CC BY
143
ГРНТИ 67.09.33
Айткалиева Гульзат Сляшевна
доктор PhD. ст. преподаватель.
Факультет химических технологий и естествознания.
кафедра «Химия и химические технологии».
Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова. г. Павлодар. 140008. Респу блика Казахстан. Утетилеуов Еркебулан Иманбердиевич
магистрант. Факультет химических технологий и естествознания, кафедра «Химия и химические технологии».
Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова. г. Павлодар. 140008. Республика Казахстан.
ПОЛИМЕР БЕТОНЫ: ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ
Известно, что бетон является одним из наиболее /юснрост/хгнённых строительных материалов, состав которого безусловно определяет качество конструкции. Для создания максимально плотного и соответственно, прочного бетона необходимо провести тщательный подбор составляющих бетона. В настоящей работе п/х)всден анализ литературных источников по выявлению перспективных методов повышения физико-механических характеристик бетонов с помощью полимеров, серы. Анализом профильной литературы выявлено, что для улучшения прочностных характеристик предложено использовать серу и полимер совместно.
Ключевые слова. Бетон, полимер, сера, полимер серный бетон, серный бетон.
ВВЕДЕНИЕ
Наиболее распространенным материалом в современном строительстве является бетон, к основным характеристикам которых относятся стойкость к внешним воздействиям, химическая стойкость, прочность и морозостойкость.
Состав бетонной смеси подбирают таким образом, чтобы бетон к определенному сроку твердения имел заданные свойства. Бетон имеет конгломератное строение, т.е. состоит из большого количества зерен заполнителя, связанных затвердевшим вяжущим веществом (цементом).
Поиск путей повышения прочности, плотности, химической стойкости и долговечности бетона привели к созданию обширной группы бетонов с добавками различных модификаторов и вяжущих [1,2].
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Группу бетонов, изготавливаемых с добавками полимеров, а также на основе полимерных заполнителей или вяжущих стали называть полимербетонами [3].
Анализ особенностей полимерных бетонов выявил, что основные возможности использования полимеров в производстве бетонов сводятся к трем принципам:
- полная или частичная замена неорганического заполнителя органическим;
- полная или частичная замена неорганического вяжущего органическим;
- введение органического вяжущего в объем пор обычного цементного бетона.
Основные свойства полимербетонов определяются химической природой синтетической смолы, видом и содержанием мелкодисперсной фракции наполнителей. Крупные фракции заполнителей (песок и щебень), выполняя в основном роль скелета, влияют на основные физико-механические свойства в меньшей степени. Поэтому для неармированных материалов после слова «полимербетон» указывают сокращенное название полимерного связующего и вид мелкодисперсного наполнителя; для армированных материалов перед названием материала упоминают вид армирования, например, полимербетон ФАМ на андезите, полимербетон ПИ на маршаллите, сталеполимербетон ФАМ на аглопорите и т.д. [4].
В производстве полимербетона применяется сравнительно небольшой набор полимерных связующих. Однако, если учесть различные комбинации между мономерами и олигомерами и возможность модифицирования полимерных связующих добавками, количество применяемых в настоящее время композиций возрастает до нескольких десятков.
За рубежом опробованы десятки различных полимеров, испытываются разнообразные пути их совмещения с бетоном в конструкциях, быстро накапливаются экспериментальные данные о технологиях и свойствах модифицированных бетонов.
Полимербетоны могут быть получены как на основе термореактивных, так и термопластичных полимеров. В то же время следует отметить, что полимербетоны, предназначенные для изготовления несущих строительных конструкций, изготовляют в основном на основе термореактивных смол, термопластичные же полимеры в большинстве случаев используются для полимербетонов, которые применяют в защитных облицовках и в виде декоративно-отделочных материалов.
Термореактивная полимерная смола, такая как эпоксидная смола, сложный виниловый эфир и ненасыщенный полиэфирная смола - некоторые типично доступные коммерческие смолы, которые используются исключительно в качестве связующего в полимерном бетоне (ПБ) и предпочтительнее по сравнению с термопластичными полимерами из-за его более высокой прочности и жёсткости [5-7].
