Состав полимербетона: состав, особенности, свойства, назначение, ГОСТ, характеристики

Автор

Содержание

Технология производства промышленного полимербетона — Группа компаний композит

Применение бетона, изготовленного из цемента, ограничено. Полимерное связующее, определяющее такие свойства изделий из полимербетона как, например, химостойкость и вибростойкость, позволяют применять полимербетон и конструкции из полимербетона там, где традиционный бетон будет разрушаться

Полимербетон изготавливается следующим образом: со связующим (полиэфирной смолой)  смешивается песок, известняк, тальк, измельченные отходы производства композиционных материалов, например, стеклопластиков и т.д. Грубодисперсные наполнители в полимербетоне — щебень размером до 50 мм и песок с размером зерен до 5 мм.  В целях снижения расхода связующего и стоимости изделий, а также для регулирования их свойств в полимербетон вводят мелкодисперсныйнаполнитель с размером частиц менее 0,15 мм (баритовая, кварцевая, андезитовая мука и др.

). В состав полимербетона могут входить также порообразователи, ПАВ, антипирены, красители и т.п.
При высокой степени наполнения (70 – 80 %) получаются недорогие изделия с высокими физико-механическими характеристиками. Наполнитель, такой как песок, придаёт изделиям долговечность, устойчивость к истирающим нагрузкам, но сильно повышает их массу. При производстве таких изделий необходимо выбирать смолу с пониженной вязкостью. Параметры производства должны быть такими, чтобы наполнитель был равномерно распределен по объему изделия, не осаждался вследствие разности плотностей наполнителя и смолы. Также необходима дегазация смеси для предотвращения образования полостей внутри изделия, которые могут привести к снижению прочности. Недостатком изделий из полимербетона является неэстетичный внешний вид, это делает невозможным использование этих изделий в качестве декоративных элементов при оформлении помещений и т.д.

Применение полимербетона:

  • Облицовочные панели;

  • Фундаменты под промышленное оборудование;

  • Шумопоглощающие конструкции;

  • Причальные кромки и волнорезы;

  • Емкости для воды;

  • Дренажные конструкции;

  • Дорожные бордюры и ограждения;

  • Железнодорожные шпалы;

  • Лестницы;

  • Реставрация и защита существующих бетонных конструкций;

  • Емкости и резервуары для химически активных веществ;

  • Дренажные канализации химических предприятий.

     

  • Прочность на растяжение 15 МПа;

  • Модуль растяжения 19000 МПа;

  • Прочность на изгиб 30-40 МПа;

  • Модуль изгиба 16000-17000 МПа;

  • Ударная вязкость 3 мДж/мм2;

  • Прочность на сжатие 9 МПа.

 

Полимерный бетон: состав, применение, свойства

Отдельную нишу на рынке стройматериалов занимает композитный полимерный бетон, в составе которого находятся различные минеральные полимеры. Благодаря им, характеристики структуры бетонной смеси существенно улучшаются, и это достойная замена обычного бетона. Есть разные виды смеси с добавлением полимеров, каждый из которых имеет свои особенности и область применения. Прежде чем начать использовать этот материал, следует внимательно изучить его технические характеристики и правила применения.

Состав материала

Полимерный бетон состоит из полиэфирных смол, одним из главных свойств которых является связывание составляющих смесь компонентов между собой. Для изготовления бетонного раствора с полимером используются такие смолы:

  • Эпоксидные. Вещество без запаха, при добавлении в смесь придает материалу во время работы особую прочность, однако готовая поверхность получается хрупкой.
  • Метилметакрилатные. Смола отличается резким запахом, который сразу после полимеризирования исчезает. Такой цементно-полимерный материал быстро схватывается, однако поверхность остается уязвимой перед воздействием химических веществ.
  • Полиуретановые. Имеет самое широкое применение, так как придают поверхности особой прочности и надежности.

Кроме этого, в качестве вяжущего вещества применяется фурановый и полиэфирный полимеры. Еще используются дополнительные добавки в бетон, такие как:

Состав материала может дополняться молотым тальком.
  • молотый тальк;
  • графитовый порошок;
  • андезитовая мука;
  • измельченный базальт;
  • слюда.

Грубый зерновой состав включает компоненты:

  • гравий;
  • щебень;
  • кварцевый песок.

Свойства и характеристики

Если технология изготовления полимербетона строго соответствует принятым стандартам, состав, приготовленный на смолах и затвердителях по прочности и надежности обходит смеси, сделанные из привычных компонентов.

Основные свойства, которыми обладают полимерцементные бетоны, представлены в таблице:

ПоказательОптимальное значение
Плотность300—3000 кг/м3
Противостояние на сжатие50—110 МПа
Противостояние на изгиб3—11 МПа
Предел истирания0,02—0,03 г/см2
Температурный предел60—40 °C
Упругость10000—40000 МПа
Коэффициент теплопроводности0,05—0,85 Вт/мК
Объем поглощения влаги0,05—0,5%

Химическая пассивность определяется ГОСТом 25246–82. Согласно этому нормативному документу, при нагревании поверхности до 200 градусов по Цельсию химическая стойкость составляющих полимербетона к азотной кислоте не менее 0,5%, а к соляной кислоте, раствору кальция и аммиаку — не меньше 0,8%. Исходя из таких характеристик, можно сделать вывод, что полимербетонные полы обладают всеми важными для строительства качествами.

Посмотреть «ГОСТ 25246-82» или cкачать в PDF (744.8 KB)

Какие существуют виды?

С учетом того, в какой концентрации представлены полимерные наполнители в общей смеси, различают такие классы полимербетона:

  • особо тяжелый;
  • тяжелый;
  • легкий;
  • облегченный.

С учетом технических характеристик и метода изготовления, различают такие виды:

Пластобетон обладает устойчивостью к различным агрессивным химическим соединениям.
  • Полимерцементный. Отличается повышенной прочностью. Используется для отделки поверхностей, на которые оказывается максимальная нагрузка.
  • Пластобетон. Устойчив к кислотным и щелочным реакциям, выдерживает критические плюсовые и минусовые температуры.
  • Бетонополимер. Технология производства отличается от других тем, что готовый блок пропитывается мономерами. Полимер заполняет микроотверстия материала, придавая ему повышенную прочность и устойчивость к воздействию негативных механических факторов.

Как сделать своими руками?

Подготовительные работы

Для изготовления смеси необходимо определить, какие полимерные добавки в цемент будут использоваться. Кроме этого, следует подготовить дополнительные составляющие. Песок очищается от посторонних включений, гравий или щебенка промываются. Еще просеивается кварцевый песок. Для замеса смеси рекомендуется использовать бетономешалку, однако вместо нее можно использовать строительный миксер. На этом этапе приготовление завершено, можно приступать к замешиванию смеси.

Как готовятся полимербетонные растворы?

Материал довольно быстро схватывается, потому необходимо использовать его сразу.

Сделать полимерный бетон своими руками несложно. Для этого рекомендуется следовать инструкции:

  1. Соединить все компоненты, добавить воду и смешивать все на протяжении 2 мин.
  2. Для размягчения связующего вещества используется растворитель.
  3. В смолу ввести пластификатор, тщательно перемешать.
  4. Добавить в смесь связующий компонент, а затем — затвердитель.
  5. Повторно перемешать компоненты 3—5 мин.
  6. Раствор готов. Проводить заливку необходимо сразу, потому что материал быстро застывает.

Как производится заливка?

После подготовки формы смесь заливается в нее.

В зависимости от того, какое назначение полимербетона, технология заливки будет отличаться. Для изготовления формового блока рекомендуется следовать такому алгоритму:

  1. Приготовить форму, поверхность обработать техническим маслом.
  2. Заполнить готовой композитной смесью емкость, поверхность тщательно разровнять.
  3. Поставить форму на вибрационный стол или площадку, уплотнить раствор.
  4. Оставить изделие высыхать на сутки.

Преимущества и недостатки полимербетона

Полимерная добавка для бетона придает поверхности дополнительной прочности, предупреждая ее деформацию и разрушение. Это главное преимущество материала.

Кроме этого, можно выделить и такие плюсы:

Перепад температуры не влияет на качество материала.
  • высокая водонепроницаемость;
  • устойчивость к резким перепадам температурного режима, а также к воздействию химических и биологических сред;
  • гладкая поверхность, благодаря которой изделие имеет привлекательный внешний вид и не пачкается;
  • возможность добавлять в состав различные пигменты, благодаря чему можно имитировать дорогостоящие натуральные камни — мрамор, гранит и др.;
  • переработка и повторное использование материала по назначению;
  • отсутствие дополнительной обработки или декора готового изделия из полимербетона;
  • высокие теплоизоляционные свойства;
  • повышенная устойчивость к ультрафиолетовым лучам;
  • надежное поглощение шумов и вибрации;
  • небольшой вес по сравнению с цементно-бетонными изделиями.

Однако немаловажно уделить внимание недостаткам, среди которых выделяют такие:

Данный материал относится к категории пожароопасных.
  • высокая стоимость обязательных компонентов, образующих основу состава;
  • отсутствие на строительном рынке некоторых необходимых материалов;
  • наличие в составе смеси около 10% искусственных веществ;
  • пожароопасность полимербетона.

Применение материала

Добавляемые по технологии полимерные добавки в бетон придают материалу особую надежность и прочность, поэтому сфера применения полимербетона в строительстве обширна. Смесь используется для оформления дорожек, террас, бордюр, лестниц, заборов, бассейнов, цоколей здания. Кроме этого, растворы и полимерные наполнители подходят для внутренней и наружной отделки стеновой поверхности, а еще из полимербетона делают прочный и долговечный наливной пол. Материал отличается гибкостью и пластичностью, поэтому из него получится изготовить различные декоративные фигуры и элементы. После высыхания готовое изделие можно раскрасить с помощью акриловых красок.

Полимербетон своими руками: технология изготовления

Создать полимербетон своими руками гораздо дешевле, чем купить готовую продукцию. В последнее время общественности стала доступна технология создания качественного полимербетона своими руками, при этом сохраняя все положительные свойства материала. Полимербетон, что это такое? Полимербетон — это твердая основа или плита из смеси щебневых пород и смол, для сцепки которой используют специальные химические соединения. Из полимербетона изготовляют плиты для полов, кухонных поверхностей, материал применяют в кладке стен, а также для создания мемориальных стендов или памятников.

Состав для изготовления полимербетона

В состав полимербетона входят щебень или гравий, песок, молотый наполнитель, связывающие вещества, бетон. Выбор гравия или щебня в качестве твердого наполнителя зависит от того, какую фактуру необходимо получить. Щебень имеет однородный цвет, камни примерно одинакового размера. Гравий же имеет совсем другую структуру, камни имеют разнообразную окраску, цветовой оттенок и меньший размер по сравнению с щебнем.

Песок для изготовления полимербетона используют чистый, просеянный, желательно использовать кварцевый песок.

В качестве связывающего состав вещества используют ненасыщенную полиэфирную смолу, карбамидоформальдегидную, фурано-эпоксидную, фурфуролацетоновую смолы или эфир метиловый метакриловой кислоты. Вид связывающего вещества на внешний вид плиты не влияет, но по сцепке материалов лучше всего использовать доступные по цене смолы в пропорции с минеральной мукой из микрочастиц. Для того чтобы улучшить теплоизоляционные свойства плиты, в раствор добавляют древесную омыленную смолу. Для повышения качества изготавливаемых плит, для их высокой прочности, используют поверхностно-активные вещества, такие как антисептик, краситель, омыленная смола и др.

Эти вещества образуют поры в полимербетоне, за счет чего обеспечивается хороший теплоизоляционный эффект внутри постройки.

Форма для полимербетона

Как изготовить полимербетон своими руками?

