ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В условиях наметившегося роста и развития основных отраслей промышленности и сельского хозяйства появилась возможность реконструкции старых или создания новых производственных площадей. Обеспечение сохранности зданий и сооружений в течение заданного срока эксплуатации, увеличение межремонтного периода и надежности строительных конструкций является одним из главных направлений повышения эффективности капитальных вложений в условиях рыночных отношений. Особенно актуально этот вопрос стоит в отраслях, где конструкции зданий и сооружений подвержены действию агрессивных сред. По этой причине строительство испытывает острую потребность в новых коррозионностойких материалах и конструкциях, способных резко увеличить надежность и сроки службы сооружений. Одним из путей решения этой проблемы является применение полимерных композиционных материалов (полимербетонов), обладающих высокой химической стойкостью, прочностью и другими благоприятными эксплуатационными свойствами.
На настоящий момент достаточно широкое применение получили по-лимербетоны на основе фурановых, эпоксидных, полиэфирных, карбамидных и некоторых других смол. Однако промышленное производство этих смол в России за последние годы резко сократилось, либо оказалось полностью за пределами государства (фурановые), в результате чего стоимость их резко возросла. В этой ситуации решение вопросов, связанных с защитой строительных конструкций от агрессивного воздействия среды возможно при применении альтернативных видов промышленно выпускаемых полимеров, например, диеновых олигомеров, принадлежащих к классу жидких каучуков.
На кафедре железобетонных и каменных конструкций ВГАСУ в течение ряда лет проводятся работы по созданию композиционных материалов на основе жидких каучуков различных марок - каутонов. Каутоны - материалы, характеризующиеся ценным набором эксплуатационных показателей, и что особенно
важно - высокой стойкостью к действию агрессивных сред различного характера.
Создание надежных и эффективно работающих строительных конструкций, выполненных из каутона невозможно без изучения вопроса о его сопротивлении действию агрессивных сред, а также вопросов долговечности и надежности этого материала. Это весьма актуально для каутона и конструкций на его основе, поскольку данный композит принадлежит к недавно созданным и малоизученным материалам, а его исследования в данной области носят ограниченный характер.
В настоящей работе предпринята попытка восполнить существующий пробел. Решение поставленных в диссертационной работе задач позволит определить долговечность каучукового бетона в условиях длительного действия агрессивных сред, прогнозировать изменение его прочностных и деформационных характеристик в зависимости от длительности эксплуатации, а также проектировать составы каутона, способные гарантировать изделиям и конструкциям на его основе требуемые эксплуатационные характеристики.
Исследования по теме диссертации выполнены в соответствии с программой «Строительство», а также в русле «Приоритетных направлений..." и «Критических технологий...".
Основная цель работы - исследовать и оценить сопротивление каучукового бетона действию различных агрессивных сред.
В соответствии с поставленной целью решали следующие взаимосвязанные задачи, для чего необходимо:
- экспериментально исследовать коррозионную стойкость;
- разработать аналитические модели оценки стойкости каутона и его долговечности в различных агрессивных средах;
- исследовать влияние длительного воздействия агрессивной среды на физико-механические характеристики каутона;
- изучить механизм деструкции каутона, вызванной действием агрессив-
6
ных сред;
- исследовать поведение каутона при совместном длительном действии нагрузки и агрессивной среды;
- исследовать поведение каутона при совместном длительном действии температуры и агрессивной среды;
- запроектировать составы каутона, обладающие повышенной химической стойкостью в заданных агрессивных средах, произвести оптимизацию этих составов при помощи методов математического планирования эксперимента;
- использовать результаты исследований путем организации их опытного внедрения в производство;
- оценить технико-экономический эффект результатов работы.
Научная новизна работы. Изучено влияние агрессивных сред различного характера на каутон, в том числе комплексное воздействие нагрузки, температуры и агрессивной жидкости.
Разработаны составы эффективного коррозионностойкого бетона (каутона) на основе низкомолекулярного полибутадиенового олигомера смешанной микроструктуры марки ПБН.
Доказана возможность и определены методы аналитической оценки и прогнозирования коррозионной стойкости каутона и изделий на его основе в любой момент времени и при различных условиях эксплуатации.
