Полимеры для усовершенствования бетона
В июне этого года в Берлине в Федеральном институте исследований и испытаний материалов (ВАМ) состоялся очередной, 11-й международный конгресс, посвященный применению полимеров в бетоне. Он еще раз подтвердил, что бетоны, модифицированные полимерами, достаточно удачно вписываются в современные концепции устойчивого развития, продлевая жизнь многим зданиям и сооружениям и помогая сохранению природных ресурсов и энергии.
В начальный период развития основные надежды ученые и специалисты возлагали на широкое и успешное применение так называемых бетонополимеров, то есть цементных бетонов, пропитанных низковязкими монополимерами с применением специальных технологий пропитки и полимеризации. Однако несколько позже объектом внимания становятся полимербетоны, то есть бетонные композиции, где в качестве вяжущего использовались полимерные смолы (акриловые, эпоксидные, полиэфирные и т.д.) или расплавы серы. У тех и других материалов значительные достоинства: высокая прочность, коррозионная стойкость, долговечность и т.д. И они нашли широкое применение во многих областях строительства (мосты, полы промышленных зданий, спортивные арены, трубы и коммуникационные каналы, хранилища и резервуары) и машиностроения (фундаменты под оборудование, станины станков). Однако неблагоприятное соотношение цена-качество, а также низкая температуро- и огнестойкость со временем ограничили объемы и области их применения. Настала очередь так называемых бетонов, модифицированных полимерами. В отличие от бетонополимеров и полимербетонов новый класс бетонов изготовляют по более традиционной технологии, при которой полимеры используются наподобие химических добавок.
Упрощение технологии и снижение себестоимости при одновременном улучшении физико-механических характеристик сделали новый класс бетонов привлекательным для изготовления коррозионностойких и высокопрочных изделий и конструкций, а также отличным материалом для ремонта и усиления железобетонных зданий и сооружений наряду с известными технологиями ремонта методом пропитки поверхности изделий низковязким метилметакрилатом (ММА). Для повышения безопасности таких работ в настоящее время разработаны низковязкие и слабоулетучивающиеся композиции мономера 2-гидроксиэтил метакрилата, применение которых дает существенное уменьшение влаго- и воздухопроницаемости изделий. Модификация композиций на основе мономера метилметакрилата полиуретанами и бутилакрилатами позволили существенно снизить их летучесть и улучшить эксплуатационные свойства (адгезию, деформативность и др.). Разработанные сотрудниками российского НИИЖБ композиции, сохраняя низкую начальную вязкость, способствующую глубокой пропитке поверхности конструкций и ликвидации дефектов, отверждаются как во влажных условиях, так и при отрицательной температуре окружающего воздуха (до -30°С). Композиции предназначены как для устранения поверхностных дефектов (пропитка), так и для инъекционного устранения объемных дефектов бетонных, кирпичных и каменных конструкций (трещины, внутренние неплотности рабочих швов бетонирования, швы кирпичной кладки и т.п.).
Наиболее активные разработки в области модификации цементных бетонов и растворов полимерными композициями в настоящее время осуществляются в Японии, в частности, в университете г. Корияма под руководством профессора Й. Охама. Среди новых разработок — применение дисперсий стирол-бутадиеновых латексов, эмульсий полиэтиленвинилацетатных и полиакриловых эфиров, полимерных порошков с восстанавливаемой дисперсией (полиэтиленвинилацетат) и других композиций.
К новшествам можно отнести модификацию растворов и бетонов стандартной эпоксидной смолой, причем модифицирующая композиция в этих случаях используется без отвердителя, что существенно снижает ее токсичность. Полимеризация смолы проистекает в ходе гидратации цемента, а в случае ее ускорения за счет прогрева наблюдается заметный рост прочности бетона. Конструкции из такого бетона и раствора проявляют эффект самозалечивания образующихся микротрещин и могут быть отнесены к классу так называемых "интеллектуальных" материалов. К нему относятся и растворы, модифицированные гидрокалумитом нитритного типа, представляющим собой ингибитор коррозии, адсорбирующий ионы хлора. Эти растворы при содержании в них около 10% калумита отличаются долговечностью и рекомендуются для ремонта сильно поврежденных железобетонных конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах.
