Полимербетон: состав и свойства, характеристики, применение, виды
Бетонные конструкции считаются прочными и надёжными, поэтому ни одно капитальное строительство без них не обходится. Но такая поверхность хоть и в меньшей степени, но всё равно подвержена разрушительному воздействию внешних факторов.
Поэтому американские разработчики взялись за изготовление материала на базе бетонной смеси, но с улучшенными эксплуатационными характеристиками. В итоге получился полимербетон, который отличается долговечностью, повышенной устойчивостью к влажной среде, морозам и химическим соединениям.
Посмотрите видео об особенностях полимербетона
Состав и свойства полимербетона
Полимербетон представляет собой новый вид бетонной смеси, изготовленной на основе популярных смол:
Именно они заменяют силикат или цемент, которые применяются в обычных растворах. Из общего количества полимерам отводится всего одна десятая часть, но этого оказывается вполне достаточно для создания прочного соединения всех компонентов. Другие девять частей могут представлять разный материал:
• вспученный перлит и др.
Кроме того, в состав включены отвердители, пигменты для придания смеси цвета и пластификаторы. Их доля в общей массе самая маленькая, но её хватает на то, чтобы придать рабочему раствору плотности, адгезии и красивого оттенка.
Технические характеристики полимербетона
• плотность до 3000 кг/м3;
• рабочий температурный режим от -60° до +140°С;
• морозостойкость 300-500 циклов;
• теплопроводность 0,05 – 0,85 Вт/м•К;
• высокая стойкость к истиранию;
• низкий показатель поглощения воды – 0,05-0,5%.
Область применения полимербетона
Из полимербетона или так называемого литого камня изготавливают напольное покрытие, лестницы, облицовочную и тротуарную плитку. В последнее время материал активно используется в производстве кухонных столешниц, подоконников, фасадной лепнины и декоративных элементов.
Обустраивая интерьер или экстерьер, приходится подолгу бродить вдоль прилавков, заставленных красивыми скульптурами, фонтанами. Восхищаясь эстетичностью, трудно догадаться, что многие изделия отлиты именно из полимербетона.
Среди других сфер применения:
• ремонт бетонной поверхности;
• в качестве смеси для наливного пола;
• для сооружения водоотводных лотков и др.
Преимущества и недостатки
Альтернативный вид строительной смеси за короткий промежуток времени приобрёл большую популярность. Это продиктовано высокой прочностью материала и длительным сроком службы. В процессе эксплуатации на поверхности исключается образование трещин. В случае повреждения участка полимерного покрытия, достаточно её очистить и залить новой порцией состава. Высокая степень адгезии содействует надёжному соединению двух плоскостей.
Помимо прочего полимербетон обладает и другими достоинствами:
• устойчивость к механическим воздействиям (выше, чем у бетона);
• выносливость к температурным перепадам;
• не вступает в реакцию с химическими веществами;
• быстрый процесс застывания;
• образует ровную и гладкую поверхность;
• презентабельный внешний вид, возможность применения смесей разных оттенков и цветовых решений.
Свободно приобрести полимербетон пока не так просто в разных регионах, да и цена за кубический метр существенно отличается от привычного всем бетона. Эти факторы и относятся к недостаткам.
Виды полимербетона
Компоненты, которые используются для изготовления, определяют вид полимербетона. В производственном процессе важны следующие факторы:
Полученный продукт должен соответствовать эксплуатационным характеристикам.
• Тяжёлый полимербетон изготавливается из минералов крупной фракции 2-4 см, отличается высокой устойчивостью к нагрузкам. Поэтому его чаще используют в строительных работах для создания чернового пола, колонн, лестниц и других конструктивных элементов с несущим функционалом.
• Конструкционный полимербетон применяют чаще в строительстве. Фракция наполнителя не превышает 2 см. Смесь отличается высокой плотностью 1,5-3 т/м3. Этот вид ещё называют литой камень из-за схожести с натуральной породой (гранитом, мрамором).
