В составе товарных строительных смесей, цементных материалов и заполнителей используются различные добавки. Добавки являются важнейшими компонентами товарных строительных смесей, которые могут влиять на процесс смешивания и изготовления раствора, а также на качество раствора — его различные свойства после затвердевания. Дозировка этих добавок обычно составляет от 0,01% до 10% (имеется в виду массовая доля добавок в общем объеме рецептуры раствора).
Многие добавки, используемые в бетоне, могут быть непосредственно использованы в товарных строительных растворах, однако между раствором и бетоном существует большая разница в реальном применении, которая проявляется в основном в следующих аспектах: иногда его приходится укладывать на полистирольную плиту, например, на мягкое основание; толщина конструкции небольшая (например, тонкослойный раствор); площадь, подвергаемая воздействию воздуха, огромна; обычно требуется скрепление с различными трудно соединяемыми поверхностями; он может удовлетворять некоторым специальным строительным требованиям в свежезамешанном состоянии (например, самовыравнивающийся раствор); После затвердевания раствор должен не только отвечать требованиям механических свойств и прочности, но и требованиям декоративности (например, цветной облицовочный раствор); он должен обладать особыми водонепроницаемыми характеристиками для сохранения первоначальной функции раствора (например, защита основного слоя, теплоизоляция и декоративность).
Исходя из вышеизложенного, в товарных растворах, помимо того, что в качестве второго цементирующего материала иногда используется редиспергируемый полимерный порошок, необходимо также использовать некоторые добавки, которые обычно не применяются в бетонах, например, эфир целлюлозы, водоотталкивающие вещества и т.д. Другие добавки для регулирования характеристик свежезамешанного и затвердевшего раствора включают крахмальный эфир, корректирующую добавку, пеногаситель, расширяющую добавку и воздухововлекающую добавку.
1. Полимерный модификатор для цементного раствора
Высокомолекулярный полимер, или высокомолекулярное соединение, — общий термин для природных высокомолекулярных и синтетических высокомолекулярных соединений, состоящих из одной (гомополимер) или нескольких (сополимер) структурных единиц, связанных ковалентными связями. Это соединение, состоящее из относительно регулярных непрерывных последовательностей.
Высокомолекулярные полимеры или их форполимеры называют синтетическими смолами, а высокомолекулярные полимеры получают путем полимеризации. Большинство из них получают методом искусственного синтеза, поэтому их называют полимерными синтетическими материалами. Высокомолекулярные полимеры могут быть получены в виде синтетических волокон путем прядения, высокоэластичного синтетического каучука или жестких материалов-пластиков путем переработки и формования. Это так называемые три первичных синтетических материала. Высокомолекулярные полимеры могут также использоваться в качестве модификатора цементных растворов.
Полимерно-модифицированные композиты на основе цемента подразумевают добавление полимерных материалов, диспергированных или диспергированных в воде при затворении цемента, включая цементные пасты, растворы и бетоны.
1. Полимеры, используемые в модифицированных цементах
Для модификации цементных бетонов и цементных растворов используются четыре типа полимеров:
- водорастворимые полимеры
- Эмульсии (или дисперсии) полимеров
- Редиспергируемый полимерный порошок
- жидкие полимеры
2. Водорастворимый полимер
Существует множество разновидностей водорастворимых полимеров, которые можно разделить на три категории: природные водорастворимые полимеры, полусинтетические водорастворимые полимеры и синтетические водорастворимые полимеры.
Водорастворимые полимеры могут повышать вязкость водной фазы. Это позволяет повысить консистенцию бетона с высокой текучестью, избежать или уменьшить сегрегацию заполнителей и кровотечение, но не влияет на его текучесть. Кроме того, водорастворимые полимеры образуют хрупкую пленку, которая улучшает водоудержание раствора или бетона. В целом количество водорастворимого полимера минимально, обычно не превышает 0,5% от массы цемента, и не оказывает существенного влияния на прочность затвердевших растворов и бетонов.
Водорастворимые полимеры в основном используются для улучшения рабочих характеристик цементных растворов и цементных бетонов, особенно в подводных несепарирующих бетонах, высокотекучих перекачиваемых бетонах и самоуплотняющихся бетонах. Водорастворимые полимеры стали неотъемлемым компонентом. Водорастворимые полимеры также иногда классифицируются как липкие вещества.
Водорастворимые полимеры могут применяться в виде порошка или водного раствора. При использовании в виде порошка их обычно сначала смешивают с цементом и заполнителем сухим способом, а затем влажным — с водой.
1. Жидкий полимер
В качестве жидких полимеров для модификации цементных растворов и цементных бетонов используются эпоксидные смолы и ненасыщенные полиэфиры, а при смешивании с цементом добавляется отвердитель. При использовании жидких полимеров для модификации цементных растворов и бетонов необходимо применять системы, отверждающиеся в присутствии воды. После смешивания полимера с цементным раствором или бетоном реакция отверждения полимера и гидратация цемента должны протекать одновременно, в результате чего образуется взаимопроникающая сетевая структура из полимера и цементного геля. Такая структура позволяет более прочно связывать заполнители и улучшать эксплуатационные характеристики цементного раствора и цементного бетона.
