Специальные бетоны. Часть 6
Бетонополимеры - цементные бетоны, в которых поры частично или полностью заполнены затвердевшим полимером. Заполнение порового пространства осуществляется пропиткой цементного бетона низковязкими полимеризующимися олигомерами (полиэфирными, эпоксидными) или мономерами (метилметакрилат или стирол), для чего бетонные или железобетонные изделия предварительно высушивают до 1%-ной влажности, помещают в специальную камеру и вакуумируют, а потом заливают мономер или олигомер для пропитки, после чего избыток пропитывающего состава сливают. Полимеризация осуществляется в той же камере или в автоклаве при нагреве либо под действием радиации от радиоактивного кобальта. Время пропитки составляет 2-4 ч, время каталитической полимеризации при температуре 20- 100 ºС составляет 4 -6 ч.
Бетонополимеры имеют высокую прочность, которая увеличивается в несколько раз по сравнению с прочностью бетонов до пропитки, низкое водопоглощение за 24 ч (0,02 - 0,03%), возрастающую морозостойкость, сопротивляемость истирающим воздействиям и химическую стойкость. Однако стоимость бетонополимеров высокая, их применяют при устройстве полов промышленных зданий, напорных труб, линий электропередачи, свайных фундаментов, т.е. для изготовления изделий и конструкций, работающих в суровых условиях.
Полимерцементный бетон изготовляют с применением комплексного вяжущего вещества - неорганического (различные цементы) и органического в виде водных дисперсий полимеров (эмульсий и латексов). Эмульсии и латексы являются продуктами эмульсионной полимеризации и сополимеризации мономеров (винилацетата, винилхлорида, стирола и др.). Используют также натуральные и синтетические латексы: дивинилстирольных марок СКС-30, СКС-50, дивинилнитрильный - СКН-40, поливинилацетатную эмульсию и др. В качестве заполнителей применяют кварцевый песок, щебень из гранита, андезита и других горных пород. Чаще используют песчаные полимерцементные бетоны. Свойства бетонов зависят главным образом от полимерцементного отношения (П/Ц); Масса полимера берется в сухом состоянии. Например, для полимерцементного бетона с добавкой поливинилацетатной эмульсии (ПВА) максимальная прочность достигается при содержании ПВА в количестве 20 % от массы цемента, т.е. в данном случае отношение П/Ц = 0,2 является оптимальным.
Достоинствами полимерцементных бетонов являются высокие прочность, морозостойкость, водонепроницаемость, сопротивление удару и истиранию, недостатками - повышенные усадка и ползучесть. Эти бетоны применяют при устройстве полов в общественных и промышленных зданиях, покрытий дорог, аэродромов, при реставрационных работах по бетону.
Фибробетон - это мелкозернистый бетон, дисперсно-армированный волокнами (фиброй). Фибра имеет хорошее сцепление с бетоном; коэффициенты линейного температурного расширения у фибры и бетона примерно одинаковы, за счет чего обеспечивается их совместная работа. Волокна имеют высокую прочность на разрыв, должны быть стойкими в щелочной среде цементного бетона (раствора). В зависимости от конструкции применяют стеклянные волокна из бесщелочного стекла, базальтовые, кварцевые, металлические (из обычной или нержавеющей стали), синтетические (пропиленовые, капроновые). Фиброармирование уменьшает раскрытие трещин от растяжения в конструкциях, усадку и ползучесть (до 30 %), повышает водонепроницаемость и морозостойкость, сопротивление истиранию и удару. Из фибробетона изготовляют плиты для полов и тротуаров, дорожные и аэродромные плиты, комплектуют для отделки каналов и туннелей, оболочки покрытий и крыш, кольца и трубы подземных коммуникаций и др.
