Пластбетоны

Пластбетонами называют обширную группу материалов, основанных на минеральных и полимерных вяжущих. Здесь описываются пластбетоны, у которых в качестве вяжущего используется только синтетическая смола (полимербетоны), а наполнителем являются дисперсные материалы, аналогичные заполнителям обычного цементного бетона: песок, щебень, гравий и т. д.

Пластбетоны представляют пластмассы - смеси. Это обстоятельство сказывается на механических свойствах пластбетонов определенным образом. Обычно на сжатие они работают лучше, чем на растяжение, а поэтому нуждаются в армировании.

Поскольку основой рассматриваемых пластбетонов являются полимеры, они обладают всеми положительными и отрицательными качествами пластмасс: химической стойкостью, водонепроницаемостью, высокой прочностью при малом весе, большой ползучестью и усадкой. Но армированные металлом пластбетоны в отношении механических свойств имеют много общего также и с железобетоном.

Пластбетоны могут получаться на основе любой смолы. В машиностроении широко применяются так называемые пресс-порошки, состоящие из смол и порошкообразных наполнителей. При горячем прессовании из них получаются различные детали механизмов и машин, иногда очень сложной конфигурации. В строительстве составы, аналогичные пресспорошкам, применяются для приготовления различного рода мастик, замазок (арзамиты, фаолиты, фаизолмастики) и растворов для антикоррозийной защиты.

Пластбетоны, изготовляемые на эпоксидной и полиэфирной смоле, обладают высокой прочностью на растяжение, но очень дороги. Поэтому их применяют в основном в соединениях и стыках конструкций, выполненных из других материалов, в основном из железобетона.

В экономическом отношении для изготовления пластбетонных несущих конструкций наиболее доступными являются фурфуролацетоковые смолы. Фурфурол извлекается в значительном количестве из пентозаносодержащих природных веществ: древесины, шелухи семян, орехов, кукурузных початков и т. д., являющихся отходами сельского и лесного хозяйства. Сырьевая база для фурфурола практически неисчерпаема, а технология получения несложна, поэтому цена его имеет тенденцию к снижению. Ацетон тоже является доступным продуктом. Приготовление фурфуролацетонового мономера не требует сложного оборудования. Это дает возможность довести цену основанного на нем полимербетона до уровня, только в четыре раза превышающего стоимость специального цементного бетона. Стоимость пластбетонов на других смолах в 10-20 раз превышает стоимость цементного бетона и в этом отношении они не идут ни в какое сравнение с фурфуролацетоновыми. В перспективе стоимость фурфуролацетонового пластбетона может быть снижена еще в два раза. Учитывая, что прочность его в 1,5-2 раза выше прочности цементного бетона, он может стать конкурентноспособным для применения в обычных строительных конструкциях. Пока же его следует применять только в тех экономически обоснованных случаях, когда использование цементного бетона требует принятия мер противокоррозийной защиты или придания ему водонепроницаемости.

Фурфуролацетоновый пластбетон стоек к воздействию растворов кислот, щелочей, нефтепродуктов, органических растворителей, кроме ацетона и бензола (см. приложение 1).

Фурфурол-ацетоновый пластбетон применяется в настоящее время в опытных конструкциях. Из него делаются пустотелые стойки шахтной крепи. Он применен для устройства коллекторов сточных (агрессивных) вод. Учитывая его повышенную стойкость к истиранию, из монолитного пластбетона выполнена облицовка водосливных устройств нескольких гидротехнических сооружений в Средней Азии.

Широкому внедрению пластбетона в строительство помимо высокой стоимости препятствует ползучесть. Пластбетоны на смоле ФА с соотношением фурфурола к ацетону 1 : 1 под длительным действием нагрузки имеют модуль деформаций 20 000- 30 000 кГ/см², при модуле упругости 100 000-150 000 кГ/см². Для несущих строительных конструкций это очень мало. Но исследованиями последних лет установлено, что на смоле других марок: ФАМ, 4ФА, с соотношением ацетона к фурфуролу Г: 1,5 и 1:2 соответственно, пластбетон имеет значительно меньшую ползучесть [4]. Хорошие результаты дает добавка в бетон при его изготовлении фторосиликата натрия (предложение Р. Я. Фармазяна) в количестве до 2%. Поэтому для несущих строительных конструкций следует применять смолу ФАМ с добавкой фторосиликата натрия. Причем для этого проще всего использовать кислотоупорный цемент КЦ, состоящий на 92% из молотого кварцевого песка и на 8% из фторосиликата натрия (стоимость 13,2 руб. за 1 т).

Гранулометрический состав наполнителя надо определять из условия максимальной плотности смеси. Не допускается наличие в наполнителе карбонатных частиц, глинистых частиц допускается не более 1%, влажность наполнителя не должна превышать двух процентов. Нарушение этих ограничений вызывает вспучивание бетонной массы.

Изготовление фурфуролацетонового пластбетона аналогично изготовлению цементного бетона и производится на одинаковом оборудовании, но при более длительном перемешивании. Первоначально перемешиваются инертные, включая КЦ, затем вводится смола, и смесь вновь перемешивается в течение 5-7 мин. Смола ФАМ относится к поликонденсационным смолам, для отверждения которых требуется добавлять кислый отвердитель. При получении пластбетона ФАМ чаще всего используется бензосульфокислота- БСК (стоимость 110 руб. за 1 т). После окончательного перемешивания смеси с отвердителем она укладывается в формы или в опалубку. При нормальной температуре пластбетон набирает полную прочность за несколько дней. В случае изготовления сборных элементов конструкций для ускорения твердения применяется термообработка путем прогрева через сутки после изготовления при температуре 100-120° в течение 2-4 ч.

Прочность пластбетонов контролируется заполнением кубиков 20X20X20 см и последующими их испытаниями.

По видам наполнителя различают пластбетон песчаный и щебеночный.

Фурфуролацетоиовый пластбетон с песчаным наполнителем имеет состав (применительно к СНиП I-B. 27-62) в процентах по весу: мономер ФАМ-12%, молотый кварцевый песок-22% (или КЦ-25%), БСК -2,5-3%, остальное - песок крупностью до 2 мм. В зависимости от условий изготовления и гранулометрического состава песка эти цифры могут несколько изменяться.

Песчаный фурфуролацетоиовый пластбетон может применяться при армировании его стержневой или дисперсной арматурой там же, где и цементный раствор, но в конструкциях эксплуатируемых в условиях воздействия агрессивной среды.

При вычислении собственного веса конструкций объемный вес пластбетона следует принимать равным 2,2 т/м³.

Фурфуролацетоиовый пластбетон с песчано-щебеночным наполнителем, рекомендуемый для несущих строительных конструкций, имеет состав (применительно к СНиП I-B. 27-62) в процентах по весу: мономер ФАМ -9-12%, отвердитель БСК-2%, песок молотый-14%, песок карьерный - 31 %, щебень гранитный - 44%. Песок молотый и частично песок могут быть заменены КЦ с тем расчетом, чтобы общее содержание фторосиликата натрия не превосходило 2%. Вообще, кроме мономера и отвердителя, состав наполнителей может сильно изменяться, так как главным требованием является подбор такого гранулометрического состава, который бы обеспечивал наибольшую плотность смеси. Требования к качеству наполнителей остаются такими же, как и для песчаного пластбетона: отсутствие некислотостойких пород, влажность менее 2%, глинистых частиц менее 1 %.

Объемный вес сталепластбетона при расчете строительных конструкций следует принимать 2,4 т/м³.