Полимеры помогают усовершенствовать бетон

В Берлине, в Федеральном институте исследовании и испытаний материалов (ВАМ), состоялся очередной 11-й Международный конгресс, посвященный применению полимеров в бетоне. Начиная с первого конгресса по применению полимеров в бетоне, состоявшегося в Лондоне в 1975 г, на каждом последующем конгрессе основное внимание уделялось обобщению накопленного опыта и поиску путей дальнейшего развития этой специальной области материаловедения. Прошедший в Берлине конгресс ещё раз подтвердил, что бетоны, модифицированные полимерами, достаточно удачно вписываются в современные концепции устойчивого развития, продлевая жизнь многим зданиям и сооружениям и помогая сохранению природных ресурсов и энергии. Если в начальный период развития ученые и специалисты, основные надежды возлагали на широкое и успешное применение так называемых бетонополимеров, т.е. цементных бетонов, пропитанных низковязкими мономерами с применением специальных технологий пропитки и полимеризации, то несколько позже их внимание переключилось на полимербетоны, т.е. бетонные композиции, где в качестве вяжущего использовались полимерные смолы (акриловые, эпоксидные, полиэфирные и т.д.) или расплавы серы И те, и другие материалы обладали значительными достоинствами (высокой прочностью, коррозионной стойкостью, долговечностью и т.д.), нашли заметное применение во многих областях строительства (мосты, полы промзданий, спортивные арены, трубы и коммуникационные каналы, хранилища и резервуары) и машиностроения (фундаменты под оборудование, станины станков), но выявленное затем неблагоприятное соотношение цена - качество, и низкая температуро- и огнестойкость со временем резко ограничили объемы и области их применения.

Следующим этапом развития стало применение так называемых бетонов, модифицированных полимерами. В отличие от бетонополимеров и полимербетонов новый класс бетонов изготовляют по более традиционной технологии, при которой полимеры используются наподобие химических добавок. Упрощение технологии и снижение стоимости при одновременном улучшении физико-механических характеристик сделали новый класс бетонов привлекательным для изготовления коррозионностойких и высокопрочных изделий и конструкций, а также отличным материалом для ремонта и усиления железобетонных зданий и сооружений наряду с известными технологиями ремонта методом пропитки поверхности изделий низковязким метилметакрилатом ММА. Для повышения безопасности таких работ в настоящее время разработаны низковязкие и слабоулетучивающиеся композиции мономера 2-гидроксиэтил метакрилата, применение которых дает существенное уменьшение влаго- и воздухопроницаемости изделий. Модификация композиций на основе мономера метилметакрилата полиуретанами и бутилакрилатами позволила существенно снизить их летучесть и улучшить эксплуатационные свойства (адгезию, деформативность и др.).

Разработанные сотрудниками НИИЖБ композиции, сохраняя низкую начальную вязкость, способствующую глубокой пропитке поверхности конструкций и ликвидации дефектов, отверждаются как во влажных условиях, так и при отрицательной температуре окружающего воздуха (до -30°С). Композиции предназначены как для устранения поверхностных дефектов (пропитка), так и для инъекционного устранения объемных дефектов бетонных, кирпичных и каменных конструкций (трещины, внутренние неплотности рабочих швов бетонирования, швы кирпичной кладки и т.п.) Наиболее активные разработки в области модификации цементных бетонов и растворов полимерными композициями в настоящее время осуществляются в Японии, в частности в университете г. Корияма под руководством профессора И. Охама. Среди новых разработок следует упомянуть применение дисперсий стиролбутадиеновых латексов, эмульсий полиэтиленвинилацетатных и полиакриловых эфиров, полимерных порошков с восстанавливаемой дисперсией (полиэтиленвинилацетат) и других композиций. К новинкам можно отнести модификацию растворов и бетонов стандартной эпоксидной смолой, причем модифицирующая композиция в этих случаях используется без отвердителя, что существенно снижает ее токсичность. Полимеризация смолы проистекает в ходе гидратации цемента, а в случае ее ускорения за счет прогрева наблюдается заметный рост прочности бетона. Особо следует отметить тот факт, что конструкции из такого бетона и раствора проявляют эффект самозалечивания образующихся микротрещин и могут быть отнесены к классу так называемых "интеллектуальных" материалов. К этому же классу относятся и растворы, модифицированные гидрокалумитом нитритного типа [ЗСаО o Al2O3 o Ca(NO2)2 o nH2O], представляющего собой ингибитор коррозии, адсорбирующий ионы хлора (Сl-). Эти растворы при содержании в них около 10% калумита отличаются долговечностью и рекомендуются для ремонта сильно поврежденных железобетонных конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах.

Определенный интерес представляют полимеры-суперадсорбенты, которые вводятся в состав ингредиентов цементного бетона при изготовлении железобетонных конструкций. При образовании в процессе эксплуатации трещин и попадании в них влаги образуется гель, предотвращающий дальнейшее проницание жидкости. Созданы новые экологически безопасные жидкие эпоксидные и полиэфирные смолы, вяжущие на основе метакрилата с малым выделением запаха, малоусадочные смолы ненасыщенных полиэфиров и т.д. Большой интерес вызывают цементные растворы, модифицированные полимерами, содержащими фотокатализатор (диоксид титана), которые при применении в дорожных покрытиях эффективно нейтрализуют выхлопные газы автомобилей (окислы азота).

Для повышения соле- и морозостойкости дорожных бетонов, например в Сербии, с успехом применяют модификацию бетонов с помощью стиролбутадиеновых латексов, которые вводятся как в бетоны несущих конструкций, так и в растворы защитных слоев.

В Южной Корее получены весьма впечатляющие результаты по разработке долговечных и достаточно прочных легких бетонов (объемная масса от 1020 до 1160 кг/м3) на основе ненасыщенных полиэфирных смол, отвердителя, стальной фибры и смеси искусственных легких заполнителей, которые могут применяться для создания как обычных строительных изделий, так и для дренирующих элементов (объемная масса от 930 до 960 кг/м3).

Так как бетоны с полимерами представляют собой материалы с уникальными свойствами, то их определение требует соответствующих уникальных методов испытаний. Так, например, активные работы по стандартизации методов испытаний и разработке требований к качеству бетонов с полимерами осуществляются в Японии. К настоящему времени там действуют более пяти десятков стандартов, которые были разработаны Комитетом промышленных стандартов (JIS), институтом бетона (JCI), архитектурным институтом (AU) и обществом строителей (JSCE) Японии.

В США ведутся работы по поиску полимеров с более стабильными свойствами в широком диапазоне температур, а также полимеров, наиболее совместимых по свойствам с бетонными смесями для максимального улучшения их конструктивных характеристик. Значительные усилия направляются на разработки мономеров, пригодных для более эффективной пропитки бетонных изделий и конструкций в заводских условиях и на стройплощадке, а также на поиски полимерных смол, которые могут быть использованы повторно, или рециклированы.

Итогом конгресса, помимо оживленных дискуссий по обсуждению целей и задач будущих исследований, стал сборник трудов ICPIC-04, замечательно изданный под редакцией председателя Оргкомитета доктора М. Maultzsch немецким Федеральным институтом исследований и испытаний материалов (ВАМ).