Добавки в бетон Справочное пособие

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СИСТЕМ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЛАТЕКСОМ |

Технология получения мо­дифицированного латексом рас­твора или бетона почти такая же, как и для обычного рас­твора и бетона. Большинство таких полимеров, как латексы, существуют в дисперсной фор­ме; их добавляют к цементному ' раствору и бетону при переме­
шивании. Эти полимеры вводят в очень больших количествах по сравнению с воздухововле - кающими и водопонижающими добавками, которые обычно применяют в нормальном це­ментном растворе и бетоне. Модифицированные латексами растворы и бетоны перемеши­вают и укладывают как обыч­ный цементный раствор и бе­тон, а затем выдерживают при оптимальных условиях.

7.3.1. Материалы. Материа­лы, используемые в модифици­рованном латексами растворе и бетоне, аналогичны материа­лам, используемым для обыч­ного цементного раствора и бетона.

7.3.1.1. Цементы. Обычный портландцемент широко ис­пользуется для модифициро­ванного латексом раствора и бе­тона. Применяют также и дру­гие портландцемента, в том числе портландцементы с высо­кой и ультравысокой ранней прочностью, сульфатостойкий портландцемент, портланд­цемент с умеренной экзотер - мией, белый портландцемент, смешанные цементы, высоко­глиноземистый цемент и супер - высокопрочный цемент на ран­ней стадии твердения. Нельзя применять цемент с воздухо - вовлекающими добавками, так как добавка латекса вызывает воздухововлечение.

7.3.1.2. Полимерные латек­сы. Полимерные латексы, кото­рые состоят из очень мелких (диаметром 0,05—5 мкм) поли­мерных частиц, диспергирован­ных в воде (рис. 7.5), обычно получают при полимеризации эмульсии.

Рецептуры для полимери­зации типичных латексов —

Модификаторов цемента приве - сплошную полимерную пленку дены в табл. 7.2 и 7.3 [50, 51]. при высушивании.

В общем полимерные латек­сы представляют собой сополи - мерные системы, состоящие из двух или более мономеров. Общее содержание в них твер­дого вещества составляет от 40 до 50% по массе, включая полимеры, эмульгаторы, стаби­лизаторы и т. д. Как видно из рис. 7.6, большинство поли­мерных латексов, имеющихся на рынке, основаны на эласто - мерных и термопластичных полимерах, которые образуют

В табл. 7.4 приведены основ­ные свойства полимерных ла­тексов, в табл. 7.5 — требова­ния к качеству полимерных дисперсий, содержащиеся в стандарте JIS.

Широко известными в мире коммерческими латексами яв­ляются следующие сополимеры: бутадиенстирольный каучук (БСК), полихлоропреновый каучук (ПХПК), полиакрило­вый эфир (ПАЭ), полиэтилен - винилацетат (ПЭВА) и поли­винил иденхлоридвинилхлорид (ПВДХ). Большинство ком­мерческих полимерных латексов для модификаторов цемента содержит соответствующие пеногасители и может исполь­зоваться без добавок этих аген­тов при перемешивании.

7.3.1.3. Заполнители. Для модифицированных латексами растворов и бетонов исполь­зуют такие же мелкие и круп­ные заполнители, как и для обычных растворов и бетонов,

І— ПРИРОДНЫЕ КАУЧУКОВЫЕ ЛАТЕКСЫ (ПКЛ)

ЭЛАСТОМЕРНЫЕ г-ЛАТЕКСЫ

|-БУТАДИЕНСТИРОЛЬНЫЙ КАУЧУК (БСК)

ЛАТЕКСЫ НА

L ОСНОВЕ СИНТЕ - ---------- Г ПОЛИХЛОРОПРЕНОВЫЙ КАУЧУК (ПХПК)

ТИЧЕСКОГО АКРИЛОНИТРИЛБУТАДИЕНОВЫЙ КАУЧУК

КАУЧУКА (АНБДКЇ

Г ПОЛИАКРИЛОВЫЙ ЭФИР (ПАЭ)