  1. Необходимо подготовить все материалы для этого: твердую основу, песок, смолы, минеральную муку и инструменты. Формы для полимербетона, бетономешалку, мастерок, нож и другие предметы по необходимости.
  2. Твердые материалы необходимо заранее хорошо промыть и высушить, не допуская влажности материалов более чем на 1-2%, это снижает качество изготавливаемого полимербетона.
  3. Песок нужно очистить от посторонних частиц, просеяв через специальное строительное сито, если он влажный, его необходимо просушить. Твердые используемые материалы должны быть сухими.
  4. Начинать процесс смешивания материалов необходимо в порядке возрастания их плотности. Самое тяжелое по своей плотности вещество — это цемент, поэтому он загружается в первую очередь. Затем добавляются песок и гравий или щебень. Все материалы хорошо перемешиваются в сухом виде, а потом добавляется вода и состав перемешивается.
  5. Смолу необходимо привести в мягкое состояние, ее можно размягчить растворителем либо нагреть. В мягкую смолу добавляют необходимые поверхностно-активные вещества и после этого весь состав тщательно перемешивается.
  6. Вяжущее вещество соединяется со смолой и смешивается с твердыми материалами. Состав тщательно перемешивается до получения однородной массы.

Полимербетон очень быстро застывает, после перемешивания необходимо в срочном порядке разложить массу по формам и очистить сосуд, в котором материалы смешивались.

Полимербетон своими руками готов, его технические характеристики настолько хороши, что блоки и плиты из полимербетона применяют для установки наружных стен, для внутренней отделки помещений, а также в декоре помещений и для создания мебели.

Бетонные блоки в строительстве и их функции

Монтаж стен из современных бетонных блоков достаточно удобный за счет габаритов блоков, к тому же, современные технологии создания плит и блоков существенно улучшают их качество и период эксплуатации. Если полимербетонные блоки используют для внутренних работ чаще, то в наружном строительстве производится кладка стен из керамзитобетонных блоков. Это тоже качественные блоки, которые лучше обычного бетона удерживают тепло, удобны в строительстве и в эксплуатации. Бетонная стена из керамзита может быть утеплена как изнутри, так и снаружи. Если это жилое помещение, его утеплять можно по желанию хозяина, а если помещение хозяйственного назначения, достаточно внутренней отделки или штукатурки без утепления. Установка бетонных стен предполагает использование цементного раствора при кладке. Если производится монтаж декоративных отделок внутри помещения, используют клей, силикон или раствор цемента.

Имея бетонную поверхность стен в доме, необходимо знать о том, как правильно производить монтаж и установку технических элементов в стены: розетки, плинтус, карниз и др.

Правильный монтаж строительных элементов

Как забить гвоздь в бетонную стену? Для этого необходимы дюбеля и монтажный пистолет. На поверхности стены намечается точное местоположение гвоздей и врезается дюбель в стену с помощью монтажного пистолета. Для того чтобы произвести монтаж крупных конструкций к бетонной стене, используют дюбеля не менее 10 мм в диаметре, с углублением в поверхность стены не менее 100 мм. Если происходит монтаж легких конструкций, используют дюбеля диаметром 8 мм с углублением в стене не меньше чем на 30 мм. В процессе монтажа конструкций рекомендовано использовать строительный клей для смазки отверстий для дюбелей, чтобы обеспечить безопасную выдержку нагрузки.

Установка подрозетников в бетонную стену предполагает несение особой ответственности, ведь неправильная установка подрозетника приводит к его выпадению со стены вместе с проводкой. Для бетонных стен используются пластиковые подрозетники. По диаметру подрозетника с помощью перфоратора с победитовым сверлом и зубьями в стене высверливается отверстие, зачищается его поверхность. После этого подрозетник необходимо установить в стену, заранее обесточенные провода следует вытащить наружу через вырезанное внутри подрозетника отверстие.

Если отверстия нет, его можно вырезать самостоятельно с помощью строительного ножа. При помощи саморезов, которые выпускаются с подрозетником, прикрепить подрозетник к стене. Монтаж подрозетников в бетонной стене готов.

Установка подрозетников в бетонную стену

Как прикрепить плинтус к бетонной стене? Чтобы прикрепить плинтус к бетонной стене, понадобятся: сверло, дюбеля, саморезы. В предварительно намеченном месте на стене высверливается дырка при помощи сверла, через плинтус. Т. е, просверливается и стена, и плинтус одновременно. Насадку на сверло необходимо выбрать согласно дюбелям. Дюбеля в бетонную стену необходимо вводить на расстоянии примерно 40-60 см. Саморезом или гвоздем плинтус закрепляется к стене в дюбеля.

Заключение по теме

При соблюдении всех требований сделать полимербетон не составит труда. Главное — следовать инструкции и тогда проблем не возникнет

4.1 Состав полимербетона. Расчет цеха по производству изделий из полимербетона на основе полиэфирной смолы ПН-1. Пгод = 4,0 тыс. м3 в год

Похожие главы из других работ:

Выбор технических средств автоматизации химической промышлености

3.Структура и состав АСУ

Работа автоматизированных систем управления СУ ПСН и СУ спрейера основана на принципах управления технологическими процессами с использованием одного микропроцессорного контроллера…

Дизайн и разработка упаковки молока

1.1 Состав молока

Молоко (лактат) — биологический продукт секреторной деятельности молочной железы млекопитающего.[1] В настоящее время молоко входит в состав многих продуктов, используемых человеком…

Изучение влияния внешних факторов на изменение поверхностных и структурных характеристик картона толщиной 1–1,5мм

2.Состав картона, компонентный состав картона

Картонные материалы, в основном использующиеся для упаковок, вне конкуренции по экономичности и экологическим характеристикам по сравнению с другим сырьем…

Неразрушающий контроль. Акустическая дефектоскопия

2.1 Состав аппаратуры

В состав аппаратуры для акустического неразрушающего контроля входят: акустический дефектоскоп с преобразователями; стандартные образцы; вспомогательные приспособления и устройства для соблюдения параметров сканирования и измерения…

Нержавеющие, хромовые и хромоникелевые стали

Состав

Нержавеющая сталь относится к категории сложнолегированных сталей, основной характеристикой которых является устойчивость к коррозии в атмосфере и агрессивных средах…

Проект автоматизации отделения ректификации установки производства стирола

1.1.2 Состав производства

Объект 1477 — установка получения стирола состоит из отделения дегидрирования этилбензола и ректификации углеводородного конденсата. Объект 1072 — промежуточный парк для приема, компаундирования и откачки товарного стирола, поступающего из об…

Проектирование отделения для нормализационной обработки изотропной электротехнической стали IV группы легирования

3.1.3. Состав оборудования

Агрегат состоит из следующего оборудования, рассмотренного в соответствии с последовательностью обработки продукции…

Проектирования аспирационной установки комбикормового завода

3. СОСТАВ ПЫЛИ

В различных отраслях промышленности (например, в промышленности строительных материалов, химической и горнорудной) под пылью понимают вид аэрозоля, т. е. дисперсную систему, состоящую из мелких твердых частиц…

Разработка методики контроля СДК (калибра-кольца) с применением двухкоординатного измерительного прибора типа ДИП-1

4.3 Состав прибора

В состав прибора типа ДИП-1 входят следующие основные узлы: измерительный микроскоп, включающий в себя преобразователи линейных перемещений по координатным осям X и Y, первичный преобразователь (индикатор контакта)…

Распылительная сушильная установка

1.1 Состав

Состав исходного сырья имеет большое значение при производстве молочных продуктов. Это объясняется тем, что все сухие вещества, содержащиеся в исходном сырье, при сушке переходят в готовый продукт…

Расчет цеха по производству изделий из полимербетона на основе полиэфирной смолы ПН-1. Пгод = 4,0 тыс. м3 в год

4.1 Состав полимербетона

Основной задачей при проектировании состава полимербетона является получение максимальной прочности при минимальном расходе полимера…

Система автоматического управления, регулирования, защиты, контроля и диагностики Газотурбинной энергоустановки ГТУ-2.5 (САУ ГТУ). Расчет показателей надежности

2. СОСТАВ САУ ГТУ

В состав САУ ГТУ входят электронная часть ( ЭЧ ) САУ ГТУ и агрегатная часть САУ ГТУ. В состав ЭЧ САУ ГТУ входят следующие блоки разработки ОАО » СТАР»: Блок управления двигателем БУД — 98 , состоящий из: 1) объединительных плат МРВ-24…

Теория и технология производства ферросплавов

3.1.5 Состав шлака

Поступает в шлак из кварцита, кокса, угля и электродов: SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO Таблица 12 — Количество и состав шлака Компонент Количество, кг Состав, % SiO2 4,10 83,14 Al2O3 0,436 8,84 CaO 0,302 6,13 MgO 0,079 1,61 FeO 0,014 0,28 Итого 4…

Технология строительства трассы в Воронежской области

3.3.3 Состав отряда

Коэффициент перехода для основных работ КПЕР=VСМ/V1КМ где V1КМ — объем работ на 1 км земляного полотна КПЕР=2135/30055=0,071 Коэффициент внутрисменной загрузки КЗ=n ТР/nФ ; где nФ — фактически принятое количество машин (целое число) Таблица 3.3…

Технологія дугового зварювання

3. Состав устаткування

До складу технологічного встаткування…

Состав полимербетона при производстве столешниц

Немалый сегмент строительного рынка сегодня приходится на долю полимерных материалов. Если зайти в современную квартиру с новым ремонтом в стиле модерн или хай-тек, то около 50% предметов будут включать в свой состав именно полимеры. Но мы хотели бы сузить эту производственную ветку до конкретного материала – полимербетона, и рассказать о том, какие материалы входят в его состав, когда ведется производство столешниц на кухню в Санкт-Петербурге как наиболее распространенного изделия из этого материала. Итак, приступим.

Что такое полимербетон?

Слово «бетон» в общем названии материала используется здесь не потому, что в его составе присутствует цемент, а исключительно по причине высочайшей прочности материала. Главными составляющими полимербетона для столешниц выступают заполнители и аналог эпоксидной смолы. Однако полный комплекс материалов, конечно же, определяет технолог производства в зависимости от особенностей и назначения изделия.

Базовый вид состава полимербетона

Литьевая смола

Литьевая смола представляет собой нефтепродукт с наличием полиэфиров в виде густой жидкости. По своей структуре она неактивна, за счет чего ее твердение осуществляется очень медленными темпами. Литьевая смола может быть бытовой, прозрачной, химически- и жаростойкой.

Мелкий легкий заполнитель

Функцию мелкого легкого заполнителя прекрасно выполняет такой материал, как поравер или его аналог, например измельченный керамзит. Эти наполнители можно применять не только в производстве столешниц, но также раковин и подоконников. Материал Poraver производится в Германии, стоимость одного килограмма составляет 0,3 у.е.

Крупный тяжелый заполнитель

Сюда относится гранитная и/или мраморная крошка. Благодаря этому изделия приобретают дорогой вид наряду с высокой прочностью. Правда, использование этих материалов существенно повышают вес столешниц и их стоимость. С другой стороны данный заполнитель обеспечивает изделию стойкость к кислотам и температурным перепадам.

Гидроксид алюминия и гелькоат

Гидроксид алюминия выступает «цементом» для всего состава. Его функция – обволакивать заполнители смолой. Гелькоат же является финишным покрытием. Может иметь различные цветовые оттенки. Но главное его назначение – защита изделия от механических повреждений и воздействий химических бытовых средств, жидкостей: лимонный сок, кофе, кипяток и т.д.

Полимербетон

Полимербетон — общепринятое название бетонов на цементной основе, состоящих из дисперсной фракции (песок, кварц, минеральные красители) с добавлением термоактивного связующего вещества, как правило, это эпоксидная смола, акрил.

Полимербетон за счет синтетических веществ приобретает дополнительные свойства, положительно сказывающиеся на качестве и сроке службы материала. Полимербетоны более прочны, чем бетон, на растяжение/сжатие, более влагонепроницаемы и устойчивы к воздействию влаги и мороза, не подвержены растрескиванию.

По фактуре застывшие изделия из полимербетона практически ничем не отличаются от бетонных изделий. Для придания декоративных свойств по желанию заказчика в состав могут быть добавлены минеральные красители, кварцевый песок (для придания сходства с натуральным камнем песчаником), щебень, если это предусмотрено в архитектурном проекте.

