Полимербетон: состав и свойства, характеристики, применение, виды

Применение полимеров в бетонах и растворах

Цементные бетоны – главнейший строительный материал – не лишены недостатков. В частности, пористость бетона делает его недостаточно морозо- и коррозионностойким и проницаемым для жидкостей. Цементные бетоны быстро разрушаются под действием кислот. В некоторых случаях бетон нельзя применять из-за его хрупкости и невысокой износостойкости, кроме того, свежий бетон плохо сцепляется с поверхностью старого бетона. Этих недостатков не имеют бетоны, в которых минеральное вяжущее частично или полностью заменено полимерами: полимерцементные материалы, бетонополимеры и полимербетоны.

Полимерцементные материалы получают, добавляя полимер непосредственно в бетонную или растворную смесь. В качестве полимерной добавки используют водорастворимые смолы, водные дисперсии полимеров и жидкие водонерастворимые термореактивные олигомеры (смолы); последние вводят в бетонную смесь с помощью эмульгаторов. Количество полимерной добавки от 1 до 30% от массы цемента в зависимости от вида полимера и целей модификации бетона или раствора. Наибольшее распространение получили полимерцементные растворы и бетоны с добавкой водных дисперсий полимеров (например, поливинилацетатной и акриловой дисперсии, латексов синтетических каучуков). Полимерные добавки используют также для модификации гипсовых материалов.

Полимерцементные растворы и бетоны отличаются высокой адгезией к большинству строительных материалов, низкой проницаемостью для жидкостей, высокой износостойкостью и ударной прочностью.

Применяют полимерцементные материалы для покрытия полов промышленных зданий, взлетных полос аэродромов, для наружной отделки по кирпичным и бетонным поверхностям, устройства резервуаров для воды и нефтепродуктов.

В последнее время полимерцементные растворы начали применять для кладки стен зданий в сейсмических районах; здесь используются хорошие адгезионные свойства и высокая деформативность таких растворов.

Бетонополимер представляет собой бетон, пропитанный после затвердевания мономерами или жидкими олигомерами, которые после соответствующей обработки переходят в твердые полимеры, заполняющие поры бетона. В результате этого более чем в 2 раза повышаются прочность бетона (R_сж = 80…120 МПа) и его морозостойкость. Бетонополимеры практически водонепроницаемы. Для получения бетонополимера используют главным образом стирол и метилметакрилат, полимеризующиеся в бетоне соответственно в полистирол и полиметилметакрилат.

Существенный недостаток бетонополимера – значительное усложнение технологии бетона: затвердевшее бетонное изделие перед пропиткой необходимо высушить, пропитывают его под вакуумом. Кроме того, работа с мономерами требует тщательного соблюдения техники безопасности.

Полимербетон – разновидность бетона, в котором вместо минерального вяжущего использованы термореактивные полимеры: эпоксидные, полиэфирные, фенолофор- мальдегидные. Полимербетон получают, смешивая полимерное связующее и заполнители. Связующее состоит из жидкого олигомера, отвердителя и тонкомолотого минерального наполнителя, который уменьшает расход полимера и улучшает свойства полимербетона. Твердеют полимербетоны при нормальной температуре в течение 12…24 ч, а при нагревании – еще быстрее.

Главное свойство полимербетона – высокая химическая стойкость как в кислых, так и в щелочных средах. Кроме того, полимербетоны обладают высокой прочностью (R_сж = 60…100 МПа, R_изг = 20…40 МПа), плотностью, износостойкостью и отличной адгезией к другим материалам. Наряду с этим полимербетоны характеризуются повышенной деформативностью и невысокой термостойкостью.

Хотя стоимость полимербетона намного выше стоимости обычных бетонов, его применение экономически оправдано для получения защитных покрытий и целых конструкций, работающих в условиях химической агрессии (химические и пищевые заводы), и для ремонта каменных и бетонных конструкций (например, восстановление поверхности, заделка трещин и т. п.).

Технология изготовления полимербетона своими руками

Технология изготовления материала настолько проста, что его можно делать даже в домашних условиях. Поэтому при наличии необходимых компонентов с такой задачей может без труда справиться начинающий строитель.

Технология производства полимерного бетона состоит из следующих этапов:

1. Подготовка ингредиентов.
2. Смешивание смеси.
3. Проведение заливки.

Как подготовить ингредиенты

После ознакомления с составом композита необходимо подготовить составляющие для приготовления смеси:

• очистить и промыть гравий, выбранный в качестве заполнителя;
• просеять кварцевый песок;
• высушить фракцию до необходимого уровня влажности.

Приготовление смеси

Полимербетон готовится по следующему алгоритму:

• в миксер помещается щебень, а затем кварцевый песок и заполнитель;
• в течение двух минут компоненты смешиваются с постепенным добавлением воды;
• связующее вещество размягчается с помощью растворителя, а затем в него добавляются поверхностно-активные вещества;
• в смолу постепенно вводится пластификатор;
• после размешивания заполнителя и связующего вещества в состав добавляется отвердитель;
• в течение трех минут выполняется тщательное перемешивание смеси до получения необходимой однородной массы.

Состав полимербетона

В основе полимерных бетонов лежат полиэфирные смолы, выполняющие функцию вязки. К таким смолам относят:

• Поливиниловые;
• Метилметакрилатные;
• Эпоксидные;
• Полиуретановые и др.

