РАЗДЕЛ 2
ВЫБОР ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Характеристики применяемых материалов
Клеящие составы, применяемые для восстановления железобетонных конструкций, должны отвечать следующим требованиям: иметь адгезионную и когезионную прочность не ниже прочности восстанавливаемых бетонных и железобетонных конструкций; быть долговечными и погодоустойчивыми; допускать возможность регулирования их вязкости и жизнеспособности; быть пригодными для использования при любой, в том числе и при отрицательной, температуре окружающей среды [61,62,63].
В наибольшей степени этим требованиям удовлетворяют эпоксидные клеи и полимерные композиции на их основе, обладающие высокой прочностью, стойкостью к циклическому замораживанию и атмосферным воздействиям [64].
Эпоксидные клеевые соединения бетона и арматуры, обладающие высокой стойкостью к циклическим и вибрационным нагрузкам, обеспечивают надежность конструкций зданий, восстанавливаемых в сейсмических районах, а также конструкций, подверженных многократным динамическим нагрузкам.
Из широкого ассортимента полимерных связующих на основании предварительных экспериментов и для исследований была выбрана эпоксидная смола, так как она имеет самые высокие прочностные характеристики [65].
В состав эпоксидной полимерной композиции входят эпоксидная смола, отвердитель, заполнитель, модификатор, растворитель.
Эпоксидные смолы
Эпоксидные смолы в неотвержденном состоянии представляют собой полимеры линейного строения, содержащие концевые эпоксидные (оксиэтиленовые) группы. Эпоксидная смола относится к полимеризационным термореактивным смолам. А.А. Берлин рассматривает реакцию отверждения эпоксидных полимеров, как ионную реакцию, процесс которой ускоряется в присутствии водородных и гидроксиьных ионов.
На рис. 2.1. приведена модель макромалекулы полиэпоксида [60], которая дает представление о пространственном расположении реакционных групп в линейном полимере.
Рис. 2.1. Модель макромолекулы полиэпоксида линейного строения:
1 - эпоксигруппа; 2 - эфирная связь; 3 - дифенилпропан; 4 - гидроксил
Отверждение полиэпоксидов линейного строения и образование сетчатых структур происходит при воздействии самых разных отвердителей как при комнатной, так и при повышенной температуре.
В настоящее время промышленность выпускает большое количество различных марок эпоксидных олигомеров: а) диановые - ЭД-8, ЭД-10, ЭД-14, ЭД-16, ЭД-20, ЭД-22 (ГОСТ 10587-76) (цифра указывает нижний предел нормы содержания эпоксидных групп), а также Э-40, Э-44, Э-49; б) эпоксиноволачные- ЭН-6, УП-546, УП-642, ЭТФ и др.; в) на основе резорцина и его производных- УП-63, УП-635, УП-637; г) азотсодержащие-ЭЦ, ЭА, УП-610, УП-622 и др.; д) алифатические-МЭГ-1, ДЭГ-1, ТЭГ-1, ЭЭТ-1, Э-181 и др.; е) галогенсодержащие-УП-631, УП-614, Э-181, ЭДХ и др.; ж) сложные диглицидиловые эфиры-УП-640 и др.; з) циклоалифатические-УП-612, УП-631 и др. [43,66].
Наибольшее значение для промышленности строительных материалов и строительства имеют диановые олигомеры. Реакция их образования протекает следующим образом. Вначале происходит взаимодействие эпихлоргидрина по эпоксидной группе с гидроксилами диоксидифенилпропана
Эта реакция экзотермична (71,60 кДж/моль). Образовавшиеся продукты имеют вторичный гидроксил, находящийся в а-положении к атому хлора. При таком сочетании функциональных групп происходит отщепление НСl под действием NаОН и образуется новая эпоксидная группа
Образование эпоксидной группы из хлоргидриновой представляет эндотермический процесс, требующий 117,7 кДж/моль. Так как некоторое количество тепла возникает в результате растворения и нейтрализации хлористого водорода, то в итоге реакция образования эпоксидных полимеров мало экзотермича-она сопровождается выделением только 17,5 кДж/моль тепла.
Дальнейшее взаимодействие первичных продуктов конденсации с диоксидифенилпропаном образует олигомер линейного строения
Эпоксидные олигомеры в неотвержденном состоянии представляют длинные полиэфирные цепи, в которых свободные гидроксильные группы находятся на значительном расстоянии друг от друга, а на концах имеются эпоксидные группы. Молекулярная масса неотвержденных эпоксидных олигомеров составляет 370-380.
В настоящее время нашей промышленностью производятся низкомолекулярные (молекулярная масса 370-600), среднемолекулярные (600-1500) и высокомолекулярные (1500-3800) диановые эпоксидные олигомеры, алифатические эпоксидные олигомеры с низкой вязкостью, азот- и галогеносодержашие, эпоксиноволачные и другие олигомеры [9,66].
Как показали предварительные исследования, наиболее приемлемыми для ремонта и восстановления сооружений являются эпоксидные смолы ЭД-22. Основные свойства выбранной для исследований смолы приведены в таблице2.1.
Таблица 2.1.
Основные свойства эпоксидной смолы ЭД-22
Показатель Величина Внешний вид Низковязкая, прозрачная без видимых механических включений Содержание, %:
эпоксидных групп, не более 22,1...23,5 общего хлора 0,5...0,6 гидроксильных групп летучих веществ 0,4 Динамическая вязкость при 25 0С 7...12 Условная вязкость по шариковому вискозиметру при 50 0С, с 10 Время полимеризации с отвердителем, не менее, ч 5 Плотность при 25°С, кг/м3 1165
Отвердитель.
При введении в ди- и полифункциональные эпоксидные соединения ряда веществ, называемых отвердителями, происходит их отверждение, т. е. переход в неплавкое нерастворимое состояние. Функциональные группы олигомеров (эпоксидные и гидроксильные) вступают во взаимодействие с реакционноспособными группами отвердителей. В отличие от других типов синтетических олигомеров эпоксидные олигомеры отверждаются без выделения побочных продуктов, поэтому изделия из них имеют минимальную усадку (0,3-2%) и могут быть получены путем свободной отливки в формы без применения дорогостоящего оборудования [67,68].