Подтверждена эффективность введения в разработанный композит легирующих добавок, повышающих химическую стойкость каутона в концентрированной соляной кислоте.
Доказана конструкционность свойств разработанного композита в условиях совместного длительного действия нагрузки и агрессивной среды. Установлены рациональные области применения каутона. Научная новизна подтверждена патентом РФ на изобретение № 2185346 от 20.07.2002 г.
Практическое значение Установленные аналитические зависимости со-
7
противления каутона действию различных агрессивных сред позволяют проводить оценку и прогнозирование его долговечности и несущей способности на любой период времени. Полученные данные необходимы для проектирования строительных конструкций и изделий, работающих в условиях воздействия агрессивных сред. Внедрение в практику строительства коррозионностойких конструкций и изделий, изготовленных на основе каутона, повышает эффективность и надежность строительных сооружений в целом.
Реализация работы. Выявленные зависимости и разработанные по этим зависимостям составы каутона получили проверку в натурных условиях и опытном внедрении. Результаты исследований использованы при: производстве работ по реконструкции сливных лотков канализационных стоков животноводческого комплекса ООО «Продвижение» п. Кантемировка, Воронежская область; чтении лекций студентам строительного факультета по спецкурсу, а также в дипломном проектировании.
Достоверность полученных результатов и выводов по работе обеспечена методически обоснованным комплексом исследований с использованием со-временных средств исследований и измерений, применением математических методов планирования экспериментов и статистической обработкой результатов, а также опытными испытаниями и их положительным практическим эффектом. Результаты работы нашли отражение в учебном процессе.
Публикации и апробация работы. Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, опубликованы в 10 печатных работах, и, кроме того, получен патент РФ на изобретение № 2185346. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на трех научно-технических конференциях ВГАСУ (1999...2002 гг.), международной научно-технической конференции (VII Академические чтения) "Современные проблемы строительного материаловедения" (г. Белгород, 1999 г.), Всероссийской XXXI конференции «Актуальные проблемы современного строительства» (г. Пенза, 2001 г.), международной научно-технической конференции «Композиционные строительные ма-
8
териалы. Теория и практика» (г. Пенза, 2002), 2-й международной научно-практической конференции "Бетон и железобетон в третьем тысячелетии" (г. Ростов, 2002 г.).
Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, пять разделов, общие выводы, список использованных источников и приложения. Вся работа изложена на 131 страницах машинописного текста, в 39 таблицах, на 64 рисунках, списке литературы из 186 наименований и приложения на 23 странице машинописного текста.
На защиту выносятся:
- результаты экспериментального исследования химического сопротивления каутона действию различных агрессивных сред;
- аналитические зависимости стойкости и долговечности каутона в условиях длительного действия агрессивных сред и исследования по определению глубины проникновения агрессивных сред в каутон;
- экспериментальные данные о ползучести каутона при совместном действии сжимающих нагрузок и агрессивных сред;
- результаты исследований химической стойкости каутона при совместном действии температуры и агрессивной среды;
- составы каутона, повышенной химической стойкости в соляной кислоте.
- особенности проектирования каутонов, обладающих повышенной химической стойкостью в заданных агрессивных средах;
Диссертационная работа выполнена в ГОУ ВПО Воронежском государственном архитектурно-строительном университете под руководством Заслуженного деятеля науки РФ, доктора технических наук, профессора Ю.Б. Потапова и научного консультанта кандидата технических наук, доцента Ю.М. Борисова.
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЦЕЛЕЙ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Виды полимербетонов и их свойства
Среди крупнейших потребителей полимерных материалов (ПМ) одно из первых мест занимает строительная индустрия. Примером эффективного применения ПМ в строительстве является создание на их основе полимербетонов, которые в зависимости от вида полимерного связующего и наполнителя обладают высокой плотностью, прочностью и химической стойкостью к большинству промышленных агрессивных сред [74, 80, 90, 96, 99,105,140].
Полимербетонами принято называть искусственно подобранные конгломератные составы на основе синтетических смол и химически стойких наполнителей и заполнителей без активного участия минеральных вяжущих и воды [7, 89, 91, 152, 164, 171]. Составы с отсутствием щебня и песка - мастики, или щебня - полимеррастворы имеют самостоятельное применение и не менее зна-чимы [56, 60, 82,129].