- ПОЛИЭТИЛЕНВИНИЛАЦЕТАТ (ПЭВА)

- ПОЛИВИНИЛИДЕИХЛОРИДВИНИЛХЛОРИД (ПВДХ)

- ПОЛИВИИИЛАЦЕТАТ (ПВА)

- ПОЛИВИНИЛПРОПИОНАТ (пвп) _ ПОЛИПРОПИЛЕН

. ЭПОКСИДНЫЕ ПАТЕКСЫ БИТУМ

БИТУМ, МОДИФИЦИРОВАННЫЙ КАУЧУКОМ ПАРАФИН

L СМЕШАННЫЕ ЛАТЕКСЫ

Рис. 7.6. Полимерные латексы для модификации цемента, имеющиеся на рынке

Вале от 1:2 до 1:3 (по массе), полимерцементное отношение составляет от 5 до 20% и водоцементное отношение — от 30 до 60% в зависимости от их удобоукладываемости. Стандартные составы смеси для модифицированных растворов, имеющих различное примене­ние, приведены в табл. 7.6 [52].

Состав смеси большинства модифицированных латексами бетонов не может быть легко определен из-за необходимости учета многих факторов при проектировании состава смеси. Обычно полимерцементное от­ношение модифицированных бетонов составляет от 5 до 15%, а водоцементное отношение —
от ЗО до 50%. Ниже приведена рациональная система подбора состава для модифицированных бетонов, разработанная Охама.

Обозначения:

/?сж — прочность при сжатии модифицированного бето­на, кгс/см[21]; ОК — осадка конуса, см; а — отношение вяжущее: поры (по объему) = (І/ц-f + V„)/(VA+V.); Ф — фактор контроля осадки конуса (по объему)= = V„ + VB, л/М[22];

V„, V„, VA,

Kb, Vs, Vr—объемы соответственно цемента, полимера, возду­ха, воды, песка и гравия на единицу объема моди­фицированного латексом бетона, л/м3;

Ц, П, В,

S, Г — масса соответственно це­мента полимера1, воды2, песка и гравия3 на еди­ницу объема модифициро­ванного бетона, кг/м3, т. е. удельное содержание соот­ветственно цемента, поли­мера, воды, песка и гра­вия;

П/Ц — полимерцементное отно­шение (по массе);

В/Ц — водоцементное отношение (по массе); А — содержание воздуха (по объему); S/a —отношение песок:за - полиитель или процентное. содержание песка (по объему);

А — удельное содержание за­полнителя (по объему), равное Vs--VT.

Уравнения для вычисления осадки конуса. Осадка конуса (О/С) модифицированного бе­тона может быть вычислена для полимера каждого типа и при каждом отношении песок : за­полнитель с использованием фактора контроля осадки кону­са ф по формуле

OK = j<f — k(—S/a),

Где j и k — эмпирические коэффициен­ты.

Эта зависимость детально описана в п. 7.4.1.1.

Уравнение для вычисления прочности. Независимо от типа полимера прочность при сжатии Rem модифицированного бетона может быть вычислена при по- лимерцементном отношении 5, 10, 15 и 20% с использованием отношения вяжущее:поры а на основании следующих дан­ных:

Полимерце­ментное от­ношение, % RC>K

5 657а —40

10 595а — 88

15 474а —63

20 423а —88

Эта зависимость подробно рассмотрена в п. 7.4.2.1.

Подготовка номограмм. Во­доцементное отношение (В/Ц) и удельное содержание цемента (Ц) в модифицированном бетоне могут быть выражены как функ­ции отношения вяжущее: поры а для каждого типа полимера при каждом полимерцементном отношении:

В/Ц= —ma + rt;

H = qa + r,

Где m, п q и г — эмпирические коэффи­циенты.

