Высокопрочные модифицированные композиции для гидротехнического строительства

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 691.054

Высокопрочные модифицированные композиции для гидротехнического строительства

Нурпеисов С.К.

Карабаев Н.Т.

Баялиева Г.М.

Жузбаев Н.Н.

ТарГУ им. М.Х. Дулати, г. Тараз

Практика эксплуатации показывает, что эффективным путем увеличения сроков межремонтного периода водосбросов, работающих в условиях кавитационного и гидроабразивного износа, является использование специальных бетонов обладающих повышенной износостойкостью. бетон гидротехнический строительство

К таким материалам относятся полимербетоны, полимеррастворы, бе-тонополимеры, где в качестве связующих используются различные виды термопластичных и термореактивных смол.

Однако, в основном все известные исследования полимербетонов ограничены традиционно используемыми природными заполнителями (гранитный щебень, кварцевый песок, базальт, полевой шпат и т.д.).

Проблема использования полимерных материалов в гидротехническом строительстве, а также в качестве заполнителей - техногенных отходов является важной и актуальной [1].

Полимербетоны согласно СН 525-80 подразделяют по основному назначению (химически стойкие, конструкционные и др.), виду вяжущего (эпоксидные, фурановые, фурано-эпоксидные и др.) и виду заполнителей (легкие, облегченные, тяжелые) [2].

Учитывая специфические эксплуатационные условия сооружений гидротехнического назначения, гидротехнические полимербетоны (ГПБ) должны отвечать высоким требованиям износо- и кавитационной стойкости, коррозионной стойкости и прочности (табл.1).

Таблица 1. Технические требования к гидротехническим ПБ

Наряду с попытками улучшения свойств бетона в результате применения новых видов цемента, введение различных добавок, в ряде случаев все же приходится бетонные сооружения защищать специальными облицовками или готовить отдельные элементы гидротехнических сооружений из других материалов, например металла. Поэтому в последние годы все большее применение находят полимерные композиции и полимербетоны, изготовленные на основе полимерных вяжущих и минеральных заполнителей и наполнителей.

Ненасыщенные полиэфирмалеинатные смолы являются олигомерами и принадлежат к классу гетероцепных полиэфиров, сложная эфирная группировка которых - обязательный структурный элемент основной цепи полимера. Смолы подобного ряда - продукты поликонденсации ди- или полифункциональных кислот и спиртов, содержащих реакционноспособные двойные связи между углеродными атомами:

- СН=СН-, СН2=С(СН3)-,

СН2=С= или СН2=СН-СН2-

Способность полиэфирных смол отверждаться при комнатной температуре объясняется наличием ненасыщенных связей продуктов первой стадии поликонденсации. Содержание ненасыщенных групп в полиэфире зависит от количества малеиновой кислоты (или ее ангидрида).

Отверждение ненасыщенных полиэфирных смол протекает в результате сополимеризации между ненасыщенным полиэфиром и жидким мономером при нагреве или под действием инициаторов и ускорителей. В качестве мономеров широко распространен стирол, в меньшей степени - метилметакри-лат. В результате сополимеризации происходит соединение линейных цепочек полиэфира «сшивающими мостиками», образованными молекулами мономера. При этой реакции полиэфирная смола отверждается с образованием твердого продукта, имеющего пространственное строение. Реакция сополи-меризации полиэфира со стиролом под действием инициирующих добавок сопровождается значительным экзотермическим эффектом.

Отверждение ненасыщенных полиэфирных смол (НПС) происходит в основном за первые сутки. Однако нарастание прочности отвержденных НПС при комнатной температуре продолжается в течение 14 суток и более (до 28 суток). Для ускорения процесса отверждения и достижения максимальной прочности НПС можно рекомендовать термообработку отвержденной смолы при температуре 800С в течение 5-6 часов.

В настоящее время высоконаполненные композиционные материалы на основе полимерных связующих: полимербетоны, замазки, мастики, лакокрасочные покрытия находят все большее применение как коррозионностойкие материалы в агрессивных средах различного состава [3].

Традиционно применяемые кварцевые наполнители: песок, андезитовая мука, маршаллит, керамзит и т.п. все чаще содержат добавки, активизирующие их поверхность, либо добавки упрочняющие свойства.

Структура и свойства наполненных полимерных композиций как гете-рог енн ых многокомп он ентных си ст ем за в и ся т от многих фа кт оров . Мн ого-численные исследования взаимодействия наполнителей с синтетическими смолами показывают, что химическая природа наполнителя оказывает значительное влияние на различные свойства наполненной композиции. Однако во всех случаях важнейшим условием усиливающего действия наполнителей в таких системах является высокая адгезия полимерного связующего к поверхности наполнителя и следовательно природа связей на границе раздела полимер - твердое тело.