2. Полимерная эмульсия
В качестве модификаторов в товарных растворах часто используются полимерные эмульсии, диспергируемые полимерные порошки и другие полимеры. Стабилизирующая система, образованная путем равномерного диспергирования вещества в другой жидкости с мелкими частицами, называется эмульсией, которая используется в качестве модификатора в товарном растворе, обычно при добавлении полимеризующегося мономера в эмульгатор (в присутствии поверхностно-активных веществ), она получается путем диспергирования мелких частиц в воде. В целом, в зависимости от типа заряда на частицах полимера в полимерной эмульсии, она делится на три категории, а именно: катионная эмульсия (частицы заряжены положительно), анионная эмульсия (частицы заряжены отрицательно) и неионная эмульсия (частицы не заряжены). ). Заряд полимерных частиц определяется эмульгатором, используемым при производстве эмульсии. В эмульсии, применяемой для модификации бетона (раствора), при полимеризации в основном используются неионные эмульгаторы. Обычно содержание твердых частиц в полимерной эмульсии составляет от 40% до 50%, включая полимер, эмульгатор, стабилизатор и т.д.
Полиакрилатная эмульсия (ПАЭ), эмульсия сополимера винилацетата (ЭВА), стирол-акриловая эмульсия (САЭ), стирол-бутадиеновый латекс (СБР), неопреновый латекс (CR) — наиболее распространенные полимерные эмульсии, используемые для модификации бетонов (растворов).
3. Производительность и оценка эмульсии
К общим показателям эффективности эмульсий относятся содержание твердого вещества, содержание остаточных мономеров, минимальное количество пленкообразующих веществ, температура стеклования, размер частиц и их гранулометрический состав, совместимость, стабильность, значение рН, вязкость и др.
1. Содержание твердого вещества
Содержание твердого вещества также называют нелетучим содержанием, которое включает в себя расчет количества полимера и водоцементного соотношения. Метод определения нелетучего содержания обычно заключается в том, что берется эмульсия определенного качества, высушивается при определенной температуре и затем выражается в процентах от массы высушенной эмульсии по отношению к массе исходной эмульсии. Однако в состав нелетучих компонентов могут входить и другие компоненты, кроме полимера; обычно нелетучие компоненты рассчитываются как содержание полимера. Однако летучие компоненты используются как вода в эмульсии, и вода в эмульсии должна учитываться при расчете водопотребления цемента.
2. Содержание остаточного мономера
Остаточное содержание мономера в полимерной эмульсии, не участвовавшего в реакции полимеризации, является одним из важнейших свойств полимерной эмульсии. Если остаточное содержание мономера слишком велико, то это не только увеличивает стоимость продукта и расход мономера, но и влияет на стабильность эмульсии. Гидролиз некоторых мономеров может изменить значение pH эмульсионной системы, что приведет к ухудшению стабильности эмульсии при хранении. Кроме того, некоторые мономеры могут обладать невыносимым запахом, что негативно скажется на здоровье строителей. Поэтому необходимо контролировать остаточное содержание мономеров в полимерной эмульсии на уровне менее 1%.
3. Температура стеклования
Температура стеклования — это температура, при которой полимер переходит из эластичного состояния в стеклообразное, что является важным эксплуатационным показателем полимера. Выше этой температуры полимер проявляет эластичность, ниже — хрупкость.
Поскольку полимер в эмульсии сохраняет свою природу, эмульсия также имеет температуру стеклования, которая является показателем, отражающим твердость пленки покрытия, образованной полимерной эмульсией. Эмульсия с высокой температурой стеклования обладает высокой твердостью, блеском, хорошей пятностойкостью, не загрязняется. Другие механические свойства также лучше. Однако температура стеклования и минимальная температура пленкообразования также высоки, что создает определенные трудности при использовании при низких температурах. Это противоречие, и при достижении полимерной эмульсией определенной температуры стеклования многие ее свойства будут изменяться. При этом происходят значительные изменения, поэтому необходимо контролировать соответствующую температуру стеклования. Что касается полимерно-модифицированных растворов, то чем выше температура стеклования, тем выше прочность модифицированного раствора на сжатие, а чем ниже температура стеклования, тем лучше низкотемпературные характеристики модифицированного раствора.