Примеры номограмм для определения В/Ц и Ц, в кото­рых использованы приведенные выше соотношения, представле­ны на рис. 7.7 [53]. Предлагае­мая схема состава приведена на рис. 7.8 [54].

Представленные здесь урав­нения и номограммы можно ис­пользовать для следующих ма­териалов и составов.

Типы материалов.

Тип цемента: рядовой порт­ландцемент (ASTM — тип I).

Тип заполнителей: речной песок (размер частиц 2,5 мм или меньше) или речной гравий (размер частиц 5—20 мм), под­вергшийся промывке, с сухой поверхностью.

Тип полимерного латекса для модификации цемента: ком­мерческие полимерные латексы независимо от типа полимера (содержащие пеногасители).

Ряд составов, рекомендуе­мых для практического исполь­зования.

Удельное содержание це­мента (Ц) от 250 до 400 кг/м3.

Полимерцементное отноше­ние (П/Ц): от 0,05 до 0,20 (от 5 до 20% полимера по отноше­нию к цементу по массе).

Отношение песок : заполни­тель (S/a): от 40 до 50% по объему.

Осадка конуса (О/С): от 1 до 21 см.

Прочность при сжатии Rcx: от 200 до 600 кгс/см2 (от 20 до 60 МПа).

В соответствии с рис. 7.8 подбор состава модифициро­ванного латексом бетона про­водится в пять этапов:

Этап 1. Требуемую удобооб - рабатываемость свежего моди­фицированного бетона и требуе­мые первичные и вторичные ха­рактеристики затвердевшего модифицированного бетона оп­ределяют в соответствии с об­ластями его применения. За­тем устанавливают требуемые значения осадки конуса О/С и прочности при сжатии RC1K, а также вторичные характерис­тики — прочность при изгибе и растяжении, водонепроницае­мость, сцепляемость, химичес­кую стойкость и сопротивле­ние истиранию. Требуемая осадка конуса измеряется в со­ответствии с японским промыш­ленным стандартом JIS А 1101
(Метод испытания осадки кону­са для бетона). Прочность при сжатии определяется в соответ­ствии с JIS А 1108 (Метод испытания бетона на прочность при сжатии).

Этап 2. Чтобы обеспечить требуемые вторияные свойства, определяют полимерцементное отношение на основе информа­ции, приведенной в каталогах и технических данных произ­водителей полимерных латек­сов — модификаторов цемента. Одновременно вычисляют отно­шение вяжущее: поры (а) для обеспечения требуемых зна­чений и П/Ц с использо­ванием уравнения для расчета прочности при сжатии.

Этап 3. Водоцементное отно­шение (В/Ц) и удельное содер­жание цемента (Ц) рассчи­тывают путем введения опреде­ленного значения а в номограм­мы.

Этап 4. Удельное содержа­ние полимера (Я) и удельное содержание воды (В) под­считывают, подставляя рассчи­танное значение Ц в опреде­ленные значения соответствен­но П/Ц и В/Ц. Затем фактор контроля осадки конуса ф вы­числяют как сумму V„ и VB, полученную из значений П, В и плотности полимера и воды. Чтобы обеспечить требуемое значение О/С и вычисленное значение ф, определяют отно­шение песок : заполнитель S/a, используя уравнения для вы­числения осадки конуса.

Этап 5. Содержание воздуха А рассчитывают путем введе­ния рассчитанных величин Ц, Я, В и плотности цемента, полиме­ра и воды в уравнение

A = (Vn+V„)/(VA+V,).

Отсюда

А = 0,1VA = (Vu + V„ - aVt) /1 Oct.

Из баланса количества ма­териалов, составляющих бетон, удельное содержание заполни­теля а рассчитывают по фор­муле

А = + Vr = 1 ООО - (+ V„ + V„ + + Va)-

Удельное содержание песка S и гравия Г вычисляют, используя определенные значе­ния S/a и плотности песка и гравия.

Пример. Подсчитаем ко­личество различных материа­лов, требуемых для подбора со­става модифицированного ла­тексом бетона для антикорро­зионных покрытий полов.

