Ю. В. Максимов
Г. К. Соловьев
В. П. Трамбовецкий
Аннотация.
Существенным преимуществом композиций на основе метилметакрилата (ММА) в сравнении с наиболее распространенными связующими П-бетонов (эпоксидными, полиэфирными и другими олигомерами) является их низкая вязкость и способность полимеризоваться при отрицательных температурах. При понижении температуры от + 200 С до — 300 С время отверждения ММА увеличивается от нескольких минут до нескольких часов, а вязкость возрастает с 2 до 5 сантипуаз. При этом предварительный подогрев ММА, наполнителя или бетона в несколько раз сокращает время отверждения. Сохранность технологических свойств композиции на основе ММА при отрицательных температурах и высокие прочностные показатели, получаемые после ее отверждения, позволяет успешно использовать зимой композицию в качестве пропиточного материала для бетона и кирпича, связующего для полимербетона, а также ремонтного, в том числе инъекционного материала.
Введение.
Основными видами связующих П-бетонов являются эпоксидные, полиэфирные, фурановые, изоцианатные олигомеры и их модификации. Выбор указанных олигомеров в качестве связующих обусловлен следующими их свойствами, достигаемыми при положительных, в том числе повышенных температурах переработки:
- высокими физико-механическими показателями полимеров, которые после отверждения образуют пространственную сетку;
- высокой адгезией к сухим чистым поверхностям, имеющим минеральное, металлическое или органическое происхождение;
- возможностью легкого регулирования вязкости, скорости отверждения и других технологических свойств.
Однако, при понижении температуры переработки до 00 С и ниже, вследствие резкого увеличения вязкости и времени отверждения олигомеров, становятся практически недостижимыми высокие физико-механические и адгезионные показатели полимеров и, следовательно, требуемые свойства П-бетонов.
Сохранность технологических свойств при пониженных, и особенно при отрицательных температурах особенно важна для композиций, используемых в ремонтновосстановительных работах, которые часто необходимо проводить в зимнее время на открытых строительных площадках.
В нашей работе приводятся некоторые результаты исследований и практического использования П-бетонов на основе метилметакрилата, отверждаемого при отрицательных температурах.
Основным достоинством композиций на основе ММА являются их низкая вязкость, (1 ÷ 5 сантипуаз), что позволяет использовать их в качестве: пропиточного материала для бетона, дерева, кирпича; связующего полимербетонов; инъекционного материала для заделки трещин, полостей и других дефектов.
Экспериментальная часть.
В используемой нами низковязкой полимеризующейся композиции (НВПК) на основе метилметакрилата, отверждающейся при температурах до минус 300 С сохраняются все перечисленные достоинства композиций, отверждаемых при положительных температурах.
В состав НВПК, помимо ММА, входят сшивающие агенты, добавки, подавляющие испарение мономера, регуляторы вязкости, а также ускоритель и инициатор полимеризации.
На рис. 1 приведены зависимости вязкости (h) и времени гелеобразования (τ) от температуры (t) композиции на основе ММА, а также зависимость вязкости чистого мономера ММА от температуры. После введения в ММА вышеперечисленных добавок вязкость полученной композиции возросла с 0,71 до 2,2 сантипуаз. При понижении температуры вязкость НВПК повышается быстрее, чем вязкость ММА, чему способствуют растворенные в композиции высокомолекулярные модификаторы.
В связи с тем, что время гелеобразования (рис. 1) и отверждения увеличиваются с понижением температуры, повышаются потери мономера, вызванные его испарением или утечками при наличии сквозных дефектов в обрабатываемой конструкции. Поэтому необходимо было изучить возможности форсированного отверждения НВПК при отрицательных температурах окружающей среды, но с подогревом самой композиции или твердой поверхности на которую она наносилась. Опробованы следующие варианты сочетания условий зимнего отверждения композиций на основе ММА в технологии Пбетонов:
а). холодная НВПК + холодный бетон или наполнитель;
в). подогретая до начала гелеобразования НВПК (500 С) + холодный бетон или
наполнитель;
с). холодная НВПК + подогретый с поверхности до 600 С бетон или наполнитель.
