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.
Рис. 7.5. Латекс БСК (бутадиеистирольиого каучука) в качестве модификатора цемента |
Рецептуры для полимеризации типичных латексов —
Модификаторов цемента приве - сплошную полимерную пленку дены в табл. 7.2 и 7.3 [50, 51]. при высушивании.
Таблица 7.2. примеры рецептуры латекса бск (бутадиенстирольного каучука)
|
Таблица 7.3. пример рецептуры латекса пвдх (поливинил идеи вин ил хлор ида)
|
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)
ПОЛИМЕРНЫЕ ЛАТЕКСЫ - МОДИФИКАТОРЫ ЦЕМЕНТА |
ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ ЛАТЕКСЫ |
- ПОЛИВИНИЛПРОПИОНАТ (пвп) _ ПОЛИПРОПИЛЕН
. ЭПОКСИДНЫЕ ПАТЕКСЫ БИТУМ
ТЕРМОРЕАК - ТИВНЫЕ ЛАТЕКСЫ |
І |
БИТУМНЫЕ ЛАТЕКСЫ |
БИТУМ, МОДИФИЦИРОВАННЫЙ КАУЧУКОМ ПАРАФИН
L СМЕШАННЫЕ ЛАТЕКСЫ
Рис. 7.6. Полимерные латексы для модификации цемента, имеющиеся на рынке
Таблица 7.6. типичные области применения и стандарти ые составы смеси модифицированных латексами растворов (содержание цемента-1 ч. по массе)
|
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:
0JS 0,7 0,9 1,1 1,3 ос Рис. 7.7. Номограммы для определения водоцементного отношения (а) и содержания цемента (б) в бетоне, модифицированном БСК |
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).
Рис. 7.8. Схема подбора состава смеси для модифицированных латексом бетонов |
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.