Второе и обязательное условие - совместимость наполнителей и заполнителей с отвердителями и катализаторами. Так, наполнители и заполнители, имеющую щелочную реакцию, не пригодны для полимербетонов на основе фурановых, фенолформальдегидных и других смол, отвержда емых кислотными катализаторами. Для полимербетонов на полиэфирных, эпоксидных, ацетоноформальдегидных смолах, ММА и др. такого ограничения практически нет.

В таблице 2 приведены химические составы техногенных отходов Жам-былской области используемых в качестве заполнителей и наполнителей в составах полимербетонов.

Такие материалы с высокими физико-механическими и химическими показателями необходимы для использования в практике строительства сооружений с максимальным истирающим и кавитационным воздействием.

Наибольшее распространение для полимерных строительных материалов получила раздельная технология приготовления полимерных связующих и полимербетонов. Первичная операция раздельной технологии - приготовление полимерных связующих.

Таблица 2. Химический состав техногенных отходов

Точность дозирования каждого компонента должна обеспечивать по-стоянств о состава и тем самым свойств материала в границах регламента . Если точность дозирования смолы и наполнителя в пределах 1% по массе достаточна, то дозирование отвердителя, инициатора должно производиться с более высокой точностью. При этом необходимо исключить колебания температуры дозируемых компонентов. Дозирование жидких компонентов (смол, отвердителей, инициаторов) осуществляется жидкостными дозаторами типа АВДЖ, дозирование наполнителей - дозаторами типа АВДИ.

Порядок совмещ ения компонентов в смесителе следующий : см ола, наполнитель, инициатор, отвердитель. Длительность перемешивания - 25-30 с. В зависимости от количества наполнителя полученное полимерное связующее может быть использовано непосредственно в виде клея, мастики, композиции, шпатлевки, и также используется далее для приготовления полимер-бетонной смеси.

Полимерные связующие поступают в смеситель подогретыми до температуры 40-500С, тем самым стабильно обеспечивается низкая вязкость смолы и ее повышенная смачивающая способность. Далее полимерное связующее подают в бетономешалку, расположенную ниже смесителя связующего. Применения бетономешалок свободного падения исключается. Для перемешивания полимербетонной смеси используется бетоносмесители принудительного перемешивания периодического или непрерывного действия, например С-742, С-951.

Дозированное количество песка и щебня загружают в бетоносмеситель и перемешивают 30-60 с. При этом стенки смесителя очищают от остатков полимербетонной смеси предыдущего замеса, которая переходит на поверхность заполнителя.

Затем в бетоносмеситель поступает полимерное связующее, и смесь перемешивается в течение 1,5-2 мин. достаточно достичь обволакивание зерен щебня и песка связующим, чтобы получить однородную полимербетонную смесь. Общая длительность цикла приготовления смеси 2,5-3,5 мин. поли-мербетонную смесь необходимо использовать в течение 15-30 мин.

Нео бх оди мо п одч еркн уть ва жн ост ь об ес п ечения пост оянног о т емп ера -турного режима приготовления смеси. Это необходимо для получения кондиционных смесей. При понижении температуры вязкость смол резко увеличивается, что кач еств енно меняет процесс смешивания , поскольку составы полимербетонов и режимы приготовления смеси рассчитаны на определенную температуру.

С целью количественной и качественной оценки влияния местных техногенных отходов на прочность и стойкость композиций и тем самым на по-лимербетоны были проведены специальные исследования.

В качестве наполнителей были использованы дисперсные порошки следующего сырья: кварциты, пиритный огарок, плотный фосфорный шлак и котрельная пыль, а в качестве связующих: ненасыщенная полиэфирная смола ПН-1 и эпоксидная смола ЭД-20.

Для выявления наиболее оптимальных наполнителей и связующего были приготовлены композиции и определены их вязкости.

С целью идентификации наполнителей по гранулометрическому составу тонкость помола была выбрана в пределах 3200…3500 см2/г.

При незначительном содержании (5-15%) наполнителя в смоле нарушается межмолекулярная упорядоченность в связи с появлением поверхностных слоев. При повышенном расходе наполнителей (в количестве 75-80%) не достигается полного смачивания, что сопровождается уменьшением плотности и прочности композиций.

Подбор оптимальных составов полимерминеральных композиций по пределу прочности на сжатие показал следующие результаты: для композиции К:ЭД - (28ё32) : (72ё68)%, а для композиции К:ПН - (26ё29) : (74ё71)%.

Литература

1. Пластмассы в гидротехническом строительстве: Глоссарий. Обзор СССР, США - Бюро мелиорации США, 1984. - 143 с.

2. Патуроев В.В. Технология полимербетонов -М.: Стройиздат, 1977- 240с.

3. Соломатов В.И. Развитие полиструктурной теории композиционных строительных материалов. // Журн.: Известия вузов. Строительство и архитектура. № 8, 1985г. с. 58-64.

Размещено на Allbest.ru