ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Цементы и бетоны, импрегнированные полимерами из "Полимерные смеси и композиты" Как и в случае древесины, импрегнирование обычно включает сушку образца (вакуумирование матричного цемента или бетона) заполнение пор мономером (обычно под давлением) и полимери зацию — термическую или радиационную (доза ж 6 Мрад) [886] При радиационной полимеризации обычно получают образцы ( более высокой прочностью, чем при термической (в случае сти рола прочность выше примерно на 35%). Это, возможно, объяс няется тем, что при радиационной полимеризации происходит при вивка полимера к субстрату. Действительно, в результате облу чения в неорганической фазе могут возникать активные центры которые либо инициируют полимеризацию, либо увеличивают ад гезию. Кроме того, благодаря более низкой температуре при ра диационном инициировании потери мономера за счет испарения меньше. [c.294] Зависимость скорости пропитки от была отмечена в [382, 955] для различных мономеров и подтверждена в работе [334], в которой предложена диффузионная модель, а также в работе [986]. При химическом взаимодействии мономера с субстратом, как, например, в случае акриловой кислоты, могут появиться осложнения. Для увеличения скорости пропитки в любом случае рекомендуется использовать давление [614]. [c.295] Типичные механические свойства бетона, импрегнированного полимером, приведены в табл. 11.4 [46]. Как следует из таблицы, введение 7% полиметилметакрилата приводит к увеличению прочности как при сжатии, так и при растяжении в 3—4 раза. Это объясняется тем, что разрушение импрегнированных образцов происходит по наполнителю, а не по цементной матрице или по поверхности раздела матрица — наполнитель, как это наблюдается в необработанном бетоне. Другие механические свойства также улучшаются. Модуль Юнга, модуль при разрушении (который, строго говоря, является прочностью), модуль упругости при изгибе и твердость увеличиваются в 1,5—2 раза. Интересно, что модуль упругости при изгибе в бетонах, модифицированных полимерными латексами, часто уменьшается [237]. Обычно механические свойства меняются прямо пропорционально содержанию полимера. [c.295] Из рисунков видно, что прн импрегнировании твердым поли мером, таким как полиметилметакрилат, возрастает не только усилие, вызывающее разрушение образца, но изменяется также характер всей деформационной кривой. Контрольный образец, т. е. бетон без добавок, проявляет нелинейные свойства практически с самого начала сжатия, причем прочность нарастает медленнее, чем деформация, и в момент разрушения кривая практически параллельна оси абсцисс. В противоположность этому бетон, им-прегнироваиный твердым полимером, обнаруживает линейную (гуковскую) область деформации вплоть до нагрузок, составляющих 80% от предельной. Только после этого наблюдается небольшое отклонение от линейности. Таким образом, импрегнирован-ный бетон более сходен с классическими упругими телами, чем немодифицированный бетон. В работе [46] сделан вывод о том, что полимер улучшает связь между упругой цементной матрицей и упругими частицами наполнителя и препятствует ее разрушению. В отсутствие же полимера связь разрушается по мере приложения нагрузки. Аналогичные выводы были сделаны и для бетонов, модифицированных латексами. [c.297] конечно, и другие механические свойства. В то время как была сделана попытка исследовать ползучесть [230] (хотя эти результаты нельзя рассматривать как окончательные, усталостные свойства практически вообще не изучались. Предварительные измерения усталостных свойств при изгибе, проведенные на образцах строительного состава, приведены в табл. 11.5 [319]. [c.298] Как показано в табл. 11.4, влагопоглощение бетона, импрегнированного полимером, значительно уменьшается в результате заполнения пор полимером. Обычно отмечается снижение водопо-глощения на порядок [46,614]. [c.299] Проницаемость обычно также снижается примерно на 70—80% [886], что в значительной степени объясняется пониженным вла-гопоглощепием. Учитывая пониженную чувствительность к воде и повышенную механическую прочность образцов, содержащих полимер, следует ожидать, что при этом возрастает и сопротивление разрушению при циклических испытаниях нагрев — охлаждение, что действительно наблюдается экспериментально (см. табл. 11.4). Из таблицы видно, что в то время как необработанный бетон теряет 25% массы после б-Ю циклов, бетон, содержащий полиметилметакрилат, теряет лишь 0,5% массы после 24-10 циклов. Улучшение свойств отмечено также в работах [290, 614]. [c.299] Наличие полимера в бетонах приводит к увеличению термического коэффициента расширения. Например, при содержании 6% полиметилметакрилата или полистирола коэффициент термического расширения возрастает примерно на 25% [886]. Это связано с тем, что полимер обладает большим термическим коэффициентом расширения, чем цемент. Отмечено также небольшое (я 5%) возрастание коэффициента температуропроводности и небольшое уменьшение