Идея создания полимербетонов принадлежит В.И. Итинскому и Н.Н. Ос-тер-Волкову (1956 г.), которыми был создан первый образец полимербетона на основе полимерного связующего - фурфуролацетонового мономера. В дальнейшем (1961... 1962 г.г.) комплексные исследования этих прогрессивных материалов проводили в НИИЖБе, ВИСИ, МИИТе, Гипроцветмете и других организациях.
К настоящему времени полностью доказана возможность получения конструкционных и химически стойких полимербетонов с высокой прочностью и затухающей ползучестью.
Существенный вклад в изучение и создание бетонов на основе синтетических вяжущих, а также внедрение в практику строительства полимербетон-ных конструкций внесли: В.Е. Беляев, A.M. Бобрышев, В.А. Воскресенский, С.С. Давыдов, И.М. Елшин, Л.М. Залан, С.Н. Золотухин, A.M. Иванов, А.Д.
10
Корнеев, В.Л. Лисенко, Н.А. Мощанский, А.В. Никулин, В.В. Патуроев, Ю.Б. Потапов, А.П. Прошин, И.Е. Путляев, Ю.А. Соколова, В.И. Соломатов, И.И. Ушаков, О.Л. Фиговский, В.И. Харчевников, А.И. Чебаненко и др.
Известны имена в области полимербетонов и зарубежных авторов: Й. Симеонов, Ю. Христова (Болгария), Л. Скупин (Чехия), Д. Дикау, Д. Фоулера (США), М. Кобо, А. Поле (Франция), Р. Крайса, К. Химмлера, X. Пешке (Германия), К. Окады, Е. Охамы и К. Имамуры (Япония) и др.
Полимербетоны, как высоконаполненные полимерные композиции, могут быть получены практически на любом синтетическом связующем [76, 78, 137], однако в связи с требованиями по плотности, прочности, деформативности, химической стойкости и другим характеристикам, предъявляемым к ним, на практике используют около десяти типов различных мономеров или олигомеров, которые в комбинации с модифицирующими добавками позволяют получить более трех десятков разновидностей полимербетонов [9, 77, 135, 163, 178, 181, 182]. Полимербетоны различают, как правило, по природе связующего, например: фурановые, полиэфирные, эпоксидные, фенолформальдегидные, карба-мидные и др. [96, 140, 163, 165, 167]. На рис. 1.1. представлена классификация основных видов полимербетона по виду синтетических смол [90]. На свойства полимербетонов основное влияние оказывает именно вид синтетического связующего [23, 82, 118, 152], а крупные фракции заполнителей (песок, щебень, галька), выполняющие в основном роль скелета, влияют на основные физико-механические свойства в меньшей степени [14, 39, 62, 141].
На данный момент наибольшее применение нашли фурановые, карба-мидные, полиэфирные и эпоксидные полимербетоны, основные свойства которых представлены в табл. 1.1.
Фурановые смолы характеризуются наличием в их основной цепи гетероциклического фуранового кольца [127]. Эти смолы производят на основе фурфурола или фурфурола с ацетоном. Распространение получили фурфурол-ацетоновые смолы марок ФА, ФАМ, 2ФА и 4ФА. Одним из положительных ка-
(р
11
честв данных смол является их способность к длительному хранению (до 5 лет) без потери своих характеристик даже при отрицательных температурах.
Полимербетоны
1
На термореактивных смолах На термопластичных смолах
й
X
?
S
2 О.
о о о
I
<
X
3
X
I
I
о
§
X
е
&
S
-е-
X
С
в о
ж
I
о
о
с СП
с: I
0Q О
5»
X
Рис. 1.1. Существующая классификация полимербетонов
В качестве отвердителей фурфуролацетоновых смол в большинстве случаев применяют безводные ароматические сульфокислоты или сульфохлориды (толуолсульфокислоту, паратолуолсулъфохлорид, бензолсульфокислоту и др.) хлористые соединения железа или алюминия, концентрированную серную кислоту, аминные отвердители и др. [79]. В настоящее время для полимербетона ФА или ФАМ в большинстве случаев в качестве отвердителя используют бензолсульфокислоту (БСК).
Известно [51, 79, 90], что композиты на фурановых смолах относительно прочны, теплостойки (до 300 °С), водостойки и кислотостойки.
