Полимерный бетон (полимербетон)

Полимерными бетонами называют современные бетоны, разработанные для снижения или полного исключения присущих традиционным цементным бетонам недостатков, среди которых:

• низкая пластичность в сравнении с другими строительными материалами;
• выцветание со временем в связи с содержанием в материале растворимых солей;
• относительная хрупкость (при сильном сдавливании могут образоваться трещины);
• слабая прочность на растяжение (в случае чрезмерных нагрузок в изделии могут образоваться трещины, изделие может даже лопнуть);
• загрязнение окружающей среды как при изготовлении основного компонента — цемента, так и при производстве самого бетона;
• непривлекательный серый цвет, из-за которого во многих случаях изделия нуждаются в покраске, либо их необходимо закрывать (декорировать).

В обычных бетонах минеральным вяжущим компонентом являются силикат и цемент. Их полностью либо частично исключают из состава смеси для производства полимербетона. Вместо цемента в состав смеси добавляют полимеры.

Требования ГОСТ

Основные требования для производства полимербетона отражены в ГОСТ 27006-2019, в котором указано, как подбираются исходные составы, и ГОСТ 7473-2010, которым регламентированы составы смесей и даны ТУ (технические условия) для производства, а также описаны методики проверок бетона.

При подборе композитной полимерной арматуры, используемой для армирования перед заливкой, действуют по ГОСТ 31938-2012.

Виды полимербетонов

Полимерные бетоны делятся на:

П-бетоны (полимерные) — это спецбетоны, которые изготавливали с добавками полимеров или на основе полимеров. Их классифицируют на такие виды:

• МПБ — минералополимерные бетоны. Их производят из минеральных наполнителей, но обрабатывают полимерами.
• ПНБ — полимернаполненные бетоны. В процессе их изготовления вместе с минеральными наполнителями добавляют и полимерные наполнители.
• МБ — модифицированные бетоны. В состав раствора входят небольшие добавки полимеров.
• ФБ — фибробетоны. ФБ армируют стеклопластиковыми или полимерными волокнами, при этом стальная арматура тоже применяется.

ПЦБ (полимерцементные бетоны) делают на основе цемента. При их изготовлении в качестве добавок применяют кремнийорганические либо растворимые в воде олигомеры. Также добавляют полимеры и водные эмульсии (поливинилацетатную и ей подобные), растворимые эпоксидные смолы и т. д.

ПСИБ (полимерсиликатные бетоны) – это кислотостойкие бетоны, применяемые в первую очередь в строительстве промышленных предприятий (химическая промышленность, металлургия и т. д.). Основной компонент при изготовлении ПСИБ – жидкое стекло. В процессе изготовления в жидкое стекло добавляются полимеры. Для достижения непроницаемости через ПСИБ кислот и их растворов в смесь добавляются олигомеры, например, фуриловый спирт.

БП (бетонополимеры) изготавливаются на основе цемента. Получают БП в несколько этапов:

• заливают раствор и ждут, когда он затвердеет;
• при помощи тепловых пушек затвердевший материал окончательно высушивают;
• пропитывают уже сухой бетон олигомерами или мономерами;
• после пропитки производится радиационная или термокаталитическая полимеризация материала пропитки в структуре бетона.

Благодаря пропитке мономерами или олигомерами получают БП, прочность и плотность которого значительно выше исходного цементного бетона.

ПСБ (полимерсерный или серный бетон) получают добавлением модифицирующих материалов в расплавленную серу. Также в раствор добавляют или минеральные заполнители, или неминеральные наполнители без добавки воды и вяжущих материалов.

Производство полимерного бетона

Для изготовления полимербетонов в качестве основы применяют синтетические смолы или мономеры (низкомолекулярные вещества). В основу добавляют наполнители и заполнители из химически устойчивых материалов. При производстве в состав смеси не добавляют ни воду, ни вяжущие вещества.

Также к условно-полимерным относят виды бетонов, которые пропитываются серой, так как их прочность значительно ниже, чем у других видов полимербетонов. Производство пропитанных серой бетонов сохраняется благодаря следующим факторам:

• сера стоит на порядок ниже по сравнению с мономерами;
• процесс пропитки прост по сравнению с другими видами полимербетонов.

При изготовлении полноценных полимербетонов используют минимум три фракции наполнителей и заполнителей, это:

• наполнители с частицами меньше 0.15 мм (мелкодисперсные);
• песок в качестве заполнителя зернистостью не выше 5 мм;
• щебень не крупнее 50 мм.

Полимерные растворы приготавливают без щебня.

Мастики готовятся только из наполнителей (мелкодисперсная фракция).