Состав полимербетона определяется на основании функций, которую будет выполнять та или иная деталь. Например, для опорных элементов полимербетон применяется редко, так как при большой доле дисперсной фракции уменьшается прочность бетона. Но для изготовления декоративных элементов полимербетоны в разных модификациях (искусственный камень, стеклофибробетон и т.д.), применяются повсеместно.

Если Ваша задача декорировать фасад, то при выборе материалов надо учитывать некоторые особенности. Изделия из полимербетона и бетона не рекомендуется использовать на большой высоте, так как уже давно существуют альтернативные легкие декоры (полиуретан, полистирол). Все виды декора из бетона с цементными составляющими относятся к тяжелым и средним видам декора, поэтому должна быть уверенность, что стены здания выдержат такую нагрузку. Из полимербетона можно изготовить достаточно крупные детали — мелкая деталировка, как в полиуретане и гипсе, невозможна.

Компания «Фасад-проект» выполнит работы по изготовлению декора из различных материалов, поэтому сможем рекомендовать на этапе обсуждения проекта, какие материалы и где лучше использовать.

Полимербетон — Энциклопедия wiki.MPlast.by

Полимербетон (resin concrete, Plastbeton, beton de resine) — это бетон на основе органического высокомолекулярного связующего (вяжущего). Как правило, в качестве связующего в полимербетоне используются термореактивные смолы:

 Иногда для изготовления полимербетона применяют термопласты, например, кумароно-инденовые смолы.

 Наполнителями (заполнителями) для полимербетона как правило служат гранитный или андезитовый щебень, кварцевый песок и др.

Размер частиц наполнителя составляет 0,1—40 мм, влажность — не более 5%.

 Соотношение в полимербетоне связующее : грубодисперсный наполнитель может изменяться в пределах от 1 : 3 до 1 : 20 (по массе). Если используют связующие, которые отверждаются кислыми отвердителями (например, мономер ФА), содержание карбонатов в наполнителях ограничивают (в пределах 0,5—1%), так как взаимодействие карбонатов с отвердителями обусловливает значительное газовыделение, приводящее к понижению плотности и прочности полимербетона. Содержание отвердителя полимебетоне составляет 2—30% от массы связующего.

Помимо грубодисперсных наполнителей, в композицию вводят 10—50% (от массы связующего) различных веществ, улучшающих технологические свойства, а также эксплуатационные показатели полимербетона.

Основные компоненты полимербетона:
  • полимерное связующее;
  • грубодисперсные наполнители;
  • отвердители;
  • тонкодисперсные наполнители (графит, сажа, фарфоровую муку, барит и др.), повышающие прочность, модуль упругости, а в некоторых случаях и химстойкость полимербетона;
  • пластификаторы (дибутилфталат, синтетические каучуки), способствующие повышению эластичности изделий из полимербетона;
  • растворители и разбавители (например, фурфурол в фурановые смолы, толуол или ацетон в эпоксидные смолы), повышающие пластичность композиции и облегчающие ее формование;
  • порообразователи и другие добавки.

Типичный состав композиции (в % по массе):
  • щебень — 52,
  • речной песок — 29,
  • молотый кварц — 7,
  • мономер ФА — 10,
  • бензолсульфокислота — 2.

При изготовлении полимербетона компоненты тщательно перемешивают в обычном лопастном или шнековом смесителе или в вибросмесителе (отвердитель загружают в последнюю очередь). Процесс пожароопасен. Изделия из полимербетона формуют методами свободного литья или виброформования. Композицию выдерживают в формах сначала 1 сут при 18 — 25 °С, а затем 10—30 ч при 80—120 °С до полного отверждения связующего. В тех случаях, когда композицию не подвергают термообработке, прочность изделий из полимербетона повышается в течение 1—3 мес после их изготовления.

Свойства полимербетона определяются типом и количеством связующего и наполнителя, а также степенью отверждения связующего.

  • Прочность полимербетона при сжатии: 50—120 Мн/м2;*
  • Прочность полимербетона при изгибе: 12—40 Мн/м2;
  • Прочность полимербетона при растяжении: 6—20 Мн/м2;

*1 Мн/м2 ≈10 кгс/см2),

  • Ударная вязкость полимербетона— в пределах 10—20 кдж/м2, (или кгс·см/см2.)
  • Ползучесть полимербетона зависит в основном от типа связующего, степени его отверждения, а также от условий нагружения. При длительном действии нагрузки, не превышающей 50% от разрушающей, деформация образцов полимербетона на основе мономера ФА прекращается через 240 сут нагружения. В интервале температур 20—70 °С образцы полимебетона на основе эпоксидных смол характеризуются незатухающей ползучестью.
  • Теплостойкость полимербетона на основе различных связующих следующая (в °С):
  • фурановые смолы — 150—200,
  • эпоксидные — 80—120,
  • полиэфирные — 70—100,
  • фенольные — 120—180.
  • Температурный коэффициент линейного расширения полимербетоне в 2—6 раз превышает этот показатель для стали и обычного бетона; при повышении температуры от —40 до 60 °С он изменяется от 20·10-6 °С-1 до 60·10-6°С-1.
  • Теплопроводность полимербетона на основе мономера ФА меньше, чем у гранита и стали, соответственно в 10 и 100 раз.
  • Полимербетоны обладают высокой стойкостью к действию химических реагентов (таблица 1).

Таблица 1: Химическая стойкость полимербетона и обычного бетона в различных средах (по 10-балльной шкале)

Вид полимербетона Кислоты Окислители Щелочи Соли Растворители Масла и нефте-продукты
Фурановый 10 2 9 10 8 8
Эпоксидный   9 3 8 10 6-7 9
Полиэфирный 8-9 6-7 3-4 8-10 4-5 7-9
Фенольный   9-10 3-4 5-7 10 7 8
На основе портландцемента 1 1 9 5 5-7 5-6
  • Водопоглощение плотного полимербетона составляет 0,2—1,5% (за 30 сут).
  • Полимербетон морозостоек: после 100 циклов замораживания и оттаивания масса фуранового полимербетона уменьшается на 0,1—0,2%, а его прочность снижается лишь на 5—8% (заметное снижение прочности наблюдается после 300 циклов).
  • Полимербетоны, особенно на основе полиэфирных и эпоксидных смол, обладают хорошей адгезией ко многим материалам; Для полимербетонов, содержащих связующие, отверждаемые кислотами, характерна низкая адгезия к портландцементному бетону. Для повышения адгезии такой бетон перед нанесением на него полимербетона кислотного отверждения покрывают кислотостойким материалом.
  • Прочность связи при испытании полимербетона на отрыв изменяется в пределах 2—10 Мн/м2 (20— 100 кгс/см2).

Полимербетон широко применяют для:

  • покрытия полов в производственных помещениях с агрессивными средами,
  • покрытия мостов и дорог, подвергающихся воздействию интенсивных нагрузок,
  • для декоративной отделки различных сооружений.
  • изготовления тюбингов, шахтной крепи, труб и т.д.

Армированный металлом полимербетон (сталеполимербетон) перспективен как высокопрочный материал, который может быть использован в конструкциях, контактирующих с агрессивными средами. Применение полимербетона в строительных конструкциях ограничивается в некоторых случаях его ползучестью при низких температуpax и горючестью.

О свойствах бетонов, изготовляемых на основе композиций неорганических вяжущих веществ и органических высокомолекулярных связующих, см. Полимерцемент.


 

Список литературы:
Химически стойкие мастики, замазки и бетоны на основе термореактивных смол, М., 1968;
Соломатов В. И., Полимер цементные бетоны и пластбетоны, М., 1967;
Синтетические смолы в строительстве, Киев, 1969;
Скупин Л.,Полимерные растворы и пластбетоны, пер. с чеш., М., 1967;
Сталеполимербетонные строительные конструкции, М., 1972.
Автор: Ю. С. Черкинский.
Источник: Энциклопедия полимеров, под редакцией Каргина В.А
Дата в источнике: 1972 год

Механические свойства полимербетона

Полимербетон был введен в производство в конце 1950-х годов и стал хорошо известен в 1970-х годах благодаря его использованию в ремонте, тонких перекрытиях и полах, а также сборных железобетонных изделиях. Благодаря своим свойствам, таким как высокая прочность на сжатие, быстрое отверждение, высокая удельная прочность и устойчивость к химическим воздействиям, полимербетон нашел применение в очень специализированных областях. Одновременно эти материалы использовались в машиностроении, а также в том, что было использовано свойство гашения вибрации полимербетона.Этот обзор посвящен усилиям различных исследователей по выбору ингредиентов, параметров обработки, условий отверждения и их влиянию на механические свойства получаемого материала.

1. Введение

Полимербетон — это композитный материал, получаемый в результате полимеризации смеси мономера и заполнителя. Полимеризованный мономер действует как связующее для заполнителей, и полученный композит называется «Бетон». Разработки в области полимербетона относятся к концу 1950-х годов, когда эти материалы были разработаны в качестве замены цементного бетона в некоторых конкретных областях применения.Сообщалось о раннем использовании полимербетона для облицовки зданий и т. Д. Позже, благодаря быстрому отверждению, отличной адгезии к цементному бетону и стальной арматуре, высокой прочности и долговечности, он широко использовался в качестве ремонтного материала [1]. Сборный полимерный бетон используется для производства различных продуктов, таких как резервуары для кислоты, люки, водостоки, разделительные барьеры на автомагистралях и т. Д.

Свойства полимербетона сильно различаются в зависимости от условий приготовления.Для данного типа полимербетона свойства зависят от содержания вяжущего, гранулометрического состава заполнителя, природы и содержания микронаполнителя, условий отверждения и так далее [2]. Наиболее часто используемые смолы для полимербетона — ненасыщенные полиэфирные смолы, метилметакрилат, эпоксидные смолы, фурановые смолы, полиуретановые смолы и карбамидоформальдегидные смолы [3]. Как правило, в полимербетоне более 75–80% объема занимают заполнители и наполнители. Агрегаты обычно рассматриваются как инертные материалы, диспергированные по всей полимерной матрице.Обычно агрегаты добавляют в двух размерных группах, то есть крупные агрегаты, содержащие материал размером более 5 мм, и мелкие агрегаты, имеющие размер менее 5 мм. Классификация заполнителей в случае полимербетона до настоящего времени не стандартизирована и широко варьируется от системы к системе. Помимо грубых и мелких заполнителей, в систему полимербетона также иногда добавляют микронаполнители, главным образом с целью заполнения микропустот. Подобно обычному бетону, полимербетон также может быть усилен различными видами волокон для улучшения его механических свойств.В литературе сообщалось об использовании стальных, стеклянных, полипропиленовых и нейлоновых волокон.

Важность исследований полимербетонных материалов была признана еще в 1971 году, когда был учрежден Комитет 548 ACI — Полимеры в бетоне. Комитет отвечал за создание большой базы данных по свойствам полимербетона. Комитет также выпустил новейшие отчеты и руководства пользователя по полимербетону. RILEM (Международный союз испытательных и исследовательских лабораторий материалов и конструкций) с созданием Технического комитета TC-105-CPC (Бетонные полимерные композиты) и TC-113-CPT (Методы испытаний бетонных полимерных композитов) сыграл важную роль в разработке различных методы испытаний этих материалов.Японское общество материаловедения (JSMS) также внесло свой вклад в разработку полимербетонных материалов с помощью Комитета по синтетическим смолам для бетона. Общество материаловедения Японии также опубликовало рекомендации по проектированию конструкций из полиэфирного бетона, а также руководство по проектированию смесей. Среди стран, использующих полимербетонные композиты, работа по стандартизации различных методов испытаний и применений была занята в основном Японией, Соединенными Штатами, Соединенным Королевством, Германией и бывшим Советским Союзом.

Благодаря своим превосходным свойствам, таким как быстрое отверждение, высокая прочность на сжатие, высокая удельная жесткость и прочность, устойчивость к химическим веществам и коррозии, способность образовывать сложные формы, отличные свойства гашения вибрации и т. Д., Полимербетонные материалы также широко используются для приложений, отличных от тех, для которых они были изначально разработаны. Сообщалось об использовании полимербетона в системах электроизоляции [4, 5], а также в станках с конца 70-х годов, когда они использовались для замены традиционных материалов, таких как чугун, для изготовления оснований станков [6–14].За последние несколько десятилетий было проведено множество исследований для разработки перспективных применений полимербетона, то есть его использования в конструкциях станков [15–22]. Однако, прежде чем можно будет полностью использовать потенциал этих материалов как альтернативных материалов, должна быть доступна методология оценки долгосрочных свойств.

