Полимербетон - добавка в бетон. Технологии изготовления полимербетона и производство изделий из него Полимерно бетонные изделия

Цементно-полимерный бетон получается на основе добавления к стандартному составу бетона различных высокомолекулярных органических соединений, так называемых водно-дисперсных полимеров. В их разряд входят такие полимеры как винилацетат, винилхлорид, стирол. Это могут быть и растворимые водой коллоиды и латексы: спирты поливиниловые, смолы эпоксидные полиамидные и мочевиноформальдегидные. Полимеры вводятся в состав цементно-полимерного бетона в процессе приготовления бетона.

Цементно-полимерный бетон приобретает свои уникальные характеристики благодаря присутствию двух активных составляющих: органического и минерального вяжущего веществ. Вяжущее вещество способствует образованию цементного камня, который скрепляет в монолит свободные частицы заполнителя. По мере удаления воды из цементно-полимерного бетона на поверхности происходит образование тонкой пленки, обладающей отличной адгезией и сцеплением внутренних частиц раствора. Это и способствует монолитности цементно-полимерного бетона, что делает его более устойчивым к повышенным нагрузкам. Кроме того, цементно-полимерный бетон приобретает такие свойства, как повышенная прочность при растяжении, высокая морозостойкость, износостойкость и водонепроницаемость.

Прочность цементно-полимерного бетона увеличивается, если бетон предварительно выдерживается в условиях сухого воздуха, при которых влажность составляет не более 40- 50%. Воздух с большим процентом влажности снижает уникальные характеристики цементно-полимерного бетона.

Технология приготовления цементно-полимерного бетона схожа с обычным бетоном. Рекомендуется применение цементно-полимерного бетона для полов, дорог, отделочных составов, коррозионно-стойких покрытий.

Полимербетон (П-бетон) – это бетон, при приготовлении которого в качестве вяжущего используются полимерные смолы или они входят в состав вяжущего в значительных количествах и существенно влияют на свойство материала. Заполнителями служат обычно песок и щебень. Для экономии дорогостоящих смол в состав материала можно вводить тонкомолотые наполнители. П-бетоны подразделяются на полимерцементные бетоны (вяжущее цемент + водо-растворимая полимерная добавка), полимер силикатные бетоны (вяжущее жидкое стекло + фуриловый спирт или диизоцианаты), бетонополимеры (бетоны, пропитанные полимерами) и собственно полимербетоны.

В свою очередь полимербетоны бывают: на термореактивных смолах (карбамидных, фенольных, полиэфирных, фурановых, полиуретановых, эпоксидных) и термопластичных смолах (инден-кумароновых метилметакрилате). Кроме того, П-бетоны делятся на сверхтяжелые, тяжелые, легкие и сверхлегкие.

Мочевиноформальдегидные (карбамидные) смолы типа «КМ» (крепитель м) и «УКС» (универсальная карбамидная смола), МФ-17, М-60, М-19-62, и другие стойкие в кислотах, но не достаточно стойкие в щелочах. Их получают в результате реакции поликонденсации мочевины и формальдегида в водной или водно-спиртовой среде. Отвердителями являются щавелевая, лимонная, уксусная, серная, соляная, фосфорная кислоты, хлористые: аммоний и цинк, лучше соляно-кислый анимит, который хорошо растворяется в воде и смоле «УКС».

Фурфуролацетоновая смола ФАМ или ФА (ТУ 6-05-1618-73);

Ненасыщенная полиэфирная смола ПН-1 (МРТУ 6-05-1082-76) или ПН-63 (ОСТ 6-05-431-78);

Карбамидоформальдегидная КФ-Ж (ГОСТ 14231-78);

Фурано-эпоксидная смола ФАЭД-20 (ТУ-59-02-039.13-78);

Эфир метиловый метакриловой кислоты (мономер метилметакрилат) ММА (ГОСТ 16505).

В качестве отвердителей синтетических смол используются:

Для фурфуролацетоновых смол ФАМ и ФА – бензолсульфокислота БСК (ТУ 6.1425);

Для полиэфирных смол ПН-1 и ПН-63 – гидроперекись изопропил бензола ГП (ТУ 38-10293-75);

Для карбамидоформальдегидной КФ-Ж – солянокислый анилин СКА (ГОСТ 5822);

Для фурано-эпоксидной смолы ФАЭД-20 – полиэтиленполиамин ПЭПА (ТУ 6-02-594-70);

Для метилметакрилата ММА – система, состоящая из технического диметиланилина ДМА (ГОСТ 2168) и перекиси бензоила ПБ (ГОСТ 14888).

В качестве ускорителя твердения полиэфирных смол используется нефтенат кобальта НК (МРТУ 6-05-1075-76).

В качестве пластифицирующих добавок следует применять:

Катапин (ТУ 6-01-1026-75);

Алкамон ОС-2 (ГОСТ 10106);

Меламино-формальдегидную смолу К-421-02 (ТУ 6-10-1022-78);

Сульфированные нафталин формальдегидные соединения – пластификатор С-3 (ТУ 6-14-10-205-78).

Полимербетоны очень плотные и стойкие в различных агрессивных средах материалы. Наибольшей прочностью и универсальной стойкостью обладают полимербетоны на эпоксидных смолах к эпоксидным смолам относятся ЭД-5, ЭД-6, ЭД-16, ЭД-20, ЭД-22 и компаунды с каучуками, фурановыми (фурано-эпоксидная смола ФАЭД-20) и другими смолами. Для пластификации композиции в качестве пластификатор применяют диметилфталат, дибудилфталат и другие, которые вводятся в количестве 15-20% от массы смолы. Катализаторами твердения являются третичные амины, хлористая сурьма, фтористые соединения и другие. Для холодного отверждения применяют полиэтиленполиамин, гексаметилендиамин или жидкие полиамиды.

Фурановые смолы (ФА, ФАМ, 2-ФА и другие) получают конденсацией фурфурола и фурфурилового спирта с фенолами и кетонами. Они являются наиболее дешевыми. Наибольшее распространение в строительстве нашел мономер ФА, получаемый при взаимодействии фурфурола и ацетона в щелочной среде.

Исходными продуктами для получения фурфуролкарбамидных смол служат фурфурол, мочевина и наполнители из кислостойких пород. В качестве катализатора применяют хлорное железо, а ускорителя твердения – анилин.

В качестве крупного заполнителя для тяжелых полимербетонов может применяться щебень из естественного камня или щебень из гравия. Щебень и щебень, дробленный из гравия, должны отвечать требованиям ГОСТ 8267, ГОСТ 8268, ГОСТ 10260-74.

Применение щебня из осадочных горных пород не допускается.

В качестве крупных пористых заполнителей для полимербетонов следует применять керамзитовый гравий, шунгизитовый гравий и алгопоритовый щебень, соответствующие требованиям ГОСТ 9759, ГОСТ 19345, ГОСТ 11991.

Для приготовления тяжелых полимербетонов высокой плотности следует применять щебень следующих фракций:

При наибольшем диаметре, равном 20 мм., следует применять щебень одной фракции 10-20 мм.;

При наибольшем диаметре равном 40 мм., следует применять щебень из двух фракций 10-20 и 20-40 мм.

Состав полимербетона подбирают опытным путем. В соответствии рекомендациями Ю.М. Баженова, вначале, экспериментальным путем подбирают наиболее плотную смесь заполнителей и наполнителя и лигнимальной пустотностью, а затем определяют расход смолы и отвердителя. При этом количество смолы устанавливают таким, которое обеспечивает получение заданной подвижности бетонной смеси. Обычно расход смолы превышает объем пустот микронаполнителя на 10-20%.