Эпоксидные смолы практически не имеют запаха. Они обеспечивают в работе максимальную прочность материалу. Но при этом придают бетону хрупкость.

Метилметакрилатные, наоборот, резко пахнут. Но запах улетучивается после полимеризирования. Такого рода бетоны схватываются быстро. Но они  уязвимы перед химическим воздействием.

Зольная пыль предает материалу прочность.

Самыми оптимальными в работе считаются полиуретановые смолы. Кроме того, в смесь полиуретановых бетонов добавляют минеральные заполнители из песка или щебня, а также специальные пластификаторы и затвердители.

Немалою роль в полимерном бетоне играют зольная пыль, которая предает материалу прочность, а также шлак. Другим не менее важным ингредиентом является жидкое стекло. Применение его в составе полимербетона обеспечивает постройке защиту от сырости и влаги.

Преимущества и недостатки

Преимущества использования полимерных бетонов, растворов и мастик:

• хорошая прочность;
• ударная стойкость и упругость, в несколько раз превышающие аналогичные характеристики традиционных бетонов;
• способность выдерживать негативные погодные факторы без потери рабочих свойств;
• эстетичный внешний вид, возможность выбрать подходящие цвет и фактуру;
• быстрое время твердения.

Основным недостатком является довольно высокая стоимость полимербетонных смесей, определяемая в основном ценой на полимерное вяжущее.

Опыт эксплуатации объектов из полимербетона и положительные отзывы строителей свидетельствуют о прекрасных эксплуатационных характеристиках этого материала.

Полимерный бетон

В процессе развития строительных технологий появляются новые материалы и бетонные смеси, для приготовления которых используются специальные наполнители. Это позволяет создать прочные композитные материалы, обладающее высокими эксплуатационными характеристиками, декоративными свойствами. Полимербетон – один из таких составов, завоевывает популярность на рынке строительного сырья.

Полимербетон (литьевой камень, полимерцемент, бетонополимер, пластобетон, пластбетон) был изобретен в Америке как более прочная и долговечная альтернатива обыкновенному бетону

Бетон полимерный обладает рядом серьезных преимуществ, связанных с улучшенными по сравнению с обычным бетоном механическими характеристиками, устойчивостью к агрессивным средам, легкостью, расширенной цветовой палитрой, позволяющей имитировать натуральный камень. Потребители композита убедились, что это надежный состав, имеющий широкую сферу применения. Рассмотрим материал детально, вникнем в технологию, оценим достоинства и недостатки, изучим рецептуру.

Технические характеристики

В зависимости от конкретного вида и входящих в состав компонентов полимербетон может иметь неодинаковые технические параметры и свойства. Так, его плотность способна варьироваться от 300 до 3000 кг/м³, удельный вес – от 500 до 4000 кг/м³, показатель истираемости – от 0,02 до 0,03 г/см³.

Состав и структура

Основным веществом, обуславливающим свойства материала и соединяющим все его компоненты воедино, является смола — фурфуролацетоновая, эпоксидная, ненасыщенная полифирная, карбамидоформальдегидная, фурано-эпоксидная, эфир метакриловой кислоты.

Другие составляющие полимербетона:

• крупнодисперсный наполнитель – щебень скальных пород с частичками размером до 4 см;
• песок кварцевый с зерном до 0,5 см, предварительно очищенный и высушенный, без примесей глины;
• молотый наполнитель фракции до 0,15 мм – кварцевая мука, графитовый порошок, андезит (нужны для уменьшения количества дорогостоящего вяжущего);
• гипс – применяется, если полимербетон выполняется на основе карбамидоформальдегидной смолы;
• добавки для улучшения технических характеристик и декоративности – ПАВ, антисептики, пигменты, антипирены, модификаторы.

ГОСТ

Выпуск полимербетона на всех стадиях регулируется целым списком ГОСТов и прочих нормативных документов:

• ГОСТ 25192-2012 «Бетоны. Классификация и общие технические требования»;
• ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия»;
• ГОСТ 25881-83 «Бетоны химически стойкие»;
• ГОСТ 27006-86 «Бетоны. Правила подбора состава»;
• ГОСТ 24211-2008 «Добавки для бетонов и строительных растворов»;
• СН 525-80 «Инструкция по технологии приготовления полимербетонов и изделий из них».

Существуют отдельные ГОСТы и ТУ, в которых прописаны нормы производства и использования смол для полимербетонов – ГОСТ 14231-78, ТУ 6-05-1618-73, ГОСТ 16505-70, ТУ-59-02-039.13-78.

Применение полимербетонов

Высокая прочность, повышенная сопротивляемость истиранию, положительные физико–химические свойства дают возможность их применения на самых ответственных участках гражданского и промышленного строительства.

Наиболее востребован этот материал при строительстве следующих сооружений:

• ирригационных плотин и износостойких конструкций припортовых сооружений;
• изготовление химически стойких покрытий промышленных зданий, сточных лотков и других ответственных сооружений с повышенными эксплуатационными свойствами;
• химически стойких дренажных труб, шахтных стволов и коллекторов подземных коммуникаций;
• сливных колодцев и различных резервуаров для агрессивных жидкостей;
• контактных опор ЛЭП и других аналогичных конструкций с повышенным электрическим сопротивлением;
• в гражданском строительстве: для изготовления внутренних и наружных элементов декора зданий и сооружений.