Цемент: обычный портланд­цемент (плотность 3,17).

Заполнители: речной песок (размер частиц 2,5 мм или мень­ше, плотность 2,62) и речной гравий (размер частиц 5— 20 мм, плотность 2,55), мытый, с сухой поверхностью.

Модификатор цемента: ла­текс БСК, (общее количество твердого вещества 47,8%, плот­ность общего количества твер­дого вещества, т. е. полимера, 1,01).

Требуемая осадка конуса О/С: 15 см.

Требуемая прочность при сжатии /?сж-' 400 кгс/см2 (40 МПа).

Полимерцементное отноше­ние (П/Ц), соответствующее требуемой химической стой­кости: 15% (основано на дан­ных химической стойкости, при­веденных в каталоге).

Подставляя А, сж =

= 400 кгс/см2 и П/Ц= 15% и учитывая соответствующее зна­чение прочности при сжатии в уравнении /?сж = 474а —63, вычисляем а = (400 + 63)/474 = = 0,98.

Согласно рис. 7.7, при В/Ц = 42% и // = 317 кг/м3 Я///=15% и а = 0,98. Под­ставляя // = 317 кг/м3 в значе­ния П/Ц и В/Ц, подсчитываем Я и В, которые равны соответ­ственно 48 и 133 кг/м3. При плотностях полимера и воды, равных соответственно 1,01 и 1,00, ф = (48/0,11) —j— (133 / /1,00)= 181 л/м'. Подставляя ОК= 15 см и ф= 181 л/м3 в формулу 0/С = 0,26ф— 18,5 (1 — S/a), получаем S/a = = 1 - 18,5/ (0,26ф— ОК)= 1 —

— 18,5/(0,26- 181 - 15) = = 42,3%. Подставляя а = 0,98, ц = 317 кг/м3, Я = 48 кг/м3, В = 133 кг/м3 и плотности це­мента, полимера и воды в фор­мулу А = 0,lVA = (Va+Vn~

— aVB)/10a, получаем Л = 0,1 VA = (317/3,17 + 48/1,01 — —0,98- 133)/ (10-0,98)= 1,8%.

Из материального баланса находим а= 1000 — (317/3,17 + + 48/1,01 + 133/1,00+18) = = 701 л/м. Так как S/a — = 42,3%, а плотности песка и гравия равны соответственно 2,62 и 2,55, значения S и Г вычисляют следующим обра­зом: S = 701 -0,423-2,62 = = 777кг/м3; .Г = 7 0 1 (1 —

— 0,423)2,55= 1031 кг/м3. По­скольку общее количество твер­дого вещества в латексе БСК равно 47,8%, требуемое коли­чество' латекса составляет 48/0,478= 100 кг/м3. Требуемое количество воды подсчитывают путем вычитания количества воды в латексе БСК из В = = 133 кг/м3, отсюда 133 —

— 100(1 — 0,478) = 81 кг/м3. Требуемый состав смеси по массе модифицированного БСК бетона для пробного смешива­ния в это^ примере будет следующим, кг/м3: обычный портландцемент — 317, БСК — 100, вода — 81, речной песок — 777, речной гравий — 1031.

7.3.3. Перемешивание, ук­ладка и выдержка. Модифици­рованный латексом раствор или бетон могут быть легко при­готовлены с использованием всех типов обычного смеситель­ного оборудования и инстру­ментов, в том числе растворо - или бетономешалок периодичес­кого действия и растворовозов, а также при ручном переме­шивании в растворных ящи­ках или смесительных емкос­тях для бетона. Перед про­мышленным перемешиванием должно быть проведено проб­ное перемешивание для подбо­ра состава смеси. Полимерные латексы, первоначально сме­шанные с водой затворения, добавляют прямо к смесям цемента и заполнителей. Ско­рость и время перемешивания должны быть тщательно вы­браны для того, чтобы избе­жать нежелательной задержки воздуха даже в случае исполь­зования пеногасителей.

