Склеивание бетона и асбестоцемента

С каждым годом все большее значение в строительной практике приобретает склеивание бетона и асбестоцемента синтетическими клеями. Клеевые составы применяют для замоноличивания сборных железобетонных конструкций, изготовления трехслойных конструкций с обшивками из асбестоцемента, крепления металлических деталей к бетону, предохранения их от коррозии и т. п.

Для склеивания бетона применяют эпоксидные, полиэфирные, поливинилацетатные, фуриловые и феноло-формальдегидные клеи холодного отверждения. Состав клея зависит от плотности, влажности, возраста соединяемых бетонов, от степени неровности поверхности. Оптимальный состав клея для каждого конкретного случая регулируют подбором наполнителя; в зависимости от температурных условий склеивания изменяют соотношение смолы, отвердителя, растворителя и других компонентов.

Наиболее прочные соединения получают, применяя эпоксидные клеи. Для склеивания плотных бетонов, армоцемента, штукатурки соотношение эпоксидной смолы и наполнителя составляет (в вес. ч.) 1:2, 1:3, при склеивании легких бетонов и при ремонте грубых поверхностей - 1:6, 1:8. В качестве наполнителей используют речной и кварцевый песок, мелкий гравий, маршалит, асбест, керамзит (для склеивания теплоизоляционных бетонов). Растворителями служат ацетон, толуол, ксилол. Составы, содержащие растворители, легче наносить на относительно холодные поверхности, но эти составы медленно отверждаются при пониженной температуре.

Свойства эпоксидных клеев улучшают добавлением низкомолекулярных полиамидов или полисульфидного каучука (тиокола). Способность таких комбинированных клеев сцепляться с поверхностью увлажненного бетона позволяет широко использовать их для ремонта гидротехнических сооружений, мостовых опор и устоев, а также для соединения нового бетона со старым и других работ. Соединения бетона на эпоксидно-полиамидных и эпоксидно-полисульфидных клеях стойки к действию морской воды, растворов кислот и щелочей. Наилучшие физико-механические свойства достигаются при 40-50%-ном содержании полиамида или полисульфида (к весу эпоксидной смолы).

Оптимальный состав эпоксидно-полисульфидного клея: смола ЭД-5 или ЭД-6 100 вес. ч., тиокол НВА или НВ 50 вес. ч., наполнитель (цемент, маршалит, двуокись титана или кремния) 200 вес. ч., отвердитель - полиэтиленполиамин 10-12 вес. ч. Приготовляя состав, раздельно смешивают смолу с частью наполнителя и тиокол с остатком наполнителя и отвердителем, а затем перемешивают обе композиции между собой. Состав в виде пасты наносят шпателем. О тверждение происходит при 25-27 °С на воздухе в течение 1-2 ч.

Для склеивания и ремонта бетона широко применяют полиэфирные клеи на основе смол ПН-1, ПН-3 и др. Сравнительные испытания бетонных образцов, склеенных составами на основе эпоксидной и полиэфирной смол с добавкой песка, взятых в отношении 1:3, показали, что сцепление составов с бетоном, как правило, выше прочности самого бетона. Однако составы на полиэфирной смоле менее пригодны для склеивания сооружений, работающих во влажной среде (Табл. 1).

Как видно из Табл. 1, прочность клеевых соединений бетона на полиэфирных смолах при постоянном действии воды снижается. Но снижение прочности не прогрессирует и со временем прекращается. Однако переменные воздействия внешней среды значительно снижают прочность соединений. Поэтому полиэфирные составы целесообразнее использовать для склеивания бетонных элементов, уплотнения швов, ремонта поверхностей в тех случаях, когда нет переменного воздействия влаги и температур (замораживания).

Так как полиэфирные клеи химически устойчивы, их применяют в соединениях, работающих в агрессивной среде: для омоноличивания и уплотнения бетонных труб, по которым перекачиваются сточные воды или нефтепродукты, для покрытия стенок нефтехранилищ и резервуаров с жидким топливом, для ремонта покрытия пола наносных станций, мастерских и т. п.

Консистенция полиэфирных мастик и клеев может быть различной. В жидких клеевых композициях наполнитель, чаще всего «белая сажа» - двуокись кремния, входит в количестве 10-30% от веса смолы. Для мастик и уплотняющих составов по бетону берут смесь молотого и речного песка в соотношении 1:3 (общее количество 130-140% от веса смолы).

