Специальные бетоны

1. Особотяжёлые и гидратные бетоны

2. Жаростойкие бетоны

3. Декоративные бетоны

4. Крупнопористый бетон

5. Полимерные бетоны

А) полимерцементный бетон

Б) полимербетон

В) бетонополимеры

Г)полистиролбетон

6. Серный бетон

7. Кислотостойкие бетоны

1. Особотяжёлые бетоны (ОТБ) – для конструкций биологической защиты от проникающих излучений: рентгеновских, -лучей и быстрых нейтронов. Эффективность защиты от приник. эл-маг колебаний зависит от ср. плотности, чем она выше (ОТБ), тем больше ослабление проникающего излучения. Торможение быстрых нейтронов происходит при их соударении с ядрами атомов лёгких элементов (водород, литий, бериллий, бор, кадмий и др.). При этом поглощение нейтронов сопровождается вторичным излучением, т.е. нужны ОТБ с повышенным содержанием легких атомов, чаще всего воды – гидратные бетоны не менее 3% связ. воды. Нейтроны слабо замедляются в веществе, поэтому их предварительно замедляют (вода, парафин, графит), а затем поглощают веществом с высоким сечением поглощения медленных нейтронов (литий, кадмий, бор). Поглощение нейтронов сопровождается ядерными реакциями с испусканием квантов, поэтому защита должна поглощать и излучение. Чаще всего для защиты от быстрых нейтронов применяются особо тяжёлые бетоны с повышенным содержанием хим. связанной воды – гидратные бетоны содержат более 3% воды по массе. Борсодержащие бетоны содержат бор в вяжущем, зап., или вводится в виде добавки. Новым направлением модифицирования гидраьных бетонов является применение парафиновых эмульсий. При тепловой обработке или саморазогреве бетона происходит кальматирование капилляров парафином с одновременным замедлением быстрых нейтронов ядрами атомов водорода и углерода, содержащихся в парафине

Основной характеристикой качества ОТБ является их средняя плотность (как правило не менее 3000 кг/м³). Средняя плотность ОТБ определяется заполнителем:

В качестве дополнительной характеристики гидратного бетона, которую учитывают в расчёте толщины защиты, подбирают количество химически связанной воды (В₁), исходя из того, что она связывается цементом или входит в состав заполнителя (лимонита, серпентина и др.). Требуемое количество связанной воды вычисляют по формуле:

В₁ ≥ Н. /11,1,

где Н – необходимое содержание водорода в бетоне, % по массе,

- средняя плотность бетона, т/м³,

11,1 – содержание водорода в воде, %.

Защитные свойства бетона характеризуются толщиной слоя половинного ослабления ():

= 0,693 ,

где - длина релаксации, см, численно равная толщине слоя данного материала, ослабляющего поток излучения в е раз (в 2,718 раза).

Для ОТБ применяют ПЦ, ШПЦ, для гидратного бетона - глинозёмистые цементы. Заполнители крупные: барит ВаSО₄, магнетит Fe₃O₄, лимонит Fe₂O₃.nH₂O, гематит Fe₂O₃ (ср. плотность 3,2…5,1 т/м³, а также чугунный скрап или дробь, ст.стружку, обрезь (7850 кг/м³); песок–кварц или мелкая руда. Добавки – соли легких элементов.

Состав бетона подбирают экспериментально для обеспечения ОК, нерасслаиваемости, прочности (М200-400), защитных свойств и экономичности.

Вид бетона	Расход, кг на 1 мз бетона	, кг/м3
Ц	П	КЗ	В
Магнетитовый
Гематитовый
Баритовый
С метал. заполн.

Подбор состава производится по правилам, применяемым для тяжёлого бетона с увеличением на 10…20% доли песка, так как смесь ОТБ склонна к расслоению. Структура и свойства ОТБ могут быть существенно улучшены при использовании современных водоредуцирующих добавок, тонкодисперсных наполнителей и композиционных вяжущих. Увеличение количества цемента более 300 кг на 1 м3 бетона снижает прочность, так как уменьшается объём заполнителей, формирующих каркас прочности.

Смесь трудно перемешивается в принудительных смесителях 2-3 мин, а объём замеса бетоносмесителя уменьшают пропорционально средней плотности бетона. Иногда сухая смесь заполнителей помещается в форму (опалубку), уплотняется и снизу под давлением нагнетается цементное тесто.

2. Жаростойкие бетоны (ЖБ) - по результатам исследований с 1933г ЦНИИПС, НИИЖБ, сокращают сроки возведения тепловых агрегатов в 3…4 раза, снижают стоимость строительства на 20…40%, уменьшают трудовые и материальные затраты на ремонт (торкрет бетон), повышают надёжность и долговечность.

ЖБ – имеют температуру применения до 2000 ⁰С, м/б конструкционные, и теплоизоляционные, тяжёлые, лёгкие и ячеистые.

