Полімербетон: ключові властивості матеріалу, технологія

05-07-2018

Будівництво

Що це за матеріал? Чим він відрізняється від звичних бетонних сумішей з точки зору складу і споживчих властивостей? Чи можна приготувати полимербетон своїми руками? Де і як його використовують? Спробуємо знайти відповіді.

Що це таке

визначення

Давайте з'ясуємо, що таке полимербетон? Ключова відмінність даного нас матеріалу від звичайного бетону - в тому, що в якості сполучного замість портландцементу використовуються синтетичні смоли. Як правило, термореактивні; рідше - термопластичні.

Довідка: термореактивним називається полімер, в якому при нагріванні відбуваються незворотні хімічні зміни, що призводять до зміни його міцності або інших властивостей. Простіше кажучи, після разового нагріву пластик більше не плавиться при досягненні тієї ж температури. Термопластичні полімери, навпаки, роблять фазовий перехід при кожному нагріванні.

Не варто плутати нашого героя з іншим матеріалом - полімерцементним бетоном. У нашому випадку полімери використовуються в якості єдиного сполучного. Полімерцементний бетон - це звичайний бетон на основі портландцементу, модифікований синтетичними добавками для надання йому будь-яких специфічних властивостей (підвищеної еластичності, зносостійкості, водонепроникності і т.д.).

Наливна підлога з полимерцементного бетону.

Ключові властивості

Що заміна цементу на полімери дає з точки зору споживчих якостей?

Підвищену міцність на розтягнення. Бетони на цементній основі володіють відмінною міцністю на стиск, а ось изгибающие або розтягують навантаження сприймаються арматурним каркасом.
знижену крихкість. Матеріал куди більш стійкий до ударних навантажень.
еластичність. Там, де бетонний моноліт лопне, полімербетонний лише незначно деформується.
водонепроникність. Портландцемент при сушінні дає значну усадку, що забезпечує пористу структуру бетону. На відміну від нього, полімери після остаточного набору міцності зменшується в об'ємі вкрай незначно; причому усадка призводить не до поризації, а до невеликого зменшення лінійних розмірів готового виробу.

Уточнимо: для поліпшення теплоізоляційних якостей і зменшення ваги в ряді випадків при виробництві полімербетонних виробів практикується використання пористих заповнювачів. На цій посаді використовуються керамзитовий і перлітовий пісок. Однак пори заповнювач не виходять на поверхню, а раз так - водонепроникність не страждає.

Морозостойкость. Власне, це властивість прямо випливає з попереднього пункту: немає часу - немає і кристалізації води в них, що розриває матеріал при заморожуванні.

Поверхня полімербетона позбавлена відкритих пір.

підвищену зносостійкість. Полімерне сполучна банально міцніше цементного каменю на розрив; відірвати від нього частку наповнювача куди складніше.
хімічну стійкість. І вона обумовлена властивостями полімерів: велика частина смол інертна до дії агресивних газів і рідин.

застосування

Давайте вивчимо основні області застосування полімербетона.

Область застосування	опис
Покриття підлоги	Тонке полімербетонних покриття з дрібнофракційних заповнювачем дозволяє модифікувати властивості підстави, надавши йому підвищені зносостійкість і водонепроникність. Крім того, полімер підлоги, як ми пам'ятаємо, відрізняються стійкістю до агресивних середовищ. Матеріал застосовується в приміщеннях і на відкритому повітрі (зокрема, як аеродромне покриття).
меблі	Для потреб меблевого виробництва з нашого матеріалу виготовляються красиві і міцні стільниці, робочі поверхні; нерідко полімер плити використовуються в якості підвіконь.
Сантехніка	Раковини для кухонь та умивальники, вироблені з полімер, вигідно відрізняються від металевих аналогів відсутністю шуму при падінні на них струмені води. Фаянс і фарфор ж вони перевершують насамперед своїм зовнішнім виглядом, що імітує натуральний камінь.
Водостічні системи	Полімербетонні лотки легше, міцніше бетонних і, головне, куди довговічніше. Причина - в уже згаданій водонепроникності матеріалу: вода не стане руйнувати полімербетонний лоток, замерзаючи в його порах.
шпаклівки	Смола з мінеральним наповнювачем після добавки затверджувача перетворюється в швидко схоплюють і виключно міцну мастику - ефективний матеріал для закладення тріщин і інших дефектів бетонних поверхонь.
Ритуальні послуги	Полімер надгробні пам'ятники виглядають як мінімум не гірше гранітних; при цьому їх ціна помітно нижче, ніж у натурального каменю.