Таблица 1.1
Физико-механические свойства некоторых полимербетонов
Показатель Вид полимербетона
Эпоксидный, ЭД Фурановый, ФА, ФАМ Фураново-эпоксидный, Полиэфирный, ПН Карбамидный, КФ-Ж Акрилатный, ММА
Средняя плотность, кг/м3 2200... 2400 2200...2400 2200...2400 2200...2400 2200...2400 2200...2400
Кратковременная прочность, МПА, при: Сжатии растяжении 90...150 10...40 70...90 5...8 90...110 9...11 80... 100 7...9 40...70 3...7 70...90 10...13
Модуль упругости при сжатии, МПа,хЮ4 3...4 2...3,2 3,2...3,8 1,8...3,б 1-.1,5 1.1,5
Коэффициент Пуассона 0,24...0,29 0,32 0,27 0,2...0,23 0,22... 0,26 0,27
Линейная усадка при отверждении, % 0,005...0,09 0,1 0,05...0,08 0,08...0,1 0,2... 0,25 0,15...0,2
Водопоглощение, % - 0,05...0,3 0,01 0,05...0,1 0,2...0,3 0,01
Теплостойкость, М, °С 120...130 120...140 120 80 100...110 60
Истираемость, кг/м2 0,05...0,1 0,18...0,21 0,05...0,1 0.15..Д25 0,2... 0,3 -
Морозостойкость, не ниже циклов 500 300 500 300 200 500
Удельная ударная вязкость, ДЖ/см2 3...10 0,15...0,25 0,16...0,25 0,2...0,25 0,15...0,25 -
13
Однако, в процессе полимеризации фурановых смол преобладают реакции поликонденсации, при которых выделяется некоторое количество воды, ослабляющей связи полимер-наполнитель и тем самым ухудшающей общие физико-механические свойства наполненных композитов. Кроме этого, малые сроки жизнеспособности затрудняют работу с этими смолами, а высокая температура саморазогрева вызывает значительные температурные напряжения, которые отрицательно влияют на прочностные показатели фурфуролацетоновых полимербетонов.
Фурановые смолы отверждаются в основном кислыми катализаторами, поэтому металлические закладные детали и арматура в композитах на основе этих смол имеют малую сохранность, а адгезия самого полимера ФАМ к стали достаточно посредственная [51]. В связи с этим арматуру и металлические изделия из химически нестойких марок стали, контактирующие с полимербето-ном ФАМ, необходимо покрывать подложками.
Также большим недостатком фурановых смол являются черный цвет и токсичность в незатвердевшем состоянии. Кроме этого установлено, что из-за деструкции фурфуролацетоновых полимеров, вызванной его старением, происходит снижение механических характеристик композита. Так, согласно [99], после 33 лет хранения образцов, подвергшихся открытому воздействию темпе-ратурно-влажностного режима, прочность на сжатие упала в 3 раза, при изгибе - в 5 раз, модули деформаций соответственно снизились в 4 и 6 раз.
Ко всему прочему одним из недостатков фурановых смол в настоящее время является их дефицитность - предприятия, выпускающие эти смолы оказались за пределами России и практически свернули свое производство.
Мочевиноформальдегидные (карбамидные) смолы по объему выпуска занимают одно из первых мест. Их стоимость относительно невысока по сравнению с другими видами синтетических смол [127].
Эти смолы получают в результате реакции поликонденсации мочевины и формальдегида в водной или водно-спиртовой среде. Под влиянием кислых от-
14
верждающих агентов или теплоты в сочетании с ускорителями отверждения карбамидные смолы переходят в неплавкое и нерастворимое состояние.
Для получения полимербетонов нашли применение карбамидные смолы типа КМ и КФ-Ж. Причем, исследования, проведенные в НИИЖБе, показали, что физико-механические свойства полимербетонов на смоле типа КМ значительно хуже, чем на смоле КФ-Ж.
К положительным свойствам полимербетонов на основе карбамидных смол кроме относительно низкой стоимости можно отнести не высокую токсичность и достаточно благоприятные условия труда при изготовлении. Однако, эти полимербетоны отличает большой расход полимерного связующего (до 30 %) и более низкие в сравнении с другими видами полимербетонов значения физико-механических характеристик (табл. 1.1).