Однако эпоксидные и виниловые эфиры смолы очень дорогие, чем полиэфирные смолы, поэтому ученые склонны выбирать ненасыщенную полиэфирную смолу в качестве связующего [8], даже когда он очень чувствителен к температуре [9]. По этой причине ПБ менее популярны в большинстве стран Юго-Восточной Азии и экваториальных страны. Высокие температуры, как правило, ускоряют полимеризацию процесса [10] и ставит под угрозу раннее развитие прочности ПБ, вызывая другие связанные с этим проблемы, такие как низкая работоспособность, высокая пористость, сотовая и более слабая связь материалов [11]. Это можно решить, выставив ПБ в прохладную комнату, но это делает не делают ПК более конкурентоспособными по стоимости, поскольку сам полимер уже дорого.
При высокой эффективности бетонополимеров недостатками применяемых в настоящее время технологий их производства является сложность и длительность процесса, необходимость использования дорогостоящего оборудования и дополнительных производственных площадей.
В последнее время в литературе часто встречаются случаи применения серы и серосодержащих отходов. Опираясь на опыт зарубежных коллег можно отметить, что положительными свойствами и достоинствами серосодержащих материалов являются: технологичность приготовления растворных смесей и бетонов; высокий набор прочности, связанный только со временем охлаждения и кристаллизации серы; относительно высокая прочность и стойкость к действию агрессивных сред, особенно к действию соле- и кислотной агрессии; низкое водопоглощение и очень высокая морозо- и водостойкость.
Для получения устойчивого полимера серу модифицируют различными химическими добавками-стабилизаторами. Известно, что элементарная сера способна вступать в химическое взаимодействие с непредельными углеводородами с образованием устойчивых сополимеров [12, 13]. При этом молекулы модификатора, встраиваясь в полимерные цепочки серы, стабилизируют ее состояние и предотвращают процессы кристаллизации.
Так, авторами работы [14] установлено, что при взаимодействии дициклопентадиена (ДЦПД) с расплавом элементной серы сначала образуется линейный сополимер. Его макромолекулы включают блоки полимерной серы и звенья ДЦПД, образовавшиеся после раскрытия одной двойной связи в молекуле диена. Далее протекает вулканизация этого преполимера элементной серой за счет второй двойной связи. Преимущественное использование ДЦПД обусловлено большей однородностью структуры композиции и высокой адгезией вяжущего к заполнителю, что увеличивает прочность материала [14].
Введение волокнистых наполнителей позволяет повысить прочность и предотвратить отрицательное влияние неравномерного охлаждения крупноразмерных изделий, а при введении в состав серосодержащего материала органических волокон предел прочности при сжатии и изгибе повышается, соответственно, на 50 и 120 % [15].
Особенностью серных бетонов является возможность повторного использования бракованных конструкций путем их дробления, вторичного расплава и формования. В отличие от этого обычные цементные или полимерные бетоны после формования изделия утрачивают вяжущие свойства и могут быть использованы в лучшем случае как заполнители (после измельчения брака).
ВЫВОДЫ
Таким образом, можно предположить использование в качестве модификатора сополимера серы с полимером, что позволит получить серное вяжущее с высокими механическими свойствами, которое может быть эффективным при производстве строительных изделий высокой прочности.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Бетоны на неорганических вяжущих веществах. [Электронный ресурс].-http:// helpiks.org/2-103725.html
2 Арынгашн, К. III., Ларичкин, В. В., Алдунгарова, А. К., Свидерский, А. К., Быков, П. О., Богомолов, А. В., Тлеулесов, А. К., Маусымбаева, Д. К. Инновационное использование твёрдых техногенных отходов предприятий теплоэнергетики и металлургии Павлодарской области в производстве строительных материалов // Наука и техника Казахстана. — 2016 — № 3-4. - С. 34-39.
3 Крамар, Л. Я., Черных, Т. Н., Знмнч, В. В. Современные изоляционные материалы для строительства. -Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2013. - 98 с.
4 Классификация полимербетонов. [Электронный ресурс]. - http://betony.ru/ polimerbeton/klassifikaciya-polimerbetonov.php
5 Rebeiz, К. S. Time-temperature properties of polymer concrete using recycled PET // Cem Concr Compos. - 1994; 17:119-24.
6 Hafizah, N. A. K., Hussin, M. W., Jamaludin, M. Y., Bhutta. M. A. R., Ismail, M., Azman, M. Tensile behaviour of kenaf fiber reinforced polymer composites // J Teknol. - 2014. - № 69 - 11-5.
7 Касенов, А. Ж., Тлеулесов, А. К., Ахметбек, A. H. Производство бетона из отходов АО «Алюминий Казахстана» // Наука и техника Казахстана - 2018. - № 1 - С. 61-75.
