Широкие возможности полимерных эпоксидных материалов, а также композитов на их основе далеко не исчерпаны. Инновационные предложения по модификации эпоксидных соединений улучшают и оптимизируют композиционные составы наряду с растущими потребностями и запросами современного строительства. Разработаны новые составы и определены характеристики перспективных материалов на основе популярного эпоксидного олигомера для ремонта, гидроизоляции и устройства защитных покрытий бетонных гидротехнических сооружений. Наполненные различными минеральными наполнителями составы модифицированной наноуглеродом эпоксидиановой смолы с отвердителем аминного типа представляют собой композиты, обеспечивающие хорошую адгезию к бетону и стали. Благодаря сочетанию адгезионных, прочностных и гидроизолирующих свойств полученные материалы рекомендуются для ремонта и защиты бетона гидротехнических сооружений.

Ключевые слова: эпоксидные композиты, эпоксидиановая смола, триэтилентриамин, модификация, наноуглеродная добавка, свойства, прочность, адгезия, водопоглощение.

В строительстве гидротехнических сооружений не обойтись без эффективных качественных полимерных материалов и композитов, предназначенных для ремонта, герметизации, гидроизоляции и защиты от коррозии различных строительных конструкций. Композиты на основе полимеров строительного назначения должны обладать комплексом устойчивых характеристик: высокими атмосферо- и влагостойкостью, стойкостью к агрессивным средам, морозостойкостью, и не терять своих характеристик в результате резких перепадов температур. Материалы должны также обладать хорошей адгезией к металлам, каменным материалам, бетону и железобетону. Помимо этого, ремонтные составы должны иметь достаточную прочность на сжатие и изгиб, обладать конструкционной надежностью в течение длительного срока эксплуатации. И наконец, они должны быть экологически безопасными, удобными в использовании и конкурентоспособными на рынке строительных материалов.

Среди существующих многочисленных полимерных материалов, используемых для получения строительных ремонтных и защитных составов, клеящих мастик и пленочных антикоррозионных покрытий комплексом таких характеристик обладают эпоксидные соединения и композиты на их основе [1–3].

Многочисленными исследованиями было показано, что технические свойства эпоксидных смол можно регулировать и улучшать путем их модификации [3–6]. В литературных источниках имеются многочисленные сведения о применении различных методов модификации для достижения требуемых характеристик покрытий на основе эпоксидных соединений. При этом, как правило, оптимизация свойств покрытий осуществляется за счет модификации компонентов связующей полимерной системы.

В работах [3, 4] приведены результаты испытаний составов на основе эпоксидных смол, предназначенных для ремонта и защиты бетонных и железобетонных сооружений, представлен анализ полученных результатов. Авторами рассмотрены пути модификации отвердителей эпоксидных смол и описано влияние модификаторов на свойства образующихся полимерных покрытий. В исследованиях большое внимание традиционно уделено аминным отвердителям, как наиболее удобным в применении и самым распространенным для эпоксидных олигомеров.

В работе [5] представлены результаты изучения влияния эпоксидных полимерных покрытий на биостойкость и гидроизоляционные свойства бетонов. Исследование параллельно выполнялось защищённых и незащищённых образцов мелкозернистого цементно-песчаного состава с применением стандартной методики оценки водопоглощения цементным камнем. Также была проведена косвенная оценка биостойкости материалов в искусственных смоделированных биологических средах. Полученные результаты позволили установить, что применение эпоксидных композиций является одним из перспективных способов защиты строительных бетонных изделий и конструкций от воздействия биологически агрессивных сред.

Проблемы разрушения строительных конструкций в результате биоповреждения актуальны для большинства видов гидротехнических сооружений. Биокоррозия — процесс разрушения материалов под действием живых микроорганизмов. В этой связи авторами [6] был предложен оригинальный метод исследования процессов биокоррозии строительных материалов, помещенных в слабо реакционные растворы органических кислот, моделирующих процесс биологической коррозии, без использования штаммов живых микроорганизмов. Определены параметры биостойкости образцов строительных материалов и изучено влияние эпоксидных покрытий на биостойкость и гидроизоляционные свойства строительных материалов. Проведенное исследование продемонстрировало эффективность эпоксидных соединений в решении проблемы биообрастания бетонов [6].

В работе [7] приведены результаты исследования оптимизации эпоксидных композитов, модифицированных каменноугольной смолой, также приводятся данные о характеристиках бетона с таким модифицированным полимерным покрытием. Показано, что усталостная прочность бетона может возрастать до 2,5 раз в зависимости от состава и толщины покрытия. Определены величины коэффициента поглощения для бетона без покрытия и с полимерным покрытием различной толщины.

