§ 1.1. Окрасочная гидроизоляция из мастик и красок (ч. 5)
Весьма эффективна битумно-полиэтиленовая композиция (БИПЭ), получаемая путем смешения равных количеств строительного битума БН 70/30, низкомолекулярного («воскового») полиэтилена и каменноугольного сольвента. Покрытия из БИПЭ обладают достаточно высокими гидроизоляционными свойствами, широким интервалом пластичности, дешевы и недефицитны [97]. Однако все битумно-полимерные покрытия имеют невысокую механическую прочность и адгезию к бетонному основанию, поэтому в подземных конструкциях их защищают цементной штукатуркой или набрызгиваемой цементно-латексной суспензией от механического воздействия грунта [112]. Необходимость создания окрасочных гидроизоляционных покрытий, обладающих достаточно высокой прочностью при статических и динамических нагрузках, привела к разработке эпоксидных мастик и красок. Наиболее водоустойчивыми являются композиции на основе диановых эпоксидных смол ЭД-20 и ЭД-16, однако для придания им трещиноустойчивости получающиеся полиэпоксиды нужно обязательно пластифицировать, вводя в них особые пластификаторы, обеспечивающие пластичность окрасочного покрытия и релаксацию температурных напряжений, которые достаточно велики, поскольку разность значений КЛРТ эпоксидного покрытия и бетонного или металлического основания достигает 20·10–5 1/° С [46, 54, 86, 108].
По характеру действия различают внешние и внутренние пластификаторы.
Внешние пластификаторы не образуют сополимеров с эпоксидами, вследствие чего пластифицирующее действие их только временно; к ним относятся дибутил- и диоктилфталаты, различные полиэфиры и фурановые композиции, битумы и тиоколы; такие композиции нельзя применять на открытых поверхностях, подвергающихся воздействию переменных температур или вибрации [85].
Модификаторами, или внутренними пластификаторами, для эпоксидных композиций являются каменноугольные смолы и сланцевые фенолы, а также карбоксилатные каучуки, образующие сополимерные соединения с эпоксидными смолами, обладающие постоянным пластифицирующим эффектом, не исчезающим при полном отверждении эпоксидов [86, 107].
Вид пластификатора-модификатора влияет весьма значительно и на иные свойства покрытий: например, каучуковые добавки повышают не только деформативную способность, но и динамическую прочность и кавитационную стойкость, износоустойчивость покрытий, а добавки фурановых смол повышают теплостойкость и теплоустойчивость при длительном нагреве.
Каменноугольные смолы и сланцевые фенолы дешевы. Во всех эпоксидных композициях, помимо основного вяжущего и модификатора, применяются отвердители: полиэтилен-полиамин (ПЭПА), а при сложных температурно-влажностных условиях — аминофенольный отвердитель АФ-2, органические растворители: толуол, сольвент, ацетон и т.п., а также наполнители и пигменты — чаще всего железный сурик и алюминиевая пудра.
Составы и свойства эпоксидных красок и покрытий, разработанных во ВНИИГе, приведены в табл. 1.10 и 1.11, причем в последней показано изменение их свойств при длительном пребывании на воздухе или в воде.
