ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. В настоящее время в промышленных и гражданских зданиях широко применяются монолитные полы на основе цементных бетонов и растворов.
Однако, несмотря на высокую технологичность и экономичность, имеются случаи разрушения полов в виде отслаивания и растрескивания поверхностного слоя бетона, что связано с недостаточными адгезией и прочностными и деформативными свойствами.
Решение задачи повышения эффективности цементных бетонов связано с модифицированием их структуры путем введения комплексных полимерных добавок, повышающих эксплуатационные свойства монолитных полов промышленных зданий.
Данная работа выполнена в соответствии с государственной комплексной программой "Стройпрогресс — 2000".
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является разработка эффективных полимерцементных бетонов для покрытий монолитных полов промышленных зданий с использованием комплексных полимерных добавок.
В связи с этим основными задачами работы являются:
- обосновать возможность создания эффективных полимерцементных бетонов для покрытий монолитных полов с повышенными физико-механическими свойствами путем введения в состав комплексных полимерных добавок;
- разработать оптимальные составы полимерцементных бетонов с комплексной полимерной добавкой;
- установить зависимости основных свойств полимерцементных смесей и бетонов от главных факторов;
- разработать рекомендации по технологии полимерцементных бетонов с повышенными технологическими, физико-
механическими и эксплуатационными свойствами для монолитных покрытий полов;
- провести производственное опробование результатов исследования.
Научная новизна.
. обоснована возможность повышения эффективности бетонов для $ монолитных полов промышленных зданий с повышенными экс-
плуатационными свойствами путем использования комплексной полимерной добавки, состоящей из поливинилацетатной дисперсии и водной дисперсии эпоксидно-диановой смолы, способствующей снижению капиллярной пористости, повышению плотности, упрочнению контактной зоны между цементным камнем и заполнителем;
^ - методами РФА, ИКС и электронной микроскопии установлено
W
физико-химическое взаимодействие между ПВА, эпоксидно-диановой смолой и продуктами гидратации цемента, способствующее повышению адгезионной прочности, прочности при растяжении, трещиностойкости и водостойкости полимерцементных бетонов;
- установлено влияние добавки глиноземистого цемента на период формирования структуры полимерцементных бетонов;
'Ф - получены многофакторные зависимости удобоукладываемости,
сроков схватывания, кинетики набора прочности и водоудержи-вающей способности эффективных полимерцементных бетонов от количества полимерной добавки;
- получены многофакторные зависимости адгезионной и когезион-ной прочности, деформативности, усадочных деформаций и трещиностойкости от состава полимерцементных бетонов;
получены многофакторные зависимости истираемости, ударной стойкости, водостойкости и химической стойкости от количества полимерной добавки;
- получены зависимости свойств полимерцементных бетонов с комплексной полимерной добавкой и добавкой ПАВ (ЛСТ и С-3), направленных на оптимизацию состава полимерцементных бетонов;
Практическая значимость работы.
- разработана методика создания полимерцементных бетонов с повышенными эксплуатационными свойствами бетонов для монолитных полов промышленных зданий за счет модификации их структуры комплексной полимерной добавкой, состоящей из по-ливинилацетатной дисперсии и водной дисперсии эпоксидно-диановой смолы;
- проведен анализ условий растекания и установлены факторы, влияющие на самовыравнивание полимерцементнобетонных смесей;
- разработаны оптимальные составы полимерцементных бетонов для монолитных полов промышленных зданий с повышенными эксплуатационными свойствами: прочностью при растяжении до 7 МПа; адгезионной прочностью при сдвиге до 17 МПа; пониженной истираемостью до 0,35 г/см2; водостойкостью 0,93...0,96; повышенной ударной стойкостью;
- разработана технология полимерцементных бетонов с повышенными эксплуатационными свойствами для монолитных полов промышленных зданий.
- проведена оценка экономической эффективности использования разработанных составов эффективных полимерцементных бето-
8
нов для монолитных покрытий полов по сравнению с другими составами. Внедрение результатов исследований.
