Бетонополимеры. Общая схема производства, технологии пропитки

Для специальной обработки пористых бетонов, в ряде случаев используется фуриловый и фурфуриловый спирты, высокомолекулярные углеводороды в смеси с карболовыми кислотами, а также кремнийорганические жидкости.

Бетонные изделия модифицируют непосредственно полимерами (сополимерами), поливинилбутераль, полиэтилен, хлорсульфированный полиэтилен, полипропилен в смеси с каучуком, поливинилацетет и поливинилхлорид, полиизиционаты, полиметакрилатполиглицидина, полиметилметакрилат и др. Из сополимеров употребительны составы на основе мономеров акрилового и метакрилового ряда.

Наибольшее распространение для пропитки бетона получили метилметакрилат и производные составы на его основе, так как этот материал легко проникает в бетон и сравнительно просто полимеризуется, обеспечивая получение высокой прочности готового продукта. На ряду с метилметакрилатом для пропитки широко используют стирол и материалы на его основе. Стирол в 2 раза дешевле метилметакрилата и производится в больших объёмах. Его недостаток – более высокая температура полимеризации в последнее время преодолевается применением смешанных систем, в которых стирол является одним из компонентов.

Для отверждения органических вяжущих используют целый ряд отверждающих агентов, основным требованием к которым является обеспечение высоких физико-механических свойств готовых изделий при сравнительно коротком времени полимеризации. 

Высокотемпературная каталитическая полимеризация мономеров акрилового и метакрилового ряда легко осуществляется под воздействием различных органических перекисей, из которых широкое применение получила перекись лаурила (ПА), перекись бензоила и порофор. Однако для получения самотверждающегося составов, полимеризация которых протекает на холоде без подвода тепла извне, как правило, используются инициирующие системы, состоявшие из органической перекиси и третичного амина, например диметиланилина. Наилучшие результаты показывают системы порофор+гипериз и ПБ+ДМА.

Технология бетонополимеров.

Технология бетонополимеров включает процессы подготовки бетона, т.е. освобождение порового пространства бетона от влаги с целью его заполнения мономером или специальным пропитывающим составом процессы пропитки бетона и последующей полимеризации мономера непосредственно в теле бетона.

Производится с целью освободить от воды поры и капилляры бетона и тем самым подготовить их для заполнения пропиточным составом. Вытеснить воду с помощью мономера затруднительно, так как вода обладает большим химическим сродством с компонентами цементного камня. При неполном высыхании в бетоне сохраняется адсорбционная влага, что может привести к нарушению адгезии полимера и силикатной матрицы, что отрицательно скажется на работе бетонополимера. Наиболее широко применяют сушку при температуре 105-1500 С. Повышение температуры сушки значительно уменьшает ее длительность: при прочих равных условиях результат высушивания плотных бетонов при 1500 С в течение 8 часов равен высушиванию при 1050 С в течение 100 часов.

Применяют следующие технологии сушки изделий: конвективная сушка, радиационная, контактная, токами высокой частоты.

Конвективная сушка осуществляется в струе нагретого пара. При данной технологии возникает значительный перепад влажности и температуры по толщине изделия, что приводит к неравномерной усадке и, следовательно, лимитирует скорость сушки. Однако данный способ прост и наиболее широко распространен. Оптимальный режим сушки в данном случае определяется с учетом размеров изделия, плотности и начальной влажности.

Радиационная сушка- влага испаряется за счет излучения тепла от нагретой поверхности или источника инфракрасного излучения. При такой технологии сложно обеспечить равномерный прогрев изделия, поэтому данный вид сушки может быть рекомендован лишь для тонкостенных конструкций, таких как трубы малых диаметров, лотки и скорлупы, тротуарные плиты. Целесообразно использовать металлические и керамические панельные излучатели.

В ходе сушки, осуществляемой по выше перечисленным технологиям, температура на поверхности изделия оказывается выше, чем внутри и при неоправданно жестких режимах сушки возможно возникновение усадочных трещин.

Контактная сушка осуществляется в результате прохождения электрического тока через тело бетона. Электрическое сопротивление бетона значительно и при прохождении тока происходит прогрев бетона. Температура в центре изделия оказывается выше, чем на поверхности, за счет испарения и охлаждения влаги. Изменяя параметры тока можно регулировать скорость сушки без изменения параметров окружающей среды, то есть контактную сушку можно осуществлять вообще без сушильных камер. Регулирование и контроль режима сушки легко автоматизировать, так кА электрическое сопротивление бетона обратно пропорционально влажности изделия. Однако последнее обстоятельство имеет и отрицательное последствие- удаление адсорбционной влаги требует больших расходов электроэнергии. При установке электродов возникают трудности, связанные с дефицитом токопроводящих паст (графитовые на различных связующих).

Перспективна сушка токами высокой частоты. Переменное электрическое поле высокой частоты возбуждает колебательное движение ионов, электронов, полярных и неполярных молекул в поровой жидкости бетона. За счет инерционного запаздывания этих колебаний возникает молекулярное трение, вызывающее нагревание изделий. Чтобы повысить интенсивность сушки, необходимо увеличить частоту поля в процессе прогрева бетона за счет теплообмена с окружающей средой и испарения влаги с поверхности. Внутри бетон прогревается до более высокой температуры, чем на поверхности. Такой вид сушки наиболее целесообразен при прогреве тонкостенных изделий, так как прогрев происходит равномерно по всей массе изделия. Основной недостаток метода - большой удельный расход электроэнергии, значительные аппаратурные и эксплуатационные сложности.

Вакуумирование обеспечивает более глубокую очистку пор и капилляров, а так же удаляет из бетона воздух, который отрицательно влияет на полимеризацию некоторых мономеров. Вакуумирование длится около 1 часа и осуществляется в герметичных контейнерах. Данная операция является желательной, но не всегда обязательной.

Нельзя сушить свежеотформованный бетон, так как потеря влаги препятствует протеканию взаимодействия цемента с водой и отрицательно влияет на рост прочности бетона.

Наиболее экономичным способом удаления влаги является естественная сушка. Но такая сушка очень длительная, ее целесообразно применять на дорогах, в гидротехнических сооружениях.

Пропитка бетона

Пропитка бетона мономером является одной из основных технологических операций получения бетонополимера. Тот того, насколько глубоко и полно удается пропитать бетон, зависят свойства конечного продукта. Пропитку обычно осуществляют, погружая изделие в среду мономера. Могут применяться и другие приемы, особенно при поверхностной обработке бетона (разлив мономера по поверхности, пропитка через пористые среды, многократная покраска и др.). Технология пропитки во многом определяется свойствами бетона и пропитывающей жидкости, требованиями к конечному материалу – бетонополимеру.

Полимеризация мономера в бетоне

Полимеризация мономера в порах бетона является завершающей операцией получении бетонополимерных изделий и конструкций. От правильности ее прведения во многом зависит конечная прочность материала.

Обработка газами в ряде случаев может существенно повысить качество изделия или конструкции.