• Конструкционно-теплоизоляционная смесь имеет меньшую плотность 0,5-1,5 т/м3, хотя для производства применяется фракция не менее 2 см. Материал подходит для литья стен и фундаментов.
• Теплоизоляционный вид содержит в составе наполнитель, имеющий фракцию не более 1 см. Плотность материала невысокая – 0,3-0,5 т/м3, но этого вполне достаточно для создания прочных перегородок, перил, подоконников и столешниц. Основным назначением литого камня является теплоизоляционный слой, поэтому чаще его используют для возведения перегородок, настилания пола под систему отопления.
• Для наливных полов, подоконников, декоративных элементов используется литьевой камень. Наполнителем является мелкий песок, поэтому готовая поверхность отличается гладкостью.
Полимербетон собственного изготовления
Технология производства полимербетона доступна для домашнего изготовления. Главное делать все этапы последовательно, придерживаясь пропорциональности при смешивании компонентов.
1. Очистить от грязи и промыть заполнитель (гравий, щебень).
2. Песок просеять через мелкое сито для удаления разных примесей.
3. Заполнитель просушить до тех пор, пока показатели влажности не будут соответствовать 0,5-1%. Влажный материал снижает прочность покрытия, поэтому не стоит спешить с просушкой.
4. Добавить в смеситель щебень, песок, наполнитель.
5. Перемешать сухие компоненты на протяжении 2-х минут.
6. Добавить по рецептуре воду и тщательно перемешать смесь до тех пор, пока она не станет однородной.
7. Размягчить смолу с помощью нагрева или добавления растворителя.
8. Ввести в смолу пластификатор, пигмент, стабилизатор и другие вспомогательные вещества.
9. Дополнить замес со связующей массой и перемешать весь объём.
10. Добавить в смеситель отвердитель и снова перемешать на протяжении 3-4 минут.
Полученный раствор быстро схватывается, поэтому после приготовления нужно сразу его разлить по формам или в опалубку.
Rules26 › Блог › Полимербетоны. Версия расширенная. Часть первая.
Добрый день, господа и дамы.
Начинаем серию репортажей посвященных искусственному камню, потенциал которого на рынке стран СНГ не до конца раскрыт и имеет огромную перспективу роста.
Мой личный интерес в этом направлении тоже имеет место быть)), для этих целей ищу 3D моделиста для сотрудничества. И так поехали…
Введение.
На современном этапе жизни человечества происходит интенсивное развитие науки, техники и производства. Высокий уровень современных технологий требует применения в строительстве качественно новых материалов. Современное производство предъявляет высокие требования к строительным материалам: прочность, плотность, стойкость к действию агрессивных сред, низкая тепло-, звуко-, влагопроводность.
Применяемые в настоящее время материалы на основе минеральных вяжущих: бетон, железобетон, силикатные бетоны, которые не всегда соответствуют предъявляемому уровню требований. Поэтому в настоящее время промышленность строительных материалов развитых стран производит широкую номенклатуру продукции на основе полимеров.
Одна из эффективных областей применения полимерных материалов в строительстве – создание на их основе высокопрочных и химически стойких полимербетонов. В зависимости от вида применяемого полимера полимербетоны могут обладать: высокой прочностью, химической стойкостью, долговечностью и рядом других свойств. Кроме того, полимербетоны сравнительно просты в изготовлении, технологичны, имеют качественные декоративные свойства.
Полимербетоны применяют для изготовления железнодорожных шпал, колонн, труб, стоек, решеток, плит, декоративно-отделочных материалов.
Классификация.
Полимербетоны – высоконаполненные композиции, полученные на основе синтетических смол или мономеров и химически стойких (инертных к смоле) заполнителей и наполнителей.
Классификацию полимербетонов осуществляют по видам полимерного связующего. Полимерные связующие подразделяются на термопластичные и термореактивные.
1. На основе термопластичных полимерных связующих получают:
— индекумароновые полимербетоны;
— метилметакрилатовые;
2. На основе термореактивных полимерных связующих получают:
— карбамидные;
— фенольные;
— полиэфирные;
— фурановые;
— фенолформальдегидные полимербетоны.