Лучше состав полимербетона устанавливать с применением метода математического планирования эксперимента, варьируя содержание песка, наполнителя, смолы и отвердителя.

После выполнения эксперимента, обработки полученных результатов на ЭВМ и получения зависимостей свойств полимербетона от вышеуказанных факторов, можно рассчитывать оптимальный состав материала с требуемыми характеристиками (табл.).

На основе карбамидных и других смол и легких заполнителей (перлита, бисипора ячеистого стекла и других) можно получать особо легкие полимербетоны с средней плотностью от 70 до 500 кг / м 3 и с прочностью до 5 МПа.

Таблица11 - Характеристики полимербетонов.

Твердение отформованных изделий должно происходить при температуре не менее 15 о С и нормальной влажности окружающего воздуха в течении 28 суток, для изделий из полимербетонов ММА – в течение 3+ 1 сут.

Для ускорения процесса твердения изделия из полимербетонов должны подвергаться термообработке, которую следует проводить в камерах сухого прогрева. Сухой прогрев должен осуществляться электронагревателями, паровыми регистрами.

Длительность выдержки в формах полимербетонных изделий до распалубки и последующей термообработки должна быть при температуре окружающей среды:

17+ 2 о С………………12 ч.

22+ 2 о С………………8 ч.

более 25 о С…………..4 ч.

Распалубленные полимербетонные изделия должны подвергаться термообработке по следующим режимам:

Для полимербетонов ФАМ (ФА), ПН, КФ-Ж: подъем температуры до 80+ 2 о С – 2 ч., выдержка при температуре 80+ 2 о С – 16 ч., спуск температуры до 20 о С – 4 ч.

Для полимербетонов ФАЭД: подъем температуры до 120+ 5 о С – 3 ч., выдержка при температуре 120+ 5 о С – 14 ч., спуск температуры до 20 о С – 6 ч.

Термообработку полимербетонных изделий объемом не менее 0,2 м 3 допускается производить в формах по следующим режимам:

+ +

+ +

Для полимербетонов ФАМ (ФА), ПН, КФ-Ж: выдержка при 20 о С – 1,5ч., подъем температуры до 80+ 2 о С – 1ч., выдержка при температуре 80+ 2 о С – 16ч., спуск температуры до 20 о С – 4ч.

Для полимербетонов ФАЭД: выдержка при 20 о С – 1,5ч., подъем температуры до 120+ 5 о С – 2ч., выдержка при температуре 120+ 5 о С – 14ч., спуск температуры до 20 о С – 6ч.

Изделия из полимербетона ММА запрещается подвергать термообработке.

При соответствующем технико-экономическом обосновании полимербетоны целесообразно применять для изготовления конструкций, работающих в условиях сильно агрессивных сред (химические предприятия) (химически стойкие полы, лотки, сточные каналы, травильные ванны, сливные колодцы, химически стойкие трубы и т.д.) или находящихся под воздействием электрических токов (траверсы ЛЭП, контактных опор и подобных конструкций с высоким электро - сопротивлением).

Возможно изготовление из полимербетонов износостойких покрытий плотин, шахтных стволов, кольцевых коллекторов подземных сооружений, емкостей для хранения агрессивных жидкостей и других аналогичных сооружений.

Длительные испытания показывают, что предел длительной прочности мелкозернистых полимербетонов на основе смолы ФА составляет 0,45, на основе ФАМ – 0,5, а ФАМ-д-0,6.

Бетонополимер – это материал, получаемый в результате пропитки традиционного бетона полимерами с последующей их полимеризацией.

Бетонополимеры получают путем пропитки бетонов полимерами эпоксидная и полиэфирная смолы (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полиметилметакрилат, стирол и др.) и сополимерами, из которых наибольшее распространение получили составы на основе мономеров акрилового и мет акрилового ряда. На прочность бетонополимера влияют структура и прочность исходного бетона, вид, состав и свойства пропиточного состава, режимы сушки, вакуумирования, пропитки материала и полимеризации мономеров.

В заводских условиях наиболее целесообразна искусственная сушка бетона до влажности 0,1…0,2% по массе при температуре 105…150 о С (конвективная, радиационная, высокочастотная, электрическая, комбинированная). Неполная сушка исходного бетона снижает прочность бетонополимера.

С целью наиболее полной пропитки бетона после сушки его вакуумируют при остаточном давлении в вакуум-камере 6,67…1333 Па в течение до одного часа. Режим вакуумирования устанавливается опытным путем для каждого вида бетона. Чем больше при вакуумирования из бетона удаляется влаги, воздуха, пара, тем плотнее будет его пропитка и больше прочности.

Важнейшей операцией является пропитка бетона мономерами. Пропитка материала с мелкими капиллярами происходит главным образом под действием капиллярных сил. Пропитку бетона с крупными порами капиллярами. Лучше вести под давлением до

1 МПа. Чем больше пористость исходного бетона и большей степени из него удалены воздух, пар и влага, тем полнее его насыщение мономерами и выше прочность бетонополимера. Влияют на этот процесс свойства мономера (вязкость, поверхностное натяжение, краевой угол смачивания), его температура и характер пористости.

Для полной пропитки тяжелого плотного бетона необходимо мономера 2…6% по массе, для пропитки легкого бетона на пористых заполнителей – до 30…68%, ячеистого бетона - до 102…117% (табл.).

Завершающей операцией является полимеризация мономера в бетоне (термокаталитическая и радиационная). Наиболее широко в производстве бетонополимеров применяется первый способ.

Возможно при необходимости поверхностная пропитка бетона, а также пропитка отдельных участков конструкций с целью уплотнения и упрочнения бетона, повышение плотности защитного слоя арматуры и ее сохранности.

По структуре бетонополимер представляет собой капиляро – пористое тело, в котором поры и капиляры заполнены затвердевшим полимером, имеющем хорошее сцепление с твердой фазой и объемно армирующим силикатную основу. Его структура зависит от структуры исходного бетона, свойств полимера и режима обработки. Поры бетонополимера замкнутые по форме близки к сферической. В порах с размером 200…600 мкм. наблюдается не заполненная центральная шаровидная зона. Полимер заполняет все поры, трещины и неровности на поверхности заполнителя, проникая в цементный камень и заполнитель, что значительно повышает их сцепление между собой, прочность материала на растяжении и изгибе, поскольку прочность на растяжение затвердевшего полимера намного больше такового бетона (для полиметилметакрилата до 80, а полистирола до 60 МПа (табл.). По этой же причине величина сцепления бетонополимера с арматурой возрастает в несколько раз (табл.).

Полимер как бы заклеивает дефекты структуры бетона и связывает различные его участки, повышая плотность и прочность материала. Бетонополимер на метилметакрилате характеризуется малым числом макропор. Число макропор также меньше, как у бетона. В контактной зоне “полимер – цементный камень” не наблюдается усадочных трещин. Таким образом создается плотная, монолитная с меньшим количеством дефектов структура материала, которая определяет характер его разрушения под нагрузкой. Бетонополимер разрушается почти мгновенно с громким треском и разлетом удлиненных осколков. Характер разрушения хрупкий. Так как обработанный полимером раствор оказывается прочнее крупного заполнителя, то разрушение происходит по раствору и заполнителю.

