CC BY
1094
УДК 666.972.12
А. Н. ПШИНЬКО, В. В. ПАЛИЙ, А. В. КРАСНЮК (ДИИТ)
ПОЛИМЕРНО-ЦЕМЕНТНЫЕ РАСТВОРЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И РЕМОНТА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
У статп наведено ан^з полiмерно-цементних розчишв для використання ïx при будiвництвi та peMOHTi будiвель i споруд. Описано основнi властивостi вщомих полiмерно-цементниx розчинiв, що використову-ються з щею метою. Показано переваги застосування полiмерно-цементниx розчинiв в якосп ремонтних матерiалiв.
В статье приведен анализ полимерно-цементных растворов для применения их при строительстве и ремонте зданий и сооружений. Описаны основные свойства известных полимерно-цементных растворов, применяемых с этой целью. Показаны преимущества применения в качестве ремонтных материалов полимерно-цементных растворов.
In the article the analysis of polymer-cement mortars for their application in construction and repair of buildings and structures is presented. The main properties of known polymer-cement mortars used for this purpose are described. The advantages of application of polymer-cement mortars as repair materials are shown.
Введение
Известно, что на железных дорогах Украины более 36 % зданий и сооружений эксплуатируются с просроченными сроками капитального ремонта. Среди этих объектов значительную долю занимают вокзалы и платформы. Следует отметить, что эти объекты наиболее активно эксплуатируются и от эффективного и качественного их ремонта зависит как безопасность пассажиров, так и их психологическое настроение при перемещении по железным дорогам Украины [1].
Поэтому на сегодняшний день актуальными остаются вопросы, связанные с выбором эффективных материалов для ремонта зданий и сооружений, которые обеспечат долговечную эксплуатацию отремонтированных объектов.
Задачи исследования
Для достижения поставленной цели важно проанализировать существующие полимерно-цементные составы и предложить новые или модифицированные, обладающие более высокими физико-механическими показателями для ремонта зданий и служебно-технических сооружений на железных дорогах Украины.
Результаты исследований
Известно, что наибольшее распространение сегодня получили сухие строительные смеси. Как правило, это цементные смеси, модифицированные полимерными добавками, способными к редиспергации, полученные высушиванием специальных водных дисперсий полимеров.
В качестве органических вяжущих, в основном, применяют дисперсные полимерные порошки на основе термопластических полимеров (винилацетат, этилен, винилхлорид, акрилат и
т.д.) [2].
У полимерно-цементных растворов процесс полимеризации полимеров происходит или перед гидратацией цемента, или параллельно процессу гидратации. В зарубежной специальной литературе такие составы известны как PCC (Polymer Cement Concrete). В сравнении с обычными растворами, полимерно-цементные растворы являются более стойкими к воздействию динамических сил, способны к преобразованию и рассеиванию энергии, отличаются большими значениями прочности при сжатии, при изгибе, при растяжении, большей адгезией и низкой водонепроницаемостью. Используют такие составы, как правило, для строительства лестниц, дорог, полов, для ремонта та наращивания нового бетона на старый, для устранения трещин, укрепления перекрытий, антикоррозионной защиты [2].
Однако основная масса производителей полимерно-цементных составов представляет зарубежные разработки и их стоимость в 5... 10 раз превышает себестоимость материалов. Поэтому разработка отечественных полимерно-цементных растворов, технологий их изготовления и нанесения остается актуальной задачей.
Для изготовления полимерно-цементных растворов на минеральных вяжущих, как правило, вводят полимерные добавки в количестве 2.30 % от массы цемента. Такие растворы называют полимерно-цементными (если их полу-
чают на основе других минеральных вяжущих, например гипсовых, то соответственно они называются полимерно-гипсовыми и т. д.) [3].
Полимер может быть введен в растворную смесь в виде водного раствора. В таком случае количество полимера обычно не превышает 3.. .5 % от массы цемента. Это объясняется тем, что органические вещества, в том числе и полимеры, растворенные в воде затворения, замедляют гидратацию минеральных вяжущих тем больше, чем больше концентрация органического вещества.
Значительно чаще используют водные дисперсии нерастворимых в воде полимеров, например поливинилацетатную дисперсию (ПВАД), и латексы синтетических каучуков (СК). В виде дисперсий можно ввести 10.20 % полимера (от массы цемента). При таких значительных количествах полимера полимерно-цементные растворы существенно отличаются от растворов на чистых минеральных вяжущих, но при этом нерастворимый в воде полимер не так сильно замедляет гидратацию минерального вяжущего, как водорастворимый.