4. Минимальная температура формирования пленки
Под минимальной температурой пленкообразования понимается минимальная температура, при которой полимерные частицы в эмульсии достаточно подвижны, чтобы коагулировать друг с другом с образованием непрерывной пленки. В процессе формирования полимерной эмульсией постоянной пленки полимерные частицы должны образовывать плотно упакованную конфигурацию. Поэтому помимо отличной дисперсности эмульсии к условиям образования непрерывной пленки относится также деформация полимерных частиц, то есть капиллярное давление воды может стягивать диспергированные полимерные частицы вместе. При улетучивании воды сферические частицы полимера располагаются более плотно, что создает значительное давление между сферическими частицами. Чем ближе сферические частицы, тем плотнее они расположены, и давление будет возрастать еще больше. Когда частицы соприкасаются друг с другом, давление, возникающее при улетучивании воды, заставляет частицы сжиматься и деформироваться для сцепления с образованием пленки покрытия. Более сложные полимерные частицы плохо деформируются под воздействием внешнего давления, в то время как более мягкие полимерные частицы легко деформируются. Если большинство полимерных частиц эмульсии, используемой в качестве модификатора строительного раствора, представляют собой термопластичные смолы, то чем ниже температура, тем выше твердость и тем труднее они деформируются, поэтому возникает проблема минимальной температуры пленкообразования. То есть при определенной температуре, после того как вода в эмульсии улетучивается, частицы полимера все еще находятся в дискретном состоянии и не могут быть интегрированы, поэтому эмульсия не может образовать непрерывную однородную пленку покрытия из-за испарения воды. Если при испарении воды температура выше данной конкретной температуры, то молекулы в каждой полимерной частице проникают, диффундируют, деформируются и собираются, образуя непрерывную прозрачную пленку. Нижний предел температуры пленкообразования называется минимальной температурой пленкообразования.
Минимальная температура пленкообразования является важнейшим показателем полимерных эмульсий, и необходимо использовать эмульсии в низкотемпературные сезоны. Принятие соответствующих мер позволяет обеспечить минимальную температуру пленкообразования полимерной эмульсии, отвечающую требованиям эксплуатации. Например, добавление в эмульсию пластификатора позволяет размягчить полимер так, что минимальная температура пленкообразования эмульсии значительно снижается, или использовать добавки для полимерных эмульсий с более высокой минимальной температурой пленкообразования.
5. Размер и распределение частиц
Под размером частиц полимерной эмульсии понимается размер частиц в полимерной эмульсии. В зависимости от однородности размера частиц полимерные эмульсии можно разделить на монодисперсные и полидисперсные. Полимерные эмульсии, выпускаемые в реальной промышленности, как правило, являются полидисперсными. Для полидисперсных эмульсий помимо среднего размера частиц, который может быть использован для представления их размера, необходимо также обратить внимание на гранулометрический состав, т.е. распределение частиц с различными размерами. Размер и распределение частиц полимерной эмульсии существенно влияют на ее вязкость, пленкообразующие свойства и характеристики пленки покрытия. Если размер частиц полимерной эмульсии мал, то ее частицы легко перемещаются, легко попадают в зазор между частицами цемента и заполнителя и образуют плотный контакт между ними. Кроме того, эмульсия с меньшим размером частиц обладает лучшей проницаемостью и подходит для нанесения покрытий на пористые подложки.
6. Стабильность
Под стабильностью полимерной эмульсии понимается способность эмульсии не разрушаться и не коагулировать при механическом воздействии, химической среде и изменении температуры. Стабильность полимерной эмульсии включает в себя механическую стабильность, химическую стабильность (совместимость) и т.п.
- Механическая стабильность
Механическая стабильность полимерной эмульсии в основном отражает ее чувствительность к напряжению сдвига. При низких характеристиках она склонна к коалесценции (деэмульгированию) в процессе изготовления раствора.
(2) Химическая стабильность
Химическая стабильность полимерной эмульсии связана с ее совместимостью. При приготовлении товарного раствора в него добавляются различные химические вещества, такие как пигменты, наполнители, примеси, и эмульсия должна быть совместима с этими веществами, иначе мягкое воздействие повлияет на характеристики эмульсии, а жесткое — вызовет деэмульгацию. Поэтому при приготовлении раствора необходимо выбирать полимерную эмульсию, совместимую с компонентами раствора.
7. pH 值
7. значение pH
Значение pH полимерной эмульсии изменяется в зависимости от ее разновидности. Например, рН стирол-бутадиеновой эмульсии, применяемой для модификации цемента, составляет 10-11; рН акрилатной эмульсии — 7-9.
8. Вязкость
Вязкость — это показатель, характеризующий текучесть жидкости. Вязкость полимерных эмульсий может быть измерена различными методами, наиболее распространенным из которых является использование ротационного вискозиметра. Однако из-за зависимости вязкости полимера от скорости сдвига значения вязкости, измеренные с помощью различных роторов и скоростей вращения, отличаются. Кроме того, на вязкость существенно влияет температура, а содержание твердых частиц также оказывает особое влияние на вязкость. Для одной и той же эмульсии чем выше содержание твердого вещества, тем больше вязкость.