Помимо эксплуатационных характеристик для защитных покрытий весьма важна практичность и технологичность их применения, то есть необходима принципиальная возможность использования ЗПП для защиты бетонных, металлических, деревянных  и других оснований, при их нанесении непосредственно на объекте. Также при выборе защитных покрытий необходимо учитывать экологические аспекты применяемых материалов [2].

Основной способ защиты большинства конструкционных материалов от воздействия неблагоприятных факторов – это нанесение защитных полимерных покрытий. В настоящее время существует огромное множество полимерных материалов и композиций [3], все они имеют свои достоинства и свои недостатки.

По способу применения такие полимеры подразделяются на «термопласты» и «реактопласты». К термопластичным материалам относятся полимеры, которые при высоких температурах переходят из твердого агрегатного состояния в вязкотекучее или высокоэластичное. При охлаждении термопластов происходит обратный переход из жидкого – в твердое. Это явление, как правило, объясняется линейным строением макромолекул этих материалов, этим же объясняется то, что многие термопласты растворимы в полярных  органических растворителях. Покрытия из таких материалов чаще всего наносят с помощью специального оборудования, что с практической точки зрения весьма затруднительно, либо в виде растворов полимера в огромном количестве летучего растворителя. К реактопластам относятся полимеры сетчатого строения, которые после полимеризации, как правило, не поддаются растворению и разжижению, а также обладают высокими механическими характеристиками.

Применение летучих растворителей необходимо для снижения реакционной способности и вязкости и для возможности выхода газовых включений смеси. Использование летучих растворителей также позволяет придать реакционной смеси гидрофобность, а пары летучих растворителей препятствуют доступу влажного воздуха к поверхности покрытия [2].

Однако применение летучих растворителей оказывает негативное влияние на экологическую обстановку, и зачастую покидая матричный материал, растворитель оставляет множество микродефектов, оказывая влияние на эксплуатационные характеристики покрытия. Во избежание негативного воздействия органических летучих растворителей все большее распространение получают водорастворимые покрытия.

Водорастворимые лаковые покрытия, как правило, представляют собой разнообразные дисперсии. Дисперсии состоят из капелек связующего вещества, которые имеют небольшие размеры и равномерно распределены по всему объему дисперсионной среды. После окончания покрытия такой лаковой дисперсией сначала начинает испаряться вода, а затем происходит формирование из капелек полимера тонкой плёнки. Компонент смеси, отвечающий за образование пленки покрытия, испаряется значительно медленнее, поэтому концентрация в дисперсии со временем возрастает. При достижении определенного порогового значения концентрации пленкообразователя происходит постепенное растворение капелек связующего вещества. Только после этого пленкообразующий компонент смеси начинает окончательно улетучиваться. Затем лаковая пленка высыхает и затвердевает. Водорастворимые лаки обладают хорошими адгезионными и когезионными свойствами, при их нанесении на деревянные поверхности образуется вязкоэластичное пленочное покрытие.

Также без использования летучих растворителей, возможно, получить защитные полимерные покрытия на основе реактопластов, исходные компоненты которых находятся в жидком или  вязкотекучем состояниях [2].

На сегодняшний момент весьма актуальна проблема, связанная с защитой основы пола от действия химически активных сред, следовательно, напольные защитные покрытия  должны удовлетворять высоким требованиям по износостойкости, ударостойкости, прочности, гигиеничности, экологичности и т.д [1,2]. Большинство доступных в продаже лакокрасочных материалов не удовлетворяют в должной мере данным условиям, а также содержат существенное количество летучих растворителей.

Что касается неорганических покрытий из керамической плитки, натурального камня или керамогранита, которые  являются шовными и имеют ограничения по гигиеничности и по химическим и механическим нагрузкам. Кроме того подобные керамические напольные покрытия являются достаточно скользкими и хрупкими материалами.

Напольные защитные покрытия из линолеума, ламината, паркетной доски или паркета имеют ограничения по температурным условиям эксплуатации, химическим и механическим нагрузкам, а также имеется множество требований к типу и качеству основания, на которое они укладываются и являются шовными, за исключением линолеума.

