Низковязкие инъекционные композиции для структурного склеивания

Под структурным склеиванием подразумевается в первую очередь восстановление сплошности элемента и, соответственно, восстановление конструктивной работы его как единого целого. То есть мы говорим при этом о восстановлении структуры конструктивного элемента или самого материала.

Другое значение – это склеивание двух и более элементов в тождественно единое целое. То есть в этом случае мы говорим о восстановлении или создании единой конструктивной работы системы элементов, то есть некоторой конструкции.

Это, безусловно, не нормативные формулировки, возможны, что называется варианты. Просто и видов клеевых соединений, и целей склеивания таки довольно немало. Вот, как пишется, например, в книге «Справочник по клеям и клеящим мастикам» за 1984 год: «Для потребителя более информативно наименование клея не 88Н, а КСК-12У-31-12, что означает «клей синтетический на основе эластомера (полихлоропрена) и пластомера (п-третбутилфенол формальдегидной смолы)», используемый в виде органического раствора (в смеси бензина и этилацетата), отверждаемый в течение суток на холоду или при нагреве, однокомпонентный, обеспечивающий эластичные склейки».

Все просто, и каждая цифра и буква рассказывает нам о чем-то интересном. Мы пока еще не дошли до терминологического совершенства позднего этапа развитого социализма, но какое-то разграничение должно же быть.

Один клей должен обеспечивать силовое склеивание с передачей нагрузки с одного элемента на другой (или с одной части элемента на другую), другой наоборот должен обеспечить возможность деформации на линии сопряжения, т.е. сам клеевой шов может быть жестким или эластичным. Один клей должен соединить воедино равноценные с точки зрения несущей способности элементы, другой соединяет элементы, откровенно разные по назначению и воспринимаемой нагрузке.

Остановимся. Чтобы было понятней (самим в первую очередь): одно дело склеить края трещины или обеспечить прочное соединение стыков колонн и другое дело – вклеить анкер или наклеить резину на деформационный шов.

Здесь – о первом значении. Даже в более узком варианте, об инъектировании.

Почему низковязкие? Да и так ли на самом деле это важно и нужно?

Относительно вязкости инъекционных композиций

На разных страницах этого сайта говорится об одной очень на наш взгляд важной особенности склеиваемых поверхностей бетона. Они дефектные и по-разному, бывает, дефектные с двух сторон. Основная проблема здесь – это поверхностный слой с очень плохими прочностными характеристиками.

Этот слой намного менее однородный, чем бетон в массе. Он дефектный и из-за технологических проблем при укладке, и из-за особенностей опалубки, и просто потому, что он граничный, где удельное содержание компонентов бетонной смеси совсем не такое же, как у бетона в массе и т.д. В трещине он дефектный потому, что бетон в этом месте разорвался.

Для того, чтобы склеить элементы через два таких слоя, эти слои нужно либо удалить, либо каким-то образом усилить. При использовании низковязких клеевых композиций мы пропитываем эти слои, создавая слой бетонополимера между собственно клеевым швом и бетонной конструкцией. И чем хуже бетон, тем выше будет расход полимера на укрепление поверхностного слоя, тем выше коэффициент запаса, который мы должны принимать в расчет при определении объема клеевого состава.

Мы считаем это важным: не простое заполнение шва, пусть даже с хорошей физической и химической адгезией, но еще и глубокая, насколько это возможно, пропитка прилегающих к клеевому соединению слоев бетона. 

С этой задачей, как нельзя лучше, справляются низковязкие полимерные составы на основе метилметакрилата. Сам процесс работы с ними наглядно представлен на фото приведённом ниже:

То же самое мы можем сказать и про использование полимерных мастик и растворов. Мы должны заранее предусмотреть в своем составе некоторый избыток содержания полимера, который должен пойти на пропитку поверхностных слоев бетона. Поэтому, кстати, нам важно знать реальное состояние дел на объекте. Не может быть и не должно клея на все случаи жизни и на все виды конструкций. Тем более, когда стоит вопрос о структурном или силовом склеивании.

Низковязкие инъекционные составы.

Их основное преимущество лежит на поверхности – это низкая вязкость, а значит, способность заполнять более мелкие дефекты. В прилегающих слоях находятся поры и капилляры разных размеров, часто крупнее, чаще менее крупные, чем инъецируемая трещина. Немного расчетов.

Вот, формула Пуазейля:

Q – расход жидкости;

R – радиус капилляра (трубки);

dp – разность давлений на концах трубки;

η – вязкость жидкости;

dl – длина трубки (капилляра).

Динамическая вязкость измеряется в Паскаль-секундах (Па.с), давление – в Паскалях. Сам расход измеряется в м3/с. Наглядно видно, что уменьшение размера дефекта в два раза приводит к тому, что для одной и той же скорости пропитки давление должно быть увеличено в 16 раз. Или во столько же раз снижена вязкость жидкости. А теперь сравним: вязкость самой низковязкой – а потому с большим количеством растворителя, скорее всего, - эпоксидной композиции в 60-70 раз больше вязкости ММА. То есть для инъекции эпоксидной смолой при той же скорости пропитки и давление должно быть во столько же раз больше, чем для пропитки ММА.

Понятно, что эта формула может быть использована только для ориентировочных расчетов. Но мы здесь именно только и сравниваем хотя бы в первом приближении. Более того, чем выше вязкость жидкости, тем больше в общем случае толщина адсорбционного слоя, т.е. тем меньше соответственно эффективный радиус капилляра (трубки). Иначе говоря, для эпоксидной смеси давление должно быть не в 60-70 раз, а, скажем, в 100 или 150 раз выше – зависит еще от размера самого капилляра, вернее от соотношения толщины адсорбционного слоя и диаметра капилляра. В цифрах: там, где для ММА достаточно 10 атмосфер давления, для эпоксидки нужно как минимум 600.

Значит мы должны понимать, что никакого укрепления поверхностного слоя бетона при инъектировании эпоксидной смолой (при всех ее достоинствах) мы не получим. Еще меньше – при пропитке полиуретаном. И тот, и другой состав дадут нам только заполнение трещины. Дефектная же зона вокруг трещины так и останется дефектной. Мы говорим о силовом склеивании, а получаем прочный клеевой шов, прочный массив бетона и две тонкие прослойки граничного слоя бетона с непонятно какими прочностными характеристиками между ними. Клеевой шов оказывается «подвешенным». На сжатие эта система работать будет. А вот чуть растянутые или сдвиговые деформации? А ведь в природе не существует чистого, центрального сжатия. Хоть чуть-чуть, хоть куда-то в сторону всегда есть. А если трещина к тому же в наружной подземной конструкции? Разве вода не сможет пройти по этой дефектной зоне?

Не сможет, если мы пропитаем эту зону системой с вязкостью, как у воды или даже ниже. И заполним больше, чем необходимо для прохода воды, потому что при инъектировании создаем давление, которое для воды возможно только на очень-очень больших глубинах. В качестве таких систем как нельзя лучше подойдут инъекционные материалы на основе метилметакрилата.