- разработаны «Рекомендации по приготовлению и устройству по-лимерцементных бетонов с повышенными эксплуатационными свойствами для монолитных полов промышленных зданий»;
- осуществлено опытно-промышленное внедрение разработанных полимерцементных бетонов при устройстве покрытия пола на ОАО "Можайский полиграфический комбинат" общей площадью 170 м2, а также при ремонтно-восстановительных работах покрытия в помещении склада №7 по адресу: Москва, Востряковский проезд, д. 10Б.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались:
- 4 февраля 2004 года на V Юбилейной специализированной выставке на семинаре: "Новые строительные материалы. Разработки МГСУ и строительных организаций в области строительных материалов ";
25 февраля 2004 года на 12 Международной специализированной строительной выставке "Стройтех" на семинаре: "Бетон. Сухие смеси. Керамические изделия. Средства контроля качества строи- тельных материалов, зданий и сооружений."
По теме диссертации опубликовано 3 статьи.
На защиту выносятся:
- теоретические положения о повышении эффективности бетонов для монолитных полов промышленных зданий с повышенными эксплуатационными свойствами путем использования комплексной полимерной добавки, состоящей из поливинилацетатной дисперсии и водной дисперсии эпоксидно-диановой смолы;
- зависимости физико-химических свойств полимерцементных бетонов от состава и количества комплексной полимерной добавки;
- принципы расчета составов полимерцементных бетонов, зависимости регулирования периода формирования структуры и кинетики набора прочности от компонентов состава;
- зависимости физико-механических и эксплуатационных свойств разработанных полимерцементных бетонов от состава и количества комплексной полимерной добавки, вида вяжущего, количества заполнителя;
- результаты опытно-промышленного внедрения. Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, 6-ти глав, общих выводов, списка использованной литературы из 188 наименований и приложения. Работа
изложена на___страницах машинописного текста, содержит___рисунков
и фотографий,___таблиц.
10
Глава 1. Состояние вопроса. Цели и задачи исследования. 1.1. Полы в современном строительстве. Общие положения.
Полы представляют собой один из трудоемких конструктивных элементов здания. В жилых зданиях стоимость полов близка к стоимости несущей части перекрытия, а затрата на их устройство в 2 - 4 раза выше. В одноэтажных промышленных зданиях стоимость полов достигает 15 - 20% ¦ общей стоимости здания, а расход бетона на устройство пола приблизительно равен расходу на конструкцию покрытия [1,2].
Полы должны иметь высокие показатели качества по прочности, де-формативности, истираемости, трещиностойкости, коррозионной стойкости и декоративности.
Полы классифицируют по следующим признакам в зависимости от:
- механических воздействий: ударопрочные, износостойкие, a обычные;
- физических воздействий: атмосферостойкие, жаростойкие, рту-тонепроницаемые, взрывобезопасные и др.;
- химических воздействий: кислотостойкие, щелочестойкие, мас-лостойкие и др.;
- по виду покрытий: из штучных материалов, монолитные, из рулонных материалов;
- по теплоусвоению: холодные и теплые;
Щ - по безопасности передвижения: скользкие, умеренно скользкие
и нескользкие;
- в зависимости от эстетических требований: цветные и темные.
В современных зданиях и сооружениях пол представляет собой горизонтальную многослойную конструкцию, каждый слой которой имеет определенное функциональное значение. В соответствии с требованиями [1, 3,4, 5] различают следующие элементы в конструкции пола (рис 1.1.): - основание;
11
- подстилающий слои;
- звукоизоляция;
- теплоизоляция;
- стяжка;
- гидроизоляция;
- грунтовка;
- покрытие, непосредственно подвергающееся эксплуатационным воздействиям.
Наиболее уязвимым элементом пола является покрытие, непосредственно подвергающееся различным видам воздействий, зависящих от назначения помещений и специфики функциональных процессов производства (рис 1.2):
механические: слабые, умеренные, значительные (движение пешеходов и безрельсовых транспортных средств; удары при производственных процессах, монтаже и ремонте оборудования, волочении твердых предметов с острыми углами и ребрами; сосредоточенные нагрузки);
тепловые (горячие предметы, жидкости, нагретый воздух на уровне пола);
жидкостные (вода, масла, растворители, кислоты и щелочи различной концентрации).
Проектирование пола, как правило, начинается с выбора типа покрытия, который непосредственно подвергается эксплуатационным воздействиям. Наименование пола устанавливают по типу его покрытия [51].
Покрытия могут быть сгруппированы в два типа: штучные и бесшовные (монолитные). Штучные покрытия не существуют самостоятельно и работают совместно с прослойкой, связывающей их в единое целое.
Прослойка - промежуточный слой, связывающий штучное покрытие с нижележащим элементом или служащий для покрытия упругой постелью.