Различают ЖБ:

- по виду вяжущего: ПЦ, БТЦ, ШПЦ, ГЦ и ВГЦ, силикатном и фосфатном связующем,

- по виду тонкомолотой добавки для уменьшения усадки и повышения огнеупорности: шамотная, кордиеритовая, золошлаковая, периклазовая, алюмохромитовая и др.,

- по виду заполнителей: шамот, муллитокорунд, корунд, периклаз, карборунд, кордиерит, шлак, зола, базальт, диабаз, андезит, керамзит, аглопорит, перлит, вермикулит,

- по прочности при сжатии классы В1…В40,

- по максимальной температуре применения И3…И18.

Показатели качества ЖБ: прочность при сжатии, максимальная температура применения, термостойкость, водонепроницаемость, морозостойкость, средняя плотность, усадка, остаточная прочность, температура, соответствующая деформации под нагрузкой 4 и 40 %.

Требования к ЖБ:

-остаточная прочность (30…80%) после нагрева до предельно допустимой температуре(И3-И7) или до 800 ^оС (И8-И18) от прочности бетона в проектном возрасте,

- термостойкость Т(1) 5,10,15,20,30,40 водных теплосмен Т(2) 10,15, 20, 25 воздушных теплосмен,

- для ЖБ средней плотностью не менее 1500 кг/м³ – марки по водонепроницаемости от W2 до W8 и по морозостойкости от F15 до F75,

- для легкого бетона марки по плотности от Д300 до Д1800- усадка ЖБ после нагрева до температуры применения должна быть не более: 1 % - при средней плот6ности не менее 1500 кг/м³, 1,5% - при ср. пл. менее 1500 кг/м³, 2% - для ячеистого ЖБ.

Требования по ГОСТ 20910 -90 по остаточной прочности жаростойкого бетона и температуре деформаций под нагрузкой приведены в табл.

Таблица

Время от приготовления б/см до её укладки в форму д/б не более 30 мин на жидком стекле и ГЦ, а на жидком стекле при темп более 20оС б/см готовят на месте укладки.

Минеральные добавки с тонкостью помола не менее 50% прохода через сито 008, допускается не более 3% свободных СаО и периклаза, не более 25 карбонатов. Заполнители должны бать чистыми, сухими, иметь следующий грансостав:

При использовании портландцемента необходимы тонкомолотые добавки для связывания свободной извести с образованием безводных силикатов и алюминатов кальция, стойких при высоких темп. Добавки снижают усадку, повышает трещиностойкость, вводят около 30% от Ц, если их более 30% (шамот), то прочность растёт, снижается усадка, но увеличивается длительность сушки и ввода теплового агрегата на рабочий режим.

Хромит снижает Rсж при t>800^оС, т.к. отсутствует стабилизация белита, который при 875^оС переходит в форму с нарушением структуры цементного камня. Стабилизации белита способствует введение фосфоритной муки, дисперсного кварца или силикат глыбы.

Связка на ПЦ позволяет получать ЖБ с темп прим до 1100 ^оС, использование в качестве добавки дисперсного кремнезёма повышает темп прим до 1300 ^оС, а силикат глыбы – до 1400 ^оС.

При использовании ШПЦ необходим контроль СаО св, которая при нагреве вызывает разрушение цементного камня.

Алюминатные цементы - ГЦ А1₂О₃ до 50% и ВГЦ А1₂О₃ более 50%. ГЦ очень чувствителен к температуре внешней среды при изготовлении - не более 20 ^оС, а ВГЦ можно подвергать тепловой обработке.

На глинозёмистом цементе при огнеупорных заполнителях (шамот) можно изготавливать ЖБ с огнеупорностью 1300…1400 ⁰С без тонкомолотых добавок. Нежелательно использовать такой ЖБ при 600…700 ^оС из-за его низкой прочности при этих температурах. При изготовлении изделий на ГЦ – строгий контроль температуры б/см при её твердении, если темп. выше 40 ⁰С – перекристаллизация гидроалюмината Са с образованием кубического С₃АН₆ и потерей прочности.

ВГЦ позволяет получать ЖБ с огнеуп до 1800 ^оС (корундовые заполнители). Для повышения огнеупорности ГЦ в его состав вводят тонкодисперсные м-лы (300 м²/кг) с огнеупорностью выше температуры применения ЖБ, или м-лы, которые с вяжущим образуют высокоогнеупорные эвтектики. Например МgО, связывающий SiO₂ в форстерит 2MgOSiO₂ и шпинели MgOAl₂O₃, огнеупорную глину. Связку можно поризовать выгорающими добавками.

Жидкостекольное вяжущее _ высокие адгезионные и огнеупорные свойства, но для его твердения, снижения усадки и повышения огнеупорности вводят специальные добавки. Добавки отвердители – Na₂SiF₆, феррохромовый шлак, силикаты магния - обеспечивают выделение Si(OH)₄ и коллоидных высокомодульных щелочных силикатов. В течение 3-х суток возд-сух. твердения ЖС с такими добавками набирает почти 100% прочность. Используя тонкомолотые добавки шамота, МgСО₃, ВГЦ и периклазовых огнеупоров обеспечивают огнеупорность 1300…1700 ^оС. Для повышения огнеупорности и термостойкости в ЖС вводят термостойкие заполнители – кордиерит 2МgO5SiO₂3Al₂O₃ и карборунд SiC.

