Главная
Конструкционный каркасный бетон. Каркасные композиционные материалы оптимальной структуры обладают повышенной статической и динамической прочностью. Например, у каркасных полимербетонов прочность при сжатии и удельная ударная вязкость в среднем соответственно в 1,1 и 3 раза выше, чем у полимербетонов, получаемых простым смешиванием компонентов. Это позволяет применять каркасный полимербетон для изготовления важных строительных изделий и конструкций.
По каркасной технологии могут изготавливаться предварительно напряженные конструкции. Предварительное напряжение осуществляется за счет расширения матрицы в порах каркаса. В этом случае каркас в сжатых элементах заполняется расширяющей матрицей по всей высоте сечения, а в изгибаемых элементах ею пропитывается сжатая зона. Были исследованы конструкции с различной энергией самонапряжения. У изготовленных таким образом балок достигнуто повышение несущей способности в 1,1—1,3 раза и уменьшение деформативности при действии кратковременных и длительных нагрузок.
Известным способом повышения прочности полимерных композитов является введение в их состав дисперсной арматуры. Технология их изготовления заключается в следующем. Смешивают наполнители крупных и средних фракций с добавлением армирующих волокон. Затем термореактивное связующее с отвердителем подают в смесь наполнителей с волокном, перемешивают и укладывают в форму. Однако данный способ не обеспечивает равномерного распределения армирующих волокон, прочного их сцепления с заполнителями и матрицей. По этой причине прочностные свойства дисперсно-армированных полимербетонов хотя и лучше, чем у материалов без дисперсной арматуры, но являются недостаточно высокими. Более значительный эффект при дисперсном армировании достигается при следующей технологии изготовления композиционного материала. В смесителе сначала перемешивают связующее и крупный заполнитель до достижения равномерного обволакивания клеем его зерен. Затем при перемешивании постепенно вводят стекловолокно и из этой смеси формуют каркас. После его отверждения пустоты заполняют полимерраствором. В таком композите волокна имеют повышенное сцепление как с зернами каркаса, так и с матрицей. Это способствует увеличению прочности на сжатие и при изгибе более чем на 10 %, а ударная вязкость композитов повышается в несколько раз.
Теплоизоляционный каркасный бетон. В качестве теплоизоляционных эффективными являются изделия из материалов плотной структуры на пористых заполнителях и изделия трехслойного поперечного сечения. Получение композитов первого вида описано выше, в этом случае необходимо только предусматривать меры по предотвращению впитывания клея в поры заполнителей при изготовлении каркаса.
Изделия трехслойного поперечного сечения изготавливаются за два цикла формования. В зависимости от назначения они могут включать как комплексные связующие, так и какое-то одно из них. Плиты состоят из двух крайних плотных бетонных слоев и среднего, выполняемого из крупнопористого бетона. Вяжущие выбираются в зависимости от их назначения. Например, плита пола для животноводческих зданий состоит из нижнего слоя из плотных и водостойких цементных, битумных или полимерцементных бетонов, среднего слоя из крупнопористого бетона и верхнего — из полимербетона. Каждый слой плиты изготавливается из материала, который наиболее полно отвечает функциональному назначению. Нижний слой, выполняемый из водостойких дешевых материалов, постепенно, в середине высоты, переходит в крупнопористый бетон, который характеризуется низкой- теплопроводностью. Крупнопористый бетон у верхней грани по мере заполнения пустот полимерраствором переходит в полимербетон, отличающийся хорошей сопротивляемостью агрессивным воздействиям, повышенной прочностью, износоустойчивостью. Выбором материала среднего и внешнего слоев, а также их толщины можно в широких пределах регулировать свойства плиты. Очевидно, что требуемые теплотехнические свойства трехслойных плит можно обеспечить за счет увеличения толщины утепляющего слоя и подбора составов слоев.
Трехслойные изделия готовят в горизонтальном положении следующим образом: сначала выполняют нижний плотный слой и каркас путем размешивания клея с заполнителем, причем количество клея берется из расчета, что некоторая его часть, стекая с зерен каркаса, образует слой из плотного бетона; смесь укладывается в форму или на подготовленное основание, уплотняется и отверждается; пустоты в верхней части каркаса замоноличиваются раствором, чем достигается образование второго плотного слоя.
