Анализ опыта крупносерийного производства армопо-лимербетоипых изделий и конструкций, выполненный в НИИЖБе и Гипроцветмете, позволил определить основные направления разработки более современной технологии изготовления армополимербетопных изделий и конструкций.

В двенадцатой пятилетке будут продолжены исследования по получению полнмербетонов па новых видах связующих и отвердителей, в том числе по разработке более эффективных отвердителей для фураповых, кар-бамидных и фенолоформальдегилиых связующих. В более широких объемах будут прнменятыя различного вида суперплаетнфикаторы, что позволит снизить продолжительность операции виброформовання, а в ряде случаев перейги па литую технологию формования. Использование новых видов отвердителей и суперпластикагоров позволит в более широких диапазонах регулировать жизнеспособность полимербетонных смесей, снизить расход полимерного связующего, получить более плотную сгр к гуру и соответственно более высокие физико-механические характеристики.

Практика показала, что широко используемые во многих случаях серийные бетономешалки принудительного действия не отвечают предъявляемым требованиям как по производительности, так и по качеству получаемых полимербетонных смесей. Для этих целей более целесообразны установки фирмы «Респекта», работающие по принципу непрерывного приготовления полимербетонных смесей, и аналогичные установки, разработанные в СССР, ; обеспечивающие более качественное приготовление по­лимербетонных смесей на полиэфирных, карбамидиых, фенолоформальдегндных я других смолах. Работа такой установки, совмещенной с ЭВМ, позволит перейти на новый уровень приготовления полимербетонных смесей.

Виброформование в настоящее время является одним из основных способов получения армополимербетонных изделий и конструкций, при этом на производстве, как правило, используют стандартные виброплощадки с частотой 50 Гц и амплитудой 0,3—0,5 мм.

Так как синтетические смолы обладают рядом специфических свойств: высокой вязкостью (во много раз превышающей вязкость воды, используемой в цементном вяжущем), значительной липкостью и когезионной прочностью,— то частота, амплитуда, длительность и направленность колебаний, наиболее часто применяемые при виброформовании цементного бетона, менее эффективны при формовании изделий из полимербетонов и при использовании стандартных виброплощадок, во многих случаях необходимо применять пригруз и увеличивать время виброформования. Это приводит к усложнению технологии п увеличению энергозатрат.

Н. Б. Урьев и Н. В. Михайлов показали, что для качественного уплотнения необходимо создать в высокона-полнеппых полимерных композициях скорость и напряжения сдвига, соответствующие наименьшему значению эффективной вязкости [137]. Они считают, что с позиции фишки химической механики наиболее эффективный спогоб создания таких условий —¦ высокочастотное виброформование с частотой до 10000 кол/мин и амплитудой 0,2 мм. Однако развитие промышленности сборного
железобетона показывает, что общая тенденция виброформования направлена на применение низкочастотного виброформования на виброплощадках типа ВРА-8, ВРА-15, имеющих частоту от 600 до 900 кол/мин и амплитуду от 3 до 10 мм.

Исследования низкочастотного виброформоваиия вы-соконаиолненных композиций свидетельствуют, что такое формование достаточно эффективно для армополи-мербетонных конструкций и должно найти более широкое применение на вновь строящихся цехах и завозах.

Анализ различных способов отверждения полимсрбс-тонов показывает, что отвердение полимербетонов в обычных условиях при температуре 18—20°С в течение 28—30 сут не может обеспечить максимально возможную полноту полимеризации полимерного связующего. Прогрев конструкций или изделий в течение 6—10 ч при 60—70°С после суточной выдержки в обычных условиях также не обеспечивает необходимую полноту отверждения [105].

Предложенный автором способ — суточное отверждение при 18—20°С и 20—24-часовой сухой прогрев при 80°С — позволил получить максимально возможную па практике степень полимеризации для широкой номенклатуры армополимербетонпых изделий и конструкций. Этот способ нашел применение на большинстве действующих предприятий по производству таких конструкций. Однако общее время отверждения составляет 44—48 ч, что существенно усложняет технологический процесс и удорожает стоимость нолимербетониых конструкций.

