ПОЛИМЕРБЕТОНЫ

Высокопрочные полимереиликатные бетоны

Обычные полимереиликатные бетоны наряду с преи­муществами имеют и существенные недостатки как тех­нологического (многокомпонентность, токсичность крем- иефтористого натрия, невысокая термодинамическая ус­тойчивость тетрагидросиликатов и др.), так и конструк­тивного характера (невысокая прочность, значительная усадка и др.).

Известно, что композиции на основе жидкого сили­катного стекла (мастики, растворы, бетоны) обладают большими потенциальными возможностями для улучше­ния их ф-изико-механических свойств и стойкости в агрес­сивных средах, особенно в воде и щелочах.

Результаты исследований, выполненных в НИИЖБе, и анализ литературных данных показывают, что меха-

Отверждения таких систем сопровождается нейтра­лизацией щелочи с образованием геля кремневой кисло­ты и нейтральной соли. Практическое отсутствие щело­чи придает этим материалам высокую кнслотостойкость. Очнако такие составы из-за содержания большого коли­чества гидроксильных групп гидросиликата характери­зуются пониженной водостойкостью и щелочестойкостыо. Водостойкость этих составов может также снижаться за счет растворения нейтральной соли. Термообработка композиций ке создает условий, при которых могут быть существенно улучшены физико-механические свойства и химическая стойкость материала.

Качественно новым шагом в дальнейшем развитии кис­лотоупорных бетонов явилась разработка автоклавного кремпебетона [72]. Высокая прочность и коррозионная стойкость кремпебетона позволяет применять его в не­сущих армированных строительных конструкциях, эк­сплуатируемых в агрессивных средах. Однако широкое применение кремнебетона в строительстве сдерживается рядом существенных причин: отсутствует база промыш­ленного производства высокомодульного (/?г-10) кремне­земистого стекла, значительные трудности связаны с до­стижением высоких температур (до 1580°С) при варке такого стекла и необходимостью использования дефицит­ной щелочи.

Теоретической предпосылкой получения полимерен - ликатных растворов «ли бетонов повышенной прочности, плотности и стойкости в агрессивных средах служит об­разование в процессе отверждения продукта типа при­родного минерала «морденит», образующегося в резуль­тате реакции между тонкодисперсным наполнителем из группы перлитов или вулканических пеплов, раст­воренным силикатом щелочного металла и кварцевым песком.

Поскольку образование кристаллогидрата типа «морде- нита» происходит при повышенной температуре и избы­точном давлении, то необходимо было определить опти­мальные параметры уплотнения и термообработки, а также разработать оптимальный состав высокопрочных полимерсиликатных бетонов. Соотношение между тонко - Дисперсным перлитом, жидким стеклом, песком и щеб­нем подбиралось из условия возможно близкого стехи - (метрического соотношения активных составляющих и наиболее плотной упаковки компонентов системы.

Исследования показали, что минералы типа перлита и обсидиана при размере частиц 0,01 мм и ниже могут быть химически активными компонентами бетонов на ос­нове жидкого стекла. Активность их проявляется при по­вышенной температуре (150—190°С) и особенно при из­быточном давлении в автоклаве.

Предполагается, что процесс отверждения в такой си­стеме активизируется наличием большого количества по­луторных оксидов, особенно А1гОз, и оксидов щелочных металлов. В результате отверждения в композиции не остается свободного тетрагидросиликата, так как он при повышенной температуре вступает в химическое взаимо­действие со щелочью.

Отверждение смеси, по' всей вероятности, происходит в три стадии с образованием промежуточных продуктов реакции. На первой стадии в результате взаимодействия кислых оксидов наполнителя и щелочи происходит пере­мена заряда мипеллярной жидкости, что приводит к ко­агуляции раствора с выделением геля кремневой кисло­ты. Реакция протекает при 80—100°С при наличии боль­шого количества свободной воды в системе. Такая реакция протекает тем быстрее, чем выше дисперсность активного наполнителя. Как показали исследования, дисперсность наполнителей должна быть в пределах 5000—8000 см2/г.