Композиционное щелоче-силикатное вяжущее готовят совместным помолом шамота и силиката – глыбы. При тепловой обработке бетона на таком вяж силикат глыба растворяется и ЖС склеивает огнеупорный наполнитель. Созданная структура обладает высокой теромостойкостью и остаточной прочностью при минимальном расходе ЖС связки.

При помоле силикат глыбы с кальцитом после нагрева до 900 ^оС поризуется материал из-за разложения СаСО₃.

Фосфатное вяжущее применяется до 1700…1900 ^оС, состоит из различных тонкодисперсных добавок и растворов Н₃РО₄ или фосфатов, при нагреве:

Пирофосфат Метафосфат более 300 ^оС Фосфорный ангидрит

Н₃РО₄ Н₄Р₂О₇ НРО₃ Р₂О₅

Твердение при 300…500 ^оС за счет взаимодействия фосфатов с тонкомол огнеуп добавками. При твердении удаляет схим свя вода, образуются новые соединения, Р₂О₅, спекание кислых и нейтральных огнеупоров добавок, образуются высокоогнеупорные соединения.

На основе фосф вяж тонкомол корунда и А1 пудры получают огнеупорный газобетон. Добавление огнеупор глины способствует затвердеванию фосф вяжущего при 100 ^оС.

Заполнители для ЖБ д\б стойкими к высокой темпер и продуктам технол процесса, не должны давать при нагреве модификационных превращений, разложения, различных по КЛТР компонентов. Например, для ЖБ на ПЦ нельзя использовать мат-лы с МgО, так как при нагреве бетона удаляется вода с образованием Мg(ОН)₂ с увеличением объёма, что вызывает разрушение заполнителя. На жидком стекле такого не происходит, так как гидросиликаты жидкого стекла с МgО образуют натриево-магниевые силикаты, устойчивые при высоких температурах.

3. Декоративный бетон – применяется для отделки лицевых поверхностей жби, полов общ и жилых зданий, отделки цоколей и фасадов. Используются белые или цветные цементы, для осветления белого цемента и получения особо светлого бетона в его состав вводят до 2% титановых белил. В белые или отбеленные серые цементы могут вводится до 15% по массе неорганические (железоокисные) пигменты, которые должны быть свето и щёлочестойкими и обладать хорошей укрывистостью. Органические пигменты и красители (анилиновые) дают интенсивное окрашивание бетона при дозировке 0,1…0,2% по массе и отличаются высокой свето и щелочестойкостью.

Для декоративных бетонов используют повышенный расход Ц=450-500 кг, широко используют песчаные бетоны для декоративной отделки 1:2…1:3 при В/Ц =НГ.

Заполнители должны быть пригодны для тонкой шлифовки (гранит, мрамор, доломит, известняк и др). Нельзя применять смесь разных материалов с различной твёрдостью, при шлифовки твёрдые включения выкрашиваются и царапают поверхность изделий.

Расход воды определяется экспериментально и тщательно выдерживается с учётом влажности материалов, т.к. даже небольшие отклонения В влекут за собой заметное изменение цвета ДБ.

При изготовлении ДБ пигменты желательно предварительно смешивать с цементом, наиболее равномерная гомогенизация смеси достигается при использовании вибрационных или шаровых мельниц. Цветное цементное тесто получают также обработкой вяжущих и пигментов в акустических и аэродинамических активаторах Вместо воды затворения при изготовлении бетонных смесей применяют также чветные стабилизированные суспензии, получаемые тщательным смешиванием воды с пигментом и добавками ПАВ.

Для формования изделий из ДБ используют пластичные смеси с микронаполнителем (молотый кальцит), применяют пластификаторы. Для борьбы с высолами применяют гидрофобизаторы, АМД для связывания Са(ОН)₂ или применяют пропитку полимерами. Для получения равномерной окраски бетона вводят добавки выравниватели (например ОП-7)

ДБ смеси готовят в очищенных смесителях и предохраняют смесь от загрязнения, формы д/б хим нейтральными, чистыми и водонепроницаемыми (стальными или пластиковыми). Применяют специальные смазки парафиновые или восковые- они не загрязняют лицевую поверхность. Уплотнение смеси станковое, глубинное или ударное. Нужно учитывать, что тво может изменять цвет пигмента. Для предотвращения коррозии арматуры толщина защитного слоя д/б не менее 20 мм.

ДБ может имитировать природные горные породы, для этого применяется соответ заполнитель – мрамор, гранит, базальт, слюда, цветное стекло и подбирается нужный цвет связки. Поверхностная обработка – шлифовка, полировка, пескоструйка, обнажение заполнителей создаёт различные эффектные покрытия. Для консервации поверхности ДБ применяют флюатирование (пропитку растворами солей кремнефтористоводородной кислоты) гидрофобизацию, пропитку полимерами.

