В особых условиях, требующих в некоторых случаях введения ускорителей процесса отверждения, смолы образуют протяженные пространственные молекулярные структуры, которые могут создавать исключительно прочный и устойчивый материал.
Хотя область применения этих материалов очень широка, в настоящее время их удобно и практично разбить на два основных класса: покрытия, в которых смеси с определенной рецептурой применяются самостоятельно, и растворы и бетоны, в которых полимер смешивается с заполнителем, а иногда с цементом.
Для получения оптимальных результатов принято смешивать полимеры нескольких типов.
В покрытиях, используемых для защиты бетона и повышения его непроницаемости, как правило, применяют эпоксидные и полиуретановые смолы. В растворах и бетонах хорошо зарекомендовали себя эпоксидные, полиуретановые, акриловые и бутадиен-стирольные материалы. Поливинилацетат (ПВА) используют в больших количествах в качестве вяжущего вещества в стяжках и покрытиях пола для увеличения сцепления с бетонным основанием; его также применяют в цементных растворах для улучшения их характеристик и увеличения сцепления с основанием.
1.8.1. Эпоксидные смолы
Эпоксидные смолы выпускают с заданными свойствами. Например, некоторые смолы можно успешно применять и отверждать под водой. Хотя большинство эпоксидных смол приобретают жесткость при отверждении, в настоящее время стало возможным получать вид, обладающий некоторой степенью эластичности.
Основные свойства эпоксидных смол:
- высокое качество сцепления с такими материалами, как бетон и сталь;
- стойкость против воздействия многих кислот, щелочей и других химических веществ, за исключением кислот с высокой окислительной способностью (например, азотная);
- подверженность воздействию органических растворителей; небольшая усадка при отверждении и переходе из жидкого в твердое состояние;
- высокий коэффициент термического изменения объема по сравнению с бетоном;
- высокая прочность на сжатие, растяжение и изгиб; значительная потеря прочности при температуре выше 80°С; высокая скорость нарастания прочности, которую можно изменять в соответствии с конкретными условиями применения;
- весьма низкая огнестойкость по сравнению с бетоном и глиняным кирпичом.
Для получения удовлетворительных результатов фирма-изготовитель должна знать условия применения смолы на строительной площадке. Как правило, эпоксидные смолы наносят на сухую поверхность; исключение составляют композиции с особой рецептурой. При этом температура и относительная влажность воздуха должны изменяться в определенных узких пределах.
Смолы, как правило, материалы двухкомпонентные, состоящие из основной смолы и катализатора (называемого иногда отвердителем или активатором). Непосредственно перед применением оба вещества следует тщательно смешать.
Некоторые особенности эпоксидных смол, которые необходимо учитывать при их использовании, таковы.
Жизнеспособность. Это допустимый период с момента смешивания смолы и катализатора до конца нанесения смеси. Изготовитель может менять этот срок в зависимости от условий на строительной площадке, но увеличение периода жизнеспособности снижает скорость отверждения нанесенного покрытия. Обычный срок непродолжителен и длится только несколько часов, ко фактические пределы жизнеспособности — от 30 мин до 48 ч.
Затвердевание. Этот процесс физического твердения пластичной смолы после ее нанесения. Изготовитель может изменять этот процесс. Обычно рекомендуется накосить следующий слой после затвердевания предыдущего, поэтому до применения смолы необходимо хорошо ознакомиться с характеристиками ее твердения.
Отверждение. Этот процесс вызревания смолы и набора прочности. В сущности, требуемая прочность и долговечность конечного продукта обусловлена поперечной связью молекул. Период отверждения также может изменяться изготовителем, но в среднем он длится примерно 7 сут. Отверждение таких смол, как правило, прекращается, когда температура воздуха окружающей среды падает примерно до 5°С, и это может вызвать ряд затруднений на строительной площадке, когда бетон в раннем возрасте должен набрать требуемую прочность.
Существует около пятнадцати различных типов эпоксидных смол и не менее трехсот отвердителей, так что возможное количество комбинаций смолы и отвердителя очень велико. В связи с этим только опытный химик-специалист может давать рекомендации по применению эпоксидной смолы для каждого отдельного случая. Основные требования для применения смолы должны быть четко изложены. К ним относятся время затвердевания, время отверждения, способность сцепления с влажным бетоном и др. Решение всех этих проблем следует предоставить фирме-поставщику.