Наряду с перечисленным выше, карбамидные смолы имеют в своей системе большое количества свободной воды (30...40 %), испарение которой при отверждении композиции вызывает значительную усадку, вызывающую в ряде случаев растрескивание материала [79,90].
Полимербетоны на основе карбамидных смол нашли свое применение в основном в области сельского хозяйства в качестве химически стойких полов, лотков и т.д.
Полиэфирные полимербетоны широко распространены в качестве материала, применяемого для изготовления санитарной техники, элементов облицовки ванных комнат и туалетов, композиционных труб и изделий для конструкций химически стойких полов.
Полиэфирные смолы являются одним из видов термореактивных смол, получаемых методом поликонденсации. Они обладают небольшой вязкостью, а материалы на их основе — высокими механическими и электроизолирующими свойствами, высокой стойкостью к действию кислот, бензина, масел.
Полимербетонам на полиэфирных смолах свойственны также большая когезионная и адгезионная прочность, большая усадка.
15
Основная доля производства полиэфирных смол падает на смолы общего назначения — ПН-1, ПН-2, а также отличающуюся повышенной теплостойкостью смолу ПН-3. Тем не менее применение нашли и специальные смолы ПН-6, ПН-10 (с пониженной горючестью), ПН-10, ПН-11 (не содержащие летучих растворителей), ПН-69, ПН-100 [75, 84, 139, 157].
Полиэфирные смолы отверждаются с помощью инициаторов - отверди-телей — гидроперекиси изопропилбензола или перекиси метилтилкетона и ускорителей - активаторов (10 %-ного раствора нафтената кобальта в стироле).
К недостаткам полиэфирных связующих, а, следовательно, и полиэфирного полимербетона, следует отнести ограниченную стойкость в щелочах, значительную объемную и линейную усадку при отверждении, высокий коэффициент линейного расширения и пониженную огнестойкотъ [59, 63, 83].
При приготовлении смесей полиэфирного полимербетона необходимо иметь в виду, что вводить в смесь инициатор (гипериз) и ускоритель (нафтенат кобальта) следует отдельно, так как при их совмещении может произойти воспламенение или взрыв. Особенностью приготовления полиэфирных полимер-бетонов является то, что каждый последующий компонент смеси вводится после тщательного ее перемешивания. Взрывоопасность композиции является серьезным препятствием на пути ее широкого применения. При недостаточном перемешивании компонентов смеси высока вероятность ее расслоения и послойного отверждения композиции. Кроме того полиэфирные смолы общеток-сичны [56, 147,156].
Эпоксидные полимербетоны используют чаще всего как конструкционный материал в машиностроении, вытесняя ими чугун и природный камень при изготовлении станин станков, а также в часовой и электропромышленности и точном приборостроении.
Наиболее широкое применение в строительстве находят эпоксидные смолы марок ЭД-20, представляющие собой вязкую жидкость светло-коричневого цвета. Более вязкая ЭД-16, светло-желтого или светло-коричневого цвета, ЭИС-
16
1 (алкилрезорциновая эпоксидная смола) —низкомолекулярный продукт конденсации алкилрезорциновой части фенолов смоляных вод с эпихлоргидрином и др. В качестве отвердителя эпоксидных смол чаще всего применяют полиэти-ленполиамин (ПЭПА), являющийся нестабильным токсичным веществом.
Эпоксидные полимеры хрупки, и использование их в связующих неэффективно без пластификации. Простейшим способом пластификации является добавка насыщенных эфиров, например дибутилфталата, в количествах 15...20 % к смоле по массе. Прочность при разрыве и растяжимость композиций при оптимальном количестве дибутилфталата повышаются, однако уже 30 %-ная добавка понижает разрывную прочность отвержденной смолы ЭД-20 на 25 %. Прочность полимера при сжатии прогрессивно убывает с увеличением содержания пластификатора [136,145].
Наиболее просто разжижение эпоксидных смол достигается введением растворителей. При этом не только многократно снижается вязкость, но и повышается жизнеспособность смеси. Твердение маловязких систем протекает с большей полнотой, а прочность при изгибе эпоксидного полимера увеличивается, однако использование летучих растворителей не является лучшим решением проблемы разбавления эпоксидных смол. Тенденция к испарению растворителей приводит к образованию пор и капилляров в связующем и, следовательно, нарушению плотности полимербетона.