12
Покрытие
Прослойка
Подстилающий слой
Основание
Рис 1.1. Схема конструктивных элементов пола.
3
5 6 7 8 9
LLLL
11
Рис 1.2. Воздействия на полы:
1 - статические нагрузки; 2 - вибрационные нагрузки;3 — динамические нагрузки; 4 - силы сдвига; 5 - температура окружающей среды; 6 - тепловые удары; 7 - агрессивная среда; 8 - влага; 9 -статическое электричество; 10 — блуждающие токи; 11 - биохимическое воздействие; 12 — сейсмические воздействия.
13
Прослойка выполняется из песка, цементного раствора, клеящих мастик. В сплошных полах прослойка может отсутствовать и покрытие укладывается непосредственно на стяжку.
Для обеспечения механической прочности многослойного пола большое значение имеет адгезия прослойки к подслою. В случае отсутствия сцепления при использовании материалов, обладающих низкой адгезией, i0 полы становятся "плавающими" и их ударная прочность значительно пада-
ч.
ет. К основным требованиям, которым должны отвечать полы, относятся сопротивление механическим и физическим воздействиям, жесткость, малое теплоусвоение, санитарно-гигиенические, эстетические и экономические [1,14].
Сопротивление истиранию, удару и другим воздействиям являются критериями долговечности пола.
д Жесткость оценивается отсутствием заметных деформаций пола под
нагрузкой. Однако чрезмерно жесткие полы (каменные, керамические, бетонные) могут служить причиной возникновения усталости и поэтому, как правило, устраиваются на промышленных предприятиях.
Теплоусвоение пола выражается коэффициентом, характеризующимся количеством тепла, отнимаемым материалом от человеческого тела при соприкосновении с ним. В помещениях производственных зданий СНиП предусматривает 12 ккал/(м 2- ч • °С).
# Санитарно-гигиенические требования заключатся в том, что в про-
цессе эксплуатации пол не должен оказывать вредного влияния на здоровье, т.е. не выделять пыли, газов, запахов, а в ряде случаев обеспечивать комфортные теплотехнические условия (табл. 1.1.).
В отличие от полов жилых и общественных зданий, полы промышленных предприятий весьма затруднительно классифицировать по назначению, так как для одной отрасли промышленности в различных цехах используются 25 - 40 типов полов.
14
Таблица 1.1.
Теплотехнические требования, предъявляемые к полам
Группа Категории помещений Показатель теплоусвоения
I Полы отапливаемых помещений с повышенными эксплуатационными требованиями к микроклимату (жилые комнаты, палаты больниц, основные помещения детских учреждений) 10
II Помещения общественных зданий (за исключением указанных в п. 1), а также помещения производственных и вспомогательных зданий с долговременным пребыванием людей, не испытывающих по роду своих занятий большого физического напряжения и не совершающих интенсивных движений 12
III Все виды помещений (кроме указанных в пп. 1 и 2), а также помещения, в которых в соответствии с их назначением должна поддерживаться температура внутреннего воздуха выше 16 - 18° С ... 15
IV Полы отапливаемых производственных зданий с временным или постоянным пребыванием людей, находящихся в состоянии движения или выполниющих тяжелые работы Не нормируется
Комплексу вышеперечисленных требований отвечают наливные полы на основе полимерных вяжущих. Однако имеется практика изготовления наливных полимерцементных полов [2,6,8,9,48].
1.2. Материалы для покрытий полов. 1.2.1. Полимерные покрытия.
Бесшовные (монолитные) покрытия на основе полимеров [11,12,13,51,52,120,166] имеют преимущества по сравнению с покрытиями полов из штучных материалов: высокие технико-экономические показате-
15
ли (малый вес, небольшая трудоемкость), хорошие защитные функции, удобства при устройстве и эксплуатации. Эти полы являются достаточно стойкими по отношению к агрессивному воздействию почти всех кислот (за исключением концентрированной серной и азотной).
Как в отечественной, так и в зарубежной практике большое распространение получили композиции на основе полиуретановых, эпоксидных олигомеров и их модификаций: эпоксидно-фурановых, эпоксидно-полиэфирных, эпоксидно-окситерпеновых, эпоксидно-карбамидных, эпоксидно-каучуковых [11].
Для наливных полов чистые эпоксидные смолы применяются редко в виду высокой стоимости связующего. Количество модификатора подбирают с учетом его максимального содержания - при сохранении или улучшении требуемых физико-механических и химических свойств оно может составлять от 30 до 200 %.