Таблица 1.10
Составы и свойства эпоксидных композиций, разработанных во ВНИИГе
| Составы и свойства | ЭФ АЖС | ЭСФКС | ЭП-23 | ЭКС | ЭКК-25 | ЭКК-100 |
|
Состав, ч. м.: смола ЭД-20 пластификатор-модификатор |
100 20 |
100 40 |
100 30 |
100 100 |
100 25 |
100 100 |
| Вид пластификатора | Мономер ФА | Сланцевые фенолы | Кузбасслак |
Каменно- угольная смола |
Каучук — 10А | СКН |
| Растворитель (толуол, сольвент № 646) | 30 | 60 | 10 | 60 | 90 | 180 |
| Отвердитель (ПЭПА) | 10 | 20 | 10 | 15 | 10 | 10 |
| Наполнитель (железный сурик) | 50 | 100 | 60 | 100 | 20 | 25 |
| Предел прочности при разрыве, МПа | 4—5 | 5-6 | 5—6 | 4—12 | 5—6 | 3—4 |
| Растяжимость при разрыве, % | 3—4 | 4-5 | 4—5 | 3—6 | 6—10 | 8—10 |
| Адгезия к бетону через 6 мес., МПа | 3,0 | 2,0 | 1,5—3 | 2—3 | 1,5 | 2,5 |
| Коэффициент водоустойчивости по адгезии | 1,0 | 1,3 | 0,5 | 1—2,2 | 1,6 | 1,8 |
| Коэффициент отверждения через 3 года | 0,3 | 0,4 | 0,8 | 0,5 | 0,45 | 0,65 |
| УОЭС через 6 мес. пребывания в воде Ом·см | 1014 | 1012 | 1011 | 1012 | 1013 | 1012 |
| Водопоглощение через 6 мес. пребывания в воде, % | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,4 | 0,15 | 1,0 |
| КЛРТ через 3 года, 1/°С·10–5 | 20,4 | 20 | 12 | 16 | 12 | 10 |
Таблица 1.11
Структурно-механические свойства эпоксидно-каучуковых композиций повышенной эластичности (по А.Н. Дыманту)
| Свойства | ЭКН-100 | ЭКН-150 | ЭКН -200 | |||
| начальное | через год | начальное | через год | начальное | через год | |
| Изменение массы в воде, % | –0,39 | 2,59 | –1,23 | 7,80 | –0,07 | 25,6 |
|
Адгезия к бетону, МПа: на воздухе в воде |
2,76 2,06 |
3,22 2,43 |
3,31 2,51 |
3,57 3,57 |
2,83 1,95 |
3,25 1,78 |
| Коэффициент водоустойчивости | 0,75 | 0,75 | 0,76 | 1,0 | 0,69 | 0,55 |
| Модуль упругости, Мпа | 500 | 400 | 200 | 1100 | 100 | 100 |
| Модуль эластичности, МПа | 150 | 400 | 120 | 370 | 210 | — |
| Эластическая вязкость, Па·с | 4·1014 | 4,9·1014 | 9·1014 | 7,8·1014 | 1,7·1014 | — |
| Время релаксации при разрыве, с | 7·105 | 1,2·105 | 7,4·105 | 2·105 | 7,9·105 | 3·105 |
|
Растяжимость: при разрыве, % v — 10 мм/мин, на воздухе в воде |
2,5 13 14 |
0,7 1,0 2,0 |
3,15 18 19 |
1,3 8,0 11 |
10,7 38 38 |
4,0 15 18 |
| Коэффициент водоустойчивости | 1,08 | 2,0 | 1,05 | 1,38 | 1,0 | 1,2 |
|
Коэффициент отверждения: в воде на воздухе |
0,14—0,28 0,08 |
0,14—0,28 0,08 |
0,58 0,45 |
0,58 0,45 |
0,47 0,39 |
0,47 0,39 |
Как видим, с увеличением содержания каучука в композиции эластичность покрытий повышается, однако их водоустойчивость несколько снижается, причем вода оказывает на покрытие своеобразное пластифицирующее воздействие, что позволяет применять более жесткие эпоксидные композиции для защиты сооружений в подводной зоне при постоянном действии воды. Например, для защиты напорных граней уникальных бетонных плотин Чиркейской ГЭС высотой 220 м и Ингури ГЭС высотой 315 м были применены эпоксидно-каменноугольные и эпоксидно-дибутилфталатные краски и получены достаточно трещиноустойчивые покрытия, так как вначале действовали пластификаторы, а затем уже сказывалось пластифицирующее влияние воды; какие-либо протечки не наблюдались.