ПОЛИМЕРБЕТОНЫ

Структурная прочность полимербетонов

Принятая модель полимербетонов, представляющая собой сложную композицию, состоящую из микро-, мезо - и макроструктуры, является исходной предпосылкой при разработке общих положений и расчетных формул струк­турной прочности таких многокомпонентных систем. При

Таблица 14. Составы полимербетона ФАМ, подобранные с исполь­зованием способа полупрерывистой гранулометрии заполнителей, %

№ составов

Этом клеящая мастика (полимерное связующее), явля­ясь микроструктурой полимербетонной композиции— основной и важнейший компонент такой системы.

Исследуя физико-химические процессы структурооб - разования прямыми экспериментами было выявлено, что оптимальная микроструктура клеящей мастики зависит от многих свойств используемых мономеров или олиго - меров, и, в первую очередь, от вязкости, клеящей спо­собности и адгезии с минеральными наполнителями, дис­персности наполнителей, их вида и процентного содер­жания в системе.

Исходя из этих предпосылок в общем виде струк­турная прочность полимерного связующего непосредст­венно зависит от следующих факторов:

RCb = R(Gv, A,S, n,i), (19)

Где Gv — отношение полимера к наполнителю; А — адгезия полиме­ра к наполнителю; S—дисперсность наполнителя; Я — пористость клеящей мастики; т] — вязкость исходного мономера или олигомера.

Современное состояние соответствующих разделов математики позволяет с достаточно высокой точностью выразить приведенную поиниипиальную зависимость структурной прочности полимепного связующего расчет­ными формулами. Однако использование таких формул даже при использовании ЭВМ оказывается практически невозможным из-за больших трудностей, которые связа­ны с необходимостью получения всех достаточно досто­верных характеристик и соответствующих переходных коэффициентов.

В то же время исходя из разработанной теории струк­тур ообразования полимерных композиций и предложен­ного автором метода подбора оптимальных составов принцип подбора микроструктуры полимерного связу­ющего основан на экспериментальном определении опти­мального соотношения конкретных составляющих — вполне определенного мономера или олигомера и cooi - ветствующего наполнителя. При таком подходе мы по­лучаем реальную, максимально возможную для данной системы прочность RСВ.

Получив реальную структурную прочность полимер­ного связующего и накопив достаточно большие и ста­тистически обработанные данные по прочностным харак­теристикам полимербетонов сравнительно легко полу­чить математическую зависимость, пригодную для рас­чета структурной прочности полимербетона:

#11.б = (#СВ + 'Kl Язап) - (Кг (Уп. б + Rn ), (20)

Где Rcb — прочность связующего; /?зап — прочность заполнителя; сГд. б — усадочные напряжения в полнмербетоне; йп. б— потеря проч­ности в зависимости от пористости; Ki и Ki—коэффициенты.

В формуле (20) прочность заполнителя ^зап, связу­ющего Rcb и внутренних напряжений ои. о получают экс­периментальным путем, а потеря прочности в зависимо­сти от пористости полимербетона Rn и коэффициенты К и определены статистической обработкой большого количества результатов испытаний различного вида по­лимербетонов.

Практическое использование формулы (20) для рас­чета структурной прочности полимербетонов показало сравнительно высокую сходимость расчетных и экспери­ментальных данных.

Определение оптимальных составов полимербетонов исходя из закономерностей физико-химического взаимо­действия составляющих и наиболее плотной упаковки наполнителей и заполнителей позволило впервые полу­чить наиболее экономичные плотные составы с мини­мально возможным расходом синтетического связующе­го, которые обладают высокой химической стойкостью, В то же время в зависимости от назначения и эксплуата­ционных условий требования, предъявляемые к физико- механическим свойствам полимербетонов, весьма раз­личны. Однако вышеизложенная методика не позволяет рассчитывать составы полимербетонов с заранее задан­ными прочностными и другими характеристиками. Так как полимербетоны представляют собой многокомпо­нентные системы и все составляющие взаимосвязанно в той или иной степени влияют на их конечную прочность,

Содержание составляющих

Состав / (на плотных заполнителях)

%

По массе

Состав 2 (иа пористых заполнителях)

%

По массе

Гранитный щебень

Пористый щебеиь

Песок кварцевый[7]

Наполнитель

Фурфурол ацето­новая смола ФАМ. (ФД)

Бензолсульфокис - лота (БС, К) Пластификатор

20—40 10-20 10—20 5—10 0,15-5

Менее 0,15 50—51 3-3,5

23

12—12,5 8,0—8,5

1,5— 1,7

0,5—1 по. массе смолы

1200-1220 72—84

550 288—300 190—205

36—41 1-2

21—22 15—16 31

18,5 11,5-12

2,3—2,4

0,5—1 по массе смолы

380-400 270—290 360

335

208—215

41—43 1,2

2 допускается применение песков из пористых

Песок кварцевый* Наполнитель

Фураиоэпоксидиая смола ФАЭД-20 Полиэтиленполиа - мин (ПЭПА)

Содержание составляющих, % по массе

Состав 7 (сМГФ-9)

Щебень гранитный Песок кварцевый Мука андезитовая

Полиэфиракрилатные смолы: МГФ-9 ТГМ-3 Герметик У-30 м Гидроперекись изопропил - бензола (ГП) Нафтенат кобальта (НК) Метнлвинилаэросил