Определенный интерес представляют полимеры — суперадсорбенты, которые вводятся в состав ингредиентов цементного бетона при изготовлении железобетонных конструкций. При образовании в процессе эксплуатации трещин и попадании в них влаги образуется гель, предотвращающий дальнейшее проникание жидкости. Созданы новые экологически безопасные жидкие эпоксидные и полиэфирные смолы, вяжущие на основе метакрилата с малым выделением запаха, малоусадочные смолы ненасыщенных полиэфиров.
Большой интерес вызывают цементные растворы, модифицированные полимерами, содержащими фотокатализатор (диоксид титана), которые при применении в дорожных покрытиях эффективно нейтрализуют выхлопные газы автомобилей (окислы азота). Для повышения соле- и морозостойкости дорожных бетонов, к примеру, в Сербии, с успехом применяют модификацию бетонов с помощью стирол-бутадиеновых латексов, которые вводятся как в бетоны несущих конструкций, так и в растворы защитных слоев. В Южной Корее получены впечатляющие результаты по разработке долговечных и достаточно прочных легких бетонов (объемная масса от 1020 до 1160 кг/м3) на основе ненасыщенных полиэфирных смол, отвердителя, стальной фибры и смеси искусственных легких заполнителей, которые могут применяться для создания как обычных строительных изделий, так и дренирующих элементов (объемная масса — от 930 до 960 кг/м3).
Бетоны с полимерами обладают уникальными свойствами, и поэтому их определение требует уникальных методов испытаний. Так, активные работы по стандартизации методов испытаний и разработке требований к качеству таких бетонов осуществляются в Японии. Сейчас там действует более пяти десятков стандартов, которые разработаны Комитетом промышленных стандартов (JIS), Институтом бетона (JCI), Архитектурным институтом (AU) и Обществом строителей (JSCE) Японии.
В США ведутся работы по поиску полимеров с более стабильными свойствами в широком диапазоне температур, а также полимеров, наиболее совместимых по свойствам с бетонными смесями для максимального улучшения конструктивных характеристик. Усилия направлены на разработку мономеров, пригодных для более эффективной пропитки бетонных изделий и конструкций в заводских условиях и на стройплощадке.
Итог конгресса — сборник трудов ICPIC'04, изданный под редакцией председателя Оргкомитета доктора М. Maultzsch немецким Федеральным институтом исследований и испытаний (ВАМ).
Подготовил Вячеслав ГИЛЕВИЧ
В начальный период развития основные надежды ученые и специалисты возлагали на широкое и успешное применение так называемых бетонополимеров, то есть цементных бетонов, пропитанных низковязкими монополимерами с применением специальных технологий пропитки и полимеризации. Однако несколько позже объектом внимания становятся полимербетоны, то есть бетонные композиции, где в качестве вяжущего использовались полимерные смолы (акриловые, эпоксидные, полиэфирные и т.д.) или расплавы серы. У тех и других материалов значительные достоинства: высокая прочность, коррозионная стойкость, долговечность и т.д. И они нашли широкое применение во многих областях строительства (мосты, полы промышленных зданий, спортивные арены, трубы и коммуникационные каналы, хранилища и резервуары) и машиностроения (фундаменты под оборудование, станины станков). Однако неблагоприятное соотношение цена-качество, а также низкая температуро- и огнестойкость со временем ограничили объемы и области их применения. Настала очередь так называемых бетонов, модифицированных полимерами. В отличие от бетонополимеров и полимербетонов новый класс бетонов изготовляют по более традиционной технологии, при которой полимеры используются наподобие химических добавок.
Упрощение технологии и снижение себестоимости при одновременном улучшении физико-механических характеристик сделали новый класс бетонов привлекательным для изготовления коррозионностойких и высокопрочных изделий и конструкций, а также отличным материалом для ремонта и усиления железобетонных зданий и сооружений наряду с известными технологиями ремонта методом пропитки поверхности изделий низковязким метилметакрилатом (ММА). Для повышения безопасности таких работ в настоящее время разработаны низковязкие и слабоулетучивающиеся композиции мономера 2-гидроксиэтил метакрилата, применение которых дает существенное уменьшение влаго- и воздухопроницаемости изделий. Модификация композиций на основе мономера метилметакрилата полиуретанами и бутилакрилатами позволили существенно снизить их летучесть и улучшить эксплуатационные свойства (адгезию, деформативность и др.). Разработанные сотрудниками российского НИИЖБ композиции, сохраняя низкую начальную вязкость, способствующую глубокой пропитке поверхности конструкций и ликвидации дефектов, отверждаются как во влажных условиях, так и при отрицательной температуре окружающего воздуха (до -30°С). Композиции предназначены как для устранения поверхностных дефектов (пропитка), так и для инъекционного устранения объемных дефектов бетонных, кирпичных и каменных конструкций (трещины, внутренние неплотности рабочих швов бетонирования, швы кирпичной кладки и т.п.).