Применение: отделка ограждающих констр, лестниц, барельефов, скульптур.

Разновидностью ДБ являются мозаичные бетоны, применяемые для покрытия полов, изготовления ступеней, подоконников и др. Их изготавливают с применением дроблёной крошки из твёрдых полируемых пород (мрамор, гранит¸ базальт и др.) с наибольшей крупностью 15, 10 или 5 мм. Ориентировочный состав такого бетона класса В30 ­- цемент: вода:песок: крошка=1:0,4:1:1,7 при средней плотности бетонной смеси 2500 кг/м³.

4. Крупнопористый бетон (КБ) 1912 г Н. А. Житкевич, используется для стеновых конструкций (штукатурка с двух сторон, так как этот бетон продувается ветром), для дренажных систем и фильтров. При использовании тяжёлого заполнителя толщина стен принимается такой же, как из полнотелого кирпича, для КБ на пористых заполнителях стены в 1,5…2 раза тоньше.Изготавливается из смеси без песка, на однофракционном крупном заполнителе при минимальном расходе цемента, при котором зёрна заполнителя только обмазываются цементным клеем, а межзерновая пустотность (до 40% по объёму) не заполнена. Крупнопористый бетон характеризуется высокой открытой пористостью до 45 % и продуваемостью. Коэффициент теплопроводности снижается с уменьшением средней плотности бетона, а средняя плотность бетона зависит от вида крупного заполнителя:

· Для плотного заполнителя 1400-1800 кг/м³, =0,6-0,9 вт/м.град,

· Для кирпичного щебня 1300…1400 кг/м³, =0,45-0,6 вт/м.град,

· Для пористого керамзита 800…1200 кг/м³, =0,3-0,45 вт/м.град,

· Для особо лёгкого керамзита 500…700 кг/м,³ =0,2-0,26 вт/м.град.

Прочность КБ зависит от количества и прочности цементного камня, которая определяется активностью цемента и В/Ц. Рекомендуемые значения расхода цемента и В/Ц приведены в таблице.

При больших значениях В/Ц происходит расслоение бетонной смеси, при меньших – неоднородное распределение цемента в объёме бетона.

Изменение прочность КБ в зависимости от расхода цемента и его марки приведено в табл.

При одинаковом В/Ц использование гравия при заданном расходе цемента повышает прочность и однородность по свойствам КБ. С другой стороны,, применение щебня, учитывая его большую пустотность, позволяет получить более лёгкий бетон.

Прочность крупного заполнителя КБ должна превышать требуемую прочность бетона при расходе цемента около 200 кг не менее чем в 6 раз, а при расходе цемента 100 кг – в 12 раз. Зёрна щебня должны быть на 15% прочнее зёрен гравия в равнопрочном бетоне, прочность пористых заполнителей, как правило, меньше прочности цементного камня.

Прочность крупнопористого бетона при сжатии изменяется от 1,5 до 7,5 МПа при более высокой, чем у соответствующих тяжёлых бетонов прочности при изгибе 0,4…0,95 МПа. Для бетона данного вида характерна незначительная усадка благодаря низкому содержание цементного камня. Морозостойкость может достигать марок F50…F100, коэффициент фильтрации составляет 0,2…0,25 см/с.

Средняя плотность КБ может быть определена по формуле:

,

где - коэффициент, учитывающий содержание воды (для сухого бетона =1,15, для свежеуплотнённого =1+В/Ц,

V – объёмный расход крупного заполнителя, 1,05 …1,1 м³/м³,

– насыпная плотность заполнителя, кг/м³,

Ц – расход цемента кг.

Расчёт состава КБ:

· Определяют по графикам или таблицам расхожд цемента по требуемой просноти

· Выбирают по таблицам или экспериментально величину В,Ц,

· Рассчитывают расход заполнителя:

Щ = 1,1. ,

· Определяют количество воды затворения:

В=Ц.Ц/В.

Пробными замесами состав бетона корректируется по прочности и удобоукладываемости, изменяя В/Ц, активность цемента и расход.

5.Полимерные бетоны – эффективные композиционные хим. стойкие материалы для жбк, эксплуатируемых в сильно агрессивных средах. Имеют высокую прочность, превосходят традиционные строительные материалы ­– бетон, сталь, природные каменные, дерево по стойкости и прочности.

Различают 4 группы

· На полимерцементном связующем (ПЦБ),

· На полимерном связующем (ПБ),

· На полимерсерном связующем (ПСБ),

· Цементные бетоны, пропитанные полимерами (БП).

ПЦБ – при изготовлении в б/с добавляют водорастворимые полимеры (латексы, дисперсии ПВА, водорастворимые эпоксидные, акриловые, карбомидные, кремнеорганические и др. смолы) от 2-3 до 18-20%. Основное их назначение – отделочные материалы (полы, штукатурка, клеи).

