Строительство. Растворы и бетоны

Полимерные и полимерцементные бетоны, растворы и мастики

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Устойчивость полимерных дисперсий обусловливается наличием в дисперсионной среде (в нашем случае воде) поверхностно-активных веществ — стабилизаторов. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) — вещества, способные накапливаться на поверхностях соприкосновения двух тел, называемых поверхностями раздела фаз (для водных дисперсий полимера это — поверхность полимерных частиц). ПАВ создают на поверхности частиц адсорбционно-сольватный защитный слой, препятствующий их сближению и коагуляции. Препятствием к сближению частиц могут быть:

расклинивающее давление воды, связанной в адсорбционном слое молекулами или ионами стабилизатора;

электростатическое отталкивание одноименно заряженных ионов, адсорбированных на поверхности частиц и образовавших двойной электрический слой.

ПАВ могут быть двух типов: ионогенные и неионогенные. Ионо-генные ПАВ ( 1, а) распадаются в воде на ионы; при этом один ион, содержащий органическую часть молекулы ПАВ, является защитным ионом, адсорбирующимся на частице полимера своей органической частью. Заряженная часть этого иона способствует образованию вокруг частицы полимера двойного электрического слоя. Примером ионоген-ного ПАВ может служить обычное мыло — стеарат натрия, диссоциирующее в водной среде с образованием поверхностно-активного аниона: C17H3sCOONa^ C17H3sCOO- + Na+

Неионогенные ПАВ ( 1, б) имеют так называемые дифильные молекулы: одна часть молекулы — полярная — имеет сродство к воде, другая — неполярная — к полимеру.

Для стабилизации полимерных дисперсий в строительной практике обычно применяют неионогенные ПАВ - вещество ОП-7 и ОП-10 (ГОСТ 8433 — 81) или смесь этих веществ с казеинатом аммония в соотношении 1:1. Этот комплексный стабилизатор получают из смеси (мае. ч.): казеин - 1; вещество ОП-7 (ОП-10) - 1; 25%-ный водный раствор аммиака — 1; вода — 4. Казеин, раствор аммиака и воду помещают в смеситель и подогревают до 70...80 "С при постоянном перемешивании до получения однородного продукта. Затем добавляют ОП-7 и массу повторно перемешивают.

Полученный стабилизатор совмещают с латексом из расчета 1 : 10 (по сухому веществу). Стабилизированный таким образом латекс промышленность выпускает под маркой СКС-65ГП марки „Б".

Существует два подхода при расчете необходимого количества стабилизатора для предотвращения коагуляции дисперсии, вводимой в цементное тесто. Если исходить из того, что основной причиной коагуляции дисперсии является цемент (выделение Са+2 в водную среду, адсорбция стабилизатора частицами цемента), определяют количество стабилизатора в зависимости от расхода цемента. Эта величина обычно-составляет 1 ...2 % от массы цемента.

На практике же часто пользуются дисперсиями, в которые заранее введен стабилизатор (обычно около 10% от массы полимера). Для полимерцементных композиций с П/Ц = 0,1—0,2 в этом случае мы имеем необходимую степень стабилизации по отношению к цементу (1... 2%). Однако для композиций с низким П/Ц (0,04...0,08) количество стабилизатора в дисперсии по отношению к цементу может оказаться недостаточным и понадобится дополнительная стабилизация.

Таким образом, при приготовлении полимерцементных смесей во избежание получения материалов с плохими свойствами необходимо при всех изменениях состава смеси или ее компонентов проверять, нет ли коагуляции полимерной дисперсии. Исключение составляет ПВА дисперсия, которая, как правило, не нуждается в дополнительной стабилизации в полимерцементных материалах. Объясняется зто тем, что стабилизатором ПВА дисперсии служит поливиниловый спирт, который был применен при эмульсионной полимеризации винилаце-тата в ПВА; в щелочной же среде цементного теста количество поливинилового спирта в ПВА дисперсии увеличивается в результате поверхностного гидролиза самого ПВА. Часто в состав полимерцементных композиций вводят ускорители твердения, например хлорид кальция, так как стабилизаторы полимерных дисперсий замедляют твердение минеральных вяжущих.

Полимерная дисперсия, введенная в цементную смесь (цементное тесто, растворную или бетонную смесь), оказывает сильное пластифицирующее действие. Причин этого явления несколько.

В цементных смесях одной из главных характеристик служит водоцементное отношение (В/Ц). При добавлении в цементную смесь полимерной дисперсии необходимо учитывать воду, содержащуюся в дисперсии, при определении общего количества воды затворения. Но объем самой дисперсии приблизительно в два раза больше объема содержащейся в ней воды- Поэтому, добавляя полимерную дисперсию в цементную смесь, мы как бы увеличиваем содержание в ней жидкости и тем самым разжижаем смесь.

