Полимерные вяжущие вещества: виды, строение полимеров
Полимеры – вещества молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся звеньев,
количество таких звеньев от нескольких тысяч до нескольких миллионов. Противоположностью являются мономеры. Олигомеры – промежуточные, молекулярная масса 500-5000 углеродных единиц. По числу мономерных звеньев в цепи полимеры делят на: одинаковые звенья и 2 или более разных рядов.
В зависимости от того как чередуются звенья есть статические и чередующиеся полимеры. Есть блок-сополимеры и привитые сополимеры. Блок-сополимеры состоят из длинных последовательностей звеньев каждого типа, а в привитых одинаковые звенья образуют длинную основную цепь, а другие формируют более короткие боковые цепи. По строению основной цепи делят на: гомоценные (основная цепь состоит из одинаковых атомов), гетероценные полимеры (в основной цепи чередуются разные атомы).
Устойчивость полимеров зависит от прочностей связей между атомами. У гетероценных прочность связей выше чем у гомоценных, следовательно, гетореценные обладают большей температуростойкостью и прочностью.
Способы получения полимеров: полимеризация, поликонденсация.
- Полимеризация – ведется за счет разрыва двойной связи и присоединения за счет нее звеньев друг к другу.
- Поликонденсация – ведется за счет химического взаимодействия между функциональными группами молекул исходных веществ, эти реакции сопровождаются отщеплением побочных продуктов, при этом химический состав меняется.
По строению цепи полимеры бывают: линейные (длинная цепь атомов, могут быть функциональные
группы, длинных ответвлений нету), разветвленные (есть боковые цепи), сетчатые (тут идет сшивка линейных и разветвленных молекул и формируется сетчатая структура, сшивку обеспечивает отвердитель).
Линейные полимеры состоят из молекул, которые связаны силами Ван-дер-Ваальса, следовательно, при повышенной температуре, вязкость уменьшается, и они переходят в жидк сост.
Сетчатые полимеры – при повышенной температуре не плавятся и при достижении критической температуры разлагаются, процесс не обратимые.
Разветвленные полимеры – более прочные чем линейные, но большинство их термопласты. Есть полимеры: аморфные и кристаллические. У аморфных есть 3 физических состояния: стеклообразное, высокоэластичное, вязко текучее. Переход их одного состояния в другое связан с температурой.
Деформация полимеров составляется из трех: пластинчатая, упругая, высокоэластичная.
Пластинчатая – связана с беспрепятственным скольжением молекул относительно друг друга.
Упругая – связана с изменение валентных углов и меж атомных расстояний.
Высокоэластичная – связана с изменение формы макромолекулы.
Виды органических вяжущих – эпоксидная смола, фенолформальдегидные смолы, полиэфирные смолы.
Кислотоупорные цементы
Наполнители и заполнители для приготовления химически стойких бетонов должны иметь кислотостойкость
Кислотоупорные цементы состоят из смеси водного раствора силиката натрия (растворимого стекла), кислотоупорного наполнителя и добавки — ускорителя твердения. В качестве микронаполнителя используют кварц, кварциты, андезит, диабаз и другие кислотоупорные материалы; ускорителем твердения служит кремнефтористый натрий. Вяжущим материалом в кислотоупорном цементе является растворимое стекло — водный раствор силиката натрия или силиката калия.
Добавка кремнефтористого натрия также повышает водостойкость и кислотоупорность цемента.
Отечественная промышленность выпускает кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент,
состоящий из смеси тонкомолотого чистого кварцевого песка 15...30% и кремнефтористого натрия — 4...6% от массы наполнителя.
Кислотоупорные цементы применяют для футеровки химической аппаратуры, возведения башен, резервуаров и других сооружений химической промышленности, а также для приготовления кислотоупорных замазок, растворов и бетонов.
Твердеет растворимое стекло (довольно медленно) только на воздухе вследствие выделения и
высыхания аморфного кремнезема под действием углекислоты воздуха по реакции Na2SiO3 + СO2 + 2Н2O -> Si(ОН)4 + Na2CO3.
Однако глубина проникания углекислоты воздуха сравнительно невелика и положительное ее действие наблюдается только на поверхности.
Ускоряет твердение растворимого стекла добавка катализатора — кремнефтористого натрия Na2SiF6. Последний вступает во взаимодействие с растворимым стеклом, в результате чего быстро образует гель кремнекислоты — клеящее вещество, что приводит к быстрому твердению системы.
Силикат-глыбу можно транспортировать в таре или навалом. Растворимое стекло, имеющее сиропообразную консистенцию, транспортируют в бочках, стеклянных баллонах. Растворимое стекло применяют для приготовления кислотостойких и жароупорных обмазок. Нельзя применять растворимое стекло для конструкций, подверженных длительному воздействию воды, щелочей и фосфорной, фтористо-водородной или кремнефтористо-водородной кислоты.
Кислотоупорный цемент не водостоек и разрушается от воздействия воды и слабых кислот. Для
повышения водостойкости в состав цемента вводят 0,5% льняного масла или 2% гидрофобизующей добавки. Полученный таким образом гидрофобизованный цемент называют кислотоупорным водостойким цементом (КВЦ).