ПБ – на связке из синтетических полимеров+отвердитель+модификато-ры+наполнитель применяются для кор. стойких изделий и покрытий. Степень наполнения минеральными компонентами до 95% снижает стоимость, усадку, повышает модуль упругости, ср. плотность 2200…2400кг/м³. Прочность при сжатии ПБ на формальдегидных смолах до 60 МПа, карбамидных – до 80 МПа, полиэфирных и метакрилатных до 120 МПа, эпоксидных до 150 МПа, винилдэфирных и фурановоэпоксидных – до 190 МПа. ПБ могут быть теплоизоляционные ср пл 300-1000 кг/м³, лёгкие 1000…2000 кг/м3, особотяжёлые – до 5500 кг/м³. ПБ могут иметь свойства диэлектрика или проводника, благодаря быстрому набору прочности имеют короткий цикл изготовления изделий, трещиностойкие, повышенная прочность на изгиб и растяжение, хим. стойкость, адгезия.

ПСБ в качестве связки используют расплавленную серу.

БП – пропитка ц.б. мономерами с последующей полимеризацией повышает прочность, хим стойкость, диэлектрические свойства, но – высокие расходы на оборудование и переработку, сушка до пропитки – всё это тормозит их широкое применение.

Недостатки полимерных бетонов ­ - высокая ползучесть, пониженная теплостойкость, горючесть, токсичность, высокая стоимость и дефицитность ряда смол. В них различают три структурных составляющих:

· Микроструктура клеящей мастики определяет реологию б см и бетона, физ-мех свойства,

· Мезоструктура растворной матрицы определяет сохраняемость б см и наполненность б,

· Макроструктура определяет плотность упаковки, упруго-пл свойства б, наличие дефектов.

При постоянных расходах смолы и заполнителей основным структурным фактором явл пористость системы, влияющая на прочность и стойкость:

,

где R_со - прочность при сжатии ПБ без пор

р - пористость ПБ,

m - коэффициент, около 6.

Прочность связующего определяется отношением полимера к наполнителю (П/Н):

,

где А,В,Д - эмпирические коэффициенты, зависящие от вида смолы.

Максимальная прочность достигается, когда полимер располагается в виде тонких ориентированных плёнок, полностью покрывающих минеральные частицы, для конструкционного ПБ это достигается при П/Н= 0,3…0,66. С увеличением дисперсности наполнителя до 0,5 м²/г рост прочности замедляется, а затем падает из-за слипания частиц и неоднородности смеси при перемешивании.

Максимальная Rсж=f (П/Н) зависит от дисперсности наполнителя и уменьшается с увеличением дисперсности, так как повышается водопотребность. При определённых размерах частиц наполнителя эффект упрочнения связки исчезает и при смешивании связующего с заполнителями прочность снижается:

,

где А_св – адгезия связующего к заполнителя, МПа,

R_зап – прочность заполнителя, МПа,

– усадочные напряжения в ПБ, МПа,

Rр – прочность связующего на растяжение, МПа,

К₁, К₂ – коэффициенты, зависящие от вида смолы.

Современная технология ПБ базируется на следующих принципах:

· Прерывистая гранулометрия заполнителя обеспечивается фракции-онированием с обеспечением минимальной пустотности, полупрерывистая – фракционируется только крупный заполнитель,

· Применение заполнителей и наполнителя с высокой степенью очистки и с минимальной влажностью,

· Приготовление наполнителя определённой дисперсности и физ-хим активности активированием,

· Тепловая обработка проводится с учётом экзотермии, быстрый разогрев и медленное охлаждение,

· Герметизация и автоматизация всех технологических операций и процессов для снижения вредного воздействия полимеров на людей,

· раздельное приготовление п/бет смеси: связующее приготав-ливается в высокоскоростном смесителе, затем его смесь с заполнителями приготавливается в обычном смесителе, таким образом обеспечивается высокая однородность б см и минимальная продолжительность смешивания.

Каркасная технология ПБ – гранулы заполнителя обрабатываются смолой и укладываются в форму (крупнопористый бетон) – расход клея 0,2…1 % от массы заполнителей. Пустоты каркаса заполняются полимерным связующим под давлением или вакуумированием, может применяться также вибрация и разогрев связующего с заполнителями, что до 25% снижает расход смолы и повышает свойства ПБ (прочность, адгезия, снижение усадки и ползучести). Высокая экзотермия отверждения сигнализирует о правильно выбранном режиме охлаждения.

Полимерцементные бетоны (ПЦБ) изготавливаются на смешанном вяжущем – помимо цемента используются водные дисперсии полимеров (винилацетата, винилхлорида, латекса) или водорастворимых коллоидов (винилового или фурилового спиртов, ДЭГ, ТЭГ, полиамидных и мочеформальдегидных смол). Полимер при твердении с испарением воды образует в порах бетона плёнку, что повышает адгезию, монолитность ПЦБ и способствует повышению прочности при осевом растяжении, изгибе, морозо и износо стойкости, водонепроницаемости. Некоторые полимеры повышают щдеформативность ПЦБ, снижают прочность при насыщении ПЦБ водой. Наиболее распространены ПЦБ на ПВА эмульсиях, латексах и ДЭГах.

