11.7. Применение полимеров в бетонах и растворах

Цементные бетоны — главнейший строительный материал — не лишены недостатков. В частности, пористость бетона делает его недостаточно морозо- и коррозийностойким и проницаемым для жидкостей. Цементные бетоны быстро разрушаются под действием кислот. В некоторых случаях бетон нельзя применять из-за его хрупкости и невысокой износостойкости, кроме того, свежий бетон плохо сцепляется с поверхностью старого бетона. Этих недостатков не имеют бетоны, в которых минеральное вяжущее частично или полностью заменено полимерами: полимерцементные бетоны, бетонополимеры и полимербетоны.

Полимерцементные бетоны получают, добавляя полимер непосредственно в бетонную или растворную смесь. Количество полимерной добавки от 1 до 30% от массы цемента в зависимости от вида полимера и целей модификации бетона или раствора. Наибольшее распространение получили полимерцементные растворы и бетоны с добавкой водных дисперсий полимеров (например поливинилацетатной и акриловой дисперсии, латексов синтетических каучуков). Полимерные добавки используют также для модификации гипсовых материалов.

Применяют полимерцементные бетоны для покрытия полов промышленных зданий, взлетных полос аэродромов, для наружной отделки по кирпичным и бетонным поверхностям, устройства резервуаров для воды и нефтепродуктов.

Бетонополимер представляет собой бетон, пропитанный после затвердения мономерами или жидкими олигомерами, которые после соответствующей обработки переходят в твердые полимеры, заполняющие поры бетона. В результате этого более чем в 2 раза повышается прочность бетона (Rсж = 80–120 МПа) и его морозостойкость. Бетонополимеры практически водонепроницаемы. Для получения бетонополимера используют главным образом стирол и метилметакрилат, полимеризующиеся в бетоне соответственно в полистирол и полиметилметакрилат.

Существенный недостаток бетонополимера — значительное усложнение технологии бетона: затвердевшее бетонное изделие перед пропиткой необходимо высушить, пропитывают его под вакуумом. Кроме того, работа с мономерами требует тщательного соблюдения техники безопасности.

Полимербетон — разновидность бетона, в котором вместо минерального вяжущего использованы термореактивные полимеры: эпоксидные, полиэфирные, фенолоформальдегидные. Полимербетон получают, смешивая полимерное связующее и заполнители. Связующее состоит из жидкого олигомера, отвердителя и тонкомолотого минерального наполнителя, который уменьшает расход полимера и улучшает свойства полимербетона. Твердеют полимербетоны при нормальной температуре в течение 12–24 ч, а при нагревании — еще быстрее.

Главное свойство полимербетона — высокая химическая стойкость как в кислых, так и в щелочных средах. Кроме того, полимербетоны обладают высокой прочностью (Rсж = 60–100 МПа), плотностью, износостойкостью и отличной адгезией к другим материалам. Наряду с этим полимербетоны характеризуются повышенной деформативностью и невысокой термостойкостью.

11.8. Полимерные материалы и изделия в мелиоративном и водохозяйственном строительстве

В мелиоративном и водохозяйственном строительстве широко используют полимерные материалы. При строительстве мелиоративных систем применяют гибкие шланги из технической капроновой ткани с двусторонним полиизобутиленовым покрытием, полиэтиленовые трубы, гофрированные дренажные трубы из полиэтилена и поливинилхлорида, муфты соединительные для гончарных труб, защитно-фильтрующие полимерные материалы (пенополистирол, холст из полиэтиленовых волокон), различные полимерные пленки, дождевальные насадки, капельницы, герметизирующие материалы, водопроводные задвижки, полимербетоны и растворы, пропитывающие и отделочные полимерные материалы.

Трубы из полимерных материалов широко используют для строительства напорных трубопроводов (подземных и наземных), оросительных систем, закрытого дренажа, трубчатых гидротехнических сооружений, трубопроводов, транспортирующих жидкие и газообразные вещества, к которым они химически стойки. В качестве материалов для изготовления полимерных труб используют полиэтилен, поливинилхлорид, винипласт, полипропилен, фторопласт, стеклопластик, текстолит.

Полиэтиленовые трубы изготовляют методом непрерывной шнековой экструзии (непрерывное выдавливание полимера из насадки с заданным профилем). Напорные полиэтиленовые трубы выпускают четырех типов: легкий тип Л — для рабочего давления 0,25 МПа, среднелегкий тип СЛ — для рабочего давления 0,4 МПа, средний тип С — для рабочего давления 0,6 МПа и тяжелый тип Т — для рабочего давления 1 МПа. Из полиэтилена высокого давления выпускают трубы типа Л наружным диаметром 63–630 мм; типа СЛ наружным диаметром 40–630 мм; типа С наружным диаметром 25–450 мм; типа Т наружным диаметром 10–280 мм.