виробництво

Нормативні документи

Обговорюваний нами матеріал вважається відносно новим і мають закордонне походження; проте вивчення нормативних документів, за якими він проводиться, призведе до несподіваного відкриття. Інструкція по виробництву полимербетонов і виробів з них за номером СН 525-80 була прийнята в 1981 році і залишається актуальною донині.

Незважаючи на солідний вік, документ зберігає актуальність.

Давайте вивчимо основні тези документа. Для всіх виробів з полімер нормальним температурним режимом вважається діапазон від -40 до +80 градусів за шкалою Цельсія.

Уточнимо: якщо верхня межа обумовлена можливістю застосування термопластичних смол, розм'якшуються при нагріванні, то нижня - підвищеної крихкістю полімерів при заморожуванні. За відсутності ударних і взагалі механічних навантажень нижня межа експлуатаційної температури може бути безболісно збільшений до актуального в найсуворіших кліматичних зонах.

сполучна

До складу полімербетона, згідно з текстом документа, можуть входити такі полімери:

Найменування	розшифровка	Нормативний документ
FAM, FA	Фурфуролацетоновая смола	ТУ 6-05-1618-73
ПН-1, ПН-63	ненасичена поліефірна	MRTU 6-05-1082-76, OST 6-05-431-78
КФ-Ж	карбамідоформальдегідна	ГОСТ 14231 -78
FIFO-20	Фурано-епоксидна	ТУ-59-02-039.13-78
ММА	Ефір метиловий метакриловой кислоти	ГОСТ 16505-70

заповнювач

В якості основного заповнювача використовується щебінь скельних порід. Застосування осадових порід (вапняку, черепашнику і т.д.) не допускається: його невисока міцність на стиск істотно погіршить експлуатаційні якості продукту.

Розмір фракції щебеню визначається, як не забавно це звучить, його ж максимальним діаметром:

Якщо найбільший розмір не перевищує 20 мм, використовується одна фракція - 10-20 міліметрів.
У тих випадках, коли максимальна величина досягає 40 мм, рекомендується застосовувати дві фракції: 10-20 і 20-40 міліметрів. Дрібна щебінка сприятиме більш щільному заповненню і, відповідно, підвищить підсумкову міцність матеріалу.

Зверніть увагу: для пористих заповнювачів (вже згадуваних керамзиту та перліту) допустимо максимальний розмір 20 мм; використовуються дві фракції: 5-10 і 10-20 міліметрів. При цьому, процентний склад заповнювача ділиться між великої і дрібної фракціями щодо 60:40 відсотків по масі.

Крім великого, використовується невеликий (так званий зерновий) заповнювач. Зазвичай в цій ролі виступає кварцовий пісок - природний або подрібнений. Вимоги до нього в основному зводяться до відсутності домішок - пилу, мулу і глини, які здатні погіршить зчеплення між заповнювачем і сполучною.

наповнювач

Крім мінерального заповнювача, до складу продукту входить мелений наповнювач - мінеральна борошно. Стандарт передбачає кілька варіантів.

вид наповнювача	Соответствие нормативному документу
андезитова борошно	ТУ-6-12-101-77
Кварцевая мука	ГОСТ 9077-59
Маршалит	ГОСТ 8736-77
Графитовый порошок	ГОСТЬОВА 8295 -73

Допускається використання перемелених щебеню і кварцового піску. Для матеріалу, який готується на основі карбамидоформальдегидних смол, додатково використовується водно-єднальна добавка - будівельний гіпс (ГОСТ 125-70).

приклад складу

Як зразок ми проаналізуємо склад важкого полімербетона на базі фурано-епоксидного сполучного ФАЕД. Джерелом інформації нам послужить все той же документ СН 525 -80.

складові	Відсотки по масі
Гранітний щебінь фракції 20-40 мм	49 - 50
Гранітний щебінь фракції 10-20 мм	1 - 2
Кварцевий пісок	18 - 19
наповнювач (кварцевая мука)	15,5 - 16,5
Бензолсульфокислота БСК	11,5 - 12
Смола FIFO-20	2,2 - 2,4

Цікаво: БСК виконує відразу дві функції. Вона служить каталізатором полімеризації (затверджувачем) і забезпечує дегідратацію (зневоднення) сировини.