ПВА применяется в виде эмульсии, содержащей около 50% твердого вещества и эмульгатор – виниловый спирт, в ПЦБ образует плёнку, которая при увлажнении набухает со снижением прочностных характеристик.

Применяются также дивинилстирольные латексы СКС-30,50, 65 и 65ГП, где цифровой индекс показывает процентное содержание стирола. С увеличением содержания стирола повышаются прочность и твёрдость полимера и снижается его эластичность.

Количество вводимой полимерной добавки устанавливается экспериментально, основным фактором, определяющим влияние добавки на свойства ЦПБ, является полимер-цементное отношение, для ПВА П/Ц=0,2. при использовании латекса для предотвращения коагуляции вводят стабилизатор – казеинат аммония, соду и др.

Введение полимерных добавок пластифицирует растворную смесь, увеличивается прочность при эксплуатации ПЦБ в воздушно-сухих условиях (влажность воздуха не более 50%), особенно возрастает прочность при изгибе (до 3 раз).

Водорастворимые смолы вводят до 2% от массы цемента, они повышают адгезию ПЦБ к различным материалам, смолы ДЭГ и ТЭГ вводят с отвердителем ПЭПА, с увеличением отвердителя цепи полимера обладают большой эластичностью. Смола 89 полимеризуется в щелочной среде и вводится без отвердителя.

ЦПБ приготавливают по обычной технологии, применяют для полов, дорог, коррозионно-стойких покрытий, ремонта жбк, плавательных бассейнов.

Полимер бетоны – в качестве вяжущего используются полимерные термореактивные смолы с катализаторами, пластификаторами и минеральным наполнителем, природные минеральные заполнители мытые, сухие, классифицированные.

Наиболее распространённой в строительстве смолой является фурфурол-ацетоновый мономер (ФА) – жидкость жёлто-коричневого цвета, плотностью 1,082 г/см³, нерастворимая в воде, но растворимая в эфирах и ацетоне. Отвердители (до 20…30% от ФА) сульфокислоты: бензосульфокислота, контакт Петрова и др. Полимеризация может происходить при нормальной температуре и с подогревом, повышение дозы отвердителя снижает температуру полимеризации до 0^оС, но прочность при этом снижается.

Эпоксидные смолы линейного строения с эпоксигруппой С₂О, жидкие ЭД5, ЭД6, отверждаются катализаторами ионного типа – полиэтиленполиамин (ПЭПА – 10…12% от массы смолы), гексаметилендиамин (15…20%), в последнее время применяют также полиамиды, тиоколы, полиэфиры, скорость отвердевания повышается с увеличением температуры. Пластификатор – дибутилфтолат (15…20%), полиамиды и тиоколы – одновременно пластификаторы и отвердители.

Полиэфирные смолы – полиэфирмалеинаты ПН-1, ПН-3, полиэфирокрилаты МГФЫ-9, ТМГВ-11, отвеждаются специальными катализаторами – перекись бензоила, циклогексанон, метилэтилкатон и др.

Наполнителями служат тонкодисперсные порошки графита, андезита с удельной поверхностью до 300м²/кг.

Свойства полимербетонов зависят от вида смолы, состава бетона технологии: прочность при сжатии до 100 МПа, при растяжении до 12 МПа, они обладают высокой хим стойкостью, износостойкостью, водостойкостью, адгезией. Однако стоимость ПБ на эпоксидных смолах в 10-15 раз выше стоимости цем бетона, а свойства ПБ на дешёвых фурановых смолах мало отличаются от обычного бетона.

Расход смолы с отвердителем, пластификатором и наполнителем равен объёму пустот смеси заполнителей с избытком на 10%. Наполнитель снижает усадку, ползучесть и температурные деформации ПБ и понижает расход смолы, но при количестве наполнителя более 3 % снижается прочность ПБ и повышается пористость.

Наиболее целесообразно применение ПБ для коррозионностойких конструкций, испытывающих истирающие воздействия. Повышенная ползучесть и низкая температуростойкость ограничивает применение ПБ в несущих конструкциях.

Бетонополимеры (БП) – получают пропиткой высушенных жби расплавленными материалами или мономерами с последующей полимеризацией. Полимеры заполняют поры бетона, повышают плотность, прочность, стойкость, при этом расход полимера в 2-4 раза меньше, чем при изготовлении ПБ. Для закрытия пор применяют пропитку петролатумом, расплавленным или жидким битумом, расплавленной серой, глубина пропитки 1…3 см, после остывания изделия могут отгружаться.

