Полимербетонами называются материалы, полученные из минерального вяжущего, полимера и заполнителя или без заполнителя. В таких бетонах высокомолекулярные компоненты участвуют в структурообразовавии, в результате чего получается новый материал с особыми свойствами.
Таким образом, в полимербетонах имеются два активных составляющих: минеральное вяжущее (цемент, гипс, магнезиальное вяжущее) и связующее органическое вещество (полимер). Если роль первого сводится к образованию цементного камня, склеивающего частицы заполнителя в единый монолит, то второе, будучи равномерно распределено в объеме, улучшает сцепление цементного камня с заполнителем и отдельных цементных зерен между собой.
От полимербетонов следует отличать пластбетоны, в которых отсутствует минеральное вяжущее, а имеются лишь полимер и заполнитель. К лластбетонам относятся асфальтобетон и органоминеральный бетон.
В зависимости от примененного минерального вяжущего различают полимерцементные, полимергипсовые и полимермагнезиальные бетоны. Из природных полимеров используют натуральный каучук (латекс), битумы, асфальты и пеки, протеины (казеин, кровяная сыворотка), углеводы (крахмал, декстрин, альгиновая кислота), производные целлюлозы.
Применяют также синтетические полимеры: синтетические каучуки, поливинилацетат, поливинилхлорид, полиакрилаты и полиметакрилаты, сополимеры винилиденхлорида, полистирол, кумарон, поливиниловый спирт, фенолформальдегидные, карбамидные, полиэфирные, фурфурольные, карбинольные и юремнийорганические смолы.
Распространены полимерцементные бетоны, в которые полимер вводят в виде водной дисперсии. Полимерцементное отношение (в сухом состоянии)— П/Ц —обычно меньше единицы.
Механизм образования полимерцементных бетонов и происходящие при этом физиков химические явления очень сложны и точно еще не установлены.
В зависимости от объемного веса различают следующие виды полимербетонов:
а) тяжелый — с объемным весом 1,8— 2.1 г/л3 и плотными минеральными заполнителями;
б) легкий — с объемным весом 0,9—1.2 т/м3, содержащий легкие заполнители (дробленую пробку или резину, древесные частицы, керамзит);
в) особо легкий — ячеистый и крупнопористый (объемный вес 0,4—0,6 т/м3).
Объемный вес мало зависит от соотношения П/Ц. Для получения полимербетона с высокой прочностью следует применять высокомарочный и высокопрочный цементы.
Действие воды на полимерцементные бетоны характеризуется следующими показателями:
Каучукцементные бетоны после 28-дневного пребывания в воде поглощают от 2 до 7% влаги. Даже 8-часовое кипячение не влияет на их упругие свойства, в то время как 6-часовое кипячение разрушает обычный бетон.
Водопоглощение поливинилацетатцементных бетонов (состав 1:3; П/Ц = 0,2) уменьшается в 2 раза по сравнению с обыкновенным бетоном.
Введение в бетоны полимеров, сильно набухающих в воде, уменьшает их водопроницаемость. Доказана практически полная водонепроницаемость каучукцементных образцов толщиной 3—4 мм при давлении до 8 атм.
Установлено также, что при увлажнении прочностные показатели полимербетонов уменьшаются.
Коррозийная стойкость полимербетонов существенно зависит от свойств и количества примененного полимера. Полимерцементный материал «рубекс» на основе латекса противостоит большинству кислот концентрации до 50%. Хорошие показатели дает и склеивание бетонных образцов.
Прочность образцов на сдвиг растет прямо пропорционально полимерцементному отношению до П/Ц=1, достигая 80 кг/см2 при поливинилацетатцементной суспензии с оптимальной концентрацией 20%. Нахождение во влажных условиях снижает адгезионные свойства полимербетонов. При склеивании каучукцементом (П/Ц = 0,05) увлажнение повышает почти вдвое прочность склеивания.
Полимерцементные смеси можно приготовлять на лопастных смесителях или виброкавитационных мельницах.
Применение полимербетонов может быть эффективно для устройства гидроизоляционных покрытий, что подтверждается зарубежной практикой. В этом случае считается целесообразным в бетонах вместо органических стабилизаторов (казеин, мыла) применять метафосфаты или полиметафосфаты. В каучукцементные бетоны добавляют эмульсии битума, масел или парафина.
За границей полимерцементный бетон с применением эмульсии «вискоиал», содержащей поливиниловый спирт (1—3 кг на 1 кг цемента), в виде пасты намазывают или набрызгивают на изолируемую поверхность. При увлажнении грунтовой водой такой изоляционный слой набухает, прекращая проникновение воды.
Полимерцементным составом покрывают изнутри железобетонные трубы, изготавливаемые центробежным способом. Это делают путем подачи массы полимерцементного бетона через насадку или осевой желоб, установленный внутри вращающейся трубы. Каучукцементная композиция была применена для гидроизоляции моста.
Водостойкий полимербетон по данным зарубежной практики получается при добавлении в готовую бетонную смесь асфальтовой эмульсии «Хайбропел» в количестве 9—13 л на 100 кг цемента. Добавка битумной эмульсии «битукрит» или «гидропел» также повышает водонепроницаемость бетона.
Для изготовления покрытий, стойких к воздействиям кислот и других химических реагентов, за рубежом применяют смеси с высоким содержанием полимера.
Для изготовления внутренней кислотостойкой облицовки труб применяют следующий состав (по весу):
Натуральный латекс (70%) . . . 100
Заполнитель......................................... 0,5—2
Цемент............................................ 20
Вулканизующие добавки .... .......... 1
Для загущения смеси добавляют, например, слабый раствор борной кислоты.
Полимерцементное покрытие в несколько слоев толщиной не менее 3 мм наносят как на металлическую, так и бетонную поверхность. Для защиты от сильно корродирующих воздействий полимерцемент покрывают сверху лаком на основе полиэфирных, эпоксидных и других высокостойких смол.
Рис. 15. Тюбинги типа СТС из армополимербетона.
Способом создания повышенной кислотой щелочестойкости является введение в состав полимербетона дисперсии термопластичной смолы с последующим нагреванием до температуры плавления смолы, которая при этом заполняет все поры и капилляры.
Имеется много других полимеров, которые вводят в состав бетона, это — фуриловый спирт в сочетании с солянокислым анилином, фенолформальдегидные и карбамидные смолы и т. п.
Из полимербетона изготовлены водонепроницаемые тюбинги типа СТК размером 1000x1570x250 мм для крепления шахтных стволов диаметром 6,5 м (рис. 15), а на предприятиях Московского Метростроя изготовлены опытные блоки типа БТО-10 для обделки тоннеля метро.