Одним из самых перспективных решений данного вопроса является применение защитных покрытий на основе реактопластов, а именно на основе эпоксидных или полиуретановых полимеров, так как в обоих случаях исходными компонентами данных материалов являются вязкотекучие продукты. А сами полимеры весьма химическистойки, и обладают высокими прочностными и эксплуатационными характеристиками. Однако и они не лишены недостатков. Недостатками эпокси-диановых композитов является достаточно высокая стоимость сырья, хрупкость и технологичность нанесения, а также применение различных растворителей или разжижителей [1–5].

К большим недостаткам полиуретановых композиций относятся проблемы связанные с технологией нанесения покрытий, вследствие вспенивания от наличия излишней влаги, подготовки основания и влияния условий окружающей среды. Самым эффективным способом улучшения свойств полиуретановых ЗПП с целью повышения технико-физических и эксплуатационных характеристик является химическая модификация эпоксидами. При этом образуется такой класс соединений, как эпоксиполиуретан [5].

Предлагаемый метод получения подобных покрытий сочетает в себе модифицирование простой полиэфирной смолы Лапрол 805А (100 масс.ч), эпоксидной смолой ЭД-20 (в размере 20 масс.ч) для повышения прочностных и адгезионных характеристик полимера. Введением в данный гидроксильный компонент полисилазана (продукт МСН 7-80, 4 масс.ч.) для устранения негативного действия воды и нейтрализации пенообразования [2, 5-10]. В качестве жидкофазного наполнителя (пластификатора) предлагается введение дибутилфталата, который помимо пластифицирующих свойств является нелетучим разжижителем и пеногасителем (позволяет газовым порам, образованным в результате перемешивания, покинуть материал). Отверждение производится полиизоцианатом. Данный состав при нормальной температуре являются жидким с вязкостью по ВЗ-1 около 14…21 сек. и может применяться без летучих растворителей. В то время когда для нивелирования действия влаги, при получении полиуретанов, в отличие от традиционных способов (основанных на применение гидроадсорбентов, гидрофобных компонентов и менее активных к  действию  влаги изоцианатов) осуществляется за счет создания мочевинных сшивок без выделения углекислого газа в результате взаимодействия силазана с молекулами изоцинаната и воды.

Полученные данным способом ЗПП обладают высокими эксплуатационными показателями. К основным физико-механическим характеристикам защитных полимерных покрытий относятся предел прочности и относительное удлинение при разрыве. Результаты испытаний, полученных покрытий в зависимости от содержания пластификатора показаны на рис.1

а)                                                                        б)

Рис.1. Зависимость предела прочности «а» и относительного удлинения «б» от количества пластификатора – дибутилфталата по ГОСТ 18299-72.

Из графика, представленного на рис 1 «б» следует, что введение в данную матрицу пластификатора до 30% по объёму приводит к увеличению относительного удлинения. Но при большем введении дибутилфталата наблюдается обратное явление, что свидетельствует о недостаточности матричного материала, и образованию открытых ячеек, о чем также свидетельствует то, что именно эта концентрация является пороговой для начала выпотевания ЗПП при повышенных температурах. Также применение пластификатора негативно сказывается на прочностных характеристиках покрытия, в том числе на износостойкости, одновременно позволяя получить меньшую вязкость и увеличить жизнеспособность смеси, препятствуя межмолекулярным взаимодействиям, что является благоприятными технологическими свойствами для применения наливом.

К напольным защитным покрытиям предъявляют высокие требования по износостойкости, косвенной характеристикой которого является истираемость. Так покрытия толщиной 5мм были нанесены на бетонные образцы размером 65×70×70 для образования кубов 70×70×70. Затем эти покрытия испытывались по ГОСТ 13087-81. Результаты испытаний представлены на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость истираемости от содержания дибутилфталата

Результаты экспериментов свидетельствуют о значительной износостойкости, даже пластифицированных образцов. Помимо механических характеристик данный вид покрытий устойчив к химическим нагрузкам и может применяться для защиты механически нагруженных элементов конструкций и изделий, эксплуатируемых в условиях постоянного воздействия химически активных агрессивных сред, таких как полы в автомоечных комплексах, в химических производствах, сельском хозяйстве и других областях.

Одним из примеров высокой эффективности комплексных добавок являются свойства суперпластификатора С-3, который считается индивидуальной добавкой пластифицирующего или водоредуцирующего действия. В его состав входят в основном продукты конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, оказывающие на цементное тесто сильное пластифицирующее действие [1]. Использование этих продуктов позволяет получать в бетонах пластифицирующие и водоредуцирующие эффекты, значительно превышающие эти эффекты при использования добавок на основе лигносульфонатов и других пластифицирующих добавок. Однако, несмотря на высокие пластифицирующие эффекты, эти добавки не находили применения в технологии бетона, что было связано с быстрой потерей подвижности смесей, а также снижением прочности бетона в начальные сроки твердения. Решение этих проблем было достигнуто за счет введения в состав товарного суперпластификатора менее эффективной, чем продукты конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, пластифицирующей добавки на основе технического лигносульфоната. Использование этого компонента позволяет повысить сохраняемость подвижности бетонной смеси. Кроме того щелочь и сульфат натрия, содержащиеся в составе добавки С-3, не только ускоряют твердение цемента, но и обеспечивают более продолжительный пластифицирующий эффект [2].

Совершенствование суперпластификаторов может развиваться не только за счет введения в их состав добавок ускоряющего, стабилизирующего или другого назначения. Как показывает опыт разработки добавки С-3 совместное использование суперпластифицирующей основы с пластифицирующей добавкой – один из оптимальных способов повышения эффективности комплексной добавки.

Адсорбция СП различной химической природы на продуктах гидратации цемента может существенно различаться, соответственно, различаются пластифицирующие и водоредуцирующие эффекты СП на цементах различных производителей с отличающимся минеральным составом [1]. В связи с этим комплексное использование двух и более добавок пластифицирующей группы способно дать положительный эффект в виде снижения их расхода или увеличения пластифицирующего действия [3].

В настоящем работе была исследована эффективность модифицирования суперпластификатора С-3 двумя отходами биохимического производства ОАО «Биосинтез» (г. Пенза). Первый отход, отработанный нативный раствор производства олеандомицина (ОНРО), и второй – маточный раствор тетрациклина (МРТ) обладают слабым пластифицирующим эффектом [4]. Эти отходы представляют собой поверхностно-активные белковосодержащие растворы концентрацией 1-3 %.

Исследования проводились на цементно-песчаном растворе состава 1:3. Удобоукладываемость смеси оценивалась по расплыву конуса на встряхивающем столике по ГОСТ 310.4-81. Для приготовления раствора использовался цемент марки ПЦ 400 Д0 и песок сурского месторождения с М_к = 1,5.

Для исследования влияния добавок на свойства растворной составляющей бетона применялось математическое планирование эксперимента, а для обработки результатов эксперимента использовались статистические методы. По полученным данным находились математические модели полиномного вида.

Результаты исследования свойств раствора в зависимости от дозировки добавок приводятся на рисунке и в таблице.

Рисунок – Влияние дозировки С-3 и ОНРО на консистенцию раствора (а)
и его прочность через 1 (б), 7(в) и 28 (г) сут

Таблица – Влияние комплексной добавки на основе С-3 и МРТ на свойства цементно-песчаного раствора

Как видно из графиков на рисунке при совместном использовании С-3 и ОНРО наблюдается синергизм их действия. За счет повышения пластифицирующего эффекта при совместном использовании добавок возможно снижение на 30 % расхода суперпластификатора С-3 без потери характеристик смеси. Снижение прочности при использовании отмечается только в ранние сроки. Через 28 суток дозировка С-3 и ОНРО на прочность раствора практически не влияет.

Использование в качестве компонента комплексной добавки МРТ менее эффективно (см. таблицу).

С экономической точки зрения особый интерес представляет получение добавки на основе СП и слабых пластификаторов, являющихся отходами производства, например С-3 и ОНРО. Применение отхода производства, стоимость которого в десятки раз ниже цены специально произведенного СП, позволит на 1/3 снизить стоимость комплексной добавки без потери ее качества.

Большую актуальность приобретает рациональное и эффективное использование сырьевых ресурсов и отходов производства. К новым сырьевым ресурсам относится – шунгит – тонкодисперсный минерал природного происхождения, к отходам производства – обработанные золоотходы от сжигания твердого топлива на ТЭС. В составе шунгита преобладают оксид кремния – 57 %, углерод  – 30 %. Кроме того, в нем присутствуют в небольших количествах оксиды алюминия, железа и магния, кальция, а также сера [2, с.68].

В целом исследования и опытное опробование шунгитов в резиновых смесях выявило следующие эффекты:

1. Возможность замены шунгитом белой сажи.
2. Возможность замены шунгитом малоактивного и полуактивного техуглерода.
3. Улучшение технологических свойств резиновых смесей РТИ (вязкость по Муни, стойкость к преждевременной поовулканизации.
4. Улучшение способности резиновых смесей к переработке (снижение шубления на вальцах в сравнении с техуглеродом и белой сажей).
5. Шунгит наполненные резины обладают улучшенными динамическими свойствами – сопротивлением росту трещин при изгибе с проколом, пониженным теплообразованием при знакопеременном изгибе, динамической выносливостью при угловом вращении.
6. Наполнение резин шунгитом значительно увеличивает их термостойкость.
7. Применение шунгита позволяет создать высоконаполненные (400масс.ч. шунгита на 100 масс.ч. каучука) РТИ с необычными свойствами-высокой твердостью и ударопрочностью, электропроводностью.[3, с. 17; 4, с.89] .

Существует вулканизуемая резиновая смесь на основе ПДИ-1к в которой в качестве наполнителя используют мел, однако при добавлении данного наполнителя не обеспечиваются высокие физико-механические показатели.

С целью улучшения физико-механических и технологических параметров резин на основе олигомера ПДИ-1к нами был рекомендован шунгит. Также был подобран пластификатор, который обеспечивает нормальные литьевые свойства композиции и увеличить содержание шунгита в смеси, что позволяет снизить содержание олигомера, при этом не ухудшая физико-механические показатели.

Таблица 1 – Рецептуры композиций

Таблица 2 – Свойства физико-механических показателей композиций

Доказано экспериментально, что шунгит можно использовать для приготовления смесей на основе ПДИ-1к. Показано улучшение физико-механических свойств композитов при использовании шунгита: заметно существенное увеличение прочности практически в 2 раза, относительного удлинения, показатели твердости практически не изменились. Подобрано оптимальное количество шунгита, вводимое в состав композиции,  которая составила 60 мас. частей. Шунгитовый наполнитель мало пылит, что позволяет улучшить санитарно-гигиеническую обстановку на предприятии, соответственно в производственном процессе упрощается система вентиляции и улучшаются условия труда, также он позволяет сократить выбросы в атмосферу,  легко вводится в процессе смешения и требует меньших энергетических затрат для распределения в каучуке.

Таким образом, сравнение физико-механических свойств рекомендуемых резин с наполнителями мела и шунгита, показывает, что содержащие в качестве наполнителя шунгитовую породу, обладают рядом преимуществ, позволяющих расширить области их применения и создать высоконаполненные резины на основе ПДИ-1к.

Рис 1. Модификатор для бетона

Многие добавки служат не только для приготовления бетона, но и для песчано-цементных растворов.

Для строителей идеальная бетонная смесь та, которая имеет высокую подвижность, быстрый набор прочности, медленное схватывание, длительное время транспортировки что бы потом без проблем можно было залить в необходимые формы. Также универсальность смесей для применения, не требующих огромных затрат на гидроизоляционные работы. Все же основная задача бетона – это обеспечение необходимой прочности и долговечности, поэтому применять добавки просто необходимо.

Более всего распространены пластификаторы для бетонных смесей, они служат для разжижения бетона и дальнейшей переработки. Для разжижения можно применять просто воду, но тогда плотность и прочность бетона теряется, после застывания образуются трещины, а также очень долгое время высыхания, что оттягивает отделочные работы. При помощи пластификатора можно уменьшить использование воды на 30%, при сохранении подвижности смеси. Это даст положительный эффект в виде повышения водонепроницаемости, уменьшить усадку бетона и увеличить прочность.

Модификаторы и пластификаторы разделяют по видам в зависимости от назначения:

1. Регулирующие свойства бетонных смесей: поризующие, ускоряющие схватывание, замедляющие схватывание, улучшающие перекачиваемость, сохраняемость бетонных смесей, пенообразующие, воздухововлекающие, газообразующие.
2. Повышающие или понижающие время схватывание бетона.
3. Повышающие морозостойкость, снижающие проникаемость бетона, повышающие прочность и коррозийную стойкость, защитные свойства по отношению к стальной арматуре.
4. Придающие бетону особые свойства: гидрофобизирующие, противоморозные (обеспечивает твердение при отрицательных температурах)

При добавлении пластификаторов можно уменьшить количество используемого цемента, что приведет к снижению стоимости раствора.

Недостатком множества пластификаторов является вибрирование забитой в опалубку смеси. Но от просто исправляется, добавлением других полезных добавок. При совместном сочинении получаем эффект самоуплотняемости бетонный смеси, исключающие необходимость вибрирования, обеспечивающие заливку сложных конструкций без пустот.

В настоящее время существует огромное разнообразие добавок, которые в свою очередь дают эффекты морозостойкости, твердения, уменьшение усадок.

Добавки применяются в широком диапазоне строительства. Для заливки фундаментов, бассейнов, приготовления растворов и множество других сфер.

Использование модификаторов очень выхгодно экономически и технически. Снимает стоимость смели, потому что можно использовать меньше цемента получив заданную прочность. Снижает стоимость транспортных расходов, потому что проще привезти пару десяток литров модификатора, чем пару тонн цемента. С технической стороны имеется тоже масса плюсов, таких как упрощение заливки раствора, что ведет к экономии времени и трудовых ресурсов. Чем быстрее будет приготовлена бетонная конструкция, тем быстрее можно начать другой фронт работ, а также при уменьшении времени на заливку уменьшаются труда-часы рабочих, что снижает на это затраты. Но не смотря на все эти плюсы в России модификаторы не так активно используются на стройке, а причина в этом проста. Люди не информированы на счет модификаторов и есть какое-то к ним не доверии. Хотя существует множество опытов, доказывающих положительные свойства добавок.

При выборе модификаторов, необходимо останавливать выбор не на цене, а на заводе производителе, который может предоставить гарантии и сертификаты на свою продукцию, а также выбирать проверенных поставщиков. Это очень важный момент, потому что существует множество «гаражных» производств, которые не могут предоставить необходимое качества, или же в целях экономии используют не качественное сырье. При покупке такой продукции и использовании на стройке, придется за огромные деньги ликвидировать последствия использования добавок. Что приводит в сомнение их использования.

Современная существующая база по производству модификаторов устарела и не отвечает современным требованиям. Производство и добавление модификаторов никак не контролируется и остается на совести производителя.

Строители, дорожащие своим именем и репутацией предприятия, а также отвечают за качество готового объекта, тщательно относятся к выбору добавок.

Основные покупатели такой конструкции строительные фирны, бетонные заводы. Чаще всего вывод падает на российских производителей пластификаторов и модификаторов, не имеющих лабораторной базы как у иностранных производителей. Все потому что цена отечественных на много ниже чем у зарубежных. У иностранных имеется большая лабораторная база с проверкой как поведет себя добавка в сочетании с цементом. Дело в том, что зарубежные производители изготавливают добавки специально под вид цемента, который в свою очередь имеет строгое соответствие качеству выпускаемой продукции и не отличается от фиксированных характеристик, нормативной базы. Отечественные цементы отличаются такой стабильностью, и добавка может повести себя непредсказуемо в сочетании с таким цементом.

Можно сделать вывод, что применение модификаторов для бетонных растворов возможно только при предварительной лабораторной проверке. Не у всех предприятий есть своя лабораторная база и им не хочется возиться с проверками. Ведь это ведет к лишним затратам. Отечественные производители добавок ориентируются на местные цементы и такие добавки могут не дать заявленные эффекты с такими нестабильными цементами. Что может привести к необратимым последствиям или ликвидации ошибок, сделанных при расчете состава бетонный смеси.