Прочность бетонополимера на сжатие зависит в основном от прочности исходного бетона, вида и свойств мономера, режимов сушки, вакуумирования, степени пропитки и полимеризации. Чем выше прочность исходного бетона, тем меньше степень его упрочнения.

В значительной степени прочность бетонополимера зависит от содержания полимера в паровом пространстве бетона. Чем выше степень пропитки бетона, тем больше прочность бетонополимера. С увеличением количества цементного камня в исходном бетоне степень упрочнения его повышается. В высоко прочном бетонополимере крупный заполнитель является слабым звеном. А поэтому более высокую прочность имеют мелкозернистые Бетонополимеры (до 200 МПа).

При охлаждении нагретых до +150 о С образцов до +20 о С их прочность полностью восстанавливается. А при охлаждении нагретых до +200 о С с образцов до +20 о С их прочность становится меньше первоначальной на 10%. Для получения бетонополимера, который мог бы сохранять свои свойства при температуре +200 о С и выше, необходимо применять специальные термостойкие композиции.

Прочность на растяжение бетонополимера повышается по сравнению с исходным бетоном в 3…16 раз и с увеличением количества мономера в бетоне (до 19 МПа).

Таблица 12 - Влияние начальной прочности бетона на прочность бетонополимера.

Введение в бетон золы и других аналогичных добавок мало отражается на прочности бетонополимера, что позволяет экономить до 50% цемента.

В исходный бетон с целью существенного ускорения твердения можно вводить до 5% CaCl 2 , что не опасно для арматуры после пропитки бетона полимером, так как последний хорошо защищает сталь от коррозии.

Модуль упругости бетонополимера на 30…60% выше, чем у исходного бетона. Предельные деформации бетонополимера в 2 раза, а трещиностойкость в 2…5 раз выше, чем у исходного бетона. Ползучесть и усадка бетонополимера в несколько раз меньше чему бетона. Средняя плотность бетонополимера больше, чем у бетона на привес мономера - на 3…10% для тяжелых бетонов и на 10…70% - для легких на пористых заполнителях.

Водопоглащение бетонополимера оптимального состава в 5…6 раз меньше чем у традиционного бетона (примерно до 1%), а коэффициент размягчения близок к единице. В связи с этим морозостойкость бетонополимера возрастает в несколько раз и может достигать 5000 циклов замораживания и оттаивания. Однако это зависит от вида полимера.

Бетонополимер оптимального состава стоек в сульфатных, магнезиальных, щелочных и солевых средах, а так же в разбавленных кислотах, за исключением фтористо-водородной. Но концентрированные кислоты (серная, соляная, азотная) разрушают его.

Пропитка полимером легкого бетона на пористых заполнителях, ячеистого и гипсобетона значительно улучшает их свойства, в частности, повышает их плотность, прочность и снижает водопоглащение.

Таблица 13 - Данные о прочности легких бетонов и бетонополимеров.

Таблица 14 - Улучшение свойств различных бетонов после пропитки полимерами.

Таблица 15 - Свойства бетонов и бетонополимеров.

При соответствии технико – экономическом обосновании и с учетом приведенных характеристик бетонополимер в первую очередь можно использовать для изготовления конструкций, работающих в агрессивных или суровых климатических условиях.

Развитие химии синтетических связующих и полимеров предопределило появление в строительном деле нового материала, известного, как полимербетон. И хотя первые патенты на его изготовление появились еще 80 лет назад, практическое применение новинка получила только в 60-х годах прошлого столетия. Как следует из названия, разработчикам удалось получить строительный материал на основе смол и полимеров, способный по составу и характеристикам полностью заменить современные цементные и шлакоцементные бетоны.

Что такое полимербетон

Нередко строительные термины способны сбить с толку неспециалиста или начинающего строителя, любителя строить своими руками. На бытовом уровне к полимербетонам относят все виды строительных материалов, в составе которых имеется цемент, вода и полимерная смола.

На самом деле технология строительных полимеров разделяет такие материалы на несколько групп:

• Полимербетоны — смесевая композиция, в состав которой входит минеральный балласт или наполнитель, полимерное связующее, отвердитель, стабилизатор и адгезив, без использования цемента и воды;
• Полимерцементный бетон - материал, получаемый добавкой в состав материнского цементного раствора или бетона водорастворимой полимерной композиции;
• Бетонополимерные материалы представляют собой отвержденный бетонный или цементный камень, подвергнутый дополнительной обработке жидкими или в виде паров полимерами, обычно в состав жидкости входит стирол с катализатором, полимеризующийся в толще минеральной матрицы бетона.

К сведению! Полимербетоны, полученные на основе термореактивных и эпоксидных смол, еще называют пластобетонами.

Свойства полимербетона зависят от состава используемого связующего, смолы, наполнителя и способа приготовления. Такие материалы успешно применяют не только в строительстве, но и в машиностроении, в химической промышленности и даже при производстве бытовых вещей и мебели. Технология использования различных минеральных наполнителей для удешевления производства отливок из синтетических смол начала применяться в 80-х годах прошлого века, и в начале XXI века практически 80-90% изделий из пластика изготавливается по технологии полимербетона, в составе которого есть смола и тонкоизмельченный порошок балласта.

Для получения строительных марок полимербетона используют составы на основе пяти основных разновидностей синтетических смол:

• Фенолформальдегидные и карбамидоформальдегидные полимеры;
• Эпоксидные матрицы, в том числе модифицированные фурановыми смолами;
• Метакрилатные и поливинилацетатные полимеры;
• Фурфуролацетоновая матрица, или сокращенно ФАМ;
• Полиэфирная и полимочевинная смола.

К сведению! ФАМ — одна из немногих разновидностей связующих, используемая для производства так называемых фаизол-бетонов, обладающих уникальными свойствами гасить и рассеивать вибрации на порядок лучше самых вязких марок чугуна.

В состав фурфуролацетоновых смол входят летучие вещества с очень неприятным запахом, способные вызывать удушье и головную боль, которые являются выраженными канцерогенами. Поэтому их используют только для получения полимербетона, консервации стальных конструкций трубопроводов и систем коммуникаций. Для жилых помещений чаще всего используются полимербетоны, в состав которых входят полиэфирные смолы, эпоксидные и метакрилатные олигомеры.

В составе полимербетона содержание смолы относительно небольшое, от 10 до 15%. Остальное представляет собой минеральный наполнитель - крошка из мрамора, молотая зола, дробленые доломиты, кальциты, гранулированный вермикулит, клинкер и обычный портландцемент. Достаточно редко в составе полимербетона используется смола с органическим наполнителем на основе модифицированных древесных волокон в смеси с рубленым базальтовым волокном.

Зачем менять обычный цементный раствор на полимербетон

Современные марки бетона на основе цемента и песка хорошо работают в огромных массивах, там, где статическая нагрузка постоянна и нет ударов, вибраций или сложных изгибающих моментов или сил кручения. Во всех остальных случаях приходится вводить в состав специальные добавки, использовать армирование дорогостоящим металлом, делать многослойные конструкции или полностью заменять цементные бетоны металлом или полимербетонами. В отдельных вариантах технологически проще отлить часть строительной конструкции из полимербетона, чем использовать армированный железобетон. Например, при строительстве продуктопроводов.