Целью работы была разработка состава ремонтных композитов на основе модифицированной эпоксидной смолы для ремонта и восстановления утрат конструкций гидротехнических сооружений. Нами были изготовлены, исследованы и предложены для ремонта, гидроизоляции и защиты бетонных конструкций гидротехнических сооружений композитные составы на основе модифицированной эпоксидиановой смолы ЭД-20 и отвердителя «холодного» типа — полиэтиленполиамина, наполненные минеральными наполнителями различной дисперсности. Таким образом, получали различные по вязкости наполненные композитные составы. Вязкостью ремонтных составов управляли введением мелкодисперсного наполнителя — кварцевого песка с модулем крупности 2,5 по ГОСТ 8736–2014 Песок для строительных работ. В качестве крупного заполнителя использовали гранитный щебень по ГОСТ 8367–93 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ двух фракций: 10 и 20 мм. Крупность щебня меняли с целью удобства нанесения при ремонте различных повреждений: вертикальных и горизонтальных поверхностей, мелких, щелевых и крупных трещин, а также, требующих дополнительной формовки утраченных фрагментов конструкций. Помимо щебня в качестве наполнителя ремонтного композита использовали отходы производства щебня — полифракционные отсевы дробления гранита (рис. 1).

Рис. 1. Заполнители ремонтных эпоксидных композитов: кварцевый песок, отсевы дробления гранита, щебень гранитный фракции 10 и 20 мм

Композиции получали механическим перемешиванием компонентов в соответствующих массовых пропорциях.

Для оценки физико-механических и физических характеристик изготовили стандартные образцы-балочки 40×40×160 мм заливкой полученных составов в 3х-гнёздные металлические разборные формы.

Балочки извлекали из форм через 1 сутки, а испытывали спустя 7 суток твердения в нормальных условиях (рис. 2).

Рис. 2. Образцы-балочки 40×40×160 для определения характеристик модифицированных эпоксидных композитов

В табл. 1 представлены составы и физические свойства образцов ремонтного эпоксидного полимербетона.

Таблица 1

Составы и физические свойства ремонтных композитов: эпоксидных полимербетонов

Прочностные характеристики эпоксидных наполненных композитов — (средние значения из 3-х одинаковых параллельных образцов) представлены в таблице 2.

Таблица 2

Благодаря комплексу уникальных свойств и с учетом того, что срок службы эпоксидных соединений оценивается не менее 50-и лет, эпоксидные композиты становятся все более популярными материалами в строительстве, позволяющие рекомендовать их для ремонта, защиты, гидроизоляции, обустройства швов и соединений строительных конструкций, герметизации и уплотнений стыков, а также, для защиты от биологической коррозии строящихся и действующих конструкций гидротехнических сооружений.

Литература:

1. Коломникова И. И. Технология изготовления полимербетонов // И. И. Коломникова, Е. С. Земцов // Аллея науки. — 2019. — Т. 2 — № 2(29)– С. 303–306. — ISSN 2587–6244.
2. Конторов А. М. Использование полимеров для защиты бетона // А. М. Конторов, А. Ю. Глущенко // Актуальные исследования. — 2023. — № 52–1(182). — С. 79–93. — ISSN 2713–1513.
3. Краснюк А. В. Исследование и разработка полимерных составов на основе эпоксидных смол для ремонта и защиты бетонных и железобетонных сооружений // А. В. Краснюк, А. Л. Корейко, Е. С. Харченко // Наука и прогресс транспорта. Вестник Днепропетровского национального университета железнодорожного транспорта. — 2005. — № 9. — С. 206–207.
4. Кузнецова В. А. Модификация эпоксидных пленкообразующих и отвердителей, применяемых для лакокрасочных покрытий (обзор) // В. А. Кузнецова, А. А. Силаева, В. Г. Железняк [и др.] // Труды ВИАМ. — 2022. — № 5(111). — С. 96–111. — ISSN 2307–6046.
5. Строганов В. Ф. Исследование влияния эпоксидных полимерных покрытий на биостойкость и гидроизоляционные свойства бетонных поверхностей // В. Ф. Строганов, Д. А. Куколева, А. М. Мухаметова // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. — 2012. — № 4(22). — С. 340–345. — ISSN 2073–1523.
6. Строганов В. Ф. Полимерные защитные покрытия от биокоррозии // В. Ф. Строганов, Е. В. Сагадеев, В. А. Бойчук [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. — 2014. — Т. 17 — № 18. — С. 149–154.
7. Черкасов В. Д. Повышение долговечности железобетона с помощью полимерных покрытий // В. Д. Черкасов, Д. В. Черкасов, В. Т. Ерофеев, А. Д. Богатов, А. В. Лазарев, Д. А. Меркулов. // Вестник инженерной школы ДВФУ. Технические науки. Строительные материалы., 2014.– № 4 (21). — 9 с.