Эпоксидные смолы обладают высокими деформационно-прочност-ными характеристиками, высокой кислото- и щелочестойкостъю, но нестойки в окислительных средах [54]. Из-за высокой стоимости производство эпоксидных смол по сравнению с другими смолами занимает меньший объем, что существенно ограничивает области применения эпоксидных композиции (химически стойкие полы, антигидрообразивные и футеровочные покрытия, клеевые композиции и т.д.).[81,148]
Гораздо менее распространены полимербетоны на основе фенолофор-мальдегидных (ФФС), ацетоноформальдегидных (АЦФ) смолах и мономере ме-
17 тилметакрилат (ММА).
Фенолоформальдегидные смолы (ФФС) — это продукт поликонденсации фенола с формальдегидом в присутствии катализатора. Фенолоформальдегидные смолы представляют многочисленные классы полимерных соединений. Наиболее распространены фенолоформальдегидные смолы марок: В, AM, СФЖ, 30-32, 30-16, 5Н, СФЖ.
Процесс поликонденсации фенола с формальдегидом происходит в результате совокупности последовательных и параллельных реакций двух типов присоединения: полимеризации и поликонденсации. При этом могут быть получены термопластичные (новолачные) и термореактивные (резольные) фенол-формальдегидные смолы. Вследствие избыточного количества формальдегида, вводимого в реакцию при изготовлении резольных смол, молекулы этих смол, в отличие от новолачных, содержат свободные метиленовые группы. Чем выше содержание метиловых групп, тем выше функциональность смолы и способность ее к дальнейшим химическим превращениям. Помимо метиленовых групп молекулы резольных смол содержат свободные гидроксильные группы.
Переход фенолоформальдегидных смол в неплавкое и нерастворимое состояние происходит при введении в смолу кислых катализаторов — кислот. Для полимербетонов на основе фенолоформальдегидных смол типа СФЖ-3032 и СФЖ-40-КО хорошие результаты получены при использовании бензолсуль-фокислоты, вводимой в количестве 20 % по массе смолы.
Фенольные смолы по многим физико-механическим свойствам схожи с фурановыми. Однако они нестойки в щелочах и в этом отношении очень близки к полиэфирным смолам, также характеризующиеся низкой стойкостью в средах щелочного характера.
Ацетоноформальдегидные смолы (АЦФ) — продукт поликонденсации ацетона и формальдегида при молярном их соотношении 1:2 или 1:3 в щелочной среде. В качестве катализатора используется 5 %-ный раствор едкого натра. Переход АЦФ смол в неплавкое и нерастворимое состояние происходит при
18 введении в смолу аминов и едких щелочей.
Ацетоноформальдегидные смолы являются сравнительно дешевым связующим, имеющим светлую окраску и отверждаемым щелочными продуктами, что позволяет получать полимербетоны широкой цветовой гаммы, обладающие высокой стойкостью к маслам и другим видам нефтепродуктов, растворам солей и щелочей. Кроме того, полимербетоны на АЦФ смолах за счет наличия щелочных отвердителей хорошо совмещаются с цементными бетонами.
Мономер метилметакрилат ММА (метиловый эфир метакриловой кислоты) - прозрачная бесцветная жидкость со специфическим запахом, обладающая малой вязкостью. Содержание метилового эфира метакриловой кислоты в этом продукте не менее 99,7 %, метакриловой кислоты не более 0,2 %. Наличие полимера не допускается. В качестве отверждающей системы метилметакрилата в зависимости от назначения полимербетона могут быть использованы перекиси и гидроперекиси в сочетании с различными аминами.
Основное преимущество этих мономеров как связующего состоит в том, что, обладая низкой вязкостью, системы на их основе могут содержать большее количество наполнителей и заполнителей при условии хорошей удобоуклады-ваемости смеси, легко окрашиваются в любые цвета и в течение 1,5...2 ч после приготовления могут набрать прочность более 30 МПа.
Обобщая сделанный анализ, следует отметить, что основным преимуществом полимербетонов является высокое химическое сопротивление, которое характеризуется длительной стойкостью в агрессивных средах.
Однако, ограниченная жизнеспособность смеси затрудняет получение качественных массивных изделий и конструкций из эпоксидных, полиэфирных, фурфуролацетоновых, карбамидных полимербетонов. Значительные усадочные деформации для эпоксидных ПБ, большая деформативность для полиэфирных ПБ приводят в ряде случаев к проявлению дефектов, как при изготовлении, так и на стадии эксплуатации изделий и конструкций из этих полимербетонов. Все еще довольно высокая стоимость полимерных смол сдерживает расширение
19
области их применения полимербетонов [9, 23, 45, 74, 86, 140, 146], а избирательная химическая стойкость препятствует применению их в условиях воздействия сред различного агрессивного характера [24, 43, 48, 103, 140, 143, 147].
Тем не менее композиции на основе полимерных вяжущих представляются наиболее перспективными для работы в условиях агрессивного воздействия среды. Повышение эффективности полимерных композиций возможно за счет применения для их наполнения более дешевых вяжущих и отходов химических производств, уменьшения количества применяемых в составах компонентов, снижения токсичности полимерных составов посредством уменьшения содержания или заменой токсичных компонентов, повышением степени полимеризации [14, 71, 99].
1.2. Коррозионная стойкость полимербетонов
Инертность полимербетонов по отношению к агрессивным воздействиям является одним из определяющих качеств среди общего перечня их положительных свойств. Особо важна инертность полимербетонов по отношению к химическим средам различного характера, поскольку она характеризует их коррозионную (химическую) стойкость, под которой в свою очередь принято понимать способность материала сопротивляться воздействию агрессивных сред при сохранении своих свойств и формы [99,141,146, 147].
Химическая стойкость полимербетонов находится в непосредственной зависимости от химической стойкости связующего, наполнителей, их физико-механического взаимодействия на контакте, плотности структуры в целом, а также технологических условий получения и эксплуатации [134, 137]. Обычно стойкость оценивается по изменению прочности и реже — массы изделий.
Химическую стойкость принято характеризовать коэффициентом Кхс, который для основных видов полимербетонов приведен в табл. 1.2 [30, 90]. Коэффициент химической стойкости Кхс определяется по формуле:
Kxc=Gt/G0 (1.1)
20
где at, Go - прочность образцов при сжатии или изгибе после выдержки в среде в течение времени t и то же самое для контрольных образцов.
По изучению химической стойкости полимербетонов накоплен обширный фактический материал [18048, 54, 74, 75, 79, 84, 90, 99, 103, 105, 106, 127, 128, 129, 133, 137, 141, 144, 146, 147, 148, 152, 157, 160, 163, 168, 180]. Ознакомление с перечисленными, нередко противоречивыми, источниками дает достаточное представление о химическом сопротивлении полимербетонов в конкретных агрессивных средах, но мало приближает к пониманию существа проблемы. В кратком изложении накопленный опыт по основным видам полимербетонов можно суммировать следующим образом.
Фурановый полимербетон относится к стойким полимерным материалам, длительные испытания (до года и более) которого показали высокое сопротивление его большинству промышленных химических реагентов, кроме окислителей (азотная, уксусная кислоты) и некоторых растворителей (ацетон, бензол, спирт). Полимербетон ФАМ стабильно сохраняет свои свойства в растворах серной и соляной кислот, хлоридов, щелочей, а также в жирах, сахарах, маслах, нефтепродуктах. При этом установлено, что общая стойкость модифицированных смол ФАМ и 4ФА несколько выше, чем ФА. Объясняется это уменьшенным содержанием в них монофурфурилоденацетона [79].
Отмечено, что фурановые полимербетоны хорошо «стоят» в серной кислоте при высоких концентрациях и температурах. Это объясняется тем, что кислоты частично отверждают фурановые смолы и, поскольку вода для фурановых полимербетонов является более агрессивной средой, чем кислоты, то, чем меньше в растворе воды, тем выше стойкость этого полимербетона.
Фурановые полимербетоны сравнительно хорошо стоят в щелочных средах при низких температурах и плохо при температуре, превышающей 50°С. Сопротивление фурановых полимербетонов действию щелочей зависит от вида наполнителя. Так, более высокую стойкость обеспечивает коксовый заполнитель [79].

Получить работу