Для склеивания и ремонта бетона все больше используют поливинилацетатные клеи на основе водной дисперсии поливинилацетата (поливинилацетатной эмульсии). В зависимости от условий склеивания эмульсия должна быть низкой или высокой вязкости - от 5 до 28 сек по вискозиметру ВЗ-4. Иногда применяют сухую пленку поливинилацетата, получаемую испарением воды из эмульсии.

Водостойкость эмульсионного клея повышают, добавляя этилсиликат (тетраэтоксисилан), примерно 2-3% от веса сухого полимера.

Поливинилацетатные клеи обладают хорошей адгезией к старому и свежеуложенному бетону и полностью безвредны. Время отверждения поливинилацегатных клеев приблизительно соответствует срокам схватывания бетона. Прочность склеивания достигает 35-40 кг/см².

Поливинилацетатными клеями удобно заделывать узкие щели, раковины, отколы, например при ремонте железобетонных балок и плит. Для этого клеи приготавливают в виде теста, в котором на 100 вес. ч. эмульсии приходится 200-300 вес. ч. портландцемента; для повышения пластичности вводят дибутилфталат (15% от веса полимера в сухом состоянии).

Для подводных работ поливинилацетатные клеи не пригодны.

Большое значение имеет подготовка поверхности бетона к склеиванию. Например, при склеивании конструкций полиэфирным клеем поверхность бетона должна быть сухой. Если клей наносить на влажную поверхность, прочность сцепления клея с бетоном снизится в 3-4 раза! Разрушение образцов, имевших при склеивании влажную поверхность, происходит не по бетону, а по клеевому шву.

Запыленные поверхности бетона очищают пескоструйным аппаратом и обдувают воздухом. Если бетон загрязнен смазочным маслом или нефтью, то поверхность промывают сначала раствором кремнекислого натрия с добавкой канифольного мыла, а затем 20-25%-ным раствором соляной кислоты. Поверхности, загрязненные растительными и животными жирами, обрабатывают активными жирорастворителями: метасиликатом или трифосфатом натрия; при незначительном загрязнении 10%-ным раствором каустической соды (расход 1,5 л/м²). Если слой грязи, пропитанной маслами, очень велик, его сначала счищают жесткими щетками. После обработки растворителями поверхность промывают нейтральным или слегка щелочным раствором.

После такой обработки поверхности бетонов в течение 3-5 мин промывают раствором кислоты. Применяя растворы соляной кислоты, следует оберегать бетон от глубокого травления, при котором может нарушиться сцепление цементного камня с зернами заполнителя.

Затем поверхность промывают водной струей высокого давления и обрабатывают щетками для удаления образовавшихся солей и слабых частиц бетона. Достаточность промывки проверяют при помощи лакмусовой бумаги. Далее поверхность высушивают калориферами, электрообогревателями или просто на солнце. Если высушивание производится воздушной струей, компрессор следует оборудовать эффективным масловодоуловителем.

Следы смазки, впитавшейся в поверхностный слой бетона при формовании и термообработке изделий, отрицательно влияют на прочность клеевых соединений сборных железобетонных элементов. Слой бетона, пропитанный смазкой, имеет пониженную прочность по сравнению с основной массой бетона, поэтому разрушение может произойти на глубине 2-4 мм от клеевого шва. Чтобы избежать подобных разрушений, делают насечку для удаления слабого слоя бетона, а в ответственных конструкциях применяют клеешпоночные соединения. Отличительная особенность таких соединений в том, что на поверхности изделия при формировании делают углубления (цилиндрические, прямоугольные или др.), заполняемые клеем одновременно со склеиванием по всему шву. После отверждения клея в углублениях образуются шпонки, монолитно скрепленные с основным клеевым швом и адгезионно - с бетоном. Пробки для формирования углублений целесообразно делать из пластиков (капрона, полиэтилена), так как они не требуют смазки, и вследствие этого поверхность углублений не загрязняется.

Рис. 1. Клеешпоночные соединения
а - кронштейн с беонной панелью; б - железобетонных брусьев, работающих со сдвигом; в - бетонных блоков;

Клеешпоночные соединения используют, когда нужно приклеить металлическую деталь к плоской бетонной поверхности (например, чугунный кронштейн к стеновой панели), при замоноличивании толстым клеевым швом железобетонных деталей, работающих со сдвигом, или при склеивании толстым швом крупных бетонных блоков (Рис. 1, а, б, в).