коэффициента теплопроводности [886]. [c.300] СОЛЯНОЙ кислоте типичных образцов, содержащих полистирол, полиметилметакрилат и другие полимеры, отмечается только через 800 сут (исходный бетон разрушается уже через 100 сут). На рис. 11.16 показано, как воздействует разбавленная НС1 на бетон, имирегнированный ПММА. На рисунке дано поперечное сечение бетонной плиты, которую импрегнировали (справа) через тонкий слой песка. Наполнитель в импрегнированной области, имеющей более светлую окраску, подвергается большему травлению, чем матрица. Неимирегнированная область (верхняя часть образца) разрушается очень сильно [613—615]. Необработанные образцы обнаруживают значительное расширение при выдержке в сульфатной среде при стандартных условиях опыта в то же время при импрегнировании полимерами степень расширения снижается примерно в 2 раза. В результате импрегнирования полимерами возрастает стойкость к серной кислоте. [c.301] Способность полимеров понижать чувствительность бетонов к коррозии солями находит практическое применение, в частности, при строительстве мостов на шоссейных дорогах [97, 228, 231, 290, 509, 579, 578, 612—614, 955]. Хотя для подобных областей применения можно использовать как обычные материалы, так и материалы с улучшенными свойствами, однако совершенно очевидно, что ограничение диффузии солей к стальному каркасу железобетона является очень важным, поскольку позволяет увеличить срок службы изделий. В работе [614] также установлено, что импрегнирование полимерами снижает коррозию стального каркаса даже в бетонах с высоким содержанием солей. Как показано на рис. 11.17, в импрегнированпом железобетоне, содержащем соли, коррозии стальных элементов не наблюдается после циклических испытаний нагрев — охлаждение, в то время как в контрольных образцах обнаружены значительные очаги коррозии. [c.301] Устойчивость к нагреванию и действию пламени также важна во многих областях применения. Предварительные испытания показывают, что импрегнированные полимерами бетоны являются обычно либо самогасящимися, либо негорючими материалами, по крайней мере при выбранных условиях испытания [219]. Ухудшение свойств ири повышенных температурах является более серьезной проблемой, чем способность к воспламенению [219, 540]. [c.302] При создании моделей механических свойств пористых тел необходимо учитывать пористость, размеры, форму и распределение по размерам пор. Пористость уменьшает количество материала, воспринимающего нагрузку, в любой плоскости, подвергающейся напряжению (рис. 11.18). Это увеличивает эффективность действия сдвиговых напряжений в системе, и потому скольжение начинает проявляться при более низких напряжениях, чем в соответствующем сплошном теле. Поры являются также концентраторами напряжения. Этот эффект обычно приводит к уменьшению прочности, хотя иногда поры могут взаимодействовать с растущей трещиной и ограничивать ее распространение. Неудивительно поэтому, что результаты измерения, например прочности в зависимости от пористости, подчиняются сложным функциональным зависимостям. Теоретическая интерпретация затрудняется также тем обстоятельством, что точная функциональная связь часто зависит от микроструктуры, и тем, что приготовить полностью беспори-стый образец для сравнения невозможно. [c.302] В то время как в области изучения керамики достигнуты значительные успехи, проблема пористости в цементах и бетонах является более сложной. Цемент и бетон содержат несколько компонентов, каждый из которых характеризуется своей пористостью, которая, в свою очередь, также чувствительна к методу получения и составу. Кроме того, трудность получения образцов цементов с пористостью менее 10% затрудняет экстраполяцию экспоненциальных зависимостей прочности от пористости . [c.302] Несмотря на эти трудности фундаментального характера, существует возможность построить простые полуэмпирические или эмпирические модели, позволяющие предсказать механическое поведение системы. Такой подход был осуществлен в работах [43, 44, 46, 569], в которых сделана попытка рассмотреть совместное влияние пористости и наполнителя, в роли которого в данном случае выступает полимер. Каждый из этих двух факторов, очевидно, снижает прочность по сравнению с прочностью гипотетического абсолютно сплошного цемента. [c.303] Влияние содержания наполнителя (полимера) и пористости показано на рис. 11.19. Аналогичный подход был использован в работе [569] для предсказания значений модулей при этом п принимали равным 3. [c.303] Все большее внимание привлекают родственные рассмотренным ранее системы, содержащие полимеры, например цементы и строительные составы, наполненные полимерными волокнами [230, 281, 886], различные легкие бетоны [43], горные породы [953], пористая керамика [320, 321, 369, 370, 371], материалы, используемые при изготовлении скульптурных сооружений [317]. Привлекает внимание также использование полимеров в качестве связующего для горных пород [885]. [c.306] Вернуться к основной статье