После перемешивания моди­фицированные раствор и бетон укладывают и отделывают поч­ти такими же методами, как и обычные цементный раствор и бетон. Модифицированный раствор и бетон имеют со­кращенное время обработки по сравнению с цементным раст­вором и бетоном. Хотя время обработки зависит от темпера­туры окружающей среды, мо­дифицированные раствор и бе­тон должны быть уложены и от­деланы примерно в течение 1 ч после смешивания.

В связи с тем что эти растворы и бетоны имеют отлич­ное сцепление с различными материалами, даже с металла­ми, все оборудование и инстру­менты — бетоносмесители, мас­терки и вибраторы — должны быть промыты и очищены сразу после использования. Рекомен­дуется также применять наибо­лее эффективные вещества для очистки форм, например сили­коновую мастику или смазку.

При перекладке покрытий, устройстве полов и проведении ремонтных работ все сыпучие и нестойкие материалы, вклю­чая цементное молоко и грязь на нижнем слое, должны быть удалены с помощью пескоструй - ки, проволочных щеток и про­дувки сжатым воздухом. Масла и смазки удаляют моющими средствами или растворителем. Очищенную таким образом по­верхность тщательно смачи­вают перед укладкой модифи-' цированных систем. После сма­чивания основание вытирают ветошью или продувают сжа­тым воздухом для удаления всей остающейся воды. Выбор модифицированного раствора или бетона зависит от толщины используемого покрытия. Обыч­но рекомендуется модифициро­ванный раствор для толщины 30 мм или меньше и моди­фицированный бетон для тол­щины свыше 30 мм.

Поверхность модифициро­ванного раствора и бетона обычно несколько труднее обра­батывается затиркой по срав­нению с обычным цементным раствором и бетоном из-за повышенной вязкости. Модифи­цированные системы образуют поверхностную корку, которая легко разрывается. Рекоменду­ется отделывать поверхность затиркой 2—3 раза. Излишняя затирка для модифицирован­ных систем не рекомендуется. Так как на поверхности мас­терка во время затирки обра­зуются тонкие полимерные пленки, мастерки необходимо часто очищать для удаления этих пленок. Перезатирка после пер­воначального схватывания не рекомендуется. Следует избе­гать излишней вибрации при уплотнении для предотвраще­ния выступания воды с поли­мером на отделанной поверх­ности. На больших поверхнос­тях рекомендуется делать швы шириной около 15 мм с интер­валом через 3—4 м.

Модифицированные раствор и бетон нельзя укладывать при температуре ниже 5 и выше 30 °С. Нужно соблюдать осто­рожность, чтобы предотвратить всплывание твердого вещества полимера на отделанной по­верхности из-за увлажнения по - дой или дождем сразу после укладки. Желательно, чтобы эта поверхность была сразу же укрыта мешочной тканью или полиэтиленовой пленкой.

Выдержка во влажной сре­де, например при распылении воды или при влажном режи­ме, применимая к обычному цементному раствору и бето­ну, вредна для модифицирован­ных раствора и бетона.

Обычно модифицированные раствор и бетон требуют при­менения какого-либо иного ме­тода выдержки из-за наличия полимерных латексов. Почти оптимальные свойства модифи­цированных систем достигают­ся при сочетании влажного и сухого выдерживания, т. е.

При выдержке в течение 1 — 3 сут во влажностном режиме и последующей сухой выдерж­ке при температуре окружаю­щей среды. Выдержка модифи­цированных систем может быть ускорена нагреванием, однако обработка паром не рекомен­дуется. Влияние условий вы­держки на прочность модифи­цированного раствора и бето­на описано в п. 7.4.2.1.

Обычно полимерные латек­сы, используемые в качестве модификаторов цемента, пред­ставляют собой нетоксичные и безопасные в обращении мате­риалы, соответственно они не требуют принятия специальных мер предосторожности.