При работе клеевого шва на отрыв, сдвиг и на сжатие, например при склеивании колонн в торец, возникает опасность отслоения слабого слоя бетона. Вследствие малого модуля упругости клеевой прослойки (200-400 кг/см²) в клеевых швах, работающих на сжатие, возникают поперечные деформации. Эти деформации вызывают напряжения сдвига, которые могут привести к разрушению соединения. Поэтому слой бетона, прилегающий к клеевому шву, должен быть достаточно прочным. Для упрочнения этого слоя в него вводят тонкую арматурную сетку, а клеевую прослойку армируют стеклотканью или стекловолокном.

От толщины клеевой прослойки в значительной степени зависит прочность соединения при сдвиге и сжатии. Так, с увеличением толщины клеевого шва поперечные деформации увеличиваются, и соединение ослабляется.

Рис. 2. Распределение сдвигающих напряжений по длине соединения в толстом клеевом шве
1 - при Ub=2; 2 - при Ub=5; 3 - при Ub=10; l - длина шва; b - толщина шва; a - схема образца и нагружения;

Оптимальная толщина клеевого слоя зависит от плотности, состава бетона или размеров конструкции и может колебаться от 1 до 10 мм. Наиболее высоких показателей прочности соединения достигают в случае, когда средняя толщина клеевой прослойки не превышает 1 мм.

В нагруженном соединении касательные напряжения в клеевом шве распределяются неравномерно, в зависимости от отношения длины шва к его толщине (Рис. 2). Чем толще шов, тем меньше его несущая способность. Поэтому между элементами конструкций не должно быть больших зазоров. Разумеется, ограничение допусков требует более совершенного формовочного оборудования, затраты на которое не всегда оправдываются экономией смол или повышением прочности соединения. Поэтому существует некоторое оптимальное соотношение между толщиной шва, стоимостью клеев и затратами на уменьшение допусков при формовании бетонных и железобетонных изделий.

В связи с большим объемом работ по применению сборных железобетонных конструкций и, следовательно, с увеличением употребления синтетических клеев и мастик, первостепенное значение приобретают вопросы их стоимости. Так как эпоксидные клеи дорогостоящи, в строительном производстве следует ориентироваться на более доступные и технически себя оправдавшие полиэфирные и поливинилацетатные клеи.

Не следует также забывать, что, стремясь к удешевлению клеев при помощи модификации смол недорогими природными материалами и введения всевозможных отощающих добавок, можно так понизить долговечность клеевых соединений, что вместо экономии будет перерасход клеев, вызванный преждевременным ремонтом склеенных участков. Поэтому при технико-экономических расчетах следует во всех случаях учитывать научно обоснованные сроки службы клеевых соединений.

Технология склеивания асбестоцемента почти не отличается от технологии склеивания бетона. В связи с тем, что асбестоцемент - листовой материал, можно применять клеи горячего отверждения, дающие соединения, прочность которых превышает прочность асбестоцемента, например резино-битумный и феноло-формальдегидный (смола Б с добавкой 10% древесной муки) клеи. Однако технологически горячее отверждение не всегда удобно, поэтому в основном применяют клеи холодного отверждения: эпоксидные, полиэфирные, феноло-формальдегидные, дифенольные.

Для склеивания асбестоцемента с другими материалами - пенопластами, древесиной, древесноволокнистыми плитами - используют клеи холодного отверждения. Такие соединения материалов встречаются при изготовлении трехслойных клееных стеновых панелей для малоэтажных зданий.

Исследования показали, что можно надежно склеивать асбестоцементные детали между собой и с другими материалами (пенопластами, древесными плитами) дифенолкетоновыми клеями, модифицированными жидким тиоколом. Благодаря хорошей совместимости смол с низкомолекулярными каучуками получают композиции, сочетающие положительные свойства термореактивных полимеров и эластомеров.

Прочность соединений на клеях ДФК-1А, ДТ-1, ДТ-2, ДТ-3, 32, 45, 41, 35 кг/см² соответственно. Причем асбестоцемент, склеенный клеем ДФК-1А, разрушается по клеевому шву, а соединения на клеях ДТ-1 и ДТ-2 - по асбестоцементу (на 100%)- из приведенных данных видно, что максимальная прочность обеспечивается при 40%-ном содержании тиокола в композиции. В этом случае тиокол наиболее полно взаимодействует со смолой. Для полноты отверждения композиций с повышенным содержанием тиокола следует нагревать соединения при 80 °С в течение 6-20 ч.