2.4. Акриловий клей

Склад акрилового клею розроблений у Харківській наці­ональній академії міського господарства. Тут були проведені комплексні дослідження адгезійних, когезійних і технологічних властивостей, а також довговічності акрилового клею [13-14,27­45,109-112,145,146].

Акриловий клей складається з полімерного в'яжучого і наповнювача. Як полімерне в'яжуче застосовується акрилова пластмаса АСТ-Т, що являє собою компаунд холодного затвер­діння типу порошок-рідина. Компоненти АСТ-Т випускає завод-виготовлювач. Поставляються вони в комплекті. Порошкоподі­бний компонент АСТ-Т - це високомолекулярна речовина, що являє собою суспензійний полімер на основі метилметакрилату (поліметилметакрилат). Рідкоподібний компонент (далі затвер-джувач) акрилових самотвердіючих пластмас АСТ-Т - метило­вий ефір метакрилової кислоти (мономер метилметакрилату).

Затвердіння акрилової пластмаси здійснюється мимові­льно при нормальній температурі за рахунок полімеризації, за­снованої на реакції окислювально-відновних систем. Як напов­нювач може використовуватися кварцовий пісок із крупністю зерен від 0,16 до 0,63 мм. Пісок повинен бути сухим, без сто­ронніх домішок і включень.

Для підвищення адгезійних, когезійних, технологічних та ін. властивостей можуть застосовуватися модифікатори.

2.4.1. Технологічні властивості акрилового клею

При приготуванні акрилового клею змішують полімер із затверджувачем і після набрякання цієї пластмаси вводять у неї кварцовий пісок.

Набрякання виражається у збільшенні об'єму (маси) по­лімерів у результаті поглинання ними низькомолекулярної ріди­ни (затверджувача) після їхнього змішування. При набряканні маси пластмаса проходить такі стадії:

змочування полімерних часток без внутрішнього просо­чення;

набрякання полімерних часток з поверхні і часткове роз­чинення їх у мономері - маса стає липкою;

подальша дифузія мономера всередину часток, у результа­ті чого зменшується кількість вільного мономера - маса втрачає липкість. Після набрякання вводять наповнювач.

У процесі набрякання підвищується в'язкість компаунда, причому на кінцевому етапі набрякання в'язкість може мати різ­ні значення. Так, початкова в'язкість (у момент змішування по­лімеру й затверджувача) компаунда, що складається з 100 мас-частин затверджувача і 100 мас-частин полімеру, незалежно від температури навколишнього середовища дорівнює 4 сек. (за віс­козиметром B3-1). Зі збільшенням кількості затверджувача від 60 до 160 мас-частин на 100 мас-частин полімеру початкова в'я­зкість зменшується від 14,4 до 2,2 сек. В'язкість компаунда після завершення набрякання складає 27сек. і не змінюється ні від те­мператури навколишнього середовища, ні від складу компаунда.

Низька в'язкість акрилового компаунда дозволяє високо наповнювати його кварцовим піском. При цьому акриловий клей володіє гарним укладанням і низькою в'язкістю, що не за­лежить від температури навколишнього середовища.

Дослідження показали, що наповнюваність акрилового клею залежить від складу компаунда і крупності зерен піску. Так, зі збільшенням кількості затверджувача з 60 до 200 мас-частин на 100 мас-частин полімеру, наповнюваність кварцовим піском із крупністю зерен 0,16 мм збільшується з 160 до 700 мас-частин.

При введенні в клей, що складається з 100 мас-частин полімеру і 100 мас-частин затверджувача, кварцового піску з крупністю зерен 0,16, 0,315, 0,63 мм і вольського піску макси­мальна наповнюваність відповідно склала 300, 500, 800 і 700 мас-частин від маси затверджувача.

У результаті досліджень встановлено, що для кріплення фундаментних болтів рекомендується такий склад акрилового клею: затверджувач - 100 мас-частин; полімер - 100 мас-частин; кварцовий пісок із крупністю зерен 0,16 мм - не більше 180 мас-частин, 0,315 мм - 300 мас-частин, 0,63 мм - 400 мас-частин, вольський пісок - 350 мас-частин. При цьому в'язкість клею за

віскозиметром Суттарда (розпливання на склі) складає 24 см не­залежно від температури навколишнього середовища.

Однієї з найважливіших технологічних характеристик клею є його життєздатність, тобто проміжок часу, протягом яко­го його можна застосовувати для виконання анкероустановоч-них робіт.

Дослідження свідчать, що технологічна життєздатність акрилового клею залежить від його складу і температури сере­довища. Так, цей показник для акрилового клею, що складається з 100 мас-частин полімеру, 100 мас-частин затверджувача і 150 мас-частин кварцового піску з крупністю зерен до 0,16 мм при температурі середовища, рівній 25, 20, 15, 100С, відповідно складає 16, 36, 70 і 250 хвилин. Життєздатність клею зростає зі збільшенням кількості затверджувача у складі компаунда. Так, при нормальній температурі навколишнього середовища зі збі­льшенням кількості рідини з 60 до 120 мас-частин у клеї, що складається з 100 мас-частин полімеру і 150 мас-частин кварцо­вого піску з крупністю зерен до 0,16 мм від ваги рідини, життє­здатність його підвищується з 6 до 36 хв.