Трехслойные полы в животноводческих зданиях могут быть изготовлены с регулируемой тепловой активностью и, аналогично предложенному в работах, могут быть подключены для нагрева горячим воздухом или водой. При нагреве воздухом в качестве источника тепла применяется электрокалориферная установка, от которой нагретый воздух вентилятором подается через отверстие в средний крупнопористый слой, а охлажденный снова поступает в калорифер. Для равномерного подогрева применяется реверсивная подача нагретого воздуха. Регулировать тепловую активность пола можно с помощью воды, подаваемой в тело плиты. Для этого к трехслойной плите пола с водостойкими и непроницаемыми крайними слоями подсоединяется специальная гидросистема. Крупнопористый каркас с одной стороны соединяется с трубопроводом, с емкостью для воды, а с другой — со сливным устройством. Емкость с жидкостью устанавливается выше поверхности пола, а сливное устройство — на уровне нижнего края каркаса. На трубопроводе, соединяющем пол с емкостью и со сливным устройством, устанавливаются запорные клапаны. В летний период внутреннюю гидросистему заполняют водопроводной водой. Теплоемкость и коэффициент теплопроводности у воды вышe, чем у воздуха, поэтому вода увеличивает коэффициент тепловой активности, что компенсирует повышение температуры грунта в летний период. Это улучшает тепловой комфорт животных.
В зимний период вода из внутренней гидросистемы сливается и пустоты заполняются воздухом. В результате пол приобретает необходимые теплотехнические характеристики. Трехслойную плиту пола можно нагревать. Для этого плита подсоединяется к системе водяного отопления или через нее пропускается электрический ток. При последнем варианте в качестве крупных заполнителей применяются электропроводящие материалы. Каркас готовят на основе полимерного связующего, электропроводящих заполнителей и наполнителей (например, отходов электродного производства, графита и др.) в количественном соотношении 4—6; 88—92; 4—6 по массе. При этом поверхностные слои каркаса замоноличиваются полимерраствором с высокими диэлектрическими свойствами, крупнопористый слой заполняется наполнителем с высокой теплоемкостью, а сама плита подключается к источнику электроэнергии. Нагреваемая плита работает следующим образом. При снижении температуры в помещении ниже требуемой плита подключается к источнику. Каркас из токопроводящих заполнителей, нагреваясь, отдает тепло верхнему слою и далее в помещение, а также наполнителю. При отключении электроэнергии плита работает в режиме отдачи аккумулированного тепла. При этом тепловой режим регулируется с помощью термопар.
Полимербетонные каркасные полы. Традиционные строительные материалы, применяемые в промышленном и сельскохозяйственном строительстве при устройстве полов, обладают малой долговечностью. Например, бетоны на цементном вяжущем имеют низкую прочность при растяжении, ограниченную химическую стойкость, малую предельную растяжимость, значительную истираемость. Облицовка из кислотоупорной плитки, применяемая в цехах машиностроения, металлургии, основной химии, обладает малой ударной прочностью, характеризуется высоким уровнем ручного труда. Деревянные полы в животноводческих зданиях подвергаются быстрому гниению. В этой связи в настоящее время проблема повышения долговечности к надежности полов — одна из важнейших народнохозяйственных задач. Научный поиск для решения указанной проблемы осуществляется многими научно-исследовательскими институтами и вузами страны. На данном этапе разработаны и применяются монолитные полимербетонные полы, изготавливаемые по обычной технологии простого смешивания компонентов с последующей укладкой полимербетонной смеси на основание. Однако указанные покрытия имеют определенные недостатки: невысокие показатели прочности и стойкости к действию ударных нагрузок, многокомпонентность, большие требования к основанию. Полимербетонные полы изготавливаются со значительным расходом дорогостоящих синтетических смол. Трудоемкими остаются операции по производству и укладке полимербетонов. Многие недостатки монолитных полимербетонных покрытий устраняются при каркасном способе изготовления. Технология устройства покрытий полов из каркасных полимербетонов включает следующие операции: грунтовку (пропитку) поверхности бетонного основания пола, нанесение гидроизоляции (эластичного подслоя) и каркасной смеси, пропитку каркаса с одновременным нанесением лицевого декоративного слоя.
