Бетонополимеры

Существенным недостатком обычных бетонов является наличие разветвлённой сети пор, капилляров, различных микродефектов, образующихся при формировании железобетонных изделий, их твёрдении и в про­цессе эксплуатации. Дефекты и поры понижают прочность бетона, а также его долговечность и стойкость к воздействию агрессивных средств. Свойства бетона можно изменить, если поры и капилляры заполнить другим веществом. Для этого железобетонные конструкции подвергаются специальной обработке, которая включает сушку изделий, вакуумирование, пропитку специальном составом и полимеризацию, если для пропитки используются мономеры.

Если необходимо только закрыть доступ внутрь бетона воде и агрессивным жидкостям и газам, то используются материалы типа петролатума, разбавленных смол, битума и битумов, модифицированных синтетическими смолами. Глубина пропитки зависит в основном от вязкости пропитывающего состава. Вязкие вещества, такие как битум или петролатум, пропитывают бетон на глубину всего 1-3 см. Жидкие мономеры, стирол или метилметакрилат могут за короткое время пропитывать бетон на глубину 10-20 см. Чем более глубокой является пропитка, тем больше времени требуется на её осуществление. Количество мономера, потребное для пропитки бетона, зависит от его пористости. Для полной пропитки плотного бетона, требуется 2-5% мономера по массе, для раствора требуется на 30-70% больше мономера, чем для бетона, а лёгкие пористые бетоны могут впитывать до 30-60% мономера.

При применении жидких мономеров требуется провести их полимеризацию непосредственно в теле бетона. Полимеризация может осуществляться термокаталитическим или радиационным способом. При тер­мокаталитическом способе в мономер перед использованием его для пропитки вводят специальные веще­ства –инициаторы полимеризации. После пропитки бетона конструкцию нагревают до температуры 70-120⁰ С и через не­сколько часов жидкий мономер превращается в твёрдый полимер, плотно заполняя и заклеивая все поры и дефекты бетона. При радиационной обработке полимеризация мономера протекает при нормальных темпе­ратурах.

В результате обработки либо достигают увеличения долговечности и непроницаемости бетона, если его пропитывают вязкими составами без их последующей полимеризации и упрочнения, например битумами, либо получают новые материалы, по свойствам значительно превосходящие бетон, если его пропитывают мономером с последующей его полимеризацией в теле бетона. Такие материалы получили название бетонополимеров. Свойства бетонополимеров зависят как от свойств бетона и полимеров, так и от технологии обработки. Чем прочнее полимер, используемый для пропитки, и больше его содержание в бетонополимере, прочнее сам пропитываемый бетон, тем выше прочность бетонополимера, которая оказывается больше, чем прочность использованных бетона и полимера.

Определяющее значение для получения наибольшего эффекта при пропитке имеет характер пористо­сти бетона. Бетон должен обладать такой структурой, которая по возможности легко пропитывается моно­мером и создаёт хорошие условия для поляризации мономера. Для получения высокопрочных и особо плот­ных бетонополимеров необходимо использовать в качестве пропиточных материалов такие вещества, кото­рые обладали бы минимальной вязкостью, хорошей адгезией в твёрдом состоянии к составляющим бетона и полимеризовались бы доступными средствами.

Наиболее часто для пропитки используют метилметакрилат, стирол и их производные. Для поляриза­ции метилметакрилата термическим способом пропитанный бетон нагревают в течение 4-6 ч. при темпера­туре 50-80⁰ С. При радиационном способе полимеризации изделия из пропитанного бетона подвергают об­лучению в течение 4-10 ч. Полимеризацию стирола в бетоне также можно осуществлять как термическим, так и радиационным способом. В первом случае пропитанное изделие прогревают по ступенчатому режиму в присутствии инициаторов полимеризации: сначала при температуре 80-90⁰ С, а затем при температуре 100-120⁰ С

Пропитка бетона мономером с его последующей полимеризацией в теле бетона приводит к резкому увеличению прочности и улучшению других свойств бетона. Прочность бетонополимера при сжатии по сравнению с исходным контрольным бетоном повышается в 2-10 раз и может достичь 200 МПа, а прочность при растяжении увеличивается в 3-10 раз, достигая 18 МПа. Практически при полной пропитке бетонопо­лимеры являются водо- и газонепроницаемыми материалами. Непроницаемость материала резко повышает его долговечность и морозостойкость. Если исходный бетон выдерживает 300-400 циклов заморажива­ния, то бетонополимер не имеет разрушений и после 5000 циклов. Значительно возрастает стойкость бетона в щелочах, сульфатах, соляной кислоте и других агрессивных средах.