Збільшення кількості наповнювача в акриловому клеї та­кож приводить до деякого зростання його життєздатності. На­приклад, акриловий клей, що складається з 100 мас-частин за-тверджувача, 100 мас-частин полімеру і 150 мас-частин кварцо­вого піску з крупністю зерен 0,63 мм, має життєздатність 33 хв при нормальній температурі. Зростання в ньому кількості квар­цового піску до 200, 300 і 400 мас-частин приводить до збіль­шення життєздатності відповідно до 36, 42 і 50 хв.

Затвердіння акрилового клею відбувається мимовільно при позитивній температурі за рахунок полімеризації мономера. Акрилова пластмаса АСТ-Т полімеризується без виділення по­бічних речовин, оскільки вихідний мономер з'єднується за реак­цією ущільнення з розкриттям ненасичених зв'язків. Відсутність виділення побічних речовин позитивно позначається на якості клейового шва і міцності матеріалу. При одній і тій же темпера­турі навколишнього середовища кінетика полімеризації для різ­них складів ідентична. Це можна простежити за внутрішньою температурою полімеризованого акрилового клею, що зміню­ється в результаті виділення екзотермічного тепла. Так, при те­мпературі навколишнього середовища 22-240С на початковій стадії процесу полімеризації внутрішня температура клею росте

повільно, досягаючи протягом 20 хв для усіх складів у серед­ньому 30-350С. Потім протягом 1-4 хв. вона різко підвищується до екзотермічного піка, рівного 80-1050С, з наступним знижен­ням до температури середовища в середньому через 240 хв після змішування компонентів. При цьому після досягнення клеєм у період дополімеризації температури 300С подальше її зниження в часі протікає однаково, незалежно від величини екстремальної температури і складу клею.

Склад акрилового клею незначно впливає на кінетику полімеризації. Зі збільшенням кількості затверджувача з 80 до 160 мас-частин на 100 мас-частин полімеру час настання екст­ремального піка зростає в середньому на 10 хв і складає: при 60 мас-частин затверджувача 1030С, при 100 мас-частинах - 1050С, при 140 мас-частинах - 99,50С, при 160 мас-частинах - 980С.

У цьому випадку в клей вводили кварцовий пісок круп-ністю до 0,16 мм у кількості 150 мас-частин від ваги рідини.

Крупність наповнювача і його кількість також вплива­ють на кінетику полімеризації композиції. Клей, що складається з 100 мас-частин затверджувача і 100 мас-частин полімеру, на­повнений кварцовим піском із крупністю зерен 0,315 мм у кіль­кості 200 і 300 мас-частин, має величину екзотермічного піка 105 і 820С, що наставав відповідно через 39 і 43 хв. від початку змішування порошку і рідини.

Клей, що складається з 100 мас-частин полімеру і 100 мас-частин рідини, наповнений піском із крупністю зерен до 0,63 мм у кількості 200, 300 і 400 мас-частин, має величину ек­зотермічного піка 103, 86 і 790С, що наставав відповідно через 36, 44 і 53 хв.

Інтенсивне затвердіння відбувається в період різкого пі­двищення внутрішньої температури полімеризованого клею. Це підтверджується також збільшенням швидкості проходження ультразвуку через зразки клею за цей же час у 4-6 разів у порів­нянні з початковою. Надалі зростання швидкості ультразвуку незначне. При температурі навколишнього середовища, рівній 22-240С, через 130-140 хв. від початку змішування полімеру й затверджувача швидкість проходження ультразвуку для всіх складів стабілізується. Внутрішня температура клею при цьому складає 30-340С. Величина швидкості проходження ультразвуку залежно від складу клею змінюється незначно - у межах (2,6-3,4)х105 см/сек. Протягом перших двох годин з моменту змішу­

вання порошку і рідини при нормальній температурі навколиш­нього середовища, незалежно від складу клею міцність його до­сягає 70%. Температура середовища впливає на кінетику полі­меризації композиції. При зниженні температури навколишньо­го середовища тривалість полімеризації збільшується.

При затвердінні акрилового клею, що складається з 100 мас-частин полімеру, 100 мас-частин рідини і кварцового піску з крупністю зерен 0,16 мм 150 мас-частин, екзотермічний пік на­стає при температурі навколишнього середовища, рівній 240С через 45 хв., а при 100С - через 292 хв. при величині екстремаль­них температур відповідно 105 і 690С. У період дополімеризації акриловий клей досягає температури навколишнього середови­ща 240С через 220 хв., а 100С - через 460 хв.

