекись бензоила и после тщательного перемешивания объединяют с минеральной смесью. Полученный таким способом полимербетон обладает высокими показателями при истирании, прочности при сжатии, водо- и теплостойкости.
Минеральные смеси можно обрабатывать полиэфирной смолой способом смешения на дороге при положительных температурах, а также в заводских условиях при изготовлении сборных плит с термообработкой в камерах при температуре 150—160° С.
Обработка минеральных смесей индено-кумароновыми смолами. Эти смолы могут применяться как самостоятельное вяжущее и совместно с жидкими битумами, с которыми они хорошо совмещаются, Индено-кумароновыми смолами можно обрабатывать минеральные смеси в стационарных и передвижных смесителях и способом смешения на дороге без подогрева вяжущего. Индено-кумароновые смолы состоят из смеси продуктов полимеризации кумарона и индена в коксохимической промышленности, а также из аналогов, получаемых при полимеризации отходов пиролиза газов в нефтехимической промышленности. В качестве пластификаторов используют дибутилфталат, талловое, диэновое и антраценовое масла. Лучшее взаимодействие индено-кумароновых смол наблюдается с кислыми минеральными смесями, чем с основными. Технология приготовления пластбетонов на индено-кумароновых смолах практически не отличается от технологии приготовления битумомине-ральных смесей. При этом вначале смешивают смолу с пластификатором, а затем добавляют краситель (для цветных пластбетонов) и все вместе перемешивают с минеральной смесью при температуре 110—130° С.
Экспериментальные работы ХАДИ показали, что пластбетоны на индено-кумароновых смолах конкурентноспособны цементо- и асфальтобетонам. Если же учесть сравнительно невысокую стоимость пластбетонов на индено-кумароновых смолах и возможность выполнения из них цветных элементов дороги, то в ряде случаев они могут оказаться предпочтительней асфальто- и цементобетонов.
Научные разработки последних лет по изысканию новых видов полимерных вяжущих, направленные по пути использования отходов и побочных продуктов для этих целей, дают обнадеживающие результаты. Так, в Белоруссии для снижения стоимости кумароновых пластбетонов используют в качестве пластификатора тяжелое жидкое топливо (ТЖТ) Этот пластификатор получается в процессе производства этилена при пиролизе прямогонного низкооктанового бензина и бензина-рафината. ТЖТ — это сложная углеводородная смесь, которая позволяет заменить дорогостоящие пластификаторы при изготовлении пластбетонов. В. Д. Ставицким выполнены исследования по обработке минеральных смесей и созданию пластбетонов на базе отходов диметилтерафталата (ДМТ). Этот продукт получается в виде отхода ДМТ (ИК) после испарительной камеры и представляет собой сложное полимерное вещество. Расход продукта ДМТ (ИК) на 6—15% выше, чем расход битума. Учитывая, что ДМТ (ИК) — отход производства и его стоимость очень низкая, применение его целесообразно с экономических и технологических позиций. На базе этого продукта можно получить термопластичные бетоны, по свойствам напоминающие асфальтобетоны или пластбетоны, приготовленные на основе модифицированной индено-кумароновой смолы. Опытные участки, построенные с использованием песчано-гравийных смесей и ДМТ (ИК), показали, что в производственных условиях такие пластбетоны технологичны и экономичны. Иногда минеральные смеси обрабатывают перхлорвиниловыми смолами, используя ацетон в качестве растворителя в соотношении с ПХВ 1:2. Такой пластбетон может иметь прочность при сжатии до 250 кгс/см2, но у него высокое водонасыщение (до 7% по массе).
Применяют в качестве связующих для различных минеральных смесей поливинилацетатную эмульсию (ПВАЭ) и мочевиноформальдегидную смолу, но при достаточной прочности пластбетоны на этих полимерах неводоустойчивы. Если будут найдены способы повышения их водоустойчивости, эти пластбетоны могут оказаться перспективными из-за сравнительно низкой стоимости вяжущих.