Если сравнивать характеристики полимербетонов с обычным бетоном, можно назвать пять преимуществ использования полимеров:

• В 3-4 раза выше прочность на изгиб, кручение и знакопеременную динамическую нагрузку. Смола в составе полимербетона заставляет материал вести себя подобно металлу;
• Наличие в составе полимеров обеспечивает низкое водопоглощение и высокую морозостойкость полимербетонных конструкций;
• Полимербетоны определенных марок, имеющие в составе тонкодисперсные частицы, обладают низкой теплопроводностью, при необходимости их можно использовать без утеплителя даже при изготовлении полов и перекрытий цокольного этажа, подвальных помещений;
• Хорошая обрабатываемость резкой, сверлением, без риска накола или образования трещин;
• Эпоксидные смолы в составе полимербетонов делают их инертными к химически активным веществам, органическим растворителям, бензину, маслу, хлорированным углеводородам, горячей и морской воде. В кораблестроении из полимербетонов изготавливают облицовку, полы, пайолы, защитные панели и элементы палубы.

К сведению! Главной «ценностью» полимербетонной композиции является возможность получения высокого качества отливки, без раковин, свилей, трещин, с «запрограммированными» механическими и прочностными характеристиками. Характеристики легко корректируются изменением состава материала.

Например, при изготовлении трубопровода используют полимербетон с добавкой поливинилового спирта или жидкого стекла. Спирт в составе бетона улучшает смачиваемость цементных зерен, удаляет воздух из межзернового пространства и помогает процессу гидратации. После отливки трубопровода за счет интенсивного связывания воды внутренняя поверхность бетонной трубы быстро пересыхает и покрывается трещинами. Чтобы сделать ее прочной, твердой и износостойкой, бетон обрабатывают жидким раствором полистирола в стироле. В результате получается поверхность, не уступающая по характеристикам и стойкости чугуну.

Сегодня стоимость полимербетона еще достаточно высока, поэтому о полной замене цемента в составе материала речи не идет, но по мере разработки новых смол перспектива перехода на полимербетон становится все более реальной.

Особенности применения различных марок полимербетонов

Большинство людей удивится, узнав, какое количество бытовых предметов по своему составу являются полимербетоном. Например, из полиэфирной смолы и наполнителя из тонкоизмельченного природного камня - габро, базальта, мрамора, кальцита изготавливаются искусственные камни, скульптуры, элементы декора и облицовочной плитки для отделки под камень. Из недорогого по составу полимерного бетона отливают столешницы и подоконники под камень, стоимость аналогичного изделия из природного мрамора или гранита будет стоить в 2-3 раза дороже.

Из эпоксидных полимерных бетонов изготавливают элементы коммуникаций - трубы, баки, колодцы, водосборные лотки и даже целые коллекторы. С помощью литья из полимерцемента можно достаточно просто отремонтировать бетонные несущие конструкции, заделать стяжку и восстановить герметичность емкости. Полимербетоны, в составе которых включена эпоксидная смола, обладают исключительно высокой адгезией, поэтому их часто используют для восстановления дыр и стыков бетонных панелей в высотках.

Из метакрилата с наполнителем из молотого стеклянного порошка и мраморной пыли удается получить настолько высококачественную имитацию природного камня, что подобный материал позаимствовали и используют для работ профессиональные реставраторы. В состав можно ввести крупные гранулы мрамора или кальцита. На основе полимербетонов изготавливаются все полимерные штукатурки, шпаклевки, плиточные клеи, затирки, то есть практически все материалы для декоративной отделки домов.

Отдельно необходимо вспомнить о наливных полах. В этом случае вместо стеклянного наполнителя применяется измельченный в пыль кварцевый песок. Наиболее дорогие марки, в состав которых входит модифицированный метакрилат принудительного отверждения, после застывания дают идеально гладкую поверхность, по прочности превосходящую цементную стяжку.

Как сделать простейший полимербетон в домашних условиях

Для того чтобы приготовить полимербетон своими руками, потребуются два компонента, смола и наполнитель. Для простейшего варианта полимербетона можно использовать эпоксидный клей или смолу, отвердитель и наполнитель. Лучше всего в составе материала использовать цемент, промытый и высушенный речной песок или гранитную пыль, которой можно разжиться в любой мастерской по изготовлению памятников.

Смолу разбавляют ацетоном или спирт-ацетоновой смесью. Различные марки эпоксидной смолы требуют свою марку растворителя, поэтому для приготовления полимербетона необходимо подобрать разбавитель. В смолу добавляют отвердитель, размешивают и в состав добавляют разбавитель. Через 10 мин в клеевую массу можно добавлять небольшими порциями наполнитель. Еще через 3-10 мин перемешивания полимербетон будет готов к использованию.

Заключение

Аналогичным образом можно приготовить полимербетон на основе ПВА, акриловой смолы и песка, масляной краски и цементного наполнителя. Наконец, можно ввести в состав смесь для наливных полов, что позволит использовать материал для отливки деталей для отделки потолков и стен, колонн, лепнины, пилястров. В любом случае такой состав обойдется дешевле, а качество изделий будет не хуже, чем у покупных вариантов.

→ Бетонная смесь

Технология производства изделий из полимербетона

В соответствии с разработанной и принятой классификацией по составу и способу приготовления П-бетоны подразделяют на три основные группы:
- полимерцементные бетоны (ПЦБ) – цементные бетоны с добавками полимеров;
- бетонополимеры (БП) – цементные бетоны, пропитанные мономерами или олигомерами;
- полимербетоны (ПБ) – бетоны на основе полимерных связующих. Полимерцементные бетоны (ПЦБ) представляют собой цементные
бетоны, при приготовлении которых в бетонную смесь добавляют 15 – 20 %, в пересчете на сухое вещество, полимерные добавки в виде водных дисперсий или эмульсий различных мономеров: винил ацетата, стирола, винилхло-рида и различные латексы С КС-30, С КС-50, СКЦ-65 и др.

Полимерцементные бетоны обладают высокой адгезией к старому бетону, повышенной прочностью в воздушно-сухих условиях, повышенной водонепроницаемостью и водостойкостью. Полимеррастворы не содержат в своем составе крупного щебня, а полимерные мастики содержат только минеральную муку.

Рациональными областями применения таких бетонов являются износостойкие покрытия полов при сухих условиях эксплуатации, реставрация бетонных конструкций, ремонт аэродромных покрытий, кладочные растворы и др. При производстве полов в полимерцементные бетоны и растворы допускается введение различных красителей.

Бетонополимеры (БП) представляют собой цементные бетоны, поро-вое пространство которых полностью или частично заполнено отвержден-ным полимером. Заполнение порового пространства цементного бетона осуществляется путем пропитки его низковязкими полимеризующимися олигомерами, мономерами или расплавленной серой. В качестве пропитывающих олигомеров применяют полиэфирную смолу типа ГТН-1 (ГОСТ 27952), реже эпоксидную ЭД-20 (ГОСТ 10587), а также мономеры метилме-такрилат ММА (ГОСТ 20370) или стирол. В качестве отвердителей синтетических смол используются: для полиэфирной смолы ПН-1- гипериз ГП (ТУ 38-10293-75) и нафтенат кобальта НК (ТУ 6-05-1075-76); для эпоксидной ЭД-20 – полиэтиленполиамин ПЭПА (ТУ 6-02- 594-80Е); для металме-такрилата ММА – систему, состоящую из технического диметиланилина ДМА (ГОСТ 2168) и перекиси бензоила (ГОСТ 14888); для стирола (ГОСТ 10003) – органические перекиси и гидроперекиси, или азосоединения с ускорителями типа нафитенат кобалбита, диметиланилин. Стирол также самополимеризуется при повышенных температурах.