Полимербетоны, предназначенные для изготовления несущих строительных конструкций, изготавливают на основе термореактивных смол. Термопластичные полимеры в большинстве случаев используются для полимербетонов, которые применяются в защитных облицовках и в виде декоративно-отделочных материалов.
В настоящее время наибольшее распространение находят полимербетоны на фурановых, фенольных, полиэфирных, карбамидных смолах.
Основные свойства полимербетонов определяются химической природой синтетической смолы, видом и содержанием мелкодисперсной фракции наполнителей, видом армирования.
Синтетические смолы и отвердители
Синтетические смолы в полимербетоне являются матрицей, которая обеспечивает монолитность полимербетона, фиксирует форму изделия, распределяет нагрузку по всему объему. Отвердители вводят в состав синтетического связующего для ускорения процесса их отверждения.
Фурановые смолы. Фурановые смолы получают конденсацией фурфурола и фурфурилового спирта с фенолами и кетонами. Эти смолы являются наиболее дешевым полимерным вяжущим. Из фурановых смол преимущественно применяются фурфуролацетоновые смолы ФА, ФАМ, 4ФА. В качестве отвердителей фурановых смол используют безводные ароматические сульфокислоты и сульфохлориды (толуолсульфокислота, п-толуолсульфохлорид и др.), минеральные кислоты (серная, фосфорная, соляная), хлориды металлов (хлорное железо, хлорный алюминий).
Полиэфирные смолы. В зависимости от типа соединений они разделяются на полиэфирмалеинаты и полиэфиракрилаты.
1.Полиэфирмалеинаты – смолы, относящиеся к классу термореактивных полимеров, получаемых поликонденсацией. Полиэфирмалеинаты в большинстве случаев отверждаются с помощью инициаторов (гидроперекиси изопропилбензола или метилэтилкетона) и ускорителей (10% раствора нафтената кобальта в стироле или диметиланилине).
2.Полиэфиракрилаты получают совместной конденсацией ненасыщенных двухосновных кислот с гликолями, глицерином в присутствии одноосновной ненасыщенной кислоты. В качестве отвердителей используют перекись бензоила, перекись метилэтилкетона.
Фенолформальдегидные смолы – продукт поликонденсации фенола с фенолформальдегидом. Использование при производстве полимербетона фенолформальдегидных смол позволяет получать полимербетоны с высокими физико-механическими свойствами и химической стойкостью.
Мочевиноформальдегидные (карбамидные) смолы – это самый распространенный вид синтетического связующего. Мочевиноформальдегидные смолы получают в результате реакции поликонденсации мочевины и формальдегида в водной или в водноспиртовой среде. Отвердителями карбамидных смол являются органические (щавелевая, лимонная, уксусная) и неорганические (серная, соляная, фосфорная) кислоты, а также некоторые соли (хлористый аммоний, хлористый цинк).
Минеральные наполнители и заполнители
Наполнители – это дисперсные порошки с размером частиц менее 0,15 мм, которые вводят в состав полимербетонов с целью придания им особых свойств. Основная цель, которая преследуется введением наполнителей в состав полимербетонов, является снижение усадки и повышение трещиностойкости. Степень влияния минераль¬ных наполнителей на свойства полимерных композиций зависит от их химического состава, формы частиц и процентного содержания. В качестве наполнителей для полимербетонов ис¬пользуют тонкомолотые порошки андезита, диабаза, графита, кварца и др. Заполнители представляют собой зерна крупностью от 0,25 до 5 мм — называются песок и зерна, крупностью от 5 до 50 мм — называют щебень или гравий. Гравием называют заполнитель крупностью от 5 до 50 мм, у которого зерна имеют преимуще¬ственно окатанную, круглую форму. Щебнем называют размером от 5 до 50 мм и имеет преимущественно неправильную форму.
