CC BY
29
УДК [725.95:691.328].004.5:678.6
А. В. КРАСНЮК, А. Л. КОРЕЙКО (ДИИТ), Е. С. ХАРЧЕНКО (ПГАСиА)
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПОЛИМЕРНЫХ СОСТАВОВ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНЫХ СМОЛ ДЛЯ РЕМОНТА И ЗАЩИТЫ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СООРУЖЕНИЙ
Наведено результаты дослвджень пол1мерних сумшей на ochobî епоксидних смол для ремонту i захисту бетонних i залiзобетонних споруд. Розроблено моделi, що вщображують фiзико-механiчнi i реологiчнi влас-тивосп композита. Проведено аналiз отриманих результапв.
Приведены результаты исследований полимерных составов на основе эпоксидных смол для ремонта и защиты бетонных и железобетонных сооружений. Разработаны модели отражающие физико-механические и реологические свойства композита. Проведен анализ полученных результатов.
The article presents results of studies of epoxy-based polymeric composition of for repair and protection of concrete and reinforced-concrete facilities. Models have been designed, reflecting physical, mechanical and rheological properties of the composite. Analysis of the obtained results has been made.
Известно, что бетонные и железобетонные сооружения под воздействием агрессивных природных и антропогенных факторов разрушаются. Попеременное увлажнение и высыхание, замораживание и оттаивание, механические воздействия льдов, химические и биологические воздействия являются основными причинами разрушения бетона [1-3].
Одним из путей решения этой проблемы является разработка материалов и технологий, направленных как на повышение стойкости вновь создаваемых конструкций и сооружений, так и на восстановление и увеличение ресурса конструкций и сооружений, требующих ремонта.
Строительный рынок сегодня предлагает широкий выбор материалов для защиты бетона -гидроизолирующие покрытия, гидрофобные пропитки, мастики, эмульсии, пасты, полимерные и полимерцементные композиции и т. п. Однако эти материалы имеют высокую стоимость из-за производства их за пределами Украины. Поэтому сегодня особенно актуальным является вопрос создания конкурентоспособных и недорогих ремонтных материалов на базе отечественных производителей.
На первом этапе исследований следовало определиться с материалами и способами ремонта.
Как показал литературный анализ, сегодня при ремонте и защите бетонных и железобетонных сооружений наиболее широко применяют инъектирование, торкретирование и окраску поверхности конструкций полимерными и поли-мерцементными растворами. Следует отметить, что значительная часть полимерных ремонтных композиций зарубежного производства готовится на основе эпоксидных смол [3-6].
Композиции на основе эпоксидных смол имеют высокие физико-механические и адгези-
онные показатели, стойкие к химическим воздействиям, и не теряют свои свойства при длительном хранении. Однако в Украине из-за недостатка исследований эпоксидные смолы отечественного производства практически не используются.
Нами была поставлена задача - разработать эффективные полимерные растворы на основе эпоксидных смол для ремонта и защиты бетонных и железобетонных сооружений. Для реализации этой задачи в 2004 г. была подана заявка на выделение гранта Президента Украины, в результате чего в конце 2004 г. был подписан договор с Фондом фундаментальных исследований при Министерстве образования и науки Украины.
На первом этапе исследований необходимо было провести анализ влияния микронаполнителя на свойства полимерного композита. Для проведения исследований были выбраны следующие материалы: полимерная эпоксидная смола (ЭД-22), отвердитель - полиэтиленполиа-мин (ПЭПА), микронаполнитель - пыль газоочистки производства ферросилиция (ПГПФ).
С целью получения максимального количества информации при минимальном количестве лабораторных опытов, был проведен планированный эксперимент. Варьируемые факторы приведены в табл. 1.
Таблица 1
Варьируемые факторы, кг/м3
Уровни Смола ЭД-22, (X!) Отвердитель ПЭПА, (X2) Микронаполнитель ПГПФ, (X3)
-1 300 20 0
0 400 60 400
+1 500 100 800
На основании проведенных экспериментов получены модели, отражающие зависимости прочности образцов на сжатие в возрасте 7, 14 и 28 сут. и времени полимеризации.
За основу поиска моделей, описывающих требуемые зависимости, брался полином следующего вида:
У = а0 + а1 Х1 + а2 Х2 + а3 Х3 + а11 Х12 +
+азз Хд + ап Хх Х^2 + а^ъ Х1Хд + а^^ Х2 Хд +
+а123Х1Х2Х3 >
где У - отклик модели; а{, а^ - коэффициенты при отдельных членах полинома, причем а0 -свободный член полинома; Х1 - варьируемые факторы в кодовом виде.
В табл. 2 приведены коэффициенты полинома, отражающего прочность при сжатии полимерной композиции в возрасте 28 сут., что отражает результаты построения моделей.
Таблица 2
Коэффициенты полинома
Обозначение Значение
a0 2,773
ax -0,453
a2 0,723
a3 -0,734
a11 0,008
a22 -0,841
a33 0,633
a12 0,799
a13 0,320
a23 0,217
a123 -0,382
Полученные модели позволяют рассчитать состав заданной прочности при сжатии в интервале 20... 120 МПа. При этом погрешность составляет 6.10 %.
Установлено, что количество отвердителя и микронаполнителя существенно влияет на изменение физико-механических характеристик полимерной смеси.
Найден оптимальный интервал соотношений между эпоксидным вяжущим, отвердителем и микронаполнителем, что позволяет получить материал с достаточно широким спектром свойств.
Полученные модели можно рассматривать как в отдельности, предъявляя требования к одному свойству полимерной смеси, так и в комплексе. Например, искать состав полимерного композита с минимальным временем полимеризации и, в тоже время, максимальной прочностью.
Разработанные составы можно использовать как для инъектирования, так и для защиты поверхности бетонных и железобетонных конструкций.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:
1. Пшинько А. Н. Подводное бетонирование и ремонт искусственных сооружений: Монография. -Д.: Пороги, 2000. - 411 с.
2. Хаютин Ю. Г. Монолитный бетон: Технология производства работ. - М.: Стройиздат, 1991. - 576 с.
3. Патуроев В. В. Полимербетоны / НИИ бетона и железобетона. - М.: Стройиздат, 1987. - 286 с.
4. Treece R. A.; Jirsa J. O. Bond Strength of Epoxy-Coated Reinforcing Bars // ACI Materials Journal. -1989. - V. 86. - No. 2. - Mar. - Apr. - P. 167-174.
5. Vipulanandan C.; and Dharmarajan N. Analysis of Fracture Parameters of Polymer Concrete // ACI Materials Journal. - 1989. - V. 86. - No. 4. - July-August. - P. 383-393.
6. O'Sell G., Joneas J.J. Yield and transient effects during the plastic deformation of solid polymers // Mater.Sci. - 1981. - V.16, № 8. -P. 1956-1974.
Поступила в редколлегию 21.03.2005.
