Обычные полимерсиликатные бетоны наряду с преимуществами лмеют и существенные недостатки как технологического (мпогокомнопептность, токсичность крем-пефтор истого натрия, невысокая термодинамическая устойчивость тетрагндроенлнкатоо и др.), так и конструктивного характера (невысокая прочность, значительная усадка и др.).

Известно, что композиции па основе жидкого силикатного стекла (мастики, растворы, бетоны) обладают большими потенциальными возможностями для улучшения их фнзнко-мехапическнх свойств и стойкости в агрессивных средах, особенно в воде и щелочах.

Результаты исследований, выполненных в НИИЖГЗе, и анализ литературных данных показывают, что механизм отверждения таких систем сопровожлается центра-изанией щелочи с образованием геля кремневой кислоты и нейтральной соли. Практическое отсутствие тело-,,„ придает этим материалам высокую кислотостойкое!!.. Отнако таьнс составы из-за содержания большого количества гндрокспльных групп гидросиликата характеризуются пониженной водостойкостью и щелочестойкостыо. Водостойкость этих составов может также снижаться за счет растворения центральной соли. Термообработка композиции пе создает условии, при которых могут быть существенно улучшены физико-механические свойства и химическая стойкость материала.

Качественно новым шагом в дальнейшем развитии кислотоупорных бетонов явилась разработка автоклавного кремпебетопа [72]. Высокая прочность и коррозионная стойкость кремпебетопа позволяет применять его в несущих армированных строительных конструкциях, эксплуатируемых в агрессивных средах. Однако широкое применение кремпебетопа в строительстве сдерживается рядом существенных причин: отсутствует база промышленного производства высокомодульпого (/н-10) кремнеземистого стекла, значительные трудности связаны с достижением высоких температур (до 1580Х) при варке такого стекла и необходимостью использования дефицитной щелочи.

Теоретической предпосылкой получения полимерен-лнкатпых растворов или бетонов повышенной прочности, плотности и стойкости в агрессивных средах служит об­разование в процессе отверждения продукта типа природного минерала «морденнт», образующегося в результате реакции между топкодпеперспым наполнителем из группы нерлнтоо или вулканических неплов, растворенным силикатом щелочного металла и кварцевым песком.

Поскольку образование кристаллогидрата типа «морде-пнта» происходит при повышенной температуре и избыточном давлении, то необходимо было определить оптимальные параметры уплотнения и термообработки, а также разработать оптимальный состав высокопрочных иолимеренлнкатпых бетонов. Соотношение между топкодпеперспым перлитом, жидким стеклом, песком н щебнем подбиралось из условия возможно близкого стехнометрического соотношения активных составляющих и наиболее плотной упаковки компонентов системы.

Исследования показали, что минералы типа перлита и обсидиана при размере частиц 0,01 мм и ниже могут быть химически активными компонентами бетонов на основе жидкого стекла. Активность их проявляется при повышенной температуре (150—19()°С) и особенно при избыточном давлении в автоклаве.

Предполагается, что процесс отверждения в такой системе активизируется наличием большого количества полугорных оксидов, особенно Л1гО:;, и оксидов щелочных металлов. В результате отверждения в композиции не остается свободного тетрагидросиликата, так как он при повышенной температуре вступает в химическое взаимодействие со шелочыо.

Отверждение смеси, по всей вероятности, происходит в три стадии с образованием промежуточных продуктов реакции. На первой стадии в результате взаимодействия кислых оксидов наполнителя и шелочи происходит перемена заряда мицеллярпой жидкости, что приводит к коагуляции раствора с выделением геля кремневой кислоты. Реакция протекает при 80—100°С при наличии большого количества свободной воды в системе. Такая реакция протекает тем быстрее, чем выше дисперсность активного наполнителя. Как показали исследования, дисперсность наполнителей должна быть в пределах 5000—8000 см2/г.

На второй стадии при 100—120°С, видимо, происходит химическое взаимодействие щелочи с тетрагидроси-ликагом с образованием низкомолекуляриого (~2,8) силиката натрия. Инициируют реакцию свободная вода и А1203.

На третьей стадии гидратиая вода тетрагидросиликата в результате химической реакции превращается в молекулярную, образуя кристаллогидрат. На этой стадии возможно также образование гидроксида алюминия по мере израсходования свободной шелочи.

Было установлено, что количество свободной воды в системе должно быть строго ограничено. При большем, чем требуется для образования кристаллогидрата, содержании жидкого стекла, система при 120—200°С вспучивается и разрыхляется. Недостаток жидкого стекла приводит к образованию пор и недостатку связующего для связывания наполнителей и заполнителей.

Оптимальное количество жидкого стекла обеспечива-практическое отсутствие пор в материале, так как в гистсме не остается летучих продуктов. А переход гид-пап10" воды в молекулярную препятствует усадочным ппсисчсам. Сродство кристаллогидрата с заполнителем создает условия высокой адгезионной прочности в контактной зоне.

В результате автоклавной термообработки полимер-силикатной смеси на основе натриевого жидкого стекла и перлита при 170—190°С и давлении 0,9—1,3 МПа были получены полимерсиликатные бетоны с высокими прочностными характеристиками:

Однако пр.и оптимальном количестве жидкого стекла нолимерсиликатная смесь имеет высокую жесткость (полусухая смесь) и недостаточно хорошую удобоукла-дываемость. Для получения необходимой плотности образцы формовали методами трамбования, вибропрессо-вапня или виброформоваиием с пригрузом.

Сложность формования изделий и конструкций из высокопрочного полимер-силикатного бетона и автоклав-пая обработка при высокой температуре сдерживают практическое применение таких бетонов.

Известно, что наиболее удобным и легко осуществимым способом улучшения удобоукладываемости бетонных смесей является введение пластифицирующих добавок. В лаборатории полимербетопов НИИЖСа были выполнены комплексные исследования по выбору эффективных пластифицирующих добавок и их влиянию на технологические и физико-механические свойства высокопрочных полимерсиликатпых бетонов.

Было исследовано более десяти ПАВ различной при-n°AR Испытани5 показали, что оптимальное количество пав лежит в пределах 1% по массе жидкого стекла, однако некоторые пластифицирующие добавки, например катиопоактивная САФА, существенно снижают прочность полнмереиликатпых бетонов, а добавка СДБ приводит к снижению коррозионной стойкости.

Введение в состав перллтосиликатпого бетона пластифицирующих добавок ГКЖ-11, ОП-10 и НИС (нейтрализованная нефтяная сульфокнолота) существенно увеличивает подвижность смеси Л1 позволяет производить ее укладку и уплотнение методом обычного виброформова-иия. При этом добавка ГКЖ-11 увеличивает прочность, водо- и кислотостойкость. Добавки ОП-10 и НИС практически не изменяют прочностных и других характеристик таких бетонов (табл. 53).

Таким образом, новый вид химически стойкого иоли-мерсиликатпого бетона обладает высокой прочностью, кислого- и морозостойкостью и достаточной для практических целей технологичностью.