Наведені результати досліджень дозволяють стверджу­вати, що акриловий клей володіє високими технологічними вла­стивостями. Він простий і надійний у приготуванні, має низьку в'язкість, причому остання не залежить від температури навко­лишнього середовища. Це дає змогу заливати його в свердлови­ну при будь-якій температурі навколишнього середовища і не­значній відстані між поверхнею анкера і стінкою свердловини.

2.4.2. Когезійні властивості акрилового клею

Акриловий клей має високу когезійну міцність. Вона за­лежить від складу компаунда, кількості й крупності наповнюва­ча [31,32,34,44,45]. Досліди показали, що зі збільшенням кілько­сті полімеру в складі пластмаси міцність клею зростає незначно. Так, зі збільшенням кількості полімеру з 70 до 150 мас-частин міцність клею на стиск підвищилася з 64,19 до 71,29 МПа, на розтяг - від 14,86 до 14,54 МПа і на згин - з 34,78 до 35,91 МПа. Кількість затверджувача при цьому складала 140 мас-частин, а наповнювача - кварцового піску з крупністю зерен 0,16 мм - 160 мас-частин.

Зі збільшенням крупності зерен наповнювача спостеріга­ється зменшення міцності клею. Наприклад, для акрилового клею, що складається з 100 мас-частин полімеру, 100 мас-частин затверджувача і 120 мас-частин кварцового піску міцність на стиск, розтяг і згин відповідно складала: при використанні квар­цового піску з крупністю зерен 0,16 мм 77,68, 20,89, 53,13 МПа;

із крупністю до 0,315 мм - 77,63, 18,20, 42,98 МПа; із крупністю до 0,63 мм - 74,05, 17,39, 35,46 МПа.

На міцність акрилового клею значний вплив справляє кі­лькість наповнювача. Наприклад, при збільшенні кількості піску з крупністю зерен 0,315 мм із 100 до 600 мас-частин міцність клею на стиск зменшується з 77,66 до 19,83 МПа, розтяг - з 18,20 до 2,36 МПа, згин - з 42,96 до 6,68 МПа. Збільшення кіль­кості кварцового піску з крупністю зерен 0,63 мм із 100 до 600 мас-частин призводить до зменшення міцності на стиск із 74,05 до 9,99 МПа, розтяг - з 17,39 до 1,03 МПа, згин - з 35,46 до 2,46 МПа. При тому самому складі акрилового компаунда таке помі­тне зниження міцності клею зі збільшенням кількості наповню­вача пояснюється недостатньою змочуванністю його поверхні пластмасою.

Дослідження показали, що оптимальний склад (виходячи з технологічності їх для ведення анкероустановочних робіт) ма­ють акрилові клеї, що складаються з 100 мас-частин полімеру, 100 мас-частин затверджувача і кварцового піску в кількості 150 мас-частин (із крупністю зерен 0,16 мм), або 200 мас-частин (із крупністю зерен 0,315 мм), або 300 мас-частин (із крупністю зе­рен 0,63 мм). Ці клеї мають високу когезійну міцність: перший склад має міцність на стиск 90,65 МПа, розтяг - 18,46 МПа і згин 40,77 МПа; другий - відповідно 32,0, 16,9 і 43,22 МПа; тре­тій - відповідно 67,18, 14,87 і 32,68 МПа. Крім того, ці клеї ма­ють високий коефіцієнт однорідності - від 0,76 до 0,92.

Дослідження також свідчать, що когезійна міцність ак­рилових клеїв не поступається когезійній міцності епоксидних клеїв, широко застосовуваних для анкероустановочних робіт. Акрилові клеї мають високу довговічність.

Дослідження морозостійкості показали наступне. При багаторазовому заморожуванні й відтаванні зразків акрилового клею міцність при стиску через 20 циклів заморожування змен­шилася на 10%. Потім вона почала зростати і до 140 циклів до­сягла свого початкового значення. Збільшення міцності спосте­рігалося до 180 циклів і склало 2,1% у порівнянні з початковою величиною. Надалі (до 500 циклів) істотних змін міцності не спостерігалося.

У зразків акрилових клеїв після витримування у відпра­цьованому машинному маслі протягом 700 діб міцність через 10

діб збільшилася: на стиск - на 11,3, розтяг - на 16,01, згин - на 14,7%. Надалі істотних змін міцності не спостерігалося.

Витримування аналогічних зразків у водяному середо­вищі показало зменшення міцності: на стиск через 160 діб - на 15,1, на розтяг через 120 діб - на 22,7 і на згин через 200 діб - на 18,3%. Надалі (до 700 діб впливу) значного зменшення міцності не спостерігалося.

Питання для самоперевірки до розділу 2

Які застосовуються матеріали для закладення анкер­них болтів у бетон готових чи існуючих фундаментів?

Які полімерні клеї застосовуються для закладення ан­керних болтів і їх фізико-механічні властивості?

Технологічні властивості клеїв, застосовуваних для кріплення анкерних болтів?

Час твердіння клеїв і цементно-піщаних сумішей і від чого він залежить?

Від чого залежать склад клеїв і сумішей, застосовува­них для закладення болтів?


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я