Изготовление своими руками

Как правило, полимерные бетоны изготавливают в заводских условиях, но при необходимости его можно сделать самостоятельно, в частности, полимерцементный бетон (ПЦБ).

Для изготовления ПЦБ собственноручно, берется наполнитель крупных фракций. Им могут быть песок, щебень, крупноизмельченное битое стекло.

Заполнитель лучше взять более мелкий, тем более мелкий помол снизит конечную стоимость. В качестве заполнителя можно применить порошки из кварца, андезита или повсеместно доступного графита.

В качестве связующего вещества можно применить полимерную смолу из приведенного списка:

• ненасыщенная полиэфирная;
• фурановая;
• эпоксидная;
• карбамидоформальдегидная.

Важно: Доля смолы в растворе составляет приблизительно 5%.

Также понадобятся отвердители, пластификаторы, красители, модифицирующие добавки, смазка для разделения форм и гелькоут для наружного покрытия. Все это имеется в свободной продаже.

В домашних условиях проблематично изготавливать ПЦБ по непрерывной технологии как на производстве, а применить периодичную технологию вполне реально.

Важно: используемые емкости следует отмывать после каждого завершенного цикла.

Приготовление раствора ведется в ведре или бетономешалке. Форма для литья делается из стеклопластика, силикона, металла. Для удешевления можно применить ДСП, ОСП или старую фанеру.

1. Форму, в которую будет произведена заливка, покрывают смазкой.
2. Путем тщательного перемешивания в бетономешалке или строительным миксером в ведре вышеуказанных компонентов, готовится композиционная смесь.
3. Композиционную смесь закладывают в форму.
4. Параллельно на разделительную пасту нетолстым слоем наносится гелькоут.
5. Заложенную в форму смесь подвергают виброуплотнению в течение двух минут. Лучше это делать, используя вибростол.

На заводах для более быстрого затвердения форму с раствором после вибратора помещают в термопечь. В домашних условиях вполне можно дождаться затвердения в естественных условиях, после чего извлечь изделие из формы.

Сфера и особенности применения

Полимерные бетоны имеют высокую плотность. Срок службы сделанных из него конструкций и конструктивных элементов намного выше, чем таких же конструкций и элементов из традиционных марок бетона. Полимербетоны выдерживают не меньше 400 циклов замораживания–размораживания, стойки к любым погодным условиям в любом климате.

У полимерных бетонов хорошая адгезия и конструкция быстро приобретает свой первоначальный вид.

Ремонт. В процессе эксплуатации изделия из этого материала не трескаются, не осыпаются, то есть не разрушаются. При этом сам материал не только пригоден к ремонту, но и легко ремонтируется по сравнению с традиционными цементными бетонами. Ремонт производится путем заливки поврежденных участков смесью того же состава, который применялся при заливке конструкции.

Строительство. Такие свойства материала обусловили основное направление его применения — строительство. Полимербетоны применяют для заливки монолитных стен зданий и при строительстве мостов и путепроводов, он стал незаменим во всех сферах строительной отрасли.

Архитектура. Полимерный бетон нашел широкое применение у архитекторов, дав им возможность создавать здания и сооружения с красивыми элементами. Скульпторы тоже взяли его «на вооружение» для отливки фигур и скульптурных композиций.

Созданный полимерный заменитель цементному бетону имеет более высокую плотность. Даже изделия сложных форм (с изгибами, выпуклостями, узорчатыми элементами) служат на порядок дольше.

Благодаря таким свойствам полимербетону дали название «архитектурный бетон».

Плюсы и минусы

К неоспоримым преимуществам полимерного бетона относим:

• высокая прочность, малый вес, высокая стойкость на удар, повышенная на фоне цементного бетона упругость;
• отличная ремонтопригодность;
• по сравнению с непластичным цементным бетоном, полимерный имеет высокую пластичность;
• стойкость к перепадам температур, климатическим изменениям и природным катаклизмам;
• выдерживает воздействие к химреактивам, что обусловило его применение в химической промышленности и металлургии;
• возможность применения в растворе красителей, придающих изделиям разнообразные цвета и оттенки;
• залитая смесь быстро затвердевает;
• полученная после затвердения поверхность имеет плотную и ровную структуру.

Основные недостатки полимерного бетона:

• в состав раствора входят дорогие компоненты, в первую очередь смолы, которые существенно удорожают цену;
• в отличие от традиционных цементных бетонов, полимербетон не в каждом регионе свободно доступен.

Источники информации:

1. [url] ГОСТ 27006-2019
2. [url] ГОСТ 7473-2010
3. [url] ГОСТ 31938-2012.