2. Факторы, влияющие на свойства полимербетона

Полимербетон получают путем смешивания полимерной смолы с заполнителем. Микронаполнители также иногда используются для заполнения пустот, содержащихся в смеси заполнителя.

Полимерными смолами, которые обычно используются в полимерном бетоне, являются метакрилат, полиэфирная смола, эпоксидная смола, винилэфирная смола и фурановая смола. Ненасыщенные полиэфирные смолы являются наиболее часто используемыми системами смол для полимербетона из-за их низкой стоимости, доступности и хороших механических свойств [23]. Фурановые смолы также широко используются в европейских странах. ММА имеет ограниченное применение из-за его повышенной воспламеняемости и неприятного запаха; однако он привлек некоторое внимание из-за его хорошей обрабатываемости и отверждаемости при низких температурах [3].Выбор конкретного типа смолы зависит от таких факторов, как стоимость, желаемые свойства и требуемая химическая / атмосферостойкость. Эпоксидные смолы предпочтительнее полиэфирных из-за их лучших механических свойств, а также большей прочности при воздействии суровых экологических факторов, но более высокая стоимость является сдерживающим фактором в их повсеместном признании. Сравнительное исследование свойств эпоксидного и полимербетона показывает, что традиционно эпоксидный бетон имеет лучшие свойства, чем полиэфирный бетон, но свойства полиэфирного бетона могут быть улучшены до того же уровня путем добавления микронаполнителей и силановых связующих веществ [24].

Дозировка смолы, указанная различными авторами, в основном находится в диапазоне от 10 до 20% от веса полимербетона. Ранние исследования бетона на основе полиэфирной смолы с учетом содержания смолы в качестве переменной показали, что прочность полимербетона на сжатие зависит от содержания смолы [25]. И прочность на сжатие, и прочность на изгиб увеличиваются с увеличением содержания полимера. После достижения пика они либо уменьшаются, либо остаются неизменными при дальнейшем увеличении содержания смолы.Самое низкое содержание полимера, при котором свойства максимальны, будет представлять оптимальное содержание смолы для исследуемой системы. Наблюдается, что как прочность на изгиб, так и прочность на сжатие достигают максимального значения между 14 и 16% содержания смолы по массе. Дальнейшие исследования в этой области также дали аналогичные результаты. В литературе сообщается об изменении прочности полимербетона на сжатие для различных типов смол и их дозировок [26]. Было замечено, что самая высокая прочность была получена для всех типов смол при дозировке смолы 12%.Для двух типов эпоксидных смол прочность снизилась при увеличении содержания смолы до 15%, тогда как для полиэфирной смолы она почти не изменилась. Оптимальное содержание смолы для конкретной системы полимербетона также зависит от природы заполнителя, используемого в системе. При использовании мелкого заполнителя рекомендуется более высокая дозировка смолы из-за большой площади поверхности этих материалов [27–29].

Исследователи использовали различные типы заполнителей, большинство из которых основывались на выборе местных материалов для снижения стоимости.Речной песок [30, 31], формовочный песок [27, 32, 33], щебень [34, 35], кварц, гранит [36–38] и гравий — вот некоторые из материалов, о которых сообщают разные авторы.

Сообщается о большом количестве исследований, посвященных влиянию армирования полимербетона добавлением различных типов волокон. Стальные волокна, стекловолокна, углеродные волокна и полиэфирные волокна добавляются в полимербетон в различных количествах для улучшения его свойств. В большинстве исследований сообщается о добавлении стекловолокна в диапазоне от 0 до 6% от веса полимербетона.Сообщалось, что добавление стекловолокна улучшает поведение полимербетона после пика. Прочность и ударная вязкость полимербетона также увеличиваются с добавлением волокон. Немногочисленные исследования по обработке стекловолокна силаном перед их использованием в полимербетоне сообщают об улучшении механических свойств до 25% [39]. В таблице 1 приведены подробные сведения о различных типах армирования и их влиянии на свойства полимербетона, о которых сообщают различные исследователи.


Автор Смола Агрегат Добавление волокон Оценка свойств Краткие выводы

Broniewski et al. [55] Эпоксидная смола Песок Стальные волокна диаметром 0,24 мм и длиной 15 мм, добавленные от 0 до 3,5% по массе Прочность на изгиб, ползучесть Добавление 3.5% стальной фибры увеличивает прочность на изгиб на 40%.

Valore and Naus [56] Полиэстер, винилэфир, эпоксидная смола Нейлон, стекло, арамид, стальные волокна длиной от 12,7 до 38,1 мм Прочность на сжатие, модуль Юнга, раскол прочность на разрыв и плотность (i) Прочность на сжатие увеличивается в зависимости от плотности.
(ii) Прочность на изгиб связана с прочностью на сжатие (inPsi) как psi.
(iii) Добавление волокна увеличивает прочность на изгиб и пластичность.
(iv) Более длинные волокна лучше влияют на прочность на сжатие.

Brockenbrough [57] Метакрилат (i) Стальные волокна диаметром 0,4 мм, 1–3%
(ii) Стекловолокно длиной 12,7 мм, 1–3%
Прочность на сжатие, прочность на изгиб и прочность на разрыв при разделении. (i) Добавление стальных волокон увеличивает прочность на сжатие, тогда как добавление стеклянных волокон снижает прочность на сжатие.
(ii) Прочность полимербетона на изгиб увеличивается при добавлении как стальных, так и стеклянных волокон.

Vipulanandan et al. [39] (i) Эпоксидная смола
(ii) Полиэстер
Песок Оттава,
абразивно-струйный песок
Стекловолокно,
0–4%
Прочность на сжатие, прочность на изгиб и разделенная прочность на растяжение (i) Максимум Прочность на сжатие и изгиб сообщается при содержании смолы 14%.
(ii) Добавление стекловолокна увеличивает прочность на изгиб и сжатие.
(iii) Обработка силаном увеличивает прочность на изгиб на 25%.

Випуланандан и Мебаркиа [58] Полиэстер Пескоструйный песок Стекловолокно, 0–6% Прочность на изгиб (i) Прочность на изгиб увеличивается с увеличением содержания смолы.
(ii) Сообщается, что добавление стекловолокна увеличивает прочность и ударную вязкость полимербетона.
(iii) Обработка заполнителя и волокон силаном также повысила прочность на изгиб.

Мебаркиа и Випуланандан [59] Полиэстер Пескоструйный песок Стекловолокно длиной 13 мм, 0–6% Прочность на сжатие (i) Для 18% смолы и 4 % содержания стекловолокна, увеличение прочности на сжатие на 33% по сравнению с неармированным полимерным бетоном.
(ii) Повышение деформации разрушения и ударной вязкости при добавлении волокон.

Rebeiz [31] Полиэстер Гравий, высушенный песок Стальные волокна диаметром 0,5 мм и длиной 30 мм, 0–2% по весу Прочность на сжатие (i) Сообщалось об оптимальной смеси, содержащей 10% смолы, 45% гравия, 32% высушенного песка и 13% летучей золы.
(ii) Полимербетон достигает примерно 80% 28-дневной прочности за один день.
(iii) Добавление стальной фибры более 1,3% увеличивает прочность образцов на сжатие с 80 МПа до 100 МПа.
(iv) Стальные волокна также увеличивают пластичность полимербетона, что приводит к лучшему поведению после пика.

Сетт и Випуланандан [60] Полиэстер Абразивный песок Стекловолокно и углеродные волокна, 0–6% по весу Прочность на сжатие, предел прочности на разрыв и коэффициент демпфирования ( i) Прочность на сжатие и деформация разрушения увеличиваются на 40% при добавлении 6% стекловолокна.
(ii) Углеродные волокна не оказывают значительного влияния на сжимающие свойства.
(iii) Далее было замечено, что коэффициент демпфирования полимербетона увеличивался при добавлении стекловолокна и углеродных волокон.

Ларедо Дос Рейс [32] Эпоксидная смола Литейный песок Стекловолокно и углеродные волокна, 0–2% по весу Прочность на сжатие (i) Добавление волокон увеличивает прочность на сжатие на 27–45% для стекла волокна и увеличение на 36–55% для углеродных волокон.
(ii) Пластичность полимербетона улучшена за счет добавления волокон.

Jo et al. [43] Полиэстер Мелкий гравий и кремнистый речной песок Нано-MMT частицы Прочность на изгиб, разделенная прочность на растяжение (i) Полимербетонная смесь была получена с использованием 11% содержания смолы, 45% крупных заполнителей, 35 % мелких заполнителей и 11% CaCO 3 .
(ii) Было обнаружено, что прочность на изгиб и разрывная прочность на разрыв увеличиваются с добавлением наночастиц.

Xu and Yu [61] Полиэстер Гранит Волокна из нержавеющей стали с медным покрытием, соотношение 70 Прочность на сжатие (i) Добавление стальных волокон улучшает свойства полимера конкретный.
(ii) Прочность на сжатие полимербетона, армированного стальной фиброй, выше, чем у простого полимербетона.

Bai et al.[38] Эпоксидная смола Гранит Стекловолокно длиной 5–25 мм с добавлением от 1 до 5% по весу Демпфирование (i) Гранитная смесь является наиболее важным параметром, контролирующим демпфирование.
(ii) Наивысшее демпфирование сообщается для смеси, содержащей 16% эпоксидной смолы, 5% стекловолокна и гранитной смеси с высокой долей мелкозернистого заполнителя.

В полимербетонную смесь также часто добавляют микронаполнитель, чтобы уменьшить содержание пустот в смеси заполнителей и тем самым повысить прочность полимербетона.Микронаполнитель представляет собой мелкодисперсный порошок с размером частиц менее 80 мкм. В литературе сообщалось об использовании карбоната кальция, летучей золы и микрокремнезема. Летучая зола является продуктом сжигания угля на электростанциях и используется в качестве наполнителя из-за ее легкой доступности и потому, что ее использование в полимербетоне, как сообщается, дает лучшие механические свойства, а также снижает водопоглощение [37]. Добавление летучей золы также улучшает удобоукладываемость свежей полимербетонной смеси, в результате чего получаются продукты с превосходной отделкой поверхности [40].Исследования показали, что небольшой размер сферических частиц также способствует лучшей упаковке материалов заполнителя, что снижает пористость и препятствует проникновению агрессивных агентов, тем самым значительно улучшая химическую стойкость полимербетона [23]. Ряд исследователей сообщили о добавлении летучей золы, которое не только приводит к улучшению обрабатываемости полимербетонной смеси, но также оказывает значительное влияние на механические свойства. Сообщается о повышении прочности на сжатие до 30% при добавлении 15% летучей золы в полимербетон [41].Также сообщается, что добавление летучей золы улучшает рабочие характеристики по сравнению с добавлением микрокремнезема в качестве наполнителя [42]. Большинство исследователей предложили сушку агрегатов перед смешиванием со смолой с помощью нагрева. Сообщалось, что содержание воды в заполнителе оказывает заметное влияние на прочность полимербетона, и поэтому содержание воды должно быть ограничено до 0,1% [30]. Позже различные исследователи рекомендовали, чтобы влажность заполнителя не превышала 0.От 1% до 0,5% для улучшения механических свойств [41, 43–45].

Исследователи сообщили о различных режимах отверждения, таких как отверждение при комнатной температуре, отверждение при высокой температуре, отверждение в воде и т. Д. Исследования времени отверждения полимербетона показали, что он достигает примерно 70–75% своей прочности после отверждения в течение одного дня при комнатной температуре [31, 45, 46], тогда как обычный портландцементный бетон обычно достигает около 20% своей прочности. дневная сила за один день. Прирост прочности на раннем этапе важен для сборных железобетонных изделий, поскольку он позволяет конструкциям на раннем этапе противостоять более высоким напряжениям из-за операций по снятию формы, погрузочно-разгрузочных работах, транспортировке и монтажу.Замечено, что прочность на сжатие полимербетона почти становится постоянной после сухого отверждения в течение 7 дней [47].