Содержание составляющих

Состав 11 (на плотных заполнителях)

Состав 12 (на пори­стых заполнителях)

%

По массе

Гранитный щебень

Пористый щебень

Песок кварцевый* Наполнитель

Метилметакрилат ММА

Парафин нефтяной

1100— изо

70—95

Содержание составляющих

Состав 11 (на плот­ных заполнителях) состав 12 (иа порис­тых заполнителях)

%

По массе

Эмульсионный по­листирол Дим етил а нилин

Паста из пере­киси бензоила и дибутилфтадата Пластификатор

0,4—0,5

0,2—0,25

0,6—0,7

0,5-1% по массе мономера 0,5—0,55

0,2—0,3

0,6—0,8

0,5-1о/о по массе мономера

9-10 3,5—5,5 11—14,5

1—2

* Для состава 12 допускается использование песков из пори­стых материалов.

Таблица 22. Средние составы полимерсиликатных бетонов

78 а

Таблица 23. Физико-механические показатели полимербетонов ФАМ (ФА)

Плотность,, кг/м3

Кратковременная прочность, МПа: при сжатии » растяжении Модуль упругости при сжатии, МПа

Коэффициент Пуассона Удельная ударная вязкость,, Дж/см2

Линейная усадка при отвержде­нии, %

Водопоглощение за 24 ч, % Термостойкость по Мартенсу, °С Теплопроводность, Вт/(м-К) Морозостойкость, не ниже, циклы Коэффициент термического рас­ширения,, 1/°С Истираемость, г/см2> Удельное электрическое сопротив­ление:

Поверхности0$. Ом объемное,, Ом-см Тангенс угла диэлектрических по­терь при 50 Гц и 65% относитель­ной влажности Показатель горючести

Таблица 24. Физико-механические показатели полимербетонов ФАЭД

Показатель

Плотность, кг/м8

Кратковременная прочность, МПа: при сжатии » растяжении Модуль упругости при сжатииі, МПа

Коэффициент Пуассона Удельная ударная вязкость, Дж/см2

Линейная усадка при отвержде­нии, %

Водопоглощение за 24 ч, % Термостойкость по Мартенсу,, °С Теплопроводность, Вт/(м-К)

Плотность, кг/м3 Кратковременная прочность. МПа: при сжатии » растяжении

Плотность, кг/м3

Кратковременная прочность. МПа: при сжатии » растяжении Модуль упругости при сжатии, МПа

Коэффициент Пуассона Удельная ударная вязкость. Дж/ /см2

Линейная усадка при отвержде­нии, %

Водопоглощение за 24 ч, % Термостойкость по Мартенсу. °С Теплопроводность, Вт/(м-К) Морозостойкость не ниже, циклы Коэффициент термического рас­ширения, ГС Истираемость, г/см2 Тангенс угла диэлектрических по­терь при 50 Гц и 65% относитель­ной влажности Показатель горючести К

Таблица 28. Физико-мехаиические показатели полимербетона ММА

Плотность,, кг/м3 Кратковременная прочности, МПа: при сжатии ■» растяжении Модуль упругости при сжатии, МПа

Коэффициент Пуассона Линейная усадка прн отвержде­нии,, %

Водопоглощение за 24 ч, % Термостойкость по Мартенсу, °С Теплопроводность,. Вт/(м-К) Морозостойкость не ниже,, циклы Коэффициент термического рас­ширения, 1/°С

Тангенс угла диэлектрических по­терь при 50 Гц ной влажности Показатель горючести К

2200—2400

70—.90 110—ІІЗ (10U-I5) 103

0,26—0,28 0,15—0,2

0,01 60

0,65—0,75 500 (12-16) Ю-6

0,04-0.05

2„1 1500—1800

40—65 5-8 ,(8-110) 103

0.25—0.27 0„2—0,25

0,05—0,2 60 0,25—(0,5 300 (12—118) 10-«

0.02—0,04

2,1

Определение и прогнозирование последней обычными ме­тодами чрезвычайно сложно. Для таких систем измене­ние прочности в зависимости от состава необходимо рас­сматривать как взаимосвязанный многофакторный про­цесс.

В связи с этим при исследовании в подборе составов полимербетонов были использованы математические ме­тоды планирования экспериментов, применение которых обеспечивает возможность получения наиболее полной и достоверной информации об изученном процессе при зна­чительном сокращении экспериментальных работ [41, 96]. Учитывая, что составы полимербетонов следует под­бирать исходя из условий применения оптимального со­става связующего, процентное содержание смолы и на­полнителя принималось постоянным.

Результаты расчетов математический моделей на ЭВМ позволили установить рецептуры составов полимер­бетонов с использованием различных связующих и для различных условий эксплуатации. Эти составы полимер­бетонов, обладающие максимальной прочностью, прак­тически совпадают с составами, полученными с учетом теории плотной упаковки наполнителей и заполнителей и минимально допустимого количества связующего [12, 15, 18, 22, 128].

Номограммы равного выхода позволяют прогнозиро­вать прочность различных составов полимербетонов и проектировать составы с заданной прочностью.

В табл. 16—22 приведены усредненные составы по­лимербетонов, которые в настоящее время достаточно широко распространены в строительной практике, а в табл. 23—29 — усредненные показатели физико-механи­ческих свойств этих бетонов.