Измерение времени отверждения (τр) композиций при отрицательных температурах проводили как на наполненных так и ненаполненных образцах. Образец ненаполненной композиции разлитой слоем 0,3 ÷ 0,5 мм по поверхности бетона считали отвердевшим, если у этого образца исчезал поверхностный отлип. Подобный метод контроля времени твердения (высыхания) принят для лакокрасочных покрытий. Параллельно готовили образцы полимербетона, получаемого пропиткой композицией на основе ММА сухого строительного песка с Мкр = 1,9. НВПК заливали сверху на песок, засыпанный в формы — кубы размером 10 х 10 х 10 см и выдерживали при температуре воздуха в течение 1 суток. Приготовление образцов — заливку, отверждение и контрольные замеры — проводили в зимнее время при температуре от 00 до минус 300 С.
Предварительными измерениями было установлено, что при повышении температуры композиции до + 500 С время гелеобразования сокращается до 1 — 1,5 мин. В табл. 1 приведены зависимости времени отверждения НВПК (по потере отлипа) от ее температуры и температуры бетона, из которых видно, что предварительный подогрев композиции до 500 С или бетона в значительной степени форсирует отверждение нанесенного слоя. Так при — 200 С отверждение холодной НВПК на холодной поверхности бетона составляет около 3 часов. Предварительный поверхностный прогрев бетона, равно как подогрев композиции на основе ММА позволяет более чем в 4 раза сократить время ее твердения. Однако прочность получаемого таким способом полимербетона ниже на 25% прочности полимербетона, полученного из композиции и песка, имеющих температуру 200 С.
Понижение температуры бетона и композиции с + 200 С до 0, — 20 и — 300 С приводит к возрастанию времени отверждения с 0,5 до 4 часов. При этом снижение прочности полимербетона не столь ощутимо, как при использовании подогретого бетона или композиции.
Низковязкая полимеризующаяся композиция на основе метилметакрилата в зимнее время была использована на строительстве ряда отечественных зданий и сооружений.
На строительстве Храма Христа Спасителя в г. Москве в 1994-95 гг. при устройстве пропиточной горизонтальной гидроизоляции реализовались варианты а) и в). Работы выполнялись при температурах — 8 ÷ — 240 С с использованием высокоскоростных методов сушки бетона. Композицию наносили на железобетонные фундаменты стен, колон и пилонов методом разлива по горизонтальной поверхности. При этом глубина пропитки составила 5 ÷ 7 мм с обеспечением водонепроницаемости W20. Через 5 ÷ 7 часов после окончания работ проводили укладку бетона на отвержденную гидроизоляцию.
При ремонте и усилении железобетонных подферменников (в мостовых конструкциях) последние были полностью пропитаны композицией на основе ММА с предварительным заполнением объемных дефектов песком по вариантам а) и с), в результате чего была восстановлена несущая способность разрушенных подферменников без демонтажных работ.
Низкая вязкость композиций на основе ММА делает ее эффективной для использования в инъекционных работах, так как благодаря высокой проникающей способности при относительно небольших давлениях легко заполняются трещины с шириной раскрытия менее 0,1 мм, а также поры, каверны и скрытые раковины. Инъекционное заполнение трещин осуществлено на ряде мостов и путепроводов при реконструкции кольцевой автомобильной дороги вокруг Москвы, а также на некоторых заглубленных сооружениях.
Рис. 1
Рис.1. Зависимость времени гелеобразования (1) и вязкости (3) композиции на основе ММА и вязкости чистого ММА (2) от температуры
Заключение.
Таким образом использование низковязкой полимеризующейся композиции на основе ММА позволяет осуществлять гидроизоляционные и ремонтные работы в зимнее время, при высоких темпах и качестве выполнения работ.
* В числителе — время отверждения композиции (мин.), в знаменателе — предел прочности при сжатии (МПа) полимербетона, отвержденного в течение 1 суток при отрицательной температуре.
Перевод доклада, представленного на 23-ю Конференцию OUR WORLD IN CONCRETE & STRUCTURES, Сингапур, август 1998.