Эффективность использования природных заполнителей и техногенных продуктов в технологии бетонов и композиций

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ И ТЕХНОГЕННЫХ ПРОДУКТОВ В ТЕХНОЛОГИИ БЕТОНОВ И КОМПОЗИЦИЙ

Докт.экон.наук А.Т. Айменов

Аннотация

Установлено влияние химического состава, плотности, удельной поверхности, формы частиц наполнителей на физико-химические свойства полимерминеральных композиций. Что позволяет в широких пределах регулировать свойства в зависимости от среды эксплуатации.

Annotation

EFFICIENCY OF THE USE NATURAL ZAPOLNITEL AND TEHNOGEN PRODUCTS IN TECHNOLOGIES CONCRETE AND COMPOSITION

Dokt.ekon.sci. A.T.Aymenov

The Installed influence of the chemical composition, density, specific surface, the forms of the particles of the fillers on physico-chemical characteristic polimer composition. That allows over a wide range to adjust the characteristic depending on ambiences of the usages.

Основная часть

В общем случае роль заполнителей и наполнителей бетонов сводится к уменьшению расхода связующего и снижению стоимости, а также улучшению некоторых его свойств. В то же время, если в цементных бетонах и некоторых видах полимербетонов минералопетрографическая характеристика заполнителей решающим образом не влияет на их свойства, то в полимербетонах на эпоксидных и полиэфирных смолах она весьма существенно отражается на прочности, износо и химической стойкости и других характеристиках, а также на долговечности полимербетонов. Эта гипотеза нашла подтверждение в работах многих исследователей /1-3/.

Структура и свойства наполненных полимерных композиций как гетерогенных многокомпонентных систем зависят от многих факторов. Многочисленные исследования взаимодействия наполнителей с синтетическими смолами показывают, что химическая природа наполнителя оказывает значительное влияние на различные свойства наполненной композиции. Однако во всех случаях важнейшим условием усиливающего действия наполнителей в таких системах является высокая адгезия полимерного связующего к поверхности наполнителя и следовательно природа связей на границе раздела полимер - твердое тело.

Второе и обязательное условие - совместимость наполнителей и заполнителей с отвердителями и катализаторами. Так, наполнители и заполнители, имеющую щелочную реакцию, не пригодны для полимербетонов на основе фурановых, фенолформальдегидных и других смол, отверждаемых кислотными катализаторами. Для полимербетонов на полиэфирных, эпоксидных, ацетоноформальдегидных смолах, ММА и др. такого ограничения практически нет.

Рассмотренные в таблице 1 и 2 наполнители по химическому составу делятся на четыре основные группы: кремнеземистые (кварцевый песок, аэросил и др.); водные силикаты алюминия и магния (каолин, тальк).

Практика показывает, что такое разделение существенно облегчает правильный выбор наполнителей и заполнителей для химически стойких полимербетонов, но иногда этой классификации недостаточно, так как минеральные наполнители, как правило, имеют сложный химический состав поверхности и определить влияние компонента на связь с полимером не всегда возможно. Поэтому в настоящее время достаточное признание получила классификация наполнителей по их химическому составу, определяемой по общепринятой методике (таблица 3).

В этих случаях может быть использован метод определения суммарной химической активности поверхности наполнителя по pH его водной вытяжки. Установлено, что pH влияет на смачиваемость, состав межфазного слоя, кинетику реакции отверждения и в итоге влияет на свойства наполненных композиций (таблица 3). Этот метод оценки наполнителей, хотя и довольно приближенный, достаточно прост.

Таблица 1

Химический состав (%) и химическая стойкость минеральных наполнителей

Таблица 2

Результаты определения фракционного состава минеральных наполнителей

композиция наполнитель полиминеральный прочностный

Таблица 3

Влияние pH наполнителей на прочностные характеристики композиций на основе ЭД-20 и ПН-1

* - В числителе на смоле ПН-1, в знаменателе на смоле ЭД-20.

Несмотря на различие химического состава, большинство минеральных наполнителей имеет высокую поверхностную энергию. Поэтому такие наполнители способны к сравнительно высокому адсорбционному и адгезионному взаимодействию с изучаемыми синтетическими смолами и мономерами.

Большинство наполнителей, применяемых для изготовления мастик, растворов и полимербетонов (андезит, маршаллит, аэросил и др.), активно по отношению к полиэфирным смолам и может вступать с ними в специфическое взаимодействие. Например, в полиэфирных смолах с поверхностью частиц наполнителя способны взаимодействовать карбонильные и гидроксильные группы полиэфира с образованием ковалентных или водородных связей, а также более прочных, чем в объеме полимера, надмолекулярных структур.

Обнаруженные закономерности сохраняются и для эпоксидных смол. Особенность этих смол состоит в том, что в молекуле его олигомера содержатся эпоксидные и гидроксидные группы способные реагировать со многими веществами, в том числе с поверхностью наполнителя и тем самым создавать материалы с высокими физико-механическими характеристиками.

Таким образом, минеральные наполнители отличаются разнообразием химического состава, имеют различные физико-химические свойства, в том числе плотность, удельную поверхность, форму частиц и др. Это позволяет, сочетая их с различными смолами, в широких пределах регулировать свойства полимерных мастик и высоконаполненных композиций.

В состав полимербетонов в качестве крупного заполнителя, как правило, вводят щебень, средняя плотность и гранулометрический состав которого должен подбираться исходя из условий плотной упаковки в процессе формования, размеров, геометрической формой и средней плотности реальных изделий или конструкций.

К химическому составу щебня предъявляются такие же требования, как и наполнителям.

В таблице 4 приведены химические составы техногенных отходов Жамбылской области используемых в качестве заполнителей и наполнителей в составах полимербетонов.

По принятой классификации приведенные материалы относятся к кремнеземистым и основным, что является немаловажным положительным фактором для использования их в сочетании с полиэфирными и эпоксидными связующими.

Таблица 4

Химический состав техногенных отходов

Наличие в ненасыщенных полиэфирных смолах карбонильных и гидроксильных групп, а в эпоксидных смолах эпоксидных и гидроксидных групп способных вступать в активное взаимодействие с наполнителями и заполнителями открывает большие перспективы в создании высокопрочных химически стойких долговечных материалов.

Такие материалы с высокими физико-механическими и химическими показателями необходимы для использования в практике строительства сооружений с максимальным истирающим и кавитационным воздействием.

Многочисленные исследования проведенные НИСом Гидропроект (г. Москва), МИСИ им. В.В. Куйбышева, НИИЖБ свидетельствуют о высокой эффективности использования в гидротехническом строительстве полимербетонов на эпоксидном и полиэфирном связующих, однако заполнителями в них в основном использовались традиционно известные природные материалы.

Поэтому, замена природных заполнителей и наполнителей на активные техногенные отходы и получение тем самым прочных и долговечных полимерных строительных материалов, является актуальной и важной научной проблемой.

Литература

1. Максимов Ю.В. Исследование влияния минеральных наполнителей на процесс отверждения и свойства ненасыщенных полиэфирных композиций. Авт. дисс. к.т.н. М., 1969г, 16 с.

2. Соловьев Г.К., Алиев Б.А., Патуроев В.В. Влияние вида синтетической смолы на свойства легких полимербетонов. // Журн.: Бетон и железобетон. № 8, 1976г., 17 с.

3. Соломатов В.И. Элементы общей теории композиционных строительных материлов. // Изв. вузов. Строительство и архитектура. № 8, 1980г., с. 61-70.

Размещено на Allbest.ru