Влияние степени наполнения тонкомолотым порошком керамзита на физико-механические свойства полимерных композитов с биоцидной добавкой

Современное строительное материаловедение сопровождается разработкой совершенных материалов, изделий и конструкций. Примером работ являются мероприятия по улучшению свойств бетонов с помощью полимеров. В частности, получающие все большее распространение полимербетоны относятся к конструкционным материалам подобного типа. К числу наиболее часто и широко применяемых полимерных связующих, применяемых для изготовления данных композитов относятся эпоксидные, полиэфирные и другие смолы. Важным является то, что c помощью регулирования состава можно добиться требуемых физико-механических и эксплуатационных свойств [1–10].

Однако различные воздействия внешней среды (климатические, химические и биологические) могут ухудшить требуемые показатели полимербетонов. Так, установлено, что действие микробиологических агрессивных сред наносит заметный ущерб компонентам строительных материалов, что приводит к деструкции и разрушению самого композита (в том числе на основе полимерных связующих), а затем и всей конструкции в целом [11–15].

Наиболее эффективным методом борьбы с деградацией строительных материалов, вызванной действием биологических сред, посредством повышения их сопротивления являются биоцидные химические препараты, в частности, добавки на основе гуанидина, выпускаемые под маркой «Тефлекс» [16–21].

Из отечественной и мировой практики следует, что полимербетоны должны обладать набором требуемых физико-механических и эксплуатационных свойств (высокой прочностью, малой проницаемостью и т.д.). В этой связи необходимо, чтобы введение биоцидного препарата (в том числе препаратов «Тефлекс») не способствовало ухудшению других требуемых показателей – физико-механических и эксплуатационных свойств [22–25].

В последнее время для обеспечения отверждения эпоксидных смол при их нанесении на влажную поверхность и при отрицательных температурах предложен аминофенольный отвердитель, применяемый и в нашей работе [5; 22–23].

При проведении эксперимента нами было исследовано совместное влияние наполнителя-тонкомолотого порошка керамзита, а также препарата «Тефлекс» на прочностные характеристики строительных композитов на основе смолы ЭД-20 и отвердителя АФ-2.

Были проведены сравнительные испытания ненаполненных образцов и образцов, содержащих от 25 до и 300 мас. ч. наполнителя на 100 мас. ч. эпоксидной смолы, т.е. были исследованы как малонаполненные составы, так и традиционные полимербетоны. Кроме того, сравнительным испытаниям подверглись бездобавочные материалы и составы, содержащие биоцидные добавки в концентрациях 5 и 10 мас. ч. на 100 мас. ч. эпоксидной смолы (см. рис. 1, 2).

Так как одной из важнейших характеристик строительных композитов является их прочностные свойства, были определены зависимости изменения прочности на сжатие и при изгибе составов на основе эпоксидной смолы, аминофенольного отвердителя и тонкомолотого порошка керамзита, который является одним из традиционных наполнителей для изготовления бетонов.

На первом этапе эксперимента проводилось исследование прочностных характеристик изготовленных образцов. При испытании композитов на сжатие было установлено повышение их прочности при введении тонкомолотого порошка керамзита в количестве от 25 до 200 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы. При повышении степени наполнения до 300 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы прочностные показатели оказались несколько меньше, чем у менее наполненных, но выше, чем у ненаполненных составов. А при испытании составов на изгиб повышение прочностных показателей наблюдается при увеличении до 200 мас. ч. тонкомолотого порошка керамзита на 100 мас. ч. смолы.

Рис. 1. Зависимость изменения предела прочности при сжатии полимерных композитов на основе эпоксидной смолы и аминофенольного отвердителя, наполненных тонкомолотым порошком керамзита, от степени наполнения и содержания добавки.

Рис. 2. Зависимость изменения предела прочности при изгибе полимерных композитов на основе эпоксидной смолы и аминофенольного отвердителя, наполненных тонкомолотым порошком керамзита, от степени наполнения и содержания добавки.

Содержать наполнителя, мае. ч

Рис. 3. Зависимость изменения средней плотности полимерных композитов на основе эпоксидной смолы и аминофенольного отвердителя, наполненных тонкомолотым порошком известняка, от степени наполнения и содержания добавки.

Рис. 4. Зависимость изменения водопоглощения по массе полимерных композитов на основе эпоксидной смолы и аминофенольного отвердителя, наполненных и тонкомолотым порошком керамзита, от степени наполнения и содержания добавки.

Максимальные прочностные показатели отмечены у составов, наполненных, тонкомолотым порошком керамзита, при сжатии в количестве 50 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы, а при изгибе – 200 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы. Данные составы оказались прочнее контрольных ненаполненных образцов на величину более 20% (см. рис. 1, 2). Это является достаточно значительным показателем, демонстрирующим возможность снижения стоимости и повышения качества изделия.

На втором этапе были исследованы процессы изменения структуры композитов. При исследовании их плотности было установлено, что более плотная структура получена при повышении содержания тонкомолотого порошка керамзита (200-300 мас. ч. белого цемента на 100 мас. ч. смолы) (см. рис. 3).

При исследовании коррозионной стойкости композитов в качестве агрессивной среды рассмотрена вода, которая является универсальной агрессивной средой для полимербетонов. На рис. 4 приведены зависимости изменения водопоглощения и коэффициента водостойкости ненаполненных составов и составов, наполненных тонкомолотым порошком керамзита. В ряде случаев ведение биоцидной добавки «Тефлекс» способствует снижению водопоглощения и повышению водостойкости эпоксидных составов.

Таким образом, при реализации эксперимента нами были изготовлены полимерные композиты, наполненные тонкомолотым порошком керамзита и содержащие модифицирующую добавку «Тефлекс». Полученные материалы обладают улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, а также повышенной долговечностью в условиях воздействия агрессивных сред.