8 Lim, S. К., Hussin, М. W., Zakaria, F., Ling, Т. С. GGBFS as potential filler in polyester grout: flexural strength and toughness //Constr Build Mater. -2009; 23: 2007-15.
9 Reisa, J. M. L., Ferreira, A. J. M. Fracture mechanics of polymer concrete composites exposed to high temperature cycles // Sci Isr Adv. - 2003; 5 : 14-9.
10 Reis, J. M. L. Fracture and flexural characterization of natural fiber-reinforced polymer concrete // Constr Build Mater 2006; 20: 673-8.
11 Osman, E. A., Vakhguelt, A., Sbarski, I., Mutasher, S. A. Curing behaviour and tensile properties of unsaturated polyester containing various styrene concentrations // Malaysian Polym J. - 2012; 7: 46-55.
12 Реакции серы с органическими соединениями // Под ред. А. И. Воронкова. - Новосибирск : Наука, 1979. - 368 с.
13 Получения и свойства органических соединений серы // Под ред. А. И. Беленького. - М.: Химия, 1998. - 506 с.
14 Хознн, В. Г., Порфирьева, Р. Т., Фомин, А. Ю., Самуилов, Я. Д., Рылова, М. В. Эффективное вяжущее на основе органического полисульфида// Известия КГАСА. - 2003. - № 1. - С. 62-64.
15 Акулова, М. В., Исакулов, Б. Р. Механохимическая активация и детоксикация промышленных отходов для получения вяжущих лёгких бетонов // Вестник ВолГАСУ. Сер. Строительство и архитектура. Волгоград. - 2013. - Вып. 31 (50). - Ч. 2. Строительные науки. - С. 75-80.
Материал поступил в редакцию 05.12.18.
Айткалиева Гулшт Сляшцызы
PhD докторы, ага окытушы, «Химия жене химиялык технологиялар» кафедрасы, Химиялык технологиялар жэне жаратылыстану факультет!, С. Торайгыров атындагы Павлодар мемлекегпк университет!, Павлодар к., 140008, Казакстан Республикасы. Утетилеуов Еркебулап ИмапОердыевич
магистрант, «Химия жене химиялык технологиялар» кафедрасы, Химиялык технологиялар жене жаратылыстану факультету С. Торайгыров атындагы Павлодар мемлекегпк университет!, Павлодар к-, 140008, Казакстан Республикасы. Материал баспага 05.12.18 тустк
Полимер бетондар: артыкшылыктары мен кемшЫктер1
Бетон куралт конструкцияныц еапасын аныцтайтын ец коп таралган курылыс материалдарыныц 6ipi болып табшатыны белей/. Барышна тыгыз жэне muicimue oepin бетонды жасау уиин бетонныц цурамдас болЫтерт мук,ишп тацдау цажет. Осы жумыста полимерлер. куюрт квмегшен бетонда/х)ы11 фтикалы^-механикалык, сипаттамаларын арттырудыц перспективалы adicmepm аньщтау бойыниш эдеби дерекквздерге талдау жург!змд1. Профи.чьд1 эдебиеттi талдау арк,ылы берштк сипаттамаларын жак/сарту ушт Куюрт пен полимердi 6ipnecin пайдалану усынылды.
Ki.immi свздер: Бетон, полимер, куюрт, полимер куюрт бетон, куюрт бетон.
Aitkalieva Gulzat Slashevna
PhD, senior lecturer, Department of «Chemistry and Chemical Technologies»,
Faculty of Chemical Technology and Natural Science,
S. Toraighyrov Pavlodar State University,
Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan.
Ute/ileuov Yerkebulan Imanherilievich
undergraduate student. Department of «Chemistry and Chemical Technologies»,
Faculty of Chemical Technology and Natural Science,
S. Toraighyrov Pavlodar State University,
Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan.
Material received on 05.12.18.
Polymer concrete: advantages and disadvantages
It is known thai concrete is one of the most common building materials, the composition of which certainly determines the quality of the structure. To create the most dense and therefore durable concrete it is necessary to conduct a careful selection of the components of concrete. In the present work the analysis of literary sources on revealing of perspective methods of increase of physical and mechanical characteristics of concrete by means of polymers, sulfur is carried out. Analysis of the profile literature revealed that to improve the strength characteristics it is proposed to use sulfur and polymer together.
Keywords: Concrete, polymer, sulfur, polymer sulfur concrete, sulfur concrete.