Изготовление БП изделий или конструкций включает следующие основные операции: бетонные и железобетонные изделия высушивают до 1% влажности, помещают в герметически плотный контейнер или автоклав, где их вакуумируют, затем в автоклав заливают мономер или олигомер, производится пропитка, после чего пропитывающий слой сливается. Полимеризацию мономера или олигомера в поровом пространстве бетона производят в этой же камере или автоклаве путем нагрева или - радиационным способом радиоактивным Со 60. При термокаталитическом способе отверждения в мономеры или олигомеры вводят отвердители и ускорители. В зависимости от требуемых условий изделие пропитывают полностью или только поверхностный слой на глубину 15-20 мм.

Время пропитки бетона определяется габаритными размерами изделия, глубиной пропитки, вязкостью мономера или олигомера. Время термокаталитической полимеризации при температуре 80-100 °С составляет от 4 до 6 часов.

Схема завода по производству бетонополимерных изделий показана на рис. 7.4.1.

Бетонные и железобетонные изделия, прошедшие сушку в камерах (12), подаются мостовым краном (1) в резервуар для пропитки (10) , в котором происходит вакуумирование изделий и последующая пропитка. Затем изделие поступает на полимеризацию в емкость (3), и далее заполиме-ризованные изделия поступают на площадки для выдерживания (14).

Мономеры и катализаторы хранятся в отдельных емкостях (7,9). Для избежания самопроизвольной полимеризации компонентов и пропиточных смесей их хранят в холодильниках (11).

БП обладают многими положительными свойствами: при прочности исходного бетона (40 МПа) после полной пропитки мономером ММА прочность повышается до 120-140 МПа, а при пропитке эпоксидными смолами до 180-200 МПа; водопоглощение за 24 часа составляет 0,02-0,03 %, а морозостойкость возрастает до 500 циклов и выше; значительно возрастает сопротивление истиранию и химическая стойкость к растворам минеральных солей, нефтепродуктам и минеральным удобрениям.

Рис. 7.4.1. Схема завода по производству бетонополимерных изделий: 1 – краны; 2 – резервуар для горячей воды; 3 – полимеризатор; 4 – вспомогательные помещения; 5 – вакуум-насос; 6 – система подачи пара низкого давления; 7 – емкости для катализатора; 8 – компенсационные резервуары; 9 – резервуары для хранения мономера; 10 – резервуар для пропитки; 11 – холодильники; 12 – сушильные камеры; 13 – пост контроля; 14 – площадки для выдерживания бетона

Рациональными областями применения БП являются: химически и износостойкие полы промышленных зданий и сельскохозяйственных помещений, напорные трубы; опоры линий электропередач; свайные фундаменты, используемые в суровых климатических условиях и засоленных почвах и др.

К основным недостаткам БП относятся: сложная технология их получения, требующая специального оборудования и, как следствие, их высокая стоимость. Поэтому БП должны применяться в строительной практике с учетом их специфических свойств и экономической целесообразности.

Полимербетоны (ПБ) представляют собой искусственные камневид-ные материалы, получаемые на основе синтетических смол, отвердителей, химически стойких заполнителей и наполнителей и других добавок без участия минеральных вяжущих и воды. Они предназначены для применения в несущих и ненесущих, монолитных и сборных химически стойких строительных конструкциях и изделиях в основном на промышленных предприятиях с наличием различных высокоагрессивных сред, изготовления крупногабаритных вакуумных камер, радиопрозрачных, радионепроницаемых и радиационностойких сооружений, для изготовления базовых деталей в станко- и машиностроительной промышленности и др.

Полимербетоны и армополимербетоны классифицируются по виду полимерного связующего, средней плотности, виду арматуры, химической стойкости и прочностным характеристикам.

Составы, наиболее распространенных в строительстве, полимербетонов и их основные свойства приведены в табл. 7.4.1. и 7.4.2.

Полимеррастворы не содержат щебня, только песок и минеральную муку.

Полимерные мастики наполнены одной мукой.

Для приготовления полимербетонов в качестве связующего наиболее часто применяют следующие синтетические смолы: фурфуролацетоновую ФА или ФАМ (ТУ 59-02-039.07-79); фурано-эпоксидную смолу ФАЭД (ТУ 59-02-039.13-78); ненасыщенную полиэфирную смолу ПН-1 (ГОСТ 27592) или ПН-63 (ОСТ 1438-78 с изм.); метилметакрилат (мономер) ММА (ГОСТ 20370); унифицированную карбамидную смолу КФ-Ж (ГОСТ 1431); в качестве отвердителей синтетических смол используются: для фурановых смол ФА или ФАМ-бензолсульфокислота БСК (ТУ 6-14-25-74); для фурано-эпоксидной смолы ФАЭД- полиэтиленполиамин ПЭПА (ТУ 6-02-594-80Е); для полиэфирных смол ПН-1 и ПН-63-гипериз ГП (ТУ 38-10293-75) и нафтенат кобальта НК (ТУ 6-05-1075-76); для металметакрилата ММА- систему, состоящую из технического диметиланилина ДМА (ГОСТ 2168) и перекиси бензоила (ГОСТ 14888, с изм.); для карбамидных смол КФ-Ж- солянокислый анилин (ГОСТ 5822).

В качестве крупных заполнителей применяют кислотостойкие щебень или гравий (ГОСТ 8267 и ГОСТ 10260). В качестве крупных пористых заполнителей применяют керамзит, шунгизит и аглопорит (ГОСТ 9759, 19345 и 11991). Кислотостойкость перечисленных заполнителей, определяемая по ГОСТ 473.1, должна быть не ниже 96%.

В качестве мелких заполнителей следует применять кварцевые пески (ГОСТ 8736). Допускается использование отсева при дроблении химически стойких горных пород с максимальной крупностью зерен 2-3 мм. Кислотостойкость мелких заполнителей, так же как и щебня, должна быть не ниже 96%, а содержание пылевидных, илистых или глиняных частиц, определяемых отмучиванием, не должно превышать 2%.

Для приготовления полимербетонов в качестве наполнителей следует применять андезитовую муку (СТУ 107-20-14-64), кварцевую муку, мар-шалит (ГОСТ 8736), графитовый порошок (ГОСТ 10274 с изм.), допускается применение молотого аглопорита. Удельная поверхность наполнителя должна быть в пределах 2300-3000 см2/г.

В качестве водосвязующей добавки при приготовлении полимербетонов на связующем КФ-Ж применяют гипсовое вяжущее (ГОСТ 125 с изм.) или фосфогипс, который является отходом производства фосфорной кислоты.

Наполнители и заполнители должны быть сухими с остаточной влажностью не более 1%. Не допускаются к применению наполнители, загрязненные карбонатами, основаниями и металлической пылью. Кислотостойкость наполнителей должна быть не ниже 96%.

При необходимости полимербетоны армируют стальной, алюминиевой или стеклопластиковои арматурой. Алюминиевую арматуру применяют в основном для полимербетонов на основе полиэфирных смол с предварительным натяжением.

Применяемые материалы должны обеспечивать заданные свойства полимербетонов и удовлетворять требованиям соотвествующих ГОСТов, ТУ и инструкций по приготовлению полимербетонов (СН 525-80).