При введении полимерных дисперсий в растворную смесь может произойти коагуляция (створаживание) дисперсии, при этом необратимо теряются свойства полимерно-цементного раствора. Для предотвращения этого в большинстве случаев необходимо применять стабилизаторы - поверхностно-активные вещества (например, ОП-7, ОП-10) или некоторые электролиты (напр., жидкое стекло). Хорошо совмещается с минеральным вяжущим без введения дополнительного стабилизатора лишь пластифицированная дисперсия ПВА. В остальных случаях дисперсии необходимо проверять на совместимость с тестом вяжущего. При этом надо учитывать, что избыток водорастворимых стабилизаторов отрицательно влияет на гидратацию минеральных вяжущих.
Полимерно-цементные смеси из-за присутствия поверхностно-активных веществ, как правило, являются хорошими пенообразователями, характеризуются способностью вовлекать воздух в растворную смесь. При этом воздух находится в растворной смеси в виде мельчайших пузырьков и его объем может достигать 30 % от объема раствора.
Полимерные добавки способствуют более равномерному распределению пор в объеме раствора и резкому уменьшению их размеров. Если в обычном цементном растворе встречаются поры размером более 1 мм и наибольшее количество пор имеет размеры 0,2.0,5 мм, то в
полимер-цементном растворе размер пор не превышает 0,5 мм, а размер большинства (90.95 %) пор меньше 0,2 мм.
Растворные смеси с вовлечением воздуха отличаются высокой пластичностью и хорошей удобоукладываемостью при меньшем содержании воды, чем в обычных растворах. Кроме того, многие полимерные добавки обладают пластифицирующим действием. Оба этих фактора (воздухововлечение и пластификация) необходимо учитывать при дозировке воды затворе-ния в полимерно-цементных растворах. Мелкая замкнутая пористость полимерцементных растворов повышает их водопроницаемость и морозостойкость.
Повышенная адгезия полимерно-цементных растворов объясняется тем, что при нанесении раствора на основание полимер концентрируется на границе раздела и служит как бы клеевой прослойкой между основанием и раствором. Адгезия зависит от вида полимера и повышается с увеличением его содержания. Повышенные адгезионные свойства полимерно-цементных связующих проявляются только при твердении в воздушно-сухих условиях. При твердении в воде адгезия не увеличивается даже при высоком содержании полимера из-за растворения в воде стабилизаторов, входящих в состав дисперсии. Кроме того, некоторые полимеры (например, поливинилацетат), набухая в воде, изменяют свои свойства.
Высокие адгезионные свойства полимеров сказываются не только на сцеплении с другими материалами, но и изменяют механические свойства самого раствора. Прослойки полимера, связывая минеральные составляющие раствора, повышают его прочность при растяжении и изгибе. Модуль упругости полимера в 10 раз ниже, чем у цементного раствора, поэтому полимерцементный раствор более деформати-вен, чем обыкновенный. Так, одни и те же деформации у полимерцементного раствора с добавкой 10.15 % от массы цемента бутадиен-стирольного латекса возникают при напряжениях в 2.3 раза более низких, чем у обычного цементного раствора.
Отсюда следует, что при равном значении деформаций усадки скалывающие напряжения в зоне контакта полимерно-цементного раствора с другим материалом (отделываемая поверхность, облицовка) будут в 2.3 раза меньше, чем у обычного цементного раствора. Второе важное следствие уменьшения модуля упругости и повышенной деформативной способности полимерцементных растворов заключается в
повышении их прочности при ударных нагрузках.
Введение в раствор полимера в количествах более 7. 10 % от массы цемента вызывает заметное увеличение усадки при твердении. Однако при этом одновременно возрастает и де-формативность раствора, поэтому по трещино-стойкости полимерно-цементные растворы не уступают обычным, а иногда и превосходят их.
Присутствие полимера в цементном растворе изменяет его влагоотдачу: такие растворы медленнее высыхают, что благоприятно сказывается на твердении цемента.
Полимерно-цементные растворы для устройства покрытий полов характеризуются повышенным сопротивлением истиранию и не образуют пыли при износе. Обычно для таких растворов применяют дисперсию ПВА или бу-тадиен-стирольные латексы. Добавка латекса в количестве 15.20 % от массы цемента снижает истираемость раствора в 4.5 раз, добавка дисперсии ПВА - примерно в 3 раза. Дальнейшее увеличение добавки полимера мало меняет истираемость и приводит к удорожанию покрытия. Оба полимера незначительно изменяют цвет раствора, что позволяет применять их не только в цветных цементно-песчаных растворах, но и в террацевых, строго соблюдая дозирование всех составляющих.