Влияние сортировки заполнителя на свойства полимербетона известно давно. Крупный и мелкий заполнитель следует дозировать таким образом, чтобы смесь заполнителей имела минимальное содержание пустот и максимальную насыпную плотность. Это сводит к минимуму количество связующего, необходимого для обеспечения надлежащего связывания всех частиц заполнителя. Обычно содержание связующего составляет от 5% до 15% от общей массы, но если смесь заполнителей хороша, может потребоваться даже до 20% связующего.В литературе сообщается об очень небольшом количестве исследований, касающихся дозирования смеси заполнителя в полимербетон. В более ранних исследованиях в этом отношении сообщалось, что полимербетон, полученный с сортировкой заполнителей в соответствии с кривой Фуллера, имел самую высокую прочность [30, 48]. Кроме того, сообщалось, что использование заполнителя с сортировкой по зазору привело к минимальному содержанию пустот. В литературе также было предложено эмпирическое соотношение, которое можно использовать для определения пропорций крупных и мелких агрегатов с наименьшим содержанием пустот [49].Более поздние исследования предлагают оптимальный состав смеси заполнителя для минимизации пустотного содержимого на основе подхода к планированию экспериментов [50]. Предложенный состав смеси был снова основан на использовании заполнителей с градуированными зазорами.

Поскольку по соображениям стоимости содержание связующего, используемого в полимербетонных материалах, довольно низкое, адгезия заполнителей происходит через тонкий слой смолы вокруг заполнителей. Следовательно, желательна большая площадь контакта, что требует надлежащего заполнения зазоров более мелкими агрегатами или частицами микронаполнителя.Использование силанового связующего агента (который усиливает адгезию между смолой и заполнителями) улучшает адгезию и, следовательно, предельную прочность полимербетона. Адгезия на границе раздела при отсутствии какой-либо химической связи может быть достаточно хорошей, даже если это происходит из-за вторичных сил между двумя фазами. Использование силановых связующих агентов, которые могут обеспечивать химическую связь между двумя фазами, значительно улучшает межфазную адгезию и, следовательно, улучшает механические свойства этих материалов.В литературе сообщалось о нескольких исследованиях использования различных типов силановых связующих агентов. Сравнивались различные методы применения силановых добавок, такие как метод интегральной смеси и метод обработки поверхности [24, 51, 52]. Сообщалось, что при использовании интегрального смешанного метода добавления силана 1% силана от веса смолы дает оптимальные результаты [53, 54]. Прочность на сжатие и изгиб полимербетона, содержащего силановые связующие, на 15-20% выше, чем у обычного полимербетона [53].

2.1. Определение механических свойств полимербетона

С начала 1970-х годов было опубликовано множество исследований по определению механических свойств полимербетона. Таблица 2 суммирует усилия различных авторов и основные выводы, сделанные на основе этих исследований.


Автор Смола Использованный заполнитель и микронаполнитель Переменные Оценка свойств Краткие выводы

Прочность на сжатие, прочность на изгиб и т. Д. вперед
Окада и др.[35] Полиэстер Щебень, речной песок и карбонат кальция Содержание смолы 10–15%;
содержание наполнителя 10–15%;
температура испытания, от 5 до 60 °
Прочность на сжатие, предел прочности на разрыв Прочность на сжатие и предел прочности на растяжение снижаются с температурой.
Кобаяши и Ито [34] Полиэстер Щебень, мелкий песок Обработка силаном, содержание смолы, от 9 до 13% Прочность на сжатие, усталость при сжатии (i) Содержание смолы невелико влияние на прочность на сжатие.
(ii) Повышение температуры наблюдалось в диапазоне частот 200–400 Гц.
(iii) Добавление 1% силанового агента увеличивает нагрузку, выдерживающую 2 миллиона циклов, с 59% до 64% ​​от предела прочности.
Mani et al. [24] Эпоксидная смола, полиэстер Дробленый кварцит, кремнистый песок и карбонат кальция Тип смолы, обработка силаном и добавление микронаполнителя Прочность на сжатие, прочность на изгиб и разделенная прочность на растяжение (i) Эпоксидный бетон имеет намного превосходящие свойства, чем у полиэфирного бетона.
(ii) Прочность на сжатие увеличивается на 30% для полиэфирного бетона и на 36% для эпоксидного бетона за счет включения силанового связующего агента.
(iii) Прочность полиэфирного бетона на сжатие и изгиб значительно улучшается при введении микронаполнителя.
Випуланандан и Дхармараджан [25] Полиэстер Песок Оттава Температура, скорость деформации, содержание пустот, метод подготовки и содержание смолы Прочность на сжатие, прочность на изгиб (i) Максимальный модуль упругости при изгибе и сжатии наблюдается между 14 и 16 мас.% Смолы.
(ii) Было обнаружено, что скорость деформации имеет очень ограниченное влияние на поведение при изгибе.
(iii) Формование прессованием дает лучшие результаты, чем формование вибрацией.
Vipulanandan et al. [39] Эпоксидная смола, полиэфир Песок Оттавы, абразивный песок Содержание смолы, обработка силаном, уплотнение и содержание стекловолокна Прочность на сжатие, прочность на изгиб и разделенная прочность на растяжение (i) Максимальное сопротивление сжатию и изгибу Прочность была указана при содержании смолы 14%.
(ii) Добавление стекловолокна увеличивает прочность на изгиб и сжатие.
(iii) Обработка силаном увеличивает прочность на изгиб на 25%.
Випуланандан и Пол [62] (i) Эпоксидная смола,
(ii) полиэстер
Песок Оттавы, песок для струйной очистки
Температура, скорость деформации, тип заполнителя и условия отверждения Прочность на сжатие, разделенная прочность на растяжение ( i) Прочность на сжатие увеличивается с увеличением температуры отверждения.
(ii) Максимальная прочность была получена при однодневном отверждении при комнатной температуре с последующим однодневным отверждением при 80 ° C.
(iii) Использование заполнителя с зазором привело к наивысшей прочности на сжатие.
Випуланандан и Пол [63] Полиэстер Песок Оттава Условия отверждения, обработка силаном и скорость нагружения Зависимость прочности на сжатие, прочности на растяжение и напряжения-деформации (i) Максимальная прочность на сжатие была получена для смолы содержание 15%.
(ii) однодневное отверждение при комнатной температуре с последующим однодневным отверждением при 80 ° C увеличило прочность на сжатие примерно на 50% по сравнению с 2-дневным отверждением при комнатной температуре.
(iii) Прочность на сжатие и модуль увеличиваются с увеличением скорости деформации.
(iv) Обработка заполнителя силаном увеличивает прочность на сжатие примерно на 14%.
Варугезе и Чатурведи [37] Полиэстер Гранитный заполнитель в соответствии с сеткой ASTM № 5–50, речной песок и летучая зола Содержание летучей золы и речного песка варьировалось в полном диапазоне от 0 до 100% от мелкой фракции. заполнитель для изучения замены речного песка летучей золой Прочность на изгиб (i) Мелкозернистые заполнители в сочетании с летучей золой и речным песком демонстрируют синергизм в прочностных характеристиках и сопротивлении водопоглощению до уровня 75% по массе летающий пепел.
(ii) При более высоком уровне летучей золы свойства ухудшаются, поскольку смесь становится непригодной для использования из-за того, что чистая летучая зола из-за большой площади поверхности не смешивается эффективно со связующим на основе смолы.
Максимов и др. [36] Полиэстер 58% гранитного щебня, 21,8% песка и 10,4% карбоната кальция Прочность на сжатие, прочность на изгиб Сообщается о прочности на сжатие в диапазоне 90–108 МПа.
Абдель-Фаттах и ​​Эль-Хавари [26] Эпоксидная смола, полиэстер
56% крупного заполнителя и 36% мелкого заполнителя
Содержание смолы Прочность на сжатие, прочность на изгиб (i) Максимальная прочность на сжатие была достигнута при 12% содержание смол для всех типов смол.
(ii) Самый высокий модуль разрыва был также получен при содержании смолы 12%, что почти в 3 раза больше, чем у цементного бетона.
Феррейра [27] Полиэстер Чистый песок, формовочный песок и CaCO 3 Содержание смолы, содержание микронаполнителя, метод смешивания и тип песка Испытания на трехточечный изгиб образцов размером мм (i) Наилучшие результаты были получены при содержании смолы 20%.
(ii) Чистый песок дает лучшие свойства при низком содержании смолы, поскольку формовочный песок имеет высокую удельную поверхность.
Ribeiro et al. [29] Эпоксидная смола, полиэстер Чистый песок, формовочный песок и CaCO 3 Содержание смолы, содержание микронаполнителя, тип песка и цикл отверждения (7 дней при 23 ° C и 3 часа при 80 ° C ) Испытания на трехточечный изгиб образцов диаметром (i) Цикл отверждения продолжительностью 3 часа при 80 ° C дает почти те же результаты, что и отверждение в течение 7 дней при 23 ° C.
(ii) Эпоксидная смола дает лучшие свойства с формовочным песком в качестве заполнителя, тогда как полиэфир дает лучшие свойства с чистым песком из-за большей способности эпоксидной смолы смачивать заполнители.
Rebeiz et al. [41] Полиэстер Мелкий гравий в качестве крупного заполнителя и песок в качестве мелкого заполнителя, летучая зола Содержание летучей золы Прочность на сжатие (i) Замена 15% по массе песка летучей золой приводит к увеличению на 30% по прочности на сжатие.
(ii) Однако следует проявлять осторожность при использовании относительно высокой загрузки летучей золы, потому что большая площадь поверхности материала сделает смесь слишком липкой и, следовательно, непригодной для использования.
Bǎrbuţǎ и Lepǎdatu [64] Эпоксидная смола Речной гравий размером 0–4 мм и размером 4–8 мм, микрокремнезем (SUF) Содержание смолы, содержание микронаполнителя Прочность на сжатие, прочность на изгиб и разделенная прочность на растяжение (i) Прочность на сжатие варьируется от 43.От 4 до 65,3 МПа, а прочность на изгиб — от 12,29 до 17,5 МПа.
(ii) Содержание смолы 15,6% оказалось подходящим почти для всех свойств полимербетона.
Haidar et al. [65] Эпоксидная смола Гравий 2–4 мм, отношение гравия к песку 0,25, используемое для оптимальной плотности упаковки Содержание смолы, условия отверждения Прочность на сжатие, прочность на изгиб (i) Максимальная прочность на сжатие и изгиб Прочность была указана для содержания смолы 13%.
(ii) Максимальная прочность на сжатие и изгиб была получена после 3 дней отверждения.

Пропорции смеси
Ohama [30] Полиэстер Андезит, речной песок и карбонат кальция Состав смеси основан на максимальной объемной плотности, условиях отверждения и содержании воды в заполнителях Прочность на сжатие (i) Предлагается следующая оптимальная пропорция смеси:
11.25% смолы,
11,25% карбоната кальция,
29,1% андезита (5–20 мм),
9,6% песка (1,2–5 мм),
38,8% песка (<1,2 мм).
(ii) Прочность на сжатие становится постоянной после 7-дневного отверждения при 20 ° C.
(iii) Прочность снижается с увеличением содержания воды в заполнителе; максимальное содержание воды должно быть ограничено до 0,1%.
Kim
et al. [66]
Эпоксидная смола Песок> сетка № 6 и галька <ячейка № 6 Степень уплотнения, размер агрегатов и состав смеси Коэффициент демпфирования, модуль упругости и прочность на сжатие Сообщалось, что оптимальная смесь содержит 50% гальки, 42.5% песка и 7,5% смолы.
Rebeiz [31] Полиэфирная смола из отходов ПЭТ Мелкий гравий, речной песок и летучая зола Время отверждения Прочность на сжатие, прочность на изгиб (i) Авторы предложили оптимизированную смесь на основе их исследование как содержащее 10% смолы, 45% мелкого гравия, 32% песка и 13% летучей золы.
(ii) Полимербетон достигает 80% своей прочности после однодневного отверждения по сравнению с семидневным периодом отверждения.