На основании многочисленных исследований предложен новый способ термообработки1, который заключается в следующем: после окончания формования полимер-бетонные изделия выдерживаются в форме при 18— 20°С в течение 1,5—2 ч. К этому времени под действием тепловыделения за счет экзотермической реакции поли­меризации полимерного связующего температура поли-мербетонной смеси повышается до 60—70~С. Разогретое изделие вместе с формой помещают в камеру термообработки, в которой температуру поднимают до 80°С. При этой температуре изделие выдерживается 16—18 ч, после чего температура плавно снижается до 20—25°С в течение 3—4 ч (рис.73).

Предложенный способ позволил сократить общее время отверждения более чем в 2 раза и существенно снизить расход энергии на разогрел остывших изделий при их помещении в камеру термообработки после суточной выдержки по ранее принятому режиму. При таком способе полнота отверждения практически не отличается от показателей, харакгерпых для ранее предложенного режима отверждения. Необходимое условие применения этого способа — масса нолимербетоиа, укладываемая в одну форму, не должна быть меньше 450— 500 кг (—0,2 м3).

Для тонкостенных конструкций, имеющих большую поверхность теплоотдачи, и конструкций с небольшой массой полимербетона этот способ не имеет ограничений, но менее эффективен.

Известно, что термореактивные синтетические смолы в процессе отверждения в зависимости от вида смолы выделяют от 250—300 до 420—580 кДж на 1 кг нена-полненной смолы или от 60 000 до 140 000 кДж на 1 м3 тяжелого полимербетоиа.

Саморазогрев цементных бетонов растянут во времени и происходит плавно в течение нескольких суток, что затрудняет использовать метод термоса при отверждении цементных бетонов. У поли.мербетонов реакции полимеризации или поликонденсации полимерного связующего протекают очень интенсивно и время саморазогрева составляет 1,5—2 ч (рис. 74).

Такой характер кинетики саморазогрева полимербе-тонных смесей и значительное количество теплоты, выделяемой при этом, позволяют весьма эффективно использовать метод «термоса» для отверждения полимербетон-ных издечий и конструкций [113].

Результаты экспериментальной проверки показали, что при отверждении полимербетонов на основе ФАМ и ПН-1 объемом 0,15—0,20 м3 в форме, изолированной фе-нольпым пенопластом толщиной 100 мм, в результате саморазогрева температура полимербетонной смеси подымалась до 90—100°С и сохранялась на этом уровне более 24 ч. При формовании изделия объемом больше 0,2 м3 и отверждении с использованием метода «термоса» температура саморазогрева может превышать 100°С. При такой температуре саморазогрева в изделии возможно появление температурных трещин.

Для исключения трещинообразования предложен следующий способ отверждения с использованием метода «термоса». Изделие объемом более 0,2 м3 формуют в обычной металлической форме и выдерживают в ней 1,5—2 ч. К этому времени в основном заканчиваются процессы экзотермических реакций полимерного связующего, и смесь разогревается до максимально возможной температуры для данного вида полимербетоиа и принятой массы. После этого форму устанавливают на тер-монзолпровапнын поддон, накрывают крышкой «термоса» (термоизолированным кожухом) и выдерживают в «термосе» 16—18 ч. Затем крышку снимают и изделие остывает до температуры 20—25°С (рис. 75).

Физико-механические свойства полимер бетонов, от-верждеины.х методом «термоса», практически не отличаются от аналогичных свойств полимербетонов, прошедших термообработку по вышеописанным режимам.

Внедрение этого способа отверждения на вновь строящихся заводах позволит существенно снизить себестоимость полимер бетонных конструкций, сократить расход электроэнергии и снизить капитальные затраты на строительство, так как отпадает необходимость в камерах термообработки.

Высокие диэлектрические характеристики полимербетонов (см. 5 главу) обусловливают высокую эффективность использования энергии токов высокой частоты (ТВЧ) и сверхвысоких частот (СВЧ-энергии) для ускоренного отверждения мелкоштучных полимербетонных изделий. При этом нагреваемый материал характеризуется в основном двумя параметрами: диэлектрической проницаемостью е и тангенсом угла диэлектрических потерь tg6. Электрическая энергия, выделяемая в виде теплоты, пропорциональна произведению этих величин, и называется фактором или коэффициентом потерь К:

Удельная мощность, Ps, Вт, выделяемая в каждом кубическом сантиметре материала вследствие возникновения диэлектрических потерь, определяется по формуле:

Из выражения (75) следует, что если материал однороден и электрическое иоле в нем равномерно, то выделение мощности, а следовательно, и нагрев будут проходить равномерно во всей массе материала. Мощность, выделяемая в материале, пропорциональна квадрату напряженности и частоте электрического поля, т.е. зависит от параметров поля. Но она пропорциональна также диэлектрической проницаемости и тангенсу угла диэлектрических потерь материала, т. е. зависит от электрических свойств материала.