Приготовление полимербетонной смеси включает следующие операции: промыв заполнителей, сушку наполнителей и заполнителей, фракционирование заполнителей, подготовку отвердителей и ускорителей, дозирование компонентов и их перемешивание. Сушка материалов осуществляется в сушильных барабанах, печах, термошкафах.

Температура наполнителей и заполнителей перед подачей в дозаторы должна быть в пределах 20-2 5 °С.

Смолы, отвердители,ускорители и пластификаторы перекачиваются со склада в емкости-накопители насосами.

Дозирование компонентов осуществляется весовыми дозаторами с точностью дозирования:
смолы, наполнители, отвердители +- 1%,
песок и щебень +-2%.
Перемешивание составляющих полимербетонных смесей производят в две стадии: приготовление мастики, приготовление полимербетонной смеси.
Приготовление мастики осуществляют в скоростном смесителе, со скоростью вращения рабочего органа 600-800 об/мин, время приготовления с учетом загрузки 2-2.5 мин.

Приготовление полимербетонных смесей производят в бетоносмесителях принудительного перемешивания при 15°С и выше.

Технологический процесс формования полимербетонных изделий состоит из следующих операций: чистки и смазки форм, установки арматурных элементов, укладки полимербетонной смеси и формования изделий.

Смазку металлических форм осуществляют специальными составами в % по массе: эмульсол -55…60; графитовый порошок – 35…40; вода -5… 10. Допускается также применение растворов битума в бензине, силиконовых смазок, раствора низкомолекулярного полиэтилена в толуоле.

Для укладки, разравнивания и заглаживания смеси используют бетоноукладчики. Уплотнение осуществляют на виброплощадках или с помощью навесных вибраторов. Уплотнение изделий из полимербетонов на пот ристых заполнителях осуществляют с пригрузом, обеспечивающим давление 0,005 МПа.

Продолжительность вибрирования назначают в зависимости от жесткости смеси, но не менее 2 мин. Признаком хорошего уплотнения смеси служит выделение на поверхности изделия жидкой фазы. Более эффективно уплотнение полимербетонных смесей на низкочастотных виброплощадках с параметрами: амплитуда 2 – 4 мм и частота колебаний 250 – 300 в минуту.

Набор прочности полимербетонов в естественных условиях (при температуре не ниже 15°С и влажности 60 – 70%) происходит в течении 28 – 30 суток. С целью ускорения твердения конструкции из полимербетона подвергают сухому прогреву в течении 6 – 18 ч в камерах с паровыми регистрами или аэродинамических печах при температуре 80 – 100°С. При этом скорость подъема и снижения температуры должна быть не более 0,5 – 1°С в минуту.

Типовая технологическая схема заводского производства изделий из полимербетонов представлена на графике (рис. 7.4.2).

Рис. 7.4.2. Технологическая схема производства изделий из полимербетона на поточной линии. 1 – склад заполнителей; 2 – бункеры приема щебня и песка; 3 – сушильные барабаны; 4 – дозаторы; 5 – бетоносмеситель; 6 – виброплощадка; 7 – камеры термо-обработки; 8 – пост распалубки; 9 – склад готовой продукции

Приготовление полимербетонной смеси происходит в два этапа: на первом готовят связующее, смешивая смолу, микронаполнитель, пластификатор и отвердитель, на втором – перемешивают готовое связующее с крупным и мелким заполнителями в бетономешалках принудительного действия. Связующее приготовляют смешением отдозированных микронаполнителя, пластификатора, смолы и отвердителя в непрерывно работающем турбулентном смесителе. Время перемешивания загруженных компонентов не более 30 с.

Полимербетонную смесь готовят последовательным смешением сухих заполнителей (песка и щебня), затем в непрерывно работающий бетоносмеситель подают связующее. Время смешения заполнителей (сухой смеси) 1,5-2 мин; сухой смеси заполнителей со связующим – 2 мин; выгрузки полимербетонной смеси – 0,5 мин. Песок и щебень подаются в бетоносмеситель – дозаторами. Смеситель должен быть оборудован термодатчиками и аварийным устройством для подачи воды при внезапной аварии или при нарушении технологического процесса, когда необходимо остановить реакцию структурообразования полимера. 164

Полимербетонную смесь подают в бетоноукладчик подвесного типа с передвижным бункером и заглаживающим устройством, который равномерно распределяет полимербетонную смесь по форме изделия.

Уплотняют полимербетонную смесь на резонансной виброплощадке с горизонтально направленными колебаниями. Амплитуда колебаний 0,4 -0,9 мм по горизонтали, 0,2-0,4 мм по вертикали, частота 2600 кол/мин. Время виброуплотнения 2 мин.

Укладку и виброуплотнение смеси производят в закрытом помещении, оборудованном приточно-вытяжной вентиляцией. Одновременно с формованием полимербетонных конструкций формуют контрольные образцы размером 100X100X100 мм для определения прочности полимербетона на сжатие. На каждое изделие из полимербетона объемом 1,5 – 2,4 м3 изготовляют три контрольных образца.

Термообработка полимербетонных изделий. Для получения изделий с заданными свойствами в более короткие сроки их направляют с помощью напольного конвейера в камеру термообработки. Термообработку изделий проводят в печи аэродинамического нагрева, типа ПАП, обеспечивающей равномерное распределение температуры по всему объему.

После тепловой обработки готовые изделия автоматически перемещаются конвейером в технологический пролет, извлекаются из формы и направляются на склад готовой продукции. Освободившуюся форму очищают от посторонних предметов и остатков полимербетона и готовят к формованию очередного изделия.

Контроль качества следует производить, начиная с проверки качества всех составляющих, правильной дозировки, режимов перемешивания, уплотнения и термообработки.

Основными показателями качества приготавливаемого полимербетона являются температура саморазогрева после формования, скорость нарастания твердости бетона, его прочностные характеристики, включая и однородность через 20 – 30 мин. После вибрационного уплотнения полимербе-тонная смесь начинает разогреваться до температуры 35 – 40°С, а в массивных конструкциях – до 60 – 80°С. Недостаточный разогрев полимербетона свидетельствует о неудовлетворительном качестве смолы, отвердителя или высокой влажности наполнителей и заполнителей.

Для определения контрольных прочностных показателей полимербе-тонов испытывают образцы в соответствии с ГОСТ 10180 и инструкцией СН 525 – 80.

При производстве работ по изготовлению изделий и конструкций из полимербетона необходимо соблюдать правила, предусмотренные главой СНиП по технике безопасности в строительстве, санитарные правила организации технологических процессов, утвержденные Главным санитарно-эпидемиологическим управлением Министерства здравоохранения и требования Инструкции по технологии изготовления полимербетонов (СР 52580).

Современные потребности строительной индустрии способствуют появлению более новых и совершенных материалов. Так, полимерный бетон в последнее время стал завоевывать большую популярность. Об этом уникальном составе мы и расскажем вам далее.

Свойства

Историческая справка

Как мы уже говорили, этот материал является инновационным. Однако существует доказательство того, что его использовали несколько тысяч лет назад при строительстве египетских пирамид. Разумеется, речь идет лишь о схожей технологии.

Блоки, из которых строили пирамиды, состояли из следующих компонентов: ила из реки Нил, известняка, гравия, поверенной соли, золы и дробленой извести. В результате они смогли простоять столько времени, не покрывшись трещинами. При этом на них не образовался так называемый «загар» (любой естественный камень покрывается им с течением времени).