Из полиэтилена низкого давления выпускают трубы типа Л наружным диаметром 32 —160 мм; типа СЛ наружным диаметром 16–125 мм; типа С наружным диаметром 16–125 мм; типа Т наружным диаметром 10–125 мм.

При строительстве закрытого дренажа на орошаемых и осушаемых землях широко используют полиэтиленовые гладкостенные и гофрированные перфорированные трубы.

Поливинилхлоридные трубы. В мелиоративном строительстве применяют пластмассовые трубы как из полиэтилена низкого давления, так и из непластифицированного поливинилхлорида. Масса погонного метра первых на 12–40% больше массы вторых. По ударной прочности трубы из поливинилхлорида имеют ограниченное (сезонное) использование: в зимнее время их не укладывают из-за низкой морозостойкости. Полиэтиленовые трубы применяют при температурах до –30 ^оС.

Площадь водоприемных отверстий на 1 м трубы из поливинилхлорида составляет 20–40 см², из полиэтилена — 14–23 см². Срок службы одинаковый — 50 лет.

Защитно-фильтрующие материалы. Для защиты дренажа от заиления и обеспечения интенсивного поступления воды в дрены на весь период эксплуатации наряду с традиционными материалами (гравий, керамзит, торф, мох, солома и т. п.) применяют рулонные защитно-фильтрующие материалы (ЗФМ) из синтетических волокон (полиэтилена, полипропилена, полиамида, полиэфира), а именно: полотна нетканые — иглопробивное, клееное, каркасное.

Толщина нетканого материала — не менее 0,6 мм, коэффициент фильтрации — не менее 5x10–4 м/с при давлении 20 кПа.

Полимерные пленки. Перспектива применения полиэтиленовой пленки в строительстве как гидроизоляционного материала подземной части зданий и сооружений промышленного и гражданского строительства, а в водохозяйственном строительстве — в качестве противофильтрационных экранов обусловлена их водонепроницаемостью, высокой прочностью, гибкостью, сравнительно невысокой стоимостью.

В защитных экранах главную роль в продлении срока службы полимера играет защита его от действия ультрафиолетового излучения и повышенных температур. Защитными свойствами обладают вводимые в состав полимера стабилизаторы — вещества, тормозящие процесс старения. Для полимерных пленочных материалов, применяемых в гидротехническом строительстве, в качестве светоэкранирующего агента используется газовая сажа, вводимая в количестве 1,5–2%, которая защищает полимер от окислительных и термических воздействий.

Дополнительной защитой служит слой уплотненного грунта толщиной 30 см и более, монолитные бетонные покрытия толщиной более 10 см и сборные железобетонные плиты толщиной 6–10 см, предохраняющие материал от механических повреждений.

Полиэтиленовые пленки устойчивы против действия отрицательных температур в пределах до –70 ^оС, а поливинилхлоридные до –20 ^оС. При более низких температурах материалы теряют свою эластичность, становятся хрупкими и при действии нагрузок могут легко растрескиваться. При подземном заложении пленочных экранов воздействие таких температур исключается.

Полиэтиленовая пленка изготовляется из полиэтилена при высоком давлении (низкой плотности) в чистом виде, нестабилизированная (с небольшим количеством противостарителей-алинов или 0,5–1,5% газовой сажи) различных цветов в зависимости от применяемого стабилизатора или пигмента. Пленка обладает высокой химической стойкостью, особенно к минеральным кислотам, в том числе к концентрированной плавиковой кислоте и щелочам, за исключением концентрированной азотной кислоты.

Армированные пленки — это композиционные материалы, арматура которых в виде тонких и высокопрочных синтетических или стеклянных волокон обеспечивает прочность и жесткость полотна, а полимерное связующее — создание единого водонепроницаемого материала. В качестве армирующего слоя используют различные техноткани: капрон, холст жесткий конструктивный нитевой, марля, отходы льняной промышленности, стеклоткани.

Армированные пленки по прочности в 5–10 раз превосходят неармированные.

В водохозяйственном строительстве для использования полиэтиленовой пленки в качестве противофильтрационных экранов каналов и водохранилищ рекомендуется применять пленку черного цвета, стабилизированную газовой сажей толщиной 0,2–0,4 мм.

Для крепления откосов осушительных каналов в неустойчивых грунтах применяют пористые плиты из зимостойкого полимеробетона на основе эпоксидных или кумароноинденовых смол. Высокой водостойкостью и износоустойчивостью обладают полимербетоны на фенолоформальдегидных смолах. Откосы осушительных каналов можно закреплять также сборными элементами из бетонов, модифицированных асфальтополимерными добавками. Использование такого бетона позволяет строить технологичные, дешевые и устойчивые на морозе облицовочные плиты для каналов.