1.8.2. Полиуретаны
Подобно эпоксидным смолам полиуретаны являются продуктами нефтехимической промышленности. Их можно получать в виде эластомеров — твердых и жестких материалов — и в виде гибких эластичных покрытий. При использовании снаружи зданий они долгое время сохраняют прочность и глянец. В строительной промышленности обычно применяют двух- и одноупаковочные полиуретаны. Как правило, двухупаковочный материал более долговечен, чем одноупаковочный. Для особых условии на стройплощадке можно изготовить специальный полиуретан. Большое значение имеет свойство полиуретанов отверждаться при низких температурах (значительно ниже нуля), в то время как эпоксидные смолы обычно при температуре 5°С и ниже прочность уже не набирают. Полиуретановые смолы .можно смешивать с эпоксидными; они могут выдерживать относительно высокие температуры и период температур, т. е. тепловой удар.
1.8.3. Полиэфирные смолы
Полиэфирные смолы применяют в сочетании с портландцементом и выбранным заполнителем для приготовления строительного раствора типа «полимер — цемент — заполнитель». Такие растворы обладают рядом ценных свойств, например высоким сопротивлением действию различных химических веществ, высокий сопротивлением истиранию, полной водонепроницаемостью при гидростатических давлениях, которые могут возникнуть в резервуарах для жидкостей, и высокой прочностью сцепления с самыми распространенными строительными материалами.
Полиэфирные смолы со стекловолокном применяют для облицовок различных резервуаров для жидкости, водопроводных и канализационных систем, например канализационных труб большого диаметра.
Полиэфирные смолы значительно отличаются от эпоксидных. Их можно применять в больших температурных пределах; теплостойкость полиэфиров выше, но и усадка значительно больше. Способность к сцеплению а бетоном у полиэфирных смол, как правило, ниже. Регулируя отношение смолы к катализатору, период твердения полиэфирной смолы можно сделать очень коротким, и после «схватывания» скорость нарастания прочности становится очень высокой.
1.8.4. Поливинилацетат (ПВА)
Поливинилацетат применяют как вяжущее вещество и как добавку к строительному раствору для улучшения некоторых свойств последнего. Изготовители патентованных композиций на основе поливинилацетата утверждают, что эти соединения имеют повышенную прочность на растяжение и изгиб, меньшую усадку при высыхании и меньшую проницаемость. По мнению автора, некоторые из этих свойств в заявках преувеличены, и поведение ПВА в постоянно влажных условиях может привести к неудовлетворительным результатам.
1.8.5. Бутадиен-стирольная и акриловая смолы
Эти материалы известны также под названием латексов и полимерных эмульсий. Некоторые из свойств патентованной эмульсии бутадиен-стирольного сополимера (латекса), применяемой с портландцементом в растворе и бетоне, таковы: pH 11, общее содержание твердых частиц 47%, плотность 1,1.
Вышеприведенной информацией о латексе «равенекс 29У40» автор обязан фирме «Ревертекс Лимитед». Как правило, акриловые латексы (стирольно-акриловые и чисто акриловые) по сравнению с бутаднен-стирольными имеют более короткие сроки схватывания и твердения, большую устойчивость к воздействию ультрафиолетовых лучей, но они дороже.
Использование таких латексов в растворе и бетоне на портландцементе дает, видимо, ряд преимуществ: уменьшаются проницаемость и начальная усадка при высыхании, увеличивается сопротивление некоторым слабым кислотам и растворам сульфатов, повышается сцепление с основанием.
При введении бутадиен-стирольных латексов в обыкновенный портландцемент для уменьшения воздухововлечения и замедления схватывания цемента необходимы особые меры предосторожности. При введении этих латексов в бетон и раствор уменьшается прочность при сжатии, но при правильной дозировке не более чем на 12%. При этом может также возникнуть проблема, связанная с целесообразностью замедления процесса твердения бетона во влажных условиях после его укладки на 12—24 ч. В этом случае необходимо согласовать вопрос с фирмой-поставщиком.