Заполнитель в полимербетонах выполняет роль скелета, который создает структуру полимербетона и придает ему определенные физико-механические свойства. Заполнители делят на тяжелый и легкий. Тяжелый заполнитель применяют для полимербетонов, которые исполь¬зуют в несущих элементах. К таким заполнителям относят кварцевый песок, андезит, базальт, шунгит, гранит, известняк. Легкий заполнитель применяют в полимербетонах, которые исполь¬зуются в качестве тепло-, звукоизолирующих элементов. К ним относят вспученный перлит и вермикулит, аглопорит, шунгезит, туфы, пемзы.
Армирующие материалы
Армирующие материалы представляют собой волокна различной длины и диаметра, и служат для улучшения физико-механических характеристик полимербетона.
Арматура в полимербетонах подразделяется на дисперсную и волокнистую. Целью введения дисперсной арматуры в состав полимербетонов является снижение усадки, повышение прочностных характеристик. Для таких бетонов характерна изотропия свойств, нагрузка вос¬принимается связующим и скелетом заполнителей. В качестве дисперсной арматуры применя¬ется армирование стекловолокном или алюмоборосиликатными волокнами.
Полимербетоны на основе волокнистой арматуры характеризуются анизотропией свойств, нагрузку воспринимает армирующая структура. В качестве такой арматуры в полимер¬бетонах на основе фурановых смол используют стальную арматуру в виде высокопрочной арма¬турной проволоки. В других полимербетонах может использоваться стеклопластиковая армату¬ра.
Стеклопластиковая арматура — пучок продольно ориентированного стекловолокна, объединенный в стержень полимерным связующим и поперечной обмоткой.
Стеклопластиковая арматура обладает высокой коррозионной стойкостью, низким модулем упругости и является хорошим диэлектриком. Стеклопластиковая арматура использу¬ется для изготовления предварительно напряженных полимербетонных конструкций. Предвари¬тельное обжатие полимербетона способствует предотвращению усадочных трещин в конструк¬ции и повышает трещиностойкость конструкции при ее эксплуатации.
Основы технологии производства полимербетонов.
Конструкции на основе полимербетонов и армополимербетонов производят в сле-дующей последовательности: промывка, сушка и фракционирование заполнителей, подготовка наполнителей, приготовление полимербетонной смеси, формование изделий и конструкций, тепловая обработка изделий, контроль качества.
Полимербетонные смеси, состоящие из связующего и заполнителей, приготовляют при нормальных температурах (не ниже 15°С) в бетоносмесителях принудительного действия, при этом связующее из синтетической смолы, отвердителя и наполнителя готовят в специаль¬ных высокоскоростных (турбулентных) смесителях.
Для сокращения времени укладки полимербетона металлические формы предвари-тельно чистят, смазывают и устанавливают вблизи смесителя. Затем полимербетонную смесь с помощью лотков непосредственно из смесителя подают в формы.
При изготовлении конструкции на основе полимербетонов, армированных волокни-стой арматурой необходимо следить за правильностью установки арматуры в формы, как это установлено проектом.
Уплотнение полимербетонной смеси производят на виброплощадках. Продолжи-тельность виброуплотнения назначают в зависимости от жесткости смеси, но не менее 2 минут. Для уплотнения применяют низкочастотные виброплощадки 250-300 об/мин с амплитудой 2-4 мм.
Набор прочности может происходить в естественных условиях при температуре не ниже 15°С и влажности 60-70% в течение 28-30 суток. Ускорить процесс отверждения конст¬рукции можно путем подогрева изделий в течение 6-18 часов в аэродинамических печах или камерах с паровыми регистрами при температуре 80°С. С целью предотвращения появления трещин в процессе тепловой обработки скорость подъема и снижения температуры ограничи¬вают до 0,2-0,5°С/мин.
Высокое качество изделий достигается при строгом соблюдении правильности технологии на всех переделах, начиная с подбора составляющих, правильности их дозирования, режимов перемешивания, формования и твердения.