Не следует применять добавки ПВАД и СКС-65ГП в растворах для полов, подвергающихся действию масла и нефтяных продуктов, а также при влажных условиях эксплуатации (кратковременное действие воды не влияет на свойства полимерных покрытий полов).
Благодаря высоким эксплуатационным качествам полимерно-цементные растворы используют в штукатурных работах. Штукатурки из латексно-цементных составов дают непыля-щую поверхность покрытия, обладают высокой коррозионной стойкостью. Полимерно-цементные растворы необходимо применять при разделке рустов между панелями перекрытий и выравнивании дефектных мест бетонных стен и перекрытий. Для гипсобетонных поверхностей следует применять гипсополимерные составы.
Для лучшего сцепления поливинилацетат-цементных растворов бетонные поверхности предварительно огрунтовывают 10.7 %-ным раствором ПВАД.
Практика показала эффективность применения полимерцементных стяжек под монолитные полы. В качестве полимерной добавки в них используются водные дисперсии латексов СКС-65ГП, ДВ ХБ-70 и ПВАД.
В отделочных работах широко используют гипсополимерно-цементные растворы на основе гипсоцементно-пуццоланового вяжущего и водных дисперсий полимеров (ПВАД или ла-тексов синтетических каучуков). Такие растворы применяют для наружного и внутреннего оштукатуривания, но наибольший эффект достигается при использовании в декоративных растворах и мастичных составах для отделки фасадов. Используют их также при устройстве выравнивающего слоя под рулонные покрытия для крепления керамических и стеклянных плиток.
В гипсополимерно-цементные растворы вводят: латекса СКС-65ГП - 10.15 %, дисперсии ПВА - 15.20 % от массы цемента. Добавка полимеров в указанных количествах повышает механическую прочность растворов более чем в 2 раза. Добавка ПВАД увеличивает морозостойкость раствора в 6.7 раз, а латекса СКС-65ГП - в 8.9 раз. Полимерные добавки, оказывая пластифицирующее действие, позволяют увеличить степень наполнения растворов при сохранении достаточно высоких физико-механических показателей.
Водовяжущее отношение растворов находится в пределах 0,4.0,55 и мастичных составов - 0,8.0,9.
Для отделки фасадов используют следующий состав раствора на гипсополимерно-цементном вяжущем веществе, масса в частях: гипсовое вяжущее - 54.57; портландцемент белый - 35.38; высокоактивная минеральная добавка (белая сажа) - 2.4; стеарат кальция -0.2; пигменты - 0.5; кварцевый песок -300.500; водная дисперсия ПВАД или СКС-65ГП (в пересчете на сухое вещество) - 10.20; вода - до требуемой консистенции. В заводских условиях приготовляют смесь сухих компонентов (составляющих ГПЦВ пигментов, гидрофобной добавки) и отдельно раствор водной дисперсии полимера с включением необходимых добавок. На объекте составы приготовляют, тщательно перемешивая сухую смесь с водной дисперсией полимера. Для того, чтобы задержать начало схватывания, в смесь при перемешивании вводят 2 %-ный клеевой замедлитель или фосфат натрия. Такой состав при нормальной температуре годен к употреблению в течение 4.6 ч.
Выводы
Проведенный анализ применения полимерно-цементных растворов позволяет рекомендовать их использование при строительстве и ре-
монте зданий и служебно-технических сооружений на железных дорогах.
Дальнейшие исследования и разработка новых полимерно-цементных материалов позволят существенно снизить стоимость ремонта, а использование в составах вторичных продуктов промышленности Украины позволит решить ряд экологических проблем.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Пшинько, А. Н. Анализ материалов для восстановления зданий и сооружений на железнодо-
рожном транспорте [Текст] / А. Н., Пшинько, А. В. Краснюк, В. В. Палий // Вюник Дшпро-петр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад.. В. Ла-заряна. - 2007. - Вип. 16. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2007. - С. 101-103.
2. Будiвельне матерiалознавство [Текст] : тдруч-ник / П. В. Кривенко та ш. - К,.: ТОВ УВПК «ЕксОб», 2004. - 704 с.
3. Комар, А. Г. Строительные материалы и изделия [Текст] : учебник / А. Г. Комар. - М.: Высш. шк., 1971. - 560 с.
Поступила в редколлегию 24.02.2009.