Демпфирование
Сух и Ли [67] Полиэфирная смола Песок и гравий Состав смеси Демпфирование (i) Полимербетонный слой имел большие коэффициенты демпфирования широкий частотный диапазон.
(ii) Факторы демпфирования, обнаруженные экспериментально, были выше, чем для стальной конструкции и чугуна.
Кортес и Кастильо [18] Эпоксидная смола Базальт, кварцит, размер до 10 мм Частота испытаний Демпфирование по сравнению с демпфированием чугуна (i) Коэффициент демпфирующих потерь полимербетона на 65% выше чем у чугуна.
(ii) Полимербетон сохраняет свои демпфирующие свойства в большом диапазоне частот.
Bignozzi et al. [15] Полиэстер Кремнеземистый песок, карбонат кальция Использование переработанных наполнителей, то есть порошкообразной резины, резины для шин и т. Д. Демпфирование, модуль потерь (i) Добавление порошковой резины, резины для покрышек и т. д. увеличивает затухание в широком диапазоне температур.
(ii) Полимербетон, содержащий органические наполнители, может быть использован для изготовления основ станков.
Орак [19] Полиэстер Кварц, 0,5–8 мм Состав смеси Коэффициент демпфирования (i) Демпфирование полиэфирного бетона в четыре-семь раз выше, чем у чугуна.
(ii) На характеристики демпфирования не сильно влиял состав смеси.

2.2. Исследования усталостных характеристик полимербетона (PC)

В литературе очень мало исследований по усталостному поведению полимербетона.Предел усталостной выносливости в два миллиона циклов был заявлен как уровень напряжения 59%, что очень похоже на уровень цементного бетона [68]. Исследование по оценке влияния частоты испытаний пришло к выводу, что частота испытаний должна приниматься в качестве параметра для усталостных испытаний полимербетона. Усталостное поведение полимербетона описано на основе соотношений . Эти отношения основаны на основных функциях степенного закона. Исследование показало, что эмпирические уравнения, используемые для прогнозирования усталостных характеристик простого бетона, хорошо подходят и для полимербетона [69].Уравнение (1), описанное для цементного бетона, было применено к усталостным данным полимербетона [70]: где — вероятность выживания, — уровень напряжения, — количество циклов до отказа, а, и — экспериментальные константы.

Вероятность разрушения была включена в соотношения для полимербетона, чтобы учесть стохастический характер усталости [71].

3. Обсуждение

Полимербетон изначально разрабатывался как альтернативный материал в области гражданского строительства, но с течением времени, благодаря своим превосходным свойствам, он нашел применение в качестве заменяющего материала в машиностроении.Быстрое отверждение, высокая прочность на сжатие, высокая удельная жесткость и прочность, устойчивость к химическим веществам и коррозии, способность принимать сложные формы и отличные свойства демпфирования вибрации в основном обусловливают его использование в этих приложениях. Было замечено, что свойства полимербетона зависят от различных параметров, таких как тип и количество используемой смолы / полимера, тип и пропорция заполнителя, влажность заполнителя, природа и содержание армирующих волокон, добавление микронаполнителей, условия отверждения, использование силановых связующих агентов и так далее.

Эпоксидные смолы обладают лучшими механическими свойствами и долговечностью, чем полиэфирные, винилэфирные, фурановые и метакрилатные смолы, но этим материалам присуща высокая стоимость. Свойства полиэфирного бетона также могут быть улучшены до уровня эпоксидного бетона путем добавления микронаполнителей и силановых связующих веществ. Дозировка смолы, сообщаемая различными авторами, в основном находится в диапазоне от 10 до 20% от веса полимербетона. При использовании мелкого заполнителя рекомендуется более высокая дозировка смолы из-за большой площади поверхности этих материалов.Исследования по поиску оптимальной дозировки смолы для максимизации механических свойств дали разные результаты в зависимости от конкретного типа используемой смолы и заполнителя. Наблюдается, что первоначально прочность увеличивается с увеличением дозировки смолы, но после достижения пика она либо уменьшается, либо остается неизменной при дальнейшем увеличении содержания смолы. Большинство исследователей сообщили о максимальной прочности при дозировке смолы в диапазоне 12–16% от веса полимербетона.

Добавление различных типов волокон, таких как стекловолокно, стальное волокно и углеродное волокно, в полимербетон улучшает его механические свойства, такие как ударная вязкость, прочность на сжатие, прочность на изгиб и усталостная прочность. Обычный диапазон добавления фибры в полимербетон составляет до 6% от веса полимербетона. Было замечено, что обработка волокон силаном перед добавлением в полимербетон дополнительно улучшает его механические свойства. Сообщалось, что добавление микронаполнителей, таких как зола-унос, микрокремнезем, карбонат кальция и т. Д., В полимербетон не только улучшает механические свойства, но также улучшает удобоукладываемость смеси.Сообщается о повышении прочности на сжатие до 30% при добавлении 15% летучей золы в полимербетон.

Исследователи использовали различные типы заполнителей, большинство из которых основывались на выборе местных материалов для снижения стоимости. Сообщалось об использовании речного песка, формовочного песка, щебня, кварца, гранита и гравия. На сегодняшний день для полимербетона нет стандартных пропорций смеси и критериев классификации заполнителя, поэтому в литературе сообщается о ряде оптимизированных пропорций смеси.Эти смеси основаны на различных критериях оптимизации, таких как кривая Фуллера, максимальная насыпная плотность и минимальное содержание пустот, и были разработаны для различных типов местно доступных заполнителей. Почти все исследования согласны с тем, что использование заполнителя с градуированными зазорами приводит к лучшим механическим свойствам. В литературе приводится несколько эмпирических соотношений для определения соотношения крупных и мелких агрегатов для получения наименьшего пустотного содержимого, но их применение в различных других типах агрегатов еще предстоит оценить.Рекомендуется использовать смесь заполнителей, имеющую максимальную объемную плотность и наименьшее количество пустот, а также оптимальное содержание полимера для достижения максимальной прочности. Содержание влаги в заполнителе отрицательно сказывается на механических свойствах полимербетона, поэтому рекомендуется, чтобы содержание влаги в заполнителе не превышало 0,5%.

Условия отверждения играют важную роль в конечных свойствах полимербетона. Для использования в полевых условиях и простоты эксплуатации желательно и выгодно отверждение при комнатной температуре.Быстрое отверждение — одно из самых больших преимуществ систем полимербетона: результаты показывают увеличение прочности почти на 70% после однодневного отверждения при комнатной температуре. С другой стороны, обычный портландцементный бетон обычно достигает около 20% своей 28-дневной прочности за один день. Это раннее повышение прочности очень полезно при производстве сборных железобетонных изделий. Хотя наблюдается ускорение набора прочности при отверждении при повышенных температурах, почти повсеместно считается, что 7-дневное отверждение при комнатной температуре является оптимальным периодом для полимербетона.

Помимо вышеуказанных параметров, адгезия на границе раздела вяжущее / заполнитель также влияет на свойства полимербетона. Адгезия на границе раздела при отсутствии какой-либо химической связи может быть достаточно хорошей, даже если это происходит из-за вторичных сил между двумя фазами. Силановые связующие агенты, обеспечивая химическое связывание между двумя фазами, значительно улучшают межфазную адгезию и, следовательно, улучшают механические свойства этих материалов. На основании исследований, доступных на сегодняшний день, можно сделать вывод, что комплексный смешанный метод добавления силанового агента в полимербетонную смесь прост в реализации и обеспечивает лучшие механические свойства.Прочность на сжатие и изгиб полимербетона, содержащего силановые связующие, на 15-20% выше, чем у обычного полимербетона.

Полимербетон демонстрирует более высокую прочность на сжатие и изгиб по сравнению с портландцементным бетоном. Различные авторы сообщают о прочности на сжатие от 70 до 120 МПа. Обсуждение в предыдущих параграфах устанавливает определяющие параметры для механических свойств любой конкретной системы полимербетона и, таким образом, объясняет большой разброс в описанных свойствах.

Изучение усталостного поведения любого материала имеет огромное значение, если его необходимо использовать для конструкций, деталей станков и т.д., в которых преобладает циклическое нагружение. К сожалению, усталостное поведение полимербетона не было изучено в значительной степени, и было проведено несколько исследований в этом контексте, и то же самое сообщается в этой статье.

Исследования по характеристике механических свойств полимербетона были проведены рядом исследователей, и было получено достаточно данных о влиянии различных параметров, таких как тип и содержание смолы, армирующие волокна, микронаполнители, условия отверждения, тип заполнителя и классификация, и силановые связующие вещества на свойствах полимербетона.Основываясь на критическом обзоре доступной литературы по полимербетону, можно сделать следующие выводы. (1) Сравнительные исследования эпоксидных и полиэфирных смол показывают, что эпоксидный полимерный бетон имеет гораздо лучшие механические свойства и долговечность. (2) Различные типы заполнителей. Исследователи использовали материалы, большинство из которых были основаны на выборе местных доступных материалов для снижения стоимости. (3) Дозировка смолы, указанная различными авторами, в основном находится в диапазоне от 10 до 20% от веса полимербетона.При использовании мелкозернистого заполнителя рекомендуется более высокая дозировка смолы. (4) Сообщалось, что добавление стекловолокна улучшает поведение полимербетона после пика. Прочность и ударная вязкость полимербетона также увеличиваются с добавлением волокон. (5) Критерий отверждения в течение семи дней при комнатной температуре нашел широкое применение исследователями в их исследовательской работе и получил почти всеобщее признание. (6) Повышение прочности на сжатие до Сообщается о 30% добавлении 15% летучей золы (микронаполнителя) в полимербетон.(7) Рекомендовано, чтобы содержание влаги в заполнителе не превышало 0,5% для улучшения механических свойств. (8) Рекомендуется использовать смесь заполнителя с максимальной объемной плотностью и наименьшим содержанием пустот наряду с оптимальным содержанием полимера. для достижения максимальной прочности. (9) Использование силановых связующих веществ дополнительно улучшает механические свойства полимербетона.

Хорошо известно, что полимербетон демонстрирует гораздо лучшие механические свойства и долговечность, чем обычный портландцементный бетон.Полимербетон зарекомендовал себя как многообещающий материал благодаря своим лучшим механическим свойствам и долговечности. В интересах производителей полимербетона / исследователей, если этот материал будет отнесен к категории и будет продвигаться как полимерный композит.

Может ли полимерный бетон заменить традиционный бетон?

Устранение необходимости в портландцементе в бетоне

Хотя полимербетон стал широко известен только в 1970-х годах, он был впервые представлен в конце 50-х годов.Благодаря многолетнему развитию полимеризованный мономер теперь может заменить портландцемент в качестве связующего в бетоне. Полимербетон обладает многими превосходными свойствами по сравнению с традиционным бетоном с использованием портландцемента, включая высокую прочность на сжатие и удар, быстрое отверждение, низкую проницаемость и устойчивость к химическим веществам и коррозионным агентам. Благодаря этим свойствам он нашел применение в очень специализированных областях по всему миру.

Что такое полимербетон?

Полимербетон — это композитный материал, полученный в результате полимеризации смеси мономера и заполнителя.Это соединение, в котором в качестве связующего используется синтетический органический полимер, которое получают путем смешивания полимерной смолы со смесью заполнителей. Полимербетон обычно получают путем уменьшения объема пустот в заполнителях, что снижает количество полимера, необходимого для связывания рассматриваемых заполнителей. Полимерные смолы, которые обычно используются для производства этого типа бетона, — это метакрилат, эпоксидная смола, фурановые смолы, полиэфирная смола и винилэфирная смола. Из-за их более низкой стоимости, хороших механических свойств и легкой доступности ненасыщенные полиэфирные смолы являются наиболее часто используемыми.Выбор смолы для использования во многом зависит от области применения и таких факторов, как химическая и атмосферостойкость, желаемые свойства и стоимость.

Как это используется?