ПАВ, стабилизирующие полимерные дисперсии, одновременно являются и пластификаторами цементных смесей, а их количество, приходящееся на цемент в полимерцементных смесях, близко к оптимальным расходам пластификаторов в обычных бетонах и растворах.

Присутствие в цементных смесях полимерных дисперсий вызывает сильное воздухововлечение в смесь, что также оказывает сильное пластифицирующее действие.

Указанные факторы позволяют сильно снизить В/Ц смесей без снижения ее пластичности. Так, например, при введении латекса СКС-65 ГП „Б" в цементно-песчаный раствор состава 1:3с увеличением П/Ц равная пластичность смесей (расплыв конуса на встряхивающем столике 120 мм) достигается при все уменьшающихся значениях В/Ц:

П/Ц     0          0,06      0,09      0,12

В/Ц      0,5        0,42      0,35      0,29

Для разных видов цемента, полимерных дисперсий и стабилизирующих систем зти значения будут различные, но общая закономерность сохраняется. При снижении В/Ц прочность бетонов и растворов возрастает. Такая же зависимость наблюдается и для полимерцементных бетонов и растворов, но ее четкому проявлению мешают некоторые особенности таких бетонов и растворов.

Присутствие в полимерцементной смеси стабилизирующих ПАВ (ОП-7, ОП-10, поливинилового спирта) вызывает сильное воздухо-вовлечение при перемешивании (содержание вовлеченного воздуха в смеси может доходить до 10...12%). Это уменьшает среднюю плотность смеси, но поризация цементного камня неизбежно снижает его прочность. Однако из-за того, что образующиеся при этом поры в основном замкнутые, показатели водопоглощения, водонепроницаемости и морозостойкости материала не снижаются, а благодаря положительному действию полимерного вяжущего даже повышаются.

Добиться повышения прочности и улучшения водонепроницаемости и морозостойкости полимерцементных материалов можно, применив специальные вещества — пеногасители, снижающие эффект воздухо-вовлечения до минимума. Пеногасители — зто обычно эмульсии крем-нийорганических полимерных веществ типа полиметилсилоксанов, вводимые в очень малых количествах. Например, для эффективного подавления воздухововлечения при применении латекса СКС-65, стабилизированного 10% вещества ОП-7, достаточно 0,5% пеногасителя от массы латекса (по сухому остатку).

Присутствие полимерной дисперсии в полимерцементном бетоне оказывает сложное воздействие на процесс твердения минерального вяжущего. В смесях, наносимых на пористое основание, благодаря повышенной водоудерживающей способности смесь не обезвоживается и тем самым улучшаются условия гидратации цемента. При твердении в воздушно-сухих условиях полимерная дисперсия замедляет испарение влаги из твердеющего материала и улучшает условия гидратации минерального вяжущего. Но одновременно присутствие в твердеющей системе водорастворимых органических веществ замедляет твердение цемента. Поэтому при твердении во влажных условиях полимерцемент-ные материалы медленнее набирают прочность, чем чисто цементные. Кроме того, влажные условия препятствуют процессу пленкообразо-вания из полимерной дисперсии, т. е. замедляется формирование структуры полимерного связующего.

Все эти обстоятельства необходимо учитывать при определении оптимального режима твердения для бетона и растворов с полимерными дисперсиями. Обычно принимают следующий режим твердения: первые 7...10 дн во влажных условиях, а далее — в воздушно-сухих. Такой режим обеспечивает формирование достаточно прочной минеральной структуры, а затем — полимерной.

Многие полимерные дисперсии обладают высокими адгезионными свойствами (например, ПВА дисперсия, дивинилстирольные и другие латексы).  Полимерцементные  смеси  на их основе также характеризуются высокими адгезионными показателями. Даже при относительно небольших П/Ц (0,06...0,10) полимерцементные растворы характеризуются в 5...10 раз более высокой адгезией к другим материалам (бетону, стеклу, металлам), чем обычные цементные растворы. Это объясняется тем, что в результате адсорбции адгезивом полимерной дисперсии в пограничном слое возрастает содержание полимера. Интересно отметить, что при правильно подобранном составе и режиме твердения адгезия полимерцементного материала может оказаться выше, чем адгезия чистой полимерной дисперсии. Причина такого явления в том, что в полимерцементных составах достигается меньшая толщина полимерных пленок, а условия их формирования более благоприятны, чем при применении чистых дисперсий.

Полимерцементные мастичные составы, растворы и бетоны на водных дисперсиях полимеров находят широкое применение в качестве отделочных составов при штукатурных и плиточных работах, устройстве покрытий полов, для особо прочной кладки стен, при гидроизоляции и ремонте бетонных и железобетонных конструкций (см. гл. III).