Экспериментальные исследования, выполненные в ЦНИИСКе, ЦНИИПодземшахтострое и НИИЖВе [75J, показали, что при использовании серийных генераторов ТВЧ время полного отверждения полимербетонпых кубиков с ребром 50 мм составляет 25—30 мин. К недостатку этого способа относится сравнительно большой расход электроэнергии, поэтому использование генераторов ТВЧ в промышленности можно рекомендовать в основном для отверждения контрольных образцов

Исследования влияния СВЧ-нагрева на скорость отверждения полимербетонов, выполненные И. Д. Масла-копы м, свидетельствуют, что общее время СВЧ-нагревя полимербетонпых смесей не превышает 3—4 мин (рис. 76). Характерная особенность СВЧ-нагрева — возможность получения достаточно высокой прочности при минимальном количестве отвердителя. Более продолжительное воздействие СВЧ-нагрева (более 3—4 мин) снижает прочностные характеристики, особенно для составов с повышенным содержанием отвердителя, что свидетельствует о появлении в образцах термической деструкции.

На рис. 77 показаны результаты испытания яолимер-бетонных образцов, которые формовались в обычных формах и после распалубки через 8—10 ч подвергались СВЧ-иагреву. Максимальные значения прочностных характеристик и модуля упругости полимербетонов были получены уже при трехминутном воздействии СВЧ-нагрева. При использовании СВЧ-нагрева расходуется значительно меньше электроэнергии по сравнению с нагревом ТВЧ. К недостатку этого метода следует отнести отсутствие промышленных установок, пригодных для использования на предприятиях по производству полимер-бетонных изделий и конструкций.

В настоящее время изготовлена и проходит промышленные испытания первая самоходная установка для ускоренного отверждения полимербетонпых покрытий в дорожном и аэродромном строительстве с помощью СВЧ-нагрева [151].

Вышеприведенные способы термообработки полимербетонпых изделии и конструкций показывают пути существенного снижения энергозатрат на этой энергоемкой операции. В то же время следует отметить, что для тонкостенных конструкций, имеющих небольшую массу и большую поверхность теплоотдачи, большинство из приведенных способов термообработки (кроме СВЧ-нагре-ва) недостаточно эффективно. К числу таких полимер-бетонных конструкций относятся декоративно отделочные плиты, подоконные доски, лестничные марши, малые декоративные формы и др. Поэтому изыскание принципиально новых путей экономии энергозатрат на стадии термообработки весьма актуально.

Для решения этой проблемы весьма перспективно использование солнечной энергии в южных районах страны. Не останавливаясь подробно на принципиальных возможностях и экономической целесообразности использования энергии солнца для термообработки цементных бетонов, так как они достаточно подробно освещены в ряде работ, необходимо отметить, что в отлнчне от цементных бетонов полимербеюны требуют сухого прогрева, и в этом отношении использование энергии солнца наиболее предпочтительно.

В нашей стране наибольшее количество солнечной энергии поступает в районах широт между 37 и 50° пара л л ел я ми.

В солнечные дни на 1 м2 земной поверхности количество солнечной энергии составляет на широте 37°— 4,2 кВт-ч и на широте 50° — 3,3 кВт-ч. Таким образом, в южных регионах страны практически на протяжении 8 мес можно получать значительное количество солнечной энергии.

Исследования в области использования энергии солнца для термообработки полимербетонных изделий еще недостаточно широко распространены. Однако испытания разработанной под руководством К. Ч. Чотшиева гелиокамеры для конвейерной термообработки полимер-бетонных изделий показали ее высокую эффективность и универсальность, а также хорошие фнзико-мехаииче-скне характеристики получаемых изделии.

Гелиокамера (рис. 78) состоит из корпуса, оснащенного теплоизоляцией, двухслойного прозрачного покрытия, конвейера и электронагревателей. В течение солнечного дня температура в такой камере колеблется от 00


утром до 90°С днем. Такая температура вполне достаточна для отверждения тонкостенных изделий за время движения формы внутри камеры.