Для изменения структуры и свойств БП осуществляют пропитку жидкими мономерами (метилтетакрилат –ММА или стирол) с последующей термоката-литической (до 120 ^оС) полимеризацией или полимерами с отвердителями (эпоксидные или полиэфирные), глубина пропитки до 20 и более см, расход полимера 2…5 % от массы жби.

В БП полимеры располагаются в виде нитей в порах или пленок, что повышает плотность, прочность, морозостойкость, водонепроницаемость, хим стойкость за счёт улучшения адгезии и дополнительного армирования. Прочность и трещиностойкость БП возрастает из-за увеличения сцепления бетона с арматурой и ЦК с зап. Глубина пропитки зависит от плотности бетона, температуры длительности и др., наиболее глубоко при пропитке проникают наименее вязкие компоненты: ММА проникает на глубину более 15 мм за 1 час, полиэфирная смола – на 10 мм за 2 часа, петролатум на 4 мм за 2 часа, жидкий битум –на 2 мм за 2 часа.

Пропитка особенно интенсивно повышает прочность БП на сжатие и осевое растяжение (до 10 раз) и характеризуется коэффициентом упрочнения:

К_у =R_пб/ R_б,

где R_пб – прочность бетонополимера, МПа,

R_б – прочность исходного бетона, МПа.

В зависимости от расхода полимера К_у изменяется от 1,2 …2 при расходе полимера 2% по массе, до 6…10 при расходе полимера 8%.

Очень сильно прочность БП зависит от влажности исходного бетона до пропитки: при влажности до 0,5% она достигает 100МПа и более (до120МПа в зависимости от вида полимера), при влажности 1% - 60…70 МПа, 2% - 35…40 МПа, 3% ­- 20…25 МПа.

При прочности более 90 МПа щебень становится слабым элементом структуры БП, поэтому максимальная прочность достигается для мелкозернистого БП (до 160 МПа).

При повышенных температурах более 200 ^оС прочность БП снижается при использовании не термостойких материалов для пропитки. Замена цемента до 50% золой практически не влияет на прочность БП.

Пропитка лёгких и ячеистых бетонов в несколько раз повышает их прочность, стойкость, водонепроницаемость, но из-за высокой пористости резко повышается расход полимера. Для оценки степени использования полимера в БП применяют коэффициент эффективности, показывающий прирост прочности в МПа на 1% полимера:

К_эф = R/П = (R_бп – R_б)/П,

где П – содержание полимера в БП в%.

В тяжёлых бетонах Кэф = (10…20)МПа/%, в лёгких и ячеистых БП Кэф = (0,4…4)МПа/%.

Полистиролбетон (ПСБ) – по ГОСТ Р 51263-99 изготавливается из цемента, песка и вспученных полистирольных гранул классов по Rсж В0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 с марками по средней плотности D 150…600 через 50кг/м3, марками по морозостойкости F25,35,50,75,100 и коэффициентом теплопроводности = 0,055…0,145 вт/м.град. ПСБ может иметь плотную, поризованную или крупнопористую структуру, ПСБ с плотной и поризованной структурой при расходе цемента не менее 200 кг обеспечивает защиту стали от коррозии, если объём межзерновых пустот не более 3% по объёму.

Для изготовления ПСБ применяется ПЦ400, ШПЦ 300 и др. Заполнитель -полистирол вспененный гранулированный (ПВГ) или дроблёные отходы пенополистирольных плит, марки ПВГ по насыпной плотности 10, 15, 20, 25, 30 кг/м³. ПВГ с влажностью не более 15% по массе, в зависимости от крупности может быть крупный и мелкий, дозируется пофракционно:

Содержание фракций в % по объёму

Фракция, мм крупный ПВГ мелкий ПВГ

10-20 5-20 0-5

5-10 30-70 30-50

2,5-5 20-50 40-60

0-2,5 0-5 5-10

Поризация структуры ПСБ обеспечивается воздухововлечением, увеличение средней плотности ПСБ бет смеси за счёт частичной потери ВВ при выгрузке, транспортировке и укладке не должна превышать 7%. При изготовлении и применении ПСБ смеси должна проводиться детоксикация полистирольного заполнителя и б/см, с тем чтобы концентрация стирола в воздушной среде не превышала 0,002 мг на 1 м³ воздуха.

ПСБ смеси применяют марок Ж1…Ж3 и П1…П3, сохраняемость удобоукладываемости должна быть не менее 1 часа, допускаемая расслаиваемость не более 25%.

Для определения расслаиваемости ПСБ смеси её проба укладывается в цилиндрический сосуд, вибрируется на виброплощадке с вертикально направленными колебаниями частотой 2900 + 100 кол/мин и амплитудой 0,5 + 0,01 мм 15 секунд. Верхняя поверхность смеси заглаживается и выравнивается с верхом сосуда, который затем взвешивается.выбирается и взвешивается ½ порции уплотнённой бетонной смеси, замеряется высота отобранной смеси (средняя по 4 измерениям) и определяется высота оставшейся смеси. По этим данным рассчитывается средняя плотность ПСБ смеси в верхней и нижней частях сосуда:

;

Где Н – высота мерного сосуда, см,

d – диаметр мерного сосуда, см,

m – общая масса уплотнённой бетонной смеси, г,

m^в – масса отобранной смеси, г,

h – средняя высота отобранного слоя смеси, см.

Показатель расслаиваемости:

П_р = .

ПСБ применяется для изготовления плит, монолитной теплоизоляции чердаков, стен, блоков, теплоизоляции колодцевой кладки (D150…250), изоляционных элементов сборно-монолитных стен (D250…350), а также для стеновых блоков: нененсущих D250…400, самонесущих D350…450 и несущих D450…600.

6.Серный бетон – в качестве вяжущего используется модифицированная (пластифицированная) расплавленная сера, температура плавления 110…120^оС, заполнители – из природных или искусственных материалов. Сера выделяется при очистке природного газа, бетон на этом вяжущем быстро набирает прочность до классов по прочности при сжатии В50…В60 по мере остывания и затвердевания расплавленной серы. Для серного бетона характерна высокая плотность, он практически водонепроницаем, имеет нулевое водопоглощение, характеризуется высокой адгезионной прочностью.

Строительно- технические свойства серного бетона приведены в следующей таблице

К недостаткам серного бетона относятся:

· Сера нестабильна в воде с рН более 10,5, поэтому серные бетоны начинают разрушаться в условиях водного хранения и при циклическом замораживании и оттаивании,

· В условиях воздействия открытого огня сера горит с образованием сернистого газа.

Достоинством серного бетона является его способность воспринимать многократно циклические напряжения растяжения-сжатия, благодаря этому предел выносливости этих бетонов достигает 85…90% от предела прочности на растяжение при изгибе, тогда как у цементных бетонов он составляет 50…55%. Благодаря этому серные бетоны выдерживают более интенсивное движение транспорта. Характерна также большая прочность серного бетона при использовании известнякового заполнителя, так как в этом случае повышается прочность контактной зоны заполнителя с вяжущим благодаря химическому взаимодействию кальцита с серой в присутствии кислорода.

Применяется для ремонта дорожных и аэродромных покрытий, баков под минеральные кислоты (кроме окислителей), плит перекрытия мостов, полов промышленных зданий, труб, в том числе канализационных, покрытий и др.

7.Кислотостойкий бетон – предназначен для эксплуатации в условиях воздействия неорганических кислот (кроме НF и H₂SiF₆), изготавливается из кислотоупорного цемента и кислотостойких заполнителей.

Кислотоупорный цемент представляет собой смесь молотого кварцевого песка (до остатка на сите 008 не более 10% по массе) и отвердителя – Na₂SiF₆

около 10…15% от массы растворимого стекла. В качестве затворителя применяются водные растворы растворимого стекла с плотностью 1,32…1,5 г/см3 в количестве 25…30% от массы молотого песка. Растворимое стекло ­ - силикаты натрия (Na₂O.nSiO₂) или калия (К₂O.nSiO₂), где n – силикатный модудьдля натриевого стекла должен быть в пределах 2,6…3,4, для калиевого – 3,0…4,0. С повышением силикатного модуля повышается кислотостойкость вяжущего и бетона.

Твердение происходит на воздухе за счёт испарения воды коагуляции и уплотнения жидкого стекла. Кроме того, протекает реакция между жидким стеклом и ускорителем:

Na₂SiF₆ + 2Na₂O.nSiO₂ +6H₂O = 6NaF + 3Si(OH)₄,

образующийся гель кремнекислоты способствует ускорению твердения вяжущего.

Различают два типа кислотоупорного цемента:

1 – для замазок, содержит Na₂SiF₆ 4 + 0,5%, начало схватывания не ранее 40 мин, конец – не позднее 8 часов,

2 - для растворов и бетонов, содержит Na₂SiF₆ 8 + 0,5%, начало схватывания не ранее 20 мин, конец – не позднее 8 часов.

Заполнители из кислых горных пород (кварц, базальт, порфир), должны иметь растворимость в кислотах не более 1% по массе. В отличие от цементных бетонов для кислотоупорных применяют заполнители с повышенным содержанием тончайших фракций ­ содержание частиц заполнителя с крупностью менее 0,25 мм около 30 % весьма позитивно сказывается на повешении кислотостойкости.

В состав бетонной смеси часто вводят пластификаторы, поскольку перемешивание и уплотнение бетонных смесей весьма трудоёмко.

Бетон после затвердевания имеет прочность при сжатии до 40 МПа, прочность на осевое растяжение должна быть не менее 2 МПа после кипячения образцов в концентрированной серной кислоте.

Недостатки:

· Бетон токсичен из-за присутствия Na₂SiF₆ 4 + 0,5% - нужно применять специальные меры безопасности при работе и хранении этого вещества,

· Этот бетон легко разрушается под действием щелочей, кипящей воды, водяного пара.