Изделия должны быть изготовлены в строгом соответствии с требованиями Инст-рукции по технологии приготовления полимербетонов и правил по технике безопасности.
Применение полимербетонов в строительстве
Отечественный опыт
Первая опытная партия строительных конструкций на основе полимербетонов была выпущена 1959 году. В настоящее время отечественная промышленность выпускает широкую номенклатуру изделий на основе полимербетонов. Одним из направлений применения поли¬мербетонов является изготовление полимербетонных труб.
1. На основе полимербетона методом центрифугирования изготовляют трубы внутренним
диаметром от 600 до 1200 мм. На основе такой технологии удается получать трубы с прочностью 50 МПа и выше. По сравнению с железобетонными трубами, которые по такой же технологии изготавливают марки 30-40 МПа. Такие трубы предназначены для строительства оросительных систем. Могут применяться в агрессивных средах с рН среды от 3 до 10, водоводах с напором до 0,2 МПа (малонапорные трубы) при глубине заложения до 5 м.
2. В НИИЖБе разработан новый вид вспененного полимербетона для изоляции трубопроводов горячего теплоснабжения. Такой полимербетон имеет среднюю плотность 400-500 кг/м3 и прочностью при сжатии 3-4,5 МПа, имеет в поперечном сечении переменную плот¬ность, увеличенную в периферийных слоях, что позволило отказаться от антикоррозионного покрытия стальных труб и нанесения гидроизоляции на наружную поверхность теплоизоляционного слоя.
3. Другой областью применения полимербетонов является производство стоек, креплений,
перемычек в шахтах. У таких изделий при изготовлении их непосредственно на месте
строительства из монолитного полимербетона получили прочность при сжатии в 2-2,5 раза
больше, чем из цементного бетона.
Зарубежный опыт
Промышленное производство полимербетонных изделий и конструкций в зарубеж-ных странах в начале развивалось в направлении выпуска декоративно-отделочных и облицовочных материалов и изделий. В последнее время развитые страны мира стали применять ши¬рокую номенклатуру полимербетонных изделий не только в качестве декоративных, но и в ка¬честве несущих, гидроизолирующих, теплоизоляционных конструкций.
1. Французская фирма «Перодо» спроектировала и изготовила полуавтоматическую линию для производства листового полимербетона. Эти изделия используют в качестве наружного отделочного материала зданий, в том числе в многослойных панелях.
2. Японская фирма «Mechan resin concrete industrise» организовала промышленный выпуск колодцев для кабельных линий из полимербетонов на полиэфирных смолах. Их суммарное производство составляет 20 тысяч тонн в год. Другие японские фирмы освоили выпуск по¬лимербетонных труб, армированных стекловолокном методом центрифугирования и мето¬дом экструзии. Выпуск таких труб этими фирмами достигает 30 тысяч тонн в год.
3. Немецкая фирма «Graletbeton» разработала новый вид мелкозернистого полимербетона с минимальным расходом полимерного связующего и освоила промышленное производство стеновых блоков, панелей, перегородок, тротуарных и отделочных плиток.
4. Американская фирма «Amoco techet» выпускает полимербетонные трубы диаметром от 300 до 3000 мм с толщиной стенки 10 мм на основе полиэфирных смол. Трубы этой фирмы имеют долговечность не менее 50 лет, используются в напорных магистралях, для сброса агрессивных сред в очистные сооружения, при бурении скважин в трубопроводах для пере¬качки нефти.
5. Американская компания «Bondait» разработала и выпускает отделочные плиты и стеновые панели из полимербетона на основе фенольных смол и органических наполнителей в виде древесных опилок, скорлупы орехов, шелухи риса. Такие полимербетоны имеют невысокую плотность при прочности на сжатие до 40 МПа.
6. В Брукхейвенской Американской Национальной Лаборатории разработаны новые термо¬стойкие составы полимербетонов. Одна из рациональных областей применения полимербе¬тонов может быть изготовление труб для геотермальных установок с температурой подзем¬ных вод, содержащих большое количество минеральных солей, до 350°С.