На атомных электростанциях, морских сооружениях, промышленных резервуарах и линейных дренажных системах полимербетон используется в различных областях, включая системы хранения воды и электролиз цветных металлов. На протяжении многих лет рост транспортной и инфраструктурной деятельности был основным фактором увеличения спроса на полимербетон.
Из-за превосходных характеристик, упомянутых выше, и растущей во всем мире потребности в более жестких, прочных, долговечных и воздуховодных строительных материалах, популярность полимербетона растет. Не говоря уже о преимуществах использования полимербетона с точки зрения его экологической пользы. Одна вещь, сдерживающая широкое использование полимербетона, — это его высокая стоимость, которая ограничивает его использование в областях, требующих низкого энергопотребления и меньшего количества рабочей силы.

Где это используется?

В то время как Азиатско-Тихоокеанский регион является лидером на рынке полимербетона по всему миру, быстрое развитие строительной отрасли в Соединенных Штатах означает, что U.Также С. занимает значительную долю рынка полимербетона. Рынок полимербетона в других странах мира, таких как Европа, Ближний Восток и Африка, расширяется гораздо медленнее.

Ожидается, что со временем использование полимербетона во всем мире будет расти. Необходимость замены существующего бетона по мере его старения, повышение осведомленности об использовании полимеров в бетоне, а также разработка новых и менее дорогих продуктов помогут вывести рынок полимербетона на более крупный масштаб.

Источники:
Раман Беди, Ракеш Чандра и С. П. Сингх, «Механические свойства полимербетона», Journal of Composites, vol. 2013 г., идентификатор статьи 948745, 12 страниц, 2013 г. doi: 10.1155 / 2013/948745
Trans Market Research. «Согласно исследованиям, рынок полимербетона вырастет к 2024 году». SBWire, SBWire, 7 ноября 2017 г., www.sbwire.com/press-releases/polymer-concrete-market-to-record-study-growth-by-2024-888575.htm.
Фото: All Proof Industries

Полимербетон

— обзор

16.5.1 Компоненты

ПК представляет собой композитный материал, в котором агрегаты связаны в полимерную матрицу. Таким образом, композит не содержит гидратированной цементной фазы. Поскольку использование полимера вместо портландцемента представляет собой существенное увеличение стоимости, ПК используется только в тех случаях, когда более высокая стоимость может быть оправдана превосходными свойствами (Rebeiz, 1996).

В ПК термореактивные смолы обычно используются в качестве основного полимерного компонента из-за их высокой термостойкости; термопластичные полимеры также используются в незначительной степени.Среди термореактивных смол в основном используются эпоксидные смолы для производства ПК из-за сильной адгезии, оказываемой этими смолами к большинству строительных материалов, их низкой усадки, хорошего сопротивления ползучести и усталости и низкой водопоглощения; однако они относительно дороги. Также используются ненасыщенные полиэфирные смолы из-за их превосходных химических и механических свойств в сочетании с их более низкой стоимостью (Rebeiz and Fowler, 1996). Другие материалы, которые используются для ПК, включают: метилметакрилат, стирол, сложные виниловые эфиры, фурфуриловый спирт и фурановые смолы, а также их сополимеры.Отвердители или инициаторы используются для ускорения реакций отверждения. Для любого ПК время работы и время отверждения зависят от концентрации любого компонента, температуры отверждения, массового объема.

Что касается заполнителей, с петрологической точки зрения используются известняк, базальт, кремнезем, кварц, гранит и другие высококачественные материалы, дробленые или уменьшенные в размерах естественным образом. Однако агрегаты можно также производить из побочных промышленных продуктов. Использование летучей золы в качестве наполнителя в полимербетоне очень привлекательно, поскольку она улучшает физические свойства поликарбоната, в частности его прочность на сжатие и изгиб (Harja et al., 2009; Bărbuţă et al., 2010). Было обнаружено, что влияние CaCO 3 в качестве наполнителя на ПК было даже более эффективным, чем эффект летучей золы. Это было связано с большей площадью поверхности частиц CaCO 3 и более высокой адгезией между связующим на основе смолы и заполнителем (Jo et al., 2007).

Заполнители должны быть сухими, очищенными от пыли и органических материалов. Фактически, влага и / или пыль на заполнителях снижают прочность связи между полимерной фазой и заполнителем.Правильная сортировка заполнителей обеспечит минимальный объем пустот для упакованного заполнителя. Это сводит к минимуму количество мономера, необходимого для обеспечения надлежащего связывания всех частиц заполнителя, и приводит к более экономичному ПК. Отношение заполнитель / смола варьируется в зависимости от состава мономера; его использовали в соотношении от 1: 1 до 15: 1 по весу, в зависимости от градации агрегатов (Muthukumar and Mohan, 2004). Вообще говоря, оптимальное содержание полимера варьируется от 12% до 14%; в частности, очень мелкие заполнители (наполнитель) составляют основной компонент полимербетона.

Сразу после добавления отвердителей или инициаторов жидкий мономер смешивается с крупными и мелкими агрегатами. Опалубка для производственного литья ПК должна быть стойкой к растворителям, иметь низкий коэффициент теплового расширения, иметь гладкую, очищаемую поверхность и предпочтительно должна быть хорошей теплопроводностью.

Процесс отверждения можно контролировать с помощью температуры, а также содержания и типа отвердителя. Процесс может занять от нескольких минут до часов. Некоторые составы выигрывают от нагревания в течение периода отверждения, тогда как другим просто требуется время при температуре окружающей среды.Отверждение может происходить при температуре от -15 ° C до 60 ° C (Rebeiz, 1996).

Оптимизация конструкции полимербетона: экспериментальное исследование

https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.01.191Получить права и содержание

Основные моменты

Полимербетонные смеси (ПК) были исследования с использованием методов разрушающего и неразрушающего контроля.

Оптимальный дизайн смеси ПК был определен с использованием методов Тагучи и ANOVA.

Температура во время испытаний оказалась наиболее важным параметром, влияющим на результаты разрушающих испытаний.

Прогнозные модели были предложены для определения прочности ПК на растяжение и изгиб при расщеплении.

Abstract

За последние несколько десятилетий полимербетон (ПК) нашел применение в быстром ремонте бетонных конструкций. Однако исследований механического поведения ПК проводилось очень мало.Целью этого исследования является оценка механического поведения ПК с помощью разрушающих и неразрушающих испытаний (NDT). Смеси были приготовлены с тремя различными соотношениями полимеров (10%, 12% и 14%) и двумя разными размерами крупных частиц (4,75–9,5 мм и 9,5–19 мм). Затем образцы были испытаны при трех различных температурах (-15 ° C, + 25 ° C и + 65 ° C). Метод Тагучи и дисперсионный анализ (ANOVA) использовались для оптимизации смесей ПК на основе прочности на сжатие, растяжение при расщеплении и изгибе при изменении содержания полимера, размера крупных агрегатов и температуры.НК, включая испытания на скорость ультразвуковых импульсов и удельное электрическое сопротивление, были проведены, чтобы получить представление о пористости и содержании пустот в образцах. Сканирующая электронная микроскопия (SEM) использовалась для анализа границы раздела между агрегатами и полимером, фазы микроструктуры и пор, которые присутствовали в структуре ПК. Результаты показывают, что снижение температуры с + 25 ° C до -15 ° C привело к улучшению механических свойств смесей ПК, тогда как повышение температуры с + 25 ° C до + 65 ° C отрицательно сказалось на механических характеристиках. характеристики.На основе неразрушающего контроля было обнаружено, что увеличение размера крупного заполнителя и соотношения полимеров снижает пористость образцов. Это объясняется уменьшением отношения площади поверхности к объему с увеличением размера частиц, что позволило полимеру полностью покрыть поверхность агрегатов. Наконец, был предложен набор выражений для прогнозирования механических свойств ПК.

Ключевые слова

Полимербетон (ПК)

Разрушающие испытания

Неразрушающий контроль (НК)

Механическое поведение

Метод Тагучи

Дисперсионный анализ (ANOVA)

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

текст

© 2018 Опубликовано Elsevier Ltd.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Его плюсы и минусы, использование и свойства

Хемали Патель — автор контента в GharPedia. Она имеет степень бакалавра гражданского строительства в Технологическом институте Пателя, Бхопал, Мадхья-Прадеш. Она страстно любит делиться знаниями. Имеет 3-летний опыт преподавания в инженерном колледже. Любит читать и путешествовать. Вы можете связаться с ней в LinkedIn, Facebook, Twitter и Quora.

Как вы должны знать, бетон пористый.Пористость бетона может быть вызвана воздушными пустотами, внутренней пористостью самой гелевой структуры или водяными пустотами. Пористость бетона — один из факторов, влияющих на прочность бетона. При повышении пористости прочность бетона снижается, а при уменьшении пористости повышается прочность бетона. Таким образом, различные процессы уплотнения бетона, такие как вибрация, давление и тряска, вращение и т. Д., Были применены для уменьшения пористости после укладки бетона.Эти методы очень полезны, но ни один из них не помогает уменьшить присущую гелю пористость или водяные пустоты. Поэтому используется новейшая технология пропитки мономером и последующей полимеризации, чтобы снизить присущую бетону пористость, что возможно с полимербетоном.

Развитие полимербетона привело к производству новых строительных материалов путем сочетания современных технологий и химии полимеров с древней технологией цементного бетона.

История полимербетона

Прогресс в области полимербетона начался после 1950-х годов, когда эти материалы использовались в качестве замены цементного бетона для некоторых конкретных применений. Сообщается о первичном использовании полимербетона для облицовки зданий. Позже этот бетон обеспечивает отличное сцепление со стальной арматурой. Эффект отверждения при температуре окружающей среды быстрый, поэтому быстро набирает силу.Следовательно, из-за высокой прочности и долговечности он теперь широко используется в качестве ремонтного материала.

Также читайте: Различные материалы для внешней облицовки для модернизации эстетики вашего дома!

Что такое полимербетон?

Согласно «ACI-CT-13», Американский институт бетона — Терминология по бетону-13 — Стандарт ACI, полимербетон — это «бетон, в котором органический полимер служит связующим веществом». Проще говоря, полимербетон — это сложный материал, в котором заполнитель связан в матрицу с смешанным полимерным связующим.Уменьшает пористость и увеличивает прочность бетона.

Обычно матрица полимербетона удерживает заполнители и наполнители более 75-80% своего объема и не содержит фазы гидратированного цемента. Хотя портландцемент также может использоваться в качестве наполнителя, он обладает уникальным сочетанием таких свойств, как прочность, хорошая адгезия и т. Д., В зависимости от конструкции бетонной смеси.

Полимерный бетон отличается от обычного бетона тем, что полимерное связующее используется вместо цемента для связывания заполнителей, хотя его можно использовать в строительстве так же, как и обычный бетон.Но он имеет несколько уникальных характеристик, которые делают его более прочным, чем традиционный бетон. Такие свойства полимербетона следующие:

Свойства полимербетона

01. Быстрое отверждение:

  • Эффект отверждения быстрый при температуре окружающей среды от –18 до + 40 ° C (от 0 до 104 ° f). Согласно «Раману Беди и др. (2013)», полимербетон развивает 70% прочности после одного дня выдержки при комнатной температуре, в то время как обычный бетон набирает только 20% прочности от своей 28-дневной прочности за один день.

02. Прочность:

  • Полимербетон имеет высокую прочность на растяжение, изгиб, прочность на сжатие и хорошую стойкость к истиранию по сравнению с цементобетоном.

03. Хорошая адгезия:

  • Хорошая адгезия к большинству поверхностей улучшает адгезию к старой поверхности.

04. Прочность:

  • Полимербетон обеспечивает хорошую долговечность бетона в отношении циклов замораживания и оттаивания, а также химического воздействия, поскольку он снижает проникновение хлоридов и солей.

05. Низкая проницаемость и водонепроницаемость:

  • Полимербетон имеет низкую проницаемость для воды и агрессивных растворов или химикатов.

06. Легкий вес:

Полимер играет важную роль в связывании органических субстратов друг с другом из-за его внутренней адгезионной природы. Полимерные материалы упаковываются либо в жидкой, либо в сухой форме, жидкую форму полимеров (латекс) обычно называют смолой.