Достоинства

Теперь настало время познакомиться с достоинствами этого ноу-хау:

• . Даже резка железобетона алмазными кругами с трудом справится со своей задачей.
• Продолжительный срок жизни . Значительно выше, чем у его предка.
• Очень низкая усадка в процессе высыхания .
• Высокая прочность на сжатие . Это позволяет выдерживать колоссальные нагрузки.
• Устойчивость к практически любым кислотам .
• Технология полимерного бетона солидно отличается от всех известных . Дело в том, что при его производстве используются исключительно экологически чистое сырье.

Интересно: проницаемость этого материала сравнима с натуральным гранитом. На сегодняшний день только он может похвастать таким достоинством.

• Полимер бетонные изделия имеют низкую степень выделения парниковых газов.
• Спокойно выдерживает температурные перепады . Он сохраняет все свои свойства даже при нагревании до 1300 градусов.
• Не истирается со временем и не крошится .

Среди всего этого многообразия преимуществ затесался и один недостаток – высокая цена. Однако в будущем наверняка ситуация изменится. Дело в том, что это новая технология, а значит, в течение некоторого времени её стоимость будет значительно снижена.

Технические характеристики

Бешеный рост популярности связан с тем, что полимерцементный бетон обладает очень высокими характеристиками, которые оставляют не у дел всех его основных конкурентов. Ознакомимся и с ними:

Важно! Представленные выше значения контролируются строительной нормой 525–80 от 01.01.81 г.

Также стоит представить вашему вниманию и химическую стойкость к различным веществам:

Из данных этой таблицы видно, что данный материал отвечает всем нормам химической стойкости. Значит, полимерная защита бетонных полов несет в себе высокую эффективность. Поэтому эту технологию довольно часто применяют в промышленности.

Готовим

Теперь рассмотрим, как самостоятельно приготовить полимерный бетон. На деле это несложная процедура, которая потребует от вас лишь строго соблюсти пропорции.

Ингредиенты

Рассмотрим, что нам понадобится:

1. Гидроксид калия . Это гигроскопичные кристаллы без цвета и запаха. Они мгновенно расплываются на воздухе, поэтому их обязательно хранят в вакуумной упаковке и достают перед использованием.

Это вещество очень агрессивно, то есть сильно воздействует на слизистую и кожу. По этой причине инструкция предписывает надевать средства защиты (очки, перчатки, респиратор) при работе с ним. В противном случае велик риск поражения, особенно глаз.

1. Жидкое стекло (наверняка многие из нас, прочитав это словосочетание, подумают об элементе, которым заполняются наши окна). На самом же деле это бесцветные кристаллы без какого-либо запаха. Состоят они из кремниевой кислоты и щелочного калия.

Купить его можно в ближайшем сельскохозяйственном магазине. Дело в том, что жидкое стекло довольно часто применяют садоводы для того чтобы удобрять различные культуры.

1. Летучая зола . Этот ингредиент можно получить самостоятельно (если сжечь некоторое количество твердого топлива) или же купить готовый в хозяйственном магазине. Специалисты утверждают, что добавление золы делает полимерасфальтобетон на 75% прочнее и долговечнее.
2. Охлажденная вода комнатной температуры . Она не должна содержать каких-либо примесей. Если добавляете водопроводную воду, то ей необходимо дать отстояться некоторое время.
3. Помимо этого можно использовать какие–либо добавки (к примеру, шлак или краситель) . Это нужно для того чтобы получить привлекательную текстуру и улучшить характеристики смеси.

Инструменты

Теперь рассмотрим, какие орудия труда вам потребуются:

• Уже упомянутые средства защиты.
• Тара для смешивания ингредиентов (желательно стеклянная).
• Лопатка из дерева для перемешивания.
• Электронные весы. Помните о том, что очень важно соблюсти все пропорции. Если речь идет о небольшом количестве раствора, то подойдут простые кухонные весы.
• Форма для отливки.

Секреты приготовления

Настало время дать ответ на вопрос, как сделать полимерный бетон своими руками.

Итак, для приготовления 1 литра смеси соблюдаем следующие пропорции:

1. Гидроксид калия – 160 г.
2. Жидкое стекло – 200 г.
3. Зола – 540 г.
4. Вода – 100 мл.
5. Шлак (он нужен для придания особой прочности, добавлять его не обязательно) – 300 г.
6. Специальный цемент для полимерного бетона – 20% от общего объема.
7. Добавки по желанию (их расход должен быть указан на упаковке).

Важно! При смешивании смесь будет нагреваться из-за выделения углекислого газа, поэтому не пугайтесь.

Смешивание ингредиентов необходимо проводить в таком порядке:

1. Наливаем в емкость чистую воду.
2. Добавляем в неё цемент.
3. Затем насыпаем золу, шлак и жидкое стекло в равных долях.
4. После чего досыпаем остатки компонентов.
5. Теперь используя строительный миксер нужно все тщательно перемешать. Помните, что масса должна получиться идеально однородной. В противном случае полимер бетон не получится прочным.
6. Полученную смесь можно переливать в форму или опалубку для застывания.

Полностью застынет она только через 3 недели. Только по прошествии этого срока можно вести какие-либо операции с ней, к примеру, алмазное бурение отверстий в бетоне.

Стоит заметить, что эксперименты по созданию идеальных пропорций ведутся и по сей день. В этой связи люди зачастую начинают самостоятельно менять рецепты. Поэтому можете сами попробовать себя в этой стези.

Послесловие

Вот теперь вы знаете, что такое полимерный бетон. Однако, если вам остались неясными какие-либо нюансы, то нет поводов для расстройства ( .

В представленном видео в этой статье вы найдете дополнительную информацию по данной теме, что позволит вам лучше во всем разобраться.

Что это за материал? Чем он отличается от привычных бетонных смесей с точки зрения состава и потребительских свойств? Можно ли приготовить полимербетон своими руками? Где и как его используют? Попробуем найти ответы.

Что это такое

Определение

Давайте выясним, что такое полимербетон? Ключевое отличие интересующего нас материала от обычного бетона — в том, что в качестве связующего вместо портландцемента используются синтетические смолы. Как правило, термореактивные; реже — термопластичные.

Справка: термореактивным называется полимер, в котором при нагреве происходят необратимые химические изменения, приводящие к изменению его прочностных или иных свойств.
Проще говоря, после разового нагрева пластик больше не плавится при достижении той же температуры.
Термопластичные полимеры, напротив, совершают фазовый переход при каждом нагреве.

Не стоит путать нашего героя с другим материалом — полимерцементным бетоном. В нашем случае полимеры используются в качестве единственного связующего. Полимерцементный бетон — это обычный бетон на основе портландцемента, модифицированный синтетическими добавками для придания ему каких-либо специфических свойств (повышенной эластичности, износостойкости, водонепроницаемости и т.д.).

Ключевые свойства

Что замена цемента на полимеры дает с точки зрения потребительских качеств?

• Повышенную прочность на растяжение . Бетоны на цементной основе обладают отменной прочностью на сжатие, а вот изгибающие или растягивающие нагрузки воспринимаются арматурным каркасом.
• Пониженную хрупкость . Материал куда более стоек к ударным нагрузкам.
• Эластичность . Там, где бетонный монолит лопнет, полимербетонный лишь незначительно деформируется.
• Водонепроницаемость . Портландцемент при сушке дает значительную усадку, что обеспечивает пористую структуру бетона. В отличие от него, полимеры после окончательного набора прочности уменьшается в объеме крайне незначительно; причем усадка приводит не к поризации, а к небольшому уменьшению линейных размеров готового изделия.