Облицовочные плитки. Известные способы производства плиток и покрытий на их основе включают следующие операции: предварительное изготовление плиток сплошного поперечного сечения с ребрами жесткости и крепление плиток к основанию путем их втапливания в мастику соединительной прослойки. Однако покрытия, выпускаемые по такой технологии, недолговечны. Плитки имеют малую адгезию к основанию, по этой причине они при воздействии различных нагрузок, температурных и атмосферных колебаний отслаиваются. Каркасная технология позволяет производить плитки двухслойного поперечного сечения, имеющие повышенную адгезию к основанию. Их готовят путем обработки поверхности крупного заполнителя связующим в количестве 3—6 % от его массы, укладки смеси в форму и последующего вибрирования до образования нижнего лицевого и верхнего крупнопористого слоев. После отверждения плитку крупнопористой стороной укладывают в мастику соединительной прослойки. При втапливании мастика заполняет пустоты крупнопористого слоя, в результате чего повышается адгезия плиток к основанию.
При изготовлении платки могут быть использованы традиционные минеральные заполнители, а также заполнители различных тонов с целью получения плиток декоративного назначения. Для обеспечения эффекта просвечиваемости материала заполнитель должен иметь коэффициент преломления света, аналогичный такому же показателю связующего.
Каркасный способ получения композиционных материалов нашел применение при изготовлении облицовочных плиток на основе асбестоцементных отходов и расплава серы. Его сущность заключается в том, что сухие асбестоцементные отходы измельчают, увлажняют до влажности 20—25 % и прессуют плитки под давлением 4—6 МПа. После прессования они твердеют в воздушных условиях при 50—60 °C в течение 4—6 ч, после чего их сушат при 110—130 °C в течение 0,4—0,6 ч и производят обработку расплавом серы (температура расплава 140—150 °C) до полной пропитки с последующим охлаждением.
Каркасные полимерцементные бетоны. При получении каркасных полимерцементных бетонов заполнители склеиваются полимерными клеями, а в качестве матрицы берется цементный или полимерцементный раствор. Причем наибольший эффект достигается в случае применения для склеивания каркаса полимерных соединений, твердеющих во влажных средах одновременно с цементной матрицей. Нами установлено, что в качестве такого связующего более эффективна эпоксидная смола, отверждаемая аминосланцефенольным отвердителем (ТУ 38.30922—83), обеспечивающим твердение эпоксидных смол во влажных условиях. Оптимальное соотношение вяжущего и отвердите л я составляет 1:1 по массе.
Экспериментально установлено, что лучшие показатели прочности имеют образцы, у которых каркас пропитывался матрицей через 1—4 ч твердения. Видимо, при таких условиях обеспечивается совместное твердение каркаса и матрицы в каркасном полимерцементном бетоне.
Покрытия-ловушки хлор-ионов. Хлор, бром, галоидные производные серы, фосфора и сурьмы, соединения, содержащие подвижный реакционноспособный галоид, обладают свойством с высокой скоростью проникать через защитные покрытия и под действием влаги образовывать под защитным слоем хлор-ионы, которые разрушают бетонную подготовку и являются источником загрязнения фунтовых вод.
Для снижения проницаемости галоид-иона через каркасный пол мы. предложили выполнять защитные покрытия в виде "ловушек". Их готовят следующим образом. Заполнитель, например гранитный щебень, тщательно перемешивают с полимерраствором (3—15 % от объема заполнителя), укладывают на бетонное основание и после виброуплотнения отверждают. Такое соотношение обеспечивает полное смачивание заполнителя связующим и образование нижнего слоя пола толщиной 2—10 мм. После отверждения массы образовавшиеся между зернами заполнителя пустоты засыпают тонкоизмельченной смесью поглотителя (медный купорос, сульфит натрия, гидроокись кальция и бария) и медными опилками. Засыпку делают при вибрации так, чтобы поверхность порошка в пустотах была ниже поверхности изделия на половину диаметра гранул каркаса. Затем полученное изделие заливают поли мерраствором и отверждают. Химический наполнитель среднего слоя связывает диффундирующий галоид и ион-галоид в нерастворимую или труднорастворимую форму, и дальнейшая диффузия галоида в массу пола прекращается. Проведенные экспериментальные исследования показали эффективность предлагаемых конструкций защитных покрытий.