На рынке доступны различные типы полимеров, но выбор конкретного типа смолы зависит от различных факторов, а именно от стоимости, требуемой химической или атмосферостойкости, желаемых свойств и т. Д.

Также читайте: Факторы, влияющие на прочность бетона

Типы полимерных материалов, используемых в полимерном бетоне

Наиболее часто используемые смолы для полимербетона следующие:

  • Ненасыщенная полиэфирная смола
  • Фурановые смолы
  • Акрил и стирол-акрил
  • Винилацетат-этилен (VAE)
  • поливинилацетат (ПВС)
  • Бутадиен-стирольная смола (SBR)
  • Метилметакрилат MMA
  • Стирол и полиэфирный стирол
  • Метанол
  • Эпоксидные смолы
  • Полиуретановые смолы (PUR)
  • Смола карбамидоформальдегидная и так далее.

Ненасыщенные полиэфирные смолы

Что касается полимербетона, ненасыщенные полиэфирные смолы являются наиболее универсальными используемыми полимерами благодаря их экономической эффективности, хорошим механическим свойствам бетона и доступности. Фурановые смолы также широко используются в европейских странах.

Использование / применение полимербетона

Полимерный бетон используется в специализированных строительных проектах, где требуется устойчивость к нескольким типам коррозии и поддерживается для обеспечения долговечности i.е. длиться долго. Его можно использовать как обычный бетон. Полимербетон используется в следующих работах:

  • Ремонт бетона, поврежденного коррозией
  • Предварительно напряженный бетон
  • Атомные электростанции
  • Электротехническое или промышленное строительство
  • Морские заводы
  • Сборные структурные компоненты, такие как резервуары для кислоты, люки, водостоки, разделительные барьеры на автомагистралях и т. Д.
  • Гидроизоляция конструкций
  • Канализационные и опреснительные установки

Преимущества полимербетона

  • Полимербетон можно наносить в очень тонких сечениях
  • Уменьшает проникновение углекислого газа, защищая бетон от карбонизации и, следовательно, потери щелочности.
  • Полимербетон обладает очень хорошей устойчивостью к коррозии и химической реактивности.
  • Полимерные вяжущие вещества очень быстро схватываются и придают стойкость к атмосферным воздействиям, поэтому пригодны для ремонта существующих конструкций.
  • Уменьшает усадку.
Также читайте: Испытание на карбонизацию бетона для анализа структуры

Ремонтные работы с полимерным бетоном

Недостатки полимербетона

  • Полимербетон очень дорог, чем обычный бетон.
  • Полимербетон требует высокого мастерства и точной работы при смешивании.
  • Может произойти неправильное дозирование двухкомпонентных материалов; таким образом, требуется правильный дизайн смеси.
  • Химикаты или смолы, используемые в полимербетоне, могут быть опасными; следовательно, использование масок и перчаток для защиты кожи является обязательным.

В заключение, полимербетон обычно используется в различных областях, таких как улучшенные методы ремонта, строительные конструкции, архитектурные компоненты и т. Д.Свойства полимербетона зависят от полимера, используемого в бетоне. Поэтому выбирайте подходящие типы полимеров для вашего бетона. Поэтому, как пользователю знание сильных и слабых сторон полимера, который вы используете в полимербетоне, имеет первостепенное значение. Следовательно, будьте осторожны при выборе полимера для бетона, чтобы избежать разрушения, так как правильный выбор будет определять успех или неудачу и долговечность конструкции или отремонтированной конструкции.

Также читайте:

Проницаемый бетон — устойчивый выбор в строительстве
Прозрачный бетон: современное эстетическое будущее для вашего дома!
Самоуплотняющийся бетон | Высокопроизводительный бетон
Основы бетона, армированного волокном

Изображение предоставлено: Изображение 1, Изображение 2, Изображение 3, Изображение 4

Хемали Патель (Hemali Patel) — автор содержания в GharPedia.Она имеет степень бакалавра гражданского строительства в Технологическом институте Пателя, Бхопал, Мадхья-Прадеш. Она страстно любит делиться знаниями. Имеет 3-летний опыт преподавания в инженерном колледже. Любит читать и путешествовать. Вы можете связаться с ней в LinkedIn, Facebook, Twitter и Quora.

Продемонстрируйте свои лучшие разработки

Навигация по сообщениям

Еще из тем

Используйте фильтры ниже для поиска конкретных тем

Полимерцементный бетон: свойства и применение

🕑 Время считывания: 1 минута

Полимерцементный бетон — это композитный бетон, состоящий из синтетического полимера в связующем материале.Полимербетон имеет преимущества более высоких свойств, низких энергозатрат и низких затрат на рабочую силу. Его также называют полимерным портландцементным бетоном (PPCC) или бетоном, модифицированным латексом (LMC). Состав, свойства и области применения полимерцементного бетона описаны ниже.

Состав полимерцементного бетона (ПКК) В портландцемент вводится форполимер (мономер) диспергированного полимера для получения ОКК. Эта комбинация создает полимерную сетку на месте в процессе отверждения бетона.Использование типичных виниловых мономеров может мешать процессу гидратации или ухудшаться. Таким образом, использование форполимеров оказывается более эффективным, поскольку они выполняют требуемую функцию. Чтобы улучшить механические свойства ОКК, эти форполимеры можно добавлять в более высоких пропорциях. Поскольку это свойство бетона основано на добавлении полимера, при добавлении латекса необходимо соблюдать особую осторожность и внимание. Используемая эмульсия увеличивает смазывающие свойства смеси. Следовательно, для удобоукладываемости смеси требуется только меньшее количество воды.
Требования к полимерам, используемым в PCC
  1. Латекс в условиях окружающей среды должен иметь способность образовывать пленку, чтобы он должным образом покрыл цемент и частицы заполнителя. Это помогает создать прочную связь между заполнителем и цементной матрицей.
  2. Растущий микростенд должен быть перехвачен полимерной сеткой. Это достигается за счет рассеивания энергии за счет образования микроволокон.
Полимерный латекс, используемый в PCC
  1. Поли (сложные виниловые эфиры)
  2. Полиэпоксиды (винилиденхлорид)
  3. Сополимеры
  4. Стирол Утадиен

Свойства полимерцементного бетона

1.Сильно непроницаемый Полимерная фаза в бетоне поможет уменьшить пористость и микротрещины, которые образуются в цементной матрице. Он действует как дополнительный связующий материал, отличный от используемого портландцемента.

2. Высокая прочность Плотный и водонепроницаемый бетон получается при использовании PCC. Это предотвращает химические атаки, проникновение воды и, следовательно, исключает возможность коррозии. Также предотвращаются внутренние микротрещины в цементной матрице. Это увеличивает срок службы конструкции.

3. Устойчивость к погодным условиям Конструкция PCC непроницаема, поэтому они меньше подвержены влиянию погодных условий.

Соображения при строительстве полимерно-цементного бетона
  1. Накладки PCC имеют отличную долговечность.
  2. Смешивание PCC должно производиться в мобильной бетономешалке.
  3. Обработка, размещение и отделка PCC должны быть завершены менее чем за 30 мин.
  4. PCC требует от одного до двух дней влажного отверждения с последующей сушкой на воздухе.
  5. Бутадино-стирольный PCC обладает превосходной стойкостью к внешним воздействиям или средам с присутствием влаги.
  6. Изменение цвета поверхности происходит при воздействии ультрафиолетового излучения на бетон, за исключением акриловых полимеров.
  7. Применяется для перекрытия настилов мостов, перекрытий, ямочного ремонта любых бетонных поверхностей толщиной от 4 до 100 мм для бетонов.
  8. Акриловые латексы используются для ремонта и ямочного ремонта полов, а также в тех случаях, когда важно сохранить цвет.
  9. Эти накладки создают высокопрочную износостойкую поверхность, которая очень устойчива к атмосферным воздействиям.
  10. PCC необходимо укладывать и отверждать при температуре от 7 до 30 ° C.
  11. Мобильные смесители непрерывного действия, оснащенные дополнительным резервуаром для хранения латекса, должны использоваться для больших применений полимерцементного бетона.
  12. Время смешивания ограничено до 3 минут для небольших партий или для смесителей раствора.
  13. PMC имеет тенденцию к растрескиванию из-за пластической усадки во время размещения, и необходимы особые меры предосторожности, когда скорость испарения превышает 0.5 кг / м2 / ч.
  14. Модуль упругости обычно ниже по сравнению с обычным бетоном, и поэтому его использование в элементах с осевой нагрузкой должно оцениваться соответствующим образом.
  15. Смеси поливинилацетата не должны подвергаться воздействию влаги.
  16. Эпоксидные эмульсии дороже.

Применение полимерцементного бетона

1. Облицовка настила моста Использование PCC помогает создать очень непроницаемую и водонепроницаемую поверхность, которая предотвратит проникновение влаги и хлоридов, что позволит избежать коррозии арматуры, отслаивания и микротрещин.

Рис.1: Покрытие из полимербетона для настила моста; Изображение предоставлено: The Aberdeen Group, Concrete Construction

2. Конструкция пола Повышенная химическая стойкость, высокие физико-механические свойства делают его лучшим выбором для строительства промышленных полов. Они также используются при строительстве тротуаров, где территория подвержена интенсивному движению.

3. Сборные конструкции Для производства сборного железобетона требуется хорошая обрабатываемость и характеристики термоотверждения.Могут быть получены блоки PCC с меньшим водоцементным соотношением.

Рис .: Сборные санитарные блоки PCC; Изображение предоставлено: Armorock

4. Используется в качестве заплаток PCC можно использовать для ямочного ремонта и ремонта обычного портландцементного бетона. Это увеличивает прочность и срок службы существующей конструкции. PCC необходимо наносить только после удаления старого материала.

-Состав полимербетона, [%]

Повреждения бетонных конструкций колонн из-за изгибающего момента необходимо отремонтировать и укрепить, чтобы избежать внезапного разрушения, применив соответствующие методы.Метод, применявшийся в этом исследовании, заключался в модернизации с применением бетона на основе полиэфирной смолы. Чтобы узнать влияние бетона на полиэфирной смоле на осевую нагрузку, жесткость, пластичность и характер повреждения колонн под действием эксцентрической нагрузки, была проведена экспериментальная лаборатория. В этом исследовании тестируются три образца колонки. Размер образца составляет 150 мм х 150 мм, высота колонны — 1200 мм, эффективная высота — 600 мм и 600 мм для выступа. Образцы колонны имеют фиксированный эксцентриситет 50 мм.Во-первых, первоначальные испытания колонны до достижения предела текучести арматурного стержня и ограничения трещины в бетоне до 0,4 мм. Кроме того, для каждого исходного образца колонны была проведена модернизация с использованием обычного бетона и бетона на основе полиэфирной смолы с содержанием смолы 15% и 20% соответственно. Модернизация колонны протестирована снова с той же нагрузкой на исходную колонну, пока она не достигнет нагрузки обрушения. Результат эксперимента сравнивается с методом анализа Nawy и Whitney, который представляет собой анализ нормальной пропускной способности бетонной колонны.Результат показал, что количество используемой смолы составляет 20% из-за лучшей обрабатываемости по сравнению с 15% смолы. Кроме того, испытание на сжатие цилиндра из смолобетона показало, что уровень смолы при 15% и 20% составляет 82,82 МПа и 76,65 МПа соответственно. Прочность KR-ii снизилась примерно на 33,523%. Прочность KR-15ii и KR-20ii увеличилась на 5,08% и 24,827% соответственно по сравнению с исходной колонкой. Жесткость колонны образцов KR-ii. KR-15ii и KR-20ii снизились примерно на 76,22%, 24,50% и 37,65% соответственно по сравнению с исходной колонкой.Кроме того, пластичность KR-ii, KR-15ii и KR-20ii снизилась примерно на 1,512, 1,250 и 2,50 соответственно. Изменения предельной грузоподъемности KR-ii, KR-15ii и KR-20ii по методу Нави соответственно — 26,54%, 12,66% и 13,83%, тогда как по методу Уитни соответственно — 17,68%, 26,25% и 27,56%.

Ответить

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *