Статья "Соединение элементов конструкций с помощью эпоксидных клеев"

СОЕДИНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ С ПОМОЩЬЮ

ЭПОКСИДНЫХ КЛЕЕВ

Приводится историческая справка об открытии фенолоформальдегидных смол, служащих основой для разработки популярных клеев, раскрывается понятие эпоксидного клея и его составляющих компонентов. Обобщаются свойства данного клея и рассматриваются варианты его использования в строительстве. Подводится итог работы.

Ключевые слова: адгезия, отвердитель, полимеризация, анкеровка.

На протяжении многих лет ученые занимаются вопросом соединения бетонных и железобетонных конструкций между собой, не используя анкерного крепления и сварки. Это актуально в случае наращивания и удлинения конструкций.

Исследованиями в области безанкерного соединения конструктивных элементов занимались профессор Национального университета водного хозяйства и природоиспользования г.Ровно д.т.н. Бабич Е.М и профессор Харьковской национальной академии городского хозяйства им. Бекетова к.т.н. Золотов М.С. Экспериментальные исследования этих ученых доказали, что наиболее эффективным материалом для соединения бетонных конструкций является эпоксидный клей. В настоящее время он является самым популярным видом клея. Его популярность обусловлена многими уникальными и универсальными качествами, безопасностью и доступностью. Но при этом эпоксидный клей не является таким уж старым и традиционным. Ему на сегодня не исполнилось даже сотни лет.

В 1907 году, после открытия химиком Лео Хендриком Бэкеландом фенолоформальдегидных смол, была получена основа для разработки множества популярных сегодня клеев. В 1940 году швейцарская фирма «Ciba» впервые начала выпуск эпоксидного клея «Аральдит 1». Он и стал первым образцом универсального клея для широкого промышленного и бытового использования

Эпоксидные клеи — это синтетические термореактивные композиции на основе полиэпоксидных смол и специальных отвердителей кислотного или основного типа. Они, как правило, состоят из двух компонентов: непосредственно смолы и сопутствующего отвердителя. При смешивании смола полимеризуется и становится твердой, после чего образуется исключительно прочное соединение с хорошими физико-механическими характеристиками. Время полного затвердевания зависит от таких факторов, как состав клея и температура - нагретая эпоксидная смола «схватывается» намного быстрее. Обычно процесс полимеризации занимает несколько часов.

Свойства эпоксидных клеев: высокая адгезия к различным материалам (металлу, дереву, бетону, керамике, стеклу, пластику и многим другим), хорошие физико-механические свойства, химическая стойкость (к кислотам, маслу, жиру, бытовым очистителям и пр.), малая усадка при отверждении, отлично выравнивают поверхности и восстанавливают форму, заполняют полости и заделывают трещины, хорошо сохраняются при комнатной температуре. Диапазон сохранения клея варьируется - от 1 часа (для пастообразных и жидких смесей, отверждаемых аминами) до 1 года (для твердых составов).

К недостаткам эпоксидных клеев относятся: долгое затвердение клея (хотя в некоторых случаях это становится достоинством); обязательное соблюдение указанных пропорций при смешивании; при понижении температуры хранения ниже 0⁰С возможна кристаллизация клея и ухудшение многих его свойств; выпуск клея только в двух цветовых вариантах.

Эпоксидные клеи могут быть выполнены в двухкомпонентном (смола и отвердитель) или многокомпонентном варианте. В последнем случае в состав эпоксидной композиции входят обычно следующие компоненты: отвердители,

наполнители, сажа, порошки металлов (например, никеля), стеклянные или углеродные волокна, растворители (обычно это спирты, ацетон или ксилол), пластификаторы (эфир фосфорной или фталевой кислоты), полимеры (каучуки), модификаторы.

По консистенции эпоксидные клеи бывают твердые, пастообразные или жидкие, порошковые и пленочные. Пленочный клей представляет собой пленочные материалы, армированные определенными тканями. Пастообразный вариант клея выпускают уже в готовом виде или, чаще, в виде отдельных компонентов для последующего смешивания. Пастообразный или жидкий клей готовится с помощью смешивания в миксере необходимых компонентов. Если приготовление эпоксидного клея происходит без нагревания, он будет иметь небольшую жизнеспособность. Поэтому его необходимо готовить непосредственно перед применением. Для получения клея высокой вязкости необходимо прогреть эпоксидную смолу. Это способствует более легкому смешиванию компонентов.

Обладая исключительными клеящими свойствами, эпоксидные клеи используют для прочного соединения трехслойных панелей, железобетонных конструкций мостов, при клеевой анкеровке арматурных стержней, а также там, где требуется передавать высокие нагрузки вместо традиционного механического крепления различных деталей. Широкое распространение в настоящее время получила клеевая анкеровка арматурных стержней при соединении свай, сборных железобетонных колонн между собой и с фундаментами (рис. 1), креплении различного рода закладных элементов к существующим конструкциям (рис. 2).

Рис. 1. Клеевые стыки сборных железобетонных колонн (а, б, в), свай (г) и сборных железобетонных колонн с безстаканными фундаментами (д): 1 – клеевой шов; 2 – муфта; 3 – сварной шов; 4 – арматурные выпуски; 5 – отверстие для заложения анкера; 6 – колонна; 7 – фундамент; 8 – инвентарная гайка; 9 – крепежная гайка; 10 – деталь для выверки и крепления колонны; 11 – закладная деталь

Рис 2. Ремонт бетонных конструкций при помощи клеев: 1 – клеевой шов;

2 –  клеевой анкер; 3 – арматурный стержень; 4 – добетонка.

Указанный способ анкеровки арматурных стержней обладает рядом важных свойств: высокопрочным сцеплением клея с бетоном и сталью, высокой механической прочностью, стойкостью в агрессивных средах, хорошей зазорозаполняемостью. Для получения наилучшего эффекта соединения перед началом склеивания поверхности необходимо подвергнуть обязательной обработке: механическая зачистка шкуркой, дробью или песком, обработка ультразвуком, обезжиривание в растворителях или травление в кислотной ванне. Именно от подготовки поверхности зависят физико-механические свойства соединений и их устойчивость при длительной эксплуатации. Соединенные (склеенные) поверхности работают как единое целое.

В результате проделанной работы можно сделать вывод: соединения на эпоксидном клее характеризуются высокой прочностью, тепло- и влагостойкостью, устойчивостью к воздействию агрессивной среды и горюче-смазочным материалам. Следовательно, их можно использовать для прочного соединения деталей из любых материалов и в широком диапазоне температур.

Литература.

1. Игонин Л.А. Исследование вопроса применения эпоксидных клеев в практике строительства / Л.А.Игонин // Труды Гидропроекта. – Вып. 11. – М., 1964. – С. 25 – 33.

2. Ескарев А.Д. Эпоксидные клеи для крепления в бетоне анкерных устройств / А.Д. Ескарев, Л.А.Игонин, Э.А.Кривой // Будівельні матеріали і конструкції. – 1969. – №6. – С. 17.

3. С.М.Золотов // Инновационные технологии диагностики, ремонта и восстановления объектов строительства и транспорта: cб. науч. тр. Вып. 30. – Днепропетровск: ПГАБА, 2004. – С. 192-196.

4. Вишневский П.Ф. Современные методы анкерного крепления в строительстве / П.Ф.Вишневский. – М.: Военное изд., МО СССР, 1981. – С. 246.

5. Максимов Ю.В. Рекомендации по ремонту и восстановлению железобетонных конструкций полимерными составами / Ю.В.Максимов, В.В.Патуроев // НИИЖБ Госстроя СССР. – М., 1986. – С.28 с.