Электропроводящие каркасные композиты. В исследовательских лабораториях и других специальных предприятиях радиоэлектронные приборы и оборудование, вычислительная техника, средства автоматики являются источниками электромагнитных излучений, которые оказывают неблагоприятное воздействие на обслуживающий персонал и соответствующее оборудование. Наиболее эффективными способами защиты от электромагнитных излучений являются экранирование и устройство защитных фильтров. В этом случае помещения, в которых эксплуатируется электронная аппаратура, облицовываются специальными токопроводящими материалами и изделиями. Согласно нормативам в качестве экранирующих могут быть применены материалы, которые имеют омическое сопротивление не более 10 Ом*м.
Одним из самых известных способов придания композиционным материалам электропроводящих свойств является введение в их состав наполнителей с низким удельным объемным электрическим сопротивлением. Для этих целей наиболее подходят металлические и углеродсодержащие порошки. Электропроводность материалов повышается с увеличением степени наполнения ими. Однако при наполнении более критического уровня значительно изменяются физико-механические свойства материалов, например снижается прочность, повышается водопоглощение и т. д.
На наш взгляд, эффективны электропроводящие материалы и изделия, изготовляемые по каркасной технологии. В этом случае получаются композиты с большей долей токопроводящих компонентов в материале, обеспечивающих цепочную проводимость. В результате экспериментальных исследований установлено, что высокая электропроводность соответствует композитам, изготовляемым по следующей технологии. Сначала получают каркас путем перемешивания токопроводящих заполнителей со связующим с одновременным добавлением в клей каркаса токопроводящего наполнителя и отверждения. Затем пустоты каркаса заполняют токопроводящим порошком и полученное изделие заливают низковязкой строительной композицией. По указанной технологии можно получать материалы с удельным объемным электрическим сопротивлением, равным 5—10 Ом*м,
Каркасные композиты с высокими диэлектрическими свойствами. При строительстве специальных зданий и сооружений наряду с электропроводящими композитами требуются бетоны с высокими диэлектрическими свойствами. Цементный бетон, являющийся основным среди KCM, относится к капиллярно-пористым материалам. При увлажнении, впитывая влагу, такие материалы становятся токопроводящими. По этой причине применение их, например, в качестве фундаментов для электрооборудования становится небезопасным. С целью повышения диэлектрических показателей цементные бетоны подвергают объемной пропитке битуминозными связующими. Однако такие композиты являются нетехнологичными в изготовлении, а их диэлектрические показатели недостаточно высокие.
Электропроводность бетонов может быть резко снижена при их изготовлении по каркасной технологии. Предлагаемый способ получения бетонов с высокими диэлектрическими свойствами заключается в следующем. Сначала зерна заполнителя склеиваются в каркас тугоплавким битумом, затем после отверждения поверхность каркаса обрабатывают легкоплавким битумом, а после отверждения последнего пустоты каркаса заполняют цементным раствором. Бетонные изделия отверждают в течение суток при нормальных температурно-влажностных условиях, затем подвергают термообработке при температуре, равной температуре плавления легкоплавкого битума, в течение 1—1,5 ч и, наконец, проводят окончательную термовлажностную обработку. В результате кратковременного обогрева изделий последний под воздействием усадки цементного раствора заполняет пустоты в нем. В результате снижаются водопоглощение и электропроводность бетонов. Сравнительные исследования каркасных композитов с прототипом, изготовленным по известной технологии, показали, что новый способ позволяет получать материалы, электропроводность которых в 2 раза ниже.
Изложенное выше свидетельствует, что каркасная технология является эффективной и позволяет получать изделия с различными физико-техническими показателями. В то же время следует отметить, что на данный момент более широкое производственное использование получили антикоррозионные покрытия на основе каркасных композитов, а также некоторые виды изделий на комплексных связующих и облицовочная плитка двухслойного поперечного сечения.