Статьи
Бетоны для защиты от радиоактивных излучений16 February 2010 |
| Из всех радиоактивных излучений наибольшей проникающей способностью обладают у-излучение и нейтроны. Способность материала поглощать у-излучение пропорциональна его плотности. Для ослабления потока нейтронов в материале, наоборот, должны присутствовать элементы с малой атомной массой, как, например, водород. Бетон является эффективным материалом для биологической защиты ядерных реакторов, поскольку в нем удачно сочетаются при сравнительно низкой стоимости высокая плотность содержание определенного количества водорода в химически связанной воде. Для уменьшения толщины защитных экранов при возведении атомных электростанций и предприятий по производству изотопов наряду с обычными применяют особо тяжелые бетоны со средней плотностью от 2500 до 7000 кг/м3 и гидратные бетоны с высоким содержанием химически связанной воды. С этой целью используют тяжелые природные или искусственные заполнители: магнетитовые, гематитовые или лимонитовые железные руды, барит, металлический скрап, свинцовую дробь и др. Для получения гидратных бетонов эффективными являются лимонит, серпентинит и другие материалы, обладающие наряду с высокой плотностью и значительным содержанием химически связанной воды. В качестве вяжущих в особо тяжелых и гидратных бетонах применяют портланд- и шлакопортландцементы. Возможно применение цемента специального назначения, образующего при твердении повышенное содержание гидросульфоалюмината, связывающего значительное количество воды. В гидратных бетонах можно использовать также глиноземистый и гипсоглиноземистый цементы, связывающие большее количество воды, чем портландцемент. Для улучшения защитных свойств в гидратные бетоны вводят добавки, повышающие содержание водорода - карбид, бор, хлорид лития и другие добавки, в состав которых входят легкие элементы. Кроме улучшенных защитных свойств, бетон, применяемый для устройства экранов ядерных реакторов, должен обладать и другими особенностями: повышенной температуростойкостью, высокой теплопроводностью, низкими значениями усадки, коэффициента термического расширения и ползучести. Особо тяжелые бетонные смеси склонны к расслоению вследствие значительного различия между плотностями цементного теста и заполнителей. Для предотвращения расслоения рекомендуется такие смеси перевозить в автобетоносмесителях, применять методы раздельного бетонирования и т. д. При потоках нейтронов высокой интенсивности, характерных для некоторых реакторов на быстрых нейтронах, может возникнуть необходимость в использовании радиационностойких бетонов. В результате воздействия ионизирующего излучения в структуре бетона могут происходить качественные изменения, характер и глубина которых зависят от свойств бетона, вида исходных материалов и дозы облучения. При определении радиационной стойкости материалов учитываются плотность потока частиц, интенсивность излучения, поглощенная доза излучения. Плотность потока частиц или квантов характеризуется отношением числа частиц, проникающих в сферу элементарного объема в единицу времени, к площади проекции сферы (квант в сек. на кв. метр - с"1 м"2). В отличие от плотности интенсивность излучения - удельная величина энергии (Вт/м2). Поглощенная доза излучения равна отношению поглощенной энергии к массе облучаемой среды (Дж/кг). Например, плотность потока нейтронов, излучаемых ядерным реактором, достигает 5 1017с~1м~2, изотопным источником -10 - 108с 1м"2. Интенсивность излучения составляет соответственно 104 и 10"6 Вт/м2. Доза излучения, поглощенная бетоном конструкций, расположенных за корпусом ядерного реактора за 30 лет его службы составляет 1011 - 1012 Дж/кг. Радиационное облучение вызывает термическую усадку цементного камня, которая возрастает по мере увеличения дозы облучения. При этом температура увеличивается до 350°С и происходит его частичное обезвоживание. Деформации при облучении Цементного камня значительно превосходят деформации вследствие испарения воды при разогреве цементного камня. Усадке способствуют радиационно-химические реакции, в результате которых возможно образование химически активных частиц, взаимодействующих друг с другом. При облучении происходит радиолиз химически связанной, адсорбционной и свободной воды, цементного камня, в результате чего выделяются в газообразном состоянии кислород и водород. Радиолиз воды сопровождается снижением прочности цементного камня, развитием деформаций ползучести. При облучении бетона характерны снижение плотности и увеличение линейных размеров зерен заполнителей. Возможен также переход минералов из кристаллического в аморфное состояние, что также сопровождается деформациями расширения. По мере облучения происходит образование и накопление различных дефектов кристаллической решетки минералов, слагающих заполнители. Наибольшие изменения при радиационном воздействии характерны для крупнокристаллических глубинных кислых магматических горных пород. С увеличением содержания в структуре горных пород аморфных фаз и уменьшением размеров кристаллов радиационная стойкость пород возрастает. Модуль упругости бетона по мере повышения дозы облучения снижается вследствие накопления структурных дефектов в заполнителях и цементном камне. Установлено, что при значительных дозах облучения предел прочности бетона на сжатие снижается в 4 раза, а на растяжение более чем в 2 раза. Для радиационностойких бетонов предпочтительно применять высококремнеземистые портландцементы с пониженным содержанием алюминатов и алюмоферритов. В условиях облучения эффективно использование мелкозернистых бетонов. Авторы: Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин |