Техника полимеризации

К процессам, разработанным для осуществления полимеризации мономера в системе пор бетона, относятся радиация, термический катализ с использованием химических инициаторов и передачей тепла с помощью горячей воды и пара и использование систем промотор — катализатор

Полимеризация бетона

Процесс радиации включает в себя применение у-лучей. Свободные радикалы, образуемые при поглощении энергии радиации, вступают во взаимодействие с двойными связями мономера, вызывая образование дополнительных радикалов и ускоряя таким образом рост цепи и непрерывную полимеризацию. Радиационная полимеризация пропитанного мономером бетона возможна при комнатной температуре и способна протекать без добавления инициаторов и катализаторов.

Раннее исследование бетонных систем, пропитанных метилметакрилатом, показывает, что скорость полимеризации, вызванной радиацией, больше в том случае, когда мономер находится в порах бетона, а не вне бетона. Причина этого точно не выявлена, хотя предполагается, что ускорение полимеризации может быть вызвано неустойчивостью инициатора в щелочной среде.

Повышение температуры полимеризации непосредственно влияет на ее скорость и уменьшает общую необходимую дозу радиации. В этом случае следует соблюдать большую осторожность, чтобы снизить потери мономера.

Исследовалась также обработка мономера радиацией (облучение у-излучением) с последующей термической полимеризацией при температуре 80—90°С.

Доза радиации, требуемая для удаления ингибитора (гидрохинона) из мономера метилметакрилата с содержанием гидрохинона 30—40- Ю-6 мольных долей составляет примерно 4,95х 105 рад. Дозировка для других мономеров зависит от типа и концентрации ингибитора.

Использование предварительно подогретой насыщенной мономером воды для полимеризации пропитанного мономером бетона или нагрев бетонных образцов, погруженных в насыщенную мономером воду при комнатной температуре, помогает предотвратить потерн мономера при его испарении из бетона.

Механические свойства импрегнированного раствора и бетона.

Прочность раствора и бетона значительно повышается, когда в порах этих материалов происходит полимеризация мономера. К факторам, влияющим на прочность пористых материалов, относятся общая пористость, размер и форма пор, плотность и степень кристаллизации твердого каркаса. Повышение прочности импрегнированного раствора и бетона происходит, несомненно, вследствие изменения микроструктуры цементного камня (пасты), когда сводится к минимуму эффект концентрации напряжений, и вследствие модификации зоны контакта цементной пасты с заполнителем.

Прочность.

Зависимость между прочностью на сжатие и пористостью бетонополимера, пропитанного метилметакрилатом, носит экспоненциальный характер. Однако было бы ошибочным заключить, что повышение прочности, вызванное наличием полимера в порах, равнозначно повышению прочности вследствие заполнения пор продуктами гидратации.

Установлено, что максимальная прочность, достигаемая при пропитке низкопрочного конструкционного бетона, почти столь же велика, как и получаемая при пропитке высокопрочного бетона. Это означает, что главное назначение пропитки состоит в понижении концентраций напряжений в матрице, вызванных наличием трещин, поскольку основное различие между двумя видами непропитанного бетона заключается в количестве трещин. Если трещиностойкость снижается, значит можно реализовать свойства, заложенные в преобладающей фазе (матрице).

Повышение жесткости матрицы, вызванное присутствием в порах полимера, уменьшает разницу между модулями упругости матрицы и заполнителя и, таким образом, снижает концентрации напряжений в матрице, проистекающие из-за этой разницы. Сглаживание полимером вершин трещин также приводит к снижению концентраций напряжений в матрице. Трещины в зоне контакта матрицы с заполнителем ослабляют потенциальный вклад заполнителя в прочность бетона. У низкопрочного бетона более слабое сцепление матрицы с заполнителем. При пропитке это сцепление значительно улучшается, благодаря чему и сокращается разница между вкладом заполнителя в прочность высокопрочного и низкопрочного бетона.

Было замечено, что все исследуемые полимеры повышают прочность бетонополимера, находясь в стеклообразном состоянии, тогда как в стеклообразном состоянии их упрочняющее действие минимально. Температура стеклования для полиметилметакрилата в поровой системе бетона выше, чем для того полимера в монолите, т. е. вне бетона. Это, вероятно, обусловлено эффектом действия поверхностных сил, связанных с абсорбцией или межмолекулярным взаимодействием.

Модуль упругости.

Этого и следовало ожидать, так как в значении модуля упругости матрицы из раствора уже учитываются вызванные полимером изменения затвердевшего цементного камня. Хотя соответствие обычно хорошее, все же при прогнозировании на основе этих моделей могут встречаться отклонения в модуле упругости бетонополимера (выраженного как функция от модуля упругости полимера), составляющие до 36%. Вероятно, эта разница объясняется размером пор и стереохимией полимера в микро-поре, поскольку за основу принимают значение модуля упругости для составляющих, находящихся вне бетона.

Улучшение сцепления между матрицей и заполнителем при пропитке мало отражается на модуле упругости раствора и бетона. В уравнениях не содержится коэффициентов, учитывающих концентрацию напряжений, и при измерениях модуля упругости ее влияние оказывается минимальным.

По мере увеличения степени высушивания повышаются прочность и модуль упругости.

Вязкость разрушения.

Вязкость разрушения повышается здесь прежде всего вследствие понижения концентраций напряжений в матрице, изменения полей напряжения вокруг трещины и изменения контактной зоны матрицы и заполнителя. Заполнители действуют в бетоне как «гасители» трещин, обычно заставляя развивающуюся трещину огибать зерна заполнителя и повышая потребность в энергии для образования трещины. В бетонополимере излом обычно проходит по заполнителю, поскольку прочность и жесткость бетона, как правило, повышаются.

Работа трещинообразования значительно увеличивается вследствие повышения прочности сцепления в зоне контакта матрицы и заполнителя. Однако и непропитанный, и импрегнированный бетон обладают малой пластичностью. Изменение контактной зоны вследствие полимеризации метилметакрилата не придает композиции пластичности и не ведет к какому-либо повышению вязкости, которым сопровождается увеличение пластичности.

Подчеркивается, что как полимер и матрицы вносят свой вклад в вязкость разрушения композита; учет относительного вклада матрицы и пропитывающего вещества в системе из затвердевшей цементной пасты можно применить также к раствору и бетону.

Похожие записи