Уточним: для улучшения теплоизоляционных качеств и уменьшения веса в ряде случаев при производстве полимербетонных изделий практикуется использование пористых заполнителей.
В этом качестве используются керамзитовый и перлитовый песок.
Однако поры заполнителя не выходят на поверхность, а раз так — водонепроницаемость не страдает.

• Морозостойкость . Собственно, это свойство прямо вытекает из предыдущего пункта: нет пор — нет и кристаллизации воды в них, разрывающей материал при заморозке.

• Повышенную износостойкость . Полимерное связующее банально прочнее цементного камня на разрыв; оторвать от него частицу наполнителя куда сложнее.
• Химическую стойкость . И она обусловлена свойствами полимеров: большая часть смол инертна к действию агрессивных газов и жидкостей.

Применение

Давайте изучим основные области применения полимербетона.

Производство

Нормативные документы

Обсуждаемый нами материал считается относительно новым и имеющим заграничное происхождение; однако изучение нормативных документов, по которым он производится, приведет к неожиданному открытию. Инструкция по производству полимербетонов и изделий из них за номером СН 525-80 была принята в 1981 году и остается актуальной по сей день.

Давайте изучим основные тезисы документа. Для всех изделий из полимербетона нормальным температурным режимом считается диапазон от -40 до +80 градусов по шкале Цельсия.

Уточним: если верхняя граница обусловлена возможностью применения термопластичных смол, размягчающихся при нагреве, то нижняя — повышенной хрупкостью полимеров при замораживании.
В отсутствие ударных и вообще механических нагрузок нижний предел эксплуатационной температуры может быть безболезненно увеличен до актуального в самых суровых климатических зонах.

Связующее

В состав полимербетона, согласно тексту документа, могут входить следующие полимеры:

Заполнитель

В качестве основного заполнителя используется щебень скальных пород. Применение осадочных пород (известняка, ракушечника и т.д.) не допускается: его невысокая прочность на сжатие существенно ухудшит эксплуатационные качества продукта.

Размер фракции щебня определяется, как ни забавно это звучит, его же максимальным диаметром:

1. Если наибольший размер не превышает 20 мм, используется одна фракция — 10-20 миллиметров.
2. В тех случаях, когда наибольший размер достигает 40 мм, рекомендуется применять две фракции: 10-20 и 20-40 миллиметров. Мелкая щебенка будет способствовать более плотному заполнению и, соответственно, повысит итоговую прочность материала.

Обратите внимание: для пористых заполнителей (уже упоминавшихся керамзита и перлита) допустим максимальный размер 20 мм; используются две фракции: 5-10 и 10-20 миллиметров.
При этом, процентный состав заполнителя делится между крупной и мелкой фракциями в отношении 60:40 процентов по массе.

Помимо крупного, используется мелкий (так называемый зерновой) заполнитель. Обычно в этой роли выступает кварцевый песок — природный или дробленый. Требования к нему в основном сводятся к отсутствию примесей — пыли, ила и глины, которые способны ухудшит сцепление между заполнителем и связующим.

Наполнитель

Кроме минерального заполнителя, в состав продукта входит молотый наполнитель — минеральная мука. Стандарт предусматривает несколько вариантов.

Допускается использование перемолотых щебня и кварцевого песка. Для материала, который готовится на основе карбамидоформальдегидных смол, дополнительно используется водно-связующая добавка — строительный гипс (ГОСТ 125-70).

Пример состава

В качестве образца мы проанализируем состав тяжелого полимербетона на базе фурано-эпоксидного связующего ФАЭД. Источником информации нам послужит все тот же документ СН 525 -80.

Любопытно: БСК выполняет сразу две функции.
Она служит катализатором полимеризации (отвердителем) и обеспечивает дегидратацию (обезвоживание) сырья.

БСК — эффективный и безопасный отвердитель с дополнительной функциональностью.

Технология

Как выглядит технология полимербетона (точнее, его изготовления) в промышленных условиях?

1. Заполнители тщательно промываются от всевозможных загрязнений. Как мы помним, они могут негативно сказаться на итоговой прочности продукта.
2. Следующий этап — сушка. Влажность заполнителя не должна превышать 1 процента; рекомендуется придерживаться массового содержания воды до 0,5%.
3. Разделенные на фракции компоненты загружаются в смеситель.
   Последовательность загрузки и промежуточных операций строго регламентирована:
   1. Загружается щебень.
   2. Добавляется песок.
   3. Добавляется наполнитель.
   4. Смесь перемешивается в течение 1-2 минут.
   5. Добавляется связующее.
   6. Смесь перемешивается 3 минуты.
   7. Добавляется отвердитель.
   8. Перемешивание в течение 3 минут — и материал готов к заливке.
4. На внутреннюю поверхность формы наносится разделительный слой, который помешает полимербетону слипнуться с ней. В этой роли обычно используются парафин, машинное масло или технический вазелин.
5. Форма заливается максимально равномерно и по возможности без полостей.
6. Последний этап — уплотнение смеси на вибростоле или с помощью навесного вибратора. Оптимальная амплитуда — 2-3 миллиметра, частота — 3000 колебаний в минуту (50 Гц). Если смесь замешивается и выкладывается в несколько приемов, ее уплотнение повторяется после каждой выкладки.
   Сигнал к прекращению на поверхности жидкой фракции материала (обычно для этого достаточно 2-3 минут).

Форма может быть снята с готового изделия через сутки. Набор прочности при комнатной температуре занимает от 20 до 60 суток. Он, впрочем, может быть ускорен нагревом до 60-80 градусов; температура поднимается и опускается со скоростью 0,5С в минуту во избежание роста внутренних напряжений.

Как видите, каких-то особых сложностей технология производства не предполагает; при наличии связующего, отвердителя, бетономешалки и вибростола изготовить полимербетон в домашних условиях вполне реально.

Нюанс: очищать бетономешалку от остатков смеси придется исключительно быстро.
После добавки отвердителя схватывание занимает не более часа.

Обработка

Чем и как обрабатываются полимербетонные изделия? Можно ли их шлифовать и клеить?

Чем резать и сверлить этот материал?

• Для склеивания используются мастики и клеи на основе все тех же синтетических смол. Мастики, помимо собственно связующего, содержат каменную муку.

На фото — полиуретановый клей белорусского производства с креативным названием.

• Для шлифовки подходит обычная наждачная бумага. Для полировки используется войлочный круг; глянец можно навести с использованием пасты ГОИ (полировальная паста разработки Государственного Оптического Института).

• Сверлить материал в принципе можно обычными победитовыми сверлами по бетону; однако алмазное бурение отверстий в бетоне с полимерным связующим дает куда лучший результат. Края отверстия остаются идеально ровными, без сколов. Для отверстий большого диаметра (например, под смеситель в полимербетонной рабочей поверхности для кухни) используется алмазная коронка.
• Идеальный инструмент для резки — опять-таки алмазная пила. Она предпочтительна и для конструкций, внешний вид которых не столь важен (резка железобетона алмазными кругами позволяет сделать края реза идеально ровными и не менять круг при прохождении армирования);в случае той же столешницы неаккуратный рез безнадежно испортит ее внешний вид.

Алмазная пила — идеальный инструмент для резки материала.

При обработке материала в общем случае стоит избегать его сильного нагрева. Температура свыше 120 — 150 градусов противопоказана термопластичному связующему.

Заключение