Для повышения кислотостойкости кислотоупорных бетонов рекомендуется обрабатывать их
поверхность разбавленной соляной или серной кислотой, раствором хлористого кальция или хлористого магния.
Лекция № 1. 02.02.2022
Бетон – это искусственный камневидный материал, представляющий собой затвердевшую бетонную смесь.
Бетонная смесь – это смесь вяжущего, заполнителей, затворителя и, при необходимости, добавок различного назначения, до затвердевания.
Заполнители – зернистые, сыпучие материалы, которые являются инертными по отношению к вяжущему, затворителю, которые не растворяются в затворителе.
Бывают природные и искусственные. В основном – это минеральные материалы, хотя известны и органические материалы. Различают заполнители мелкие и крупные.
Мелкий заполнитель – песок. В технологии бетона к песку относят смесь зерен от 0.16 до 5 мм.
Крупный заполнитель – гравий и щебень. Зерна крупнее 5 мм. Верхней границей считают 70 мм. Но в бетоне допускается использование более крупные зерна, которые называются так же.
Главное отличие щебня и гравия – гравий имеет окатанную форму, щебень имеет угловатую форму
Ячеистый бетон может делаться без крупного и мелкого заполнителя.
Вводятся для того, чтобы вступать в химическую реакцию с бетоном и для придания бетонной смеси требуемой консистенции. В подавляющем числе затворителем служит вода. Но есть группа вяжущих, которые затворяются не водой, а растворами магнезиальных солей.
Если бетоны изготавливаются на органических вяжущих, то затворитель не используется, а даже на оборот заполнители предварительно высушиваются (асфальтобетон).
Массовое применение бетонов началось с появлением портландцемента. Изобретатель портландцемента – Джозеф Aспдин, который изобрел в 1824 г. Толчок в развитии бетона из-за появления армирования. Возможности строительства после появления железобетона сильно расширились. Приблизительно на бетон и железобетон приходится около 30% от общего объема выпуска всех строительных материалов. Это самый массовый материал, по сравнению с которым не идет ничего. При этом у бетона и ж\б есть выраженные преимущества, так и недостатки.
К достоинствам бетонам относят:
Доступность сырья
Неограниченный запас сырья
Технологичность (простота производства и применения)
Универсальность свойств (цементный бетон не несет в себе основную универсальность. А если брать все виды бетонов) Радиационные бетоны – 5-6 тысяч кг\м3 плотность. Прочность - чем больше, тем лучше. Сейчас бетоны создаются, которые приближаются к прочности стали Существуют бетоны, которые способны выдерживать высокую температуру – жаростойкие бетоны (до 1700 градусов).
Относительно короткие сроки строительства (бетоны на минеральных вяжущих твердеют относительно долго. Сборное ж\б строение происходит быстрее, тк ждать затвердевания не нужно).
Возможность утилизации в них некоторых видов массовых отходов (шлаки и золы – многотонажные отходы, которые получаются из отходов металлургии и при сжигании топлива. Объемы их гигантские. Утилизация каменных отходов от старых зданий и сооружений – кирпич, камень, старый бетон
Ряд бетонов обладают высокой долговечностью, которая может исчисляться сотнями лет
Монолитный железобетон и сборный железобетон
Недостатки бетонов
Высокая материалоёмкость и масса конструкции
Самый массовый бетон называется тяжелый. Бетонная промышленность является самой потребительной природного камня и песка. Здания и сооружения из таких бетонов имеет большой вес, что приводит к укреплению грунтов и свайные конструкции. Изобретены легкие ячеистые бетоны, плотность которых в разы меньше, что помогает снизить вес и материалоемкость.
Наличием мокрых процессов
Если не брать бетоны на органических вяжущих, то все имеют стадию твердению. Все имеют воду, и для затвердевания требуется много времени (кроме гипсовых бетонов, они твердеют быстро). Зимой процесс может растянуться на месяцы, что заставляется греть его. Это снижает темпы строительства и повышает цену строительства. Сборное домостроением это касается меньше. Но так как ж\б плиты кладут не на сухо, а на смесь, то приходится ждать схватывания этого слоя.
Низкая однородность
Так же относится для древесины. Одна и та же бетонная смесь будет твердеть по-разному, потому что везде будет однородность разная. Это приводит к повышению запасу прочности, чтобы компенсировать разброс набора прочности. Он экономически не выгоден, потому что приводит к удорожанию. Разброс показателей довольно большой
У цементных плотных бетонов низкая паронепроницаемость и поэтому в зданиях приходится проектировать систему вентиляции
При проектировании деревянного дома о вентиляцию не думают, потому что пары воды уходят через деревянную конструкцию. А при ж\б конструкции повышение влаги гарантированно. Вся надежда уходит на вентиляционные каналы.
Когда в Нью-Йорке обрушилось здания торгового цента. Там был сильный пожар. Здание было сделано из стальных конструкций. Сталь – не горючий материал, но при нагреве снижается прочность стали и при пожаре конструкции быстро потеряли устойчивость, что привело к тому что здание сложилось. В мире провели анализ, что метал конструкции при пожаре быстро входят из строя. В железобетонной конструкции, бетонный слой довольно существенно повышает огнесткойсть.
При
высотном строительстве бетонную смесь
можно подавать с помощью кранов и
бетонных насосов