Наливные полимерные покрытия выполняются из пластичных (саморастекающихся) смесей, в состав которых входят: диановые эпоксидные олигомеры (ЭД-20, ЭД-16, Э-40) или более технологичные (менее вязкие) ДЭГ-1, ТЭГ-1, оксилины и др., а также отвердители, растворители, пластификаторы, наполнители. Составы некоторых видов наливных и высо-конаполненных эпоксидных покрытий приведены в таблице 1.2., 1.3.
Важнейшие строительно-технологические свойства (прочность, износостойкость, химическую стойкость) эпоксидные смолы приобретают после отверждения.
В составах для монолитных покрытий полов в качестве отвердителей используются соединения, взаимодействующие с эпоксидными группами связующего при температуре не выше 25 °С. Химическую стойкость от-вержденных смол увеличивают, применяя ароматические аминные отвердители.
16
Покрытия на основе эпоксидных смол обладают высокой адгезией к различным основаниям, химической стойкостью, твердостью и прочностью, но малоэластичны, и, как следствие, нуждаются в пластификации.
Таблица 1.2. Составы эпоксидных наливных покрытий (в масс.ч)
Материал Слои покрытия пола
грунтовочный основной лицевой
Эпоксидно-оксилиновое покрытие
Компаунд "Эпоксил" 100 100 100
Отвердитель (ПЭПА) 10 10 10
Минеральный наполнитель - 50-100 -
Минеральный пигмент - 3-5 3-5
Эпоксидно-полиамидное покрытие
Смола ЭД-20, ЭД-16 100 100 100
Полиамидные смолы Л-18, Л-19, Л-20 10 80 60
Минеральный наполнитель - 150-200 100
Растворитель (ацетон) 150 3 10
Минеральный пигмент - - 5
Эпоксидно-карбамидное покрытие
Эпоксидная смола ЭД-20, ЭД-16 100 100 100
Карбамидная смола К-411-00сб - 60 60
Отвердитель (ПЭПА) 10 10 10
Минеральный наполнитель - 150-200 100
Растворитель (ацетон) 150 - -
Минеральный пигмент - - 3-7
Покрытия на основе эластомерных полиуретанов обладают высокой износостойкостью, но меньшей химической стойкостью и большим, по сравнению с эпоксидными покрытиями, водопоглощением.
Полиуретановые покрытия полов выполняют по той же технологии, что и эпоксидные. Покрытия могут быть тонкослойными лакокрасочными толщиной 0,2 - 0,3 мм; наливными толщиной 2-5 мм; из высоконаполнен-ных составов толщиной до 10 мм; каркасными толщиной 12-15 мм. В каркасных полиуретановых покрытиях в состав каркаса вводится упругий ма-
17
териал (резиновая крошка, резиновые плиты). Составы смесей для поли-уретановых покрытий приведены в таблице 1.3.
К достоинствам акриловых покрытий следует отнести возможность быстрого отверждения при низких температурах, стойкость к термоударам и ультрафиолетовому облучению.
Покрытия на основе сложных полиэфиров обладают повышенной химической стойкостью к некоторым агрессивным средам, но большей чем у эпоксидных покрытий усадкой при отверждении и меньшей износостойкостью.
Таблица 1.3. Составы полиуретановых покрытий (в масс.ч)
Компонент Слои покрытия пола
грунтовочный основной лицевой
Наливное покрытие толщиной 2-5 мм
Пигма Б-ЭП-205 100 100 100
Отвердитель ДТБ-2 20 20 20
Растворитель (ацетон) 40 - -
Пигмент - - 2-3
Каркасное пок| рытие толщиной 12-15 мм
Форполимер СКФ-65Ф 100 100 100
Отвердитель (диамин) 32-40 32-40 32-40
Растворитель (ацетон) 15-20 2-3 4-5
Резиновая крошка - 150 -
Пигмент - - 2-3
В зависимости от молекулярного веса эпоксидные смолы выпускаются в виде вязких жидкостей (ЭД-5, ЭД-6, Э-40, ЭДФ-3 и др. ) или твердых тел [10,11]. Применение твердых смол при обычных температурах затруднено, а применение растворителей крайне нежелательно в силу отрицательного влияния на плотность материала, токсичности, пожаро- и взрыво-опасности, особенно при работе в закрытых помещениях. Указанные недостатки практически полностью устраняются при применении водно-дисперсионных эпоксидных материалов. |