Наиболее активные разработки в области модификации цементных бетонов и растворов полимерными композициями в настоящее время осуществляются в Японии, в частности, в университете г. Корияма под руководством профессора Й. Охама. Среди новых разработок — применение дисперсий стирол-бутадиеновых латексов, эмульсий полиэтиленвинилацетатных и полиакриловых эфиров, полимерных порошков с восстанавливаемой дисперсией (полиэтиленвинилацетат) и других композиций.
К новшествам можно отнести модификацию растворов и бетонов стандартной эпоксидной смолой, причем модифицирующая композиция в этих случаях используется без отвердителя, что существенно снижает ее токсичность. Полимеризация смолы проистекает в ходе гидратации цемента, а в случае ее ускорения за счет прогрева наблюдается заметный рост прочности бетона. Конструкции из такого бетона и раствора проявляют эффект самозалечивания образующихся микротрещин и могут быть отнесены к классу так называемых "интеллектуальных" материалов. К нему относятся и растворы, модифицированные гидрокалумитом нитритного типа, представляющим собой ингибитор коррозии, адсорбирующий ионы хлора. Эти растворы при содержании в них около 10% калумита отличаются долговечностью и рекомендуются для ремонта сильно поврежденных железобетонных конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах.
Определенный интерес представляют полимеры — суперадсорбенты, которые вводятся в состав ингредиентов цементного бетона при изготовлении железобетонных конструкций. При образовании в процессе эксплуатации трещин и попадании в них влаги образуется гель, предотвращающий дальнейшее проникание жидкости. Созданы новые экологически безопасные жидкие эпоксидные и полиэфирные смолы, вяжущие на основе метакрилата с малым выделением запаха, малоусадочные смолы ненасыщенных полиэфиров.
Большой интерес вызывают цементные растворы, модифицированные полимерами, содержащими фотокатализатор (диоксид титана), которые при применении в дорожных покрытиях эффективно нейтрализуют выхлопные газы автомобилей (окислы азота). Для повышения соле- и морозостойкости дорожных бетонов, к примеру, в Сербии, с успехом применяют модификацию бетонов с помощью стирол-бутадиеновых латексов, которые вводятся как в бетоны несущих конструкций, так и в растворы защитных слоев. В Южной Корее получены впечатляющие результаты по разработке долговечных и достаточно прочных легких бетонов (объемная масса от 1020 до 1160 кг/м3) на основе ненасыщенных полиэфирных смол, отвердителя, стальной фибры и смеси искусственных легких заполнителей, которые могут применяться для создания как обычных строительных изделий, так и дренирующих элементов (объемная масса — от 930 до 960 кг/м3).
Бетоны с полимерами обладают уникальными свойствами, и поэтому их определение требует уникальных методов испытаний. Так, активные работы по стандартизации методов испытаний и разработке требований к качеству таких бетонов осуществляются в Японии. Сейчас там действует более пяти десятков стандартов, которые разработаны Комитетом промышленных стандартов (JIS), Институтом бетона (JCI), Архитектурным институтом (AU) и Обществом строителей (JSCE) Японии.
В США ведутся работы по поиску полимеров с более стабильными свойствами в широком диапазоне температур, а также полимеров, наиболее совместимых по свойствам с бетонными смесями для максимального улучшения конструктивных характеристик. Усилия направлены на разработку мономеров, пригодных для более эффективной пропитки бетонных изделий и конструкций в заводских условиях и на стройплощадке.
Итог конгресса — сборник трудов ICPIC'04, изданный под редакцией председателя Оргкомитета доктора М. Maultzsch немецким Федеральным институтом исследований и испытаний (ВАМ).
Подготовил Вячеслав ГИЛЕВИЧ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 39 за 2004 год в рубрике бетон