На второй стадии при 100—120°С, видимо, происхо­дит химическое взаимодействие щелочи с тетрагидроси- ликатом с образованием иизкомолекулярного (~2,8) си­ликата натрия. Инициируют реакцию свободная вода и А1203.

На третьей стадии гидратная вода тетрагидросилика­та в результате химической реакции превращается в мо­лекулярную, образуя кристаллогидрат. На этой стадии возможно также образование гидроксида алюминия по мере израсходования свободной щелочи.

Было установлено, что количество свободной воды в системе должно быть строго ограничено. При большем, чем требуется для образования кристаллогидрата, содер­жании жидкого стекла, система при 120—200°С вспучи­вается и разрыхляется. Недостаток жидкого стекла при­водит к образованию пор и недостатку связующего для связывания наполнителей и заполнителей.

Оптимальное количество жидкого стекла обеспечива­ло актическое отсутствие пор в материале, так как в гистеме не остается летучих продуктов. А переход гид - патной ВОДЫ в молекулярную препятствует усадочным процессам. Сродство кристаллогидрата с заполнителем создает условия высокой адгезионной прочности в кон­тактной зоне.

В результате автоклавной термообработки полимер - силикатной смеси на основе натриевого жидкого стекла и перлита при 170— І90°С и давлении 0,9—1,3 МПа были получены полимерсиликатные бетоны с высокими проч­ностными характеристиками:

Прочностные характеристики перлитополимерсиликатных бетонов

Предел прочности при сжатии,, МПа., ... 100—110

TOC o "1-3" h z То же, на растяжение при изгибе........................ 20—25

Модуль упругости,, МПа • 103 . . ...................... 30—35

Коэффициент стойкости в серной кислоте 30%-ной

Концентрации. ............................................... Д.,9—1

Коэффициент стойкости в воде........................ . 0,8

Морозостойкость,, циклы 500

Однако при оптимальном количестве жидкого стекла полимерсиликатная смесь имеет высокую жесткость (полусухая смесь) и недостаточно хорошую удобоукла - дываемость. Для получения необходимой плотности об­разцы формовали методами трамбования, вибропрессо­вания или виброформованием с пригрузом.

Сложность формования изделий и конструкций из высокопрочного полимерсиликатного бетона и автоклав­ная обработка при высокой температуре сдерживают практическое применение таких бетонов.

Известно, что наиболее удобным и легко осуществи­мым способом улучшения удобоукладываемости бетон­ных смесей является введение пластифицирующих доба­вок. В лаборатории полимербетонов НИИЖБа были вы­полнены комплексные исследования по выбору эффек­тивных пластифицирующих добавок и их влиянию на технологические и физико-механические свойства высо­копрочных полимерсиликатных бетонов.

Было исследовано более десяти ПАВ различной при­топ' ^спытапия показали, что оптимальное количество 1]АВ лежит в пределах 1% по массе жидкого стекла, од­нако некоторые пластифицирующие добавки, например катионоактивяая САФА, существенно снижают прочность

Полимереиликатных бетонов, а добавка СДБ приводит к снижению коррозионной стойкости.

Введение в состав перлитосиликатного бетона пласти­фицирующих добавок ГКЖ-11, ОП-10 и НИС (нейтра­лизованная нефтяная сульфокислота) существенно уве­личивает подвижность смеси и позволяет производить ее укладку и уплотнение методом обычного виброформова­ния. При этом добавка ГКЖ-11 увеличивает прочность, водо - и кислотостойкость. Добавки ОП-Ю и НИС прак­тически не изменяют прочностных и других характери­стик таких бетонов (табл. 53).

Таким обіразом, новый вид химически стойкого поли­мерсиликатного бетона обладает высокой прочностью, кислото - и морозостойкостью и достаточной для практи­ческих целей технологичностью.