БСК - ефективний і безпечний затверджувач з додатковою функціональністю.

технологія

Як виглядає технологія полімербетона (точніше, його виготовлення) в промислових умовах?

Заповнювачі ретельно промиваються від всіляких забруднень. Як ми пам'ятаємо, вони можуть негативно позначитися на підсумковій міцності продукту.
Наступний етап - сушка. Вологість заповнювіча не повинна перевищувати 1 відсотка; рекомендується дотримуватися масового вмісту води до 0,5%.
Розділені на фракції компоненти завантажуються в змішувач. Послідовність завантаження і проміжних операцій строго регламентована:

Завантажується щебінь.
Додається пісок.
Додається наповнювач.
Суміш перемішується протягом 1-2 хвилин.
Додається сполучна.
Суміш перемішується 3 хвилини.
Додається затверджувач.
Перемішування протягом 3 хвилин - і матеріал готовий до заливання.

На внутрішню поверхню форми наноситься розділовий шар, який завадить полімербетону злипнутися з нею. У цій ролі зазвичай використовуються парафін, машинне масло або технічний вазелін.

Форма заливається максимально рівномірно і по можливості без порожнин.

Останній етап - ущільнення суміші на вибростоле або за допомогою навісного вібратора. Оптимальна амплітуда - 2-3 міліметра, частота - 3000 коливань в хвилину (50 Гц). Якщо суміш замішується і викладається в кілька прийомів, її ущільнення повторюється після кожної викладки. Сигнал до припинення ущільнення бетону - виділення на поверхні рідкої фракції матеріалу (зазвичай для цього достатньо 2-3 хвилин).

Без ущільнення результат буде, м'яко кажучи, посереднім.

Форма може бути знята з готового виробу через добу. Набір міцності при кімнатній температурі займає від 20 до 60 діб. Він, втім, може бути прискорений нагріванням до 60-80 градусів; температура піднімається і опускається зі швидкістю 0,5С в хвилину, щоб уникнути зростання внутрішніх напружень.

Як бачите, якихось особливих складнощів технологія виробництва не передбачає; при наявності сполучного, затверджувача, бетономішалки та вібростола виготовити полимербетон в домашніх умовах цілком реально.

Нюанс: очищати бетономішалку від залишків суміші доведеться виключно швидко. Після добавки затверджувача схоплювання займає не більше години.

Обробка

Чим і як обробляються полімер вироби? Чи можна їх шліфувати і клеїти?

Чим різати і свердлити цей матеріал?

Для склеювання використовуються мастики і клеї на основі все тих же синтетичних смол. Мастики, крім власне сполучної, містять кам'яне борошно.

На фото - поліуретановий клей білоруського виробництва з креативною назвою.

Для шліфування підходить звичайна наждачний папір. Для полірування використовується повстяний круг; глянець можна навести з використанням пасти ГОІ (полірувальна паста розробки Державного Оптичного Інституту).

Свердлити матеріал в принципі можна звичайними побідитовими свердлами по бетону; проте Алмазне буріння отворів в бетоні з полімерним сполучною дає куди кращий результат. Краї отвору залишаються ідеально рівними, без сколів. Для отворів великого діаметра (наприклад, під змішувач в полімербетонний робочої поверхні для кухні) використовується алмазна коронка.
Ідеальний інструмент для різання - знову-таки алмазна пила. Вона краща і для конструкцій, зовнішній вигляд яких не настільки важливий (різка залізобетону алмазними колами дозволяє зробити краю різу ідеально рівними і не міняти коло при проходженні армування); в разі тієї ж стільниці неакуратний рез безнадійно зіпсує її зовнішній вигляд.

Алмазна пила - ідеальний інструмент для різання матеріалу.

При обробці матеріалу в загальному випадку варто уникати його сильного нагріву. Температура понад 120 - 150 градусів протипоказана термопластичних сполучній.

висновок

Будемо вважати наше знайомство з матеріалом, що відбувся. Додаткову інформацію про те, яким буває полимербетон, де і як він застосовується, читач зможе знайти в відео в цій статті. Успіхів!