Состав и производство полимерного бетона

Бетоны на основе или с добавками полимеров – это относительно новое веяние в строительстве. Активные разработки в этой области начались в 50-60-е годы прошлого века в СССР, США, Германии и Японии. Но даже за такое недолгое время эти материалы успели себя зарекомендовать.

Полимеры используются при производстве:

• Полимерцементного бетона
  Это бетон на основе цемента, в состав которого вводят небольшое количество полимера в качестве модифицирующей добавки.
• Бетонполимера
  Так называют обычный цементобетон, пропитанный полимерами для улучшения его свойств.
• Полимербетона (пластобетона)
  Это особая разновидность материала, в котором вместо цемента роль вяжущего вещества выполняют полимерные смолы.

Подробнее узнать об особенностях первых двух материалов вы можете в соответствующих статьях на нашем сайте (Полимерцементный бетон и Бетонполимер). Здесь же мы рассмотрим конкретно пластобетон.

Состав полимерного бетона

Полимербетон – это целый класс разных по своим свойствам материалов. Но производятся они все по одному принципу.

В их состав входят:

• Вяжущее вещество – полимерная смола (5-15%)
• Заполнители и наполнители (85-95%)
• Добавки

Давайте остановимся на каждом компоненте немного подробнее.

Полимерные смолы

Смолами называют вязкие органические вещества, которые могут твердеть и размягчаться под воздействием температуры. По своему происхождению они могут быть природными (древесная смола) или синтетическими. На основе последних как раз и производят полимербетон.

Полимерные смолы делятся на две большие группы:

• Термопластичные
  Свойства этих веществ изменяются в зависимости от температуры окружающего воздуха. При нагревании они размягчаются, а при охлаждении – твердеют. И оба эти процесса – обратимые.
• Термореактивные
  Твердение таких смол протекает только один раз и сопровождается необратимыми химическими реакциями. Впоследствии они уже не размягчаются при нагревании.

Для производства бетонов используются материалы обеих групп. При этом термореактивные смолы применяют при возведении несущих конструкций, а термопластичные – в основном для создания декоративных элементов, облицовки, мебели и предметов интерьера.

Роль вяжущего в бетоне могут выполнять следующие виды смол:

• Полиэфирные
  К этой группе относятся соединения двух типов: полиэфирмалеинаты (ПН-1, ПН-3, ПН-62, ПРС-609-22м) и полиэфиракрилаты (ТГМ-3, МГФ-9). Они наиболее часто используются в производстве полимербетонов. Это обусловлено их отличными механическими свойствами при относительно низкой цене. Кроме того, полиэфирные смолы достаточно быстро твердеют при комнатной температуре, не требуя дополнительной тепловой обработки.
• Карбамидные (мочевиноформальдегидные)
  Это самая распространенная по объему выпуска группа смол. Это обусловлено их невысокой стоимостью. Также с карбамидными смолами безопаснее работать. Для производства пластобетона применяют смолы типа КМ и КФ-Ж. Они отличаются стойкостью к кислотам, но несколько уязвимы для щелочей. Кроме того, в карбамидных смолах при твердении остается большой объем свободной воды. Для ее связывания в состав бетонной смеси вводят другие вещества: фосфогипс, гипс, полиизоцианаты и прочие.
• Фурановые (фурфуролацетоновые)
  К ним относятся смолы ФА, ФАМ и 4ФА. По цене они дешевле других полимерных вяжущих, поэтому востребованы при производстве полимербетона. Отличаются они высокой химической стойкостью, не боятся кислот и щелочей. Однако такие смолы имеют темный цвет, поэтому на их основе не производят декоративные разновидности пластобетона.
• Полиуретановые
  Они отличаются высокой прочностью, эластичностью, стойкостью к износу и воздействию агрессивных реагентов. Но в производстве полимербетона они применяются не так часто, поскольку стоят дорого.
• Эпоксидные
  На их основе получаются наиболее прочные и долговечные бетоны, устойчивые к воздействию галогенов и щелочей. Однако они не имеют высокой стойкости к сильным кислотам. Эпоксидные вяжущие стоят дорого, поэтому применяются реже приведенных выше разновидностей.
• Метилметакрилат (ММА)
  Этот мономер в качестве вяжущего имеет ряд важных достоинств. Он очень пластичный, легко укладывается в формы, быстро твердеет и легко окрашивается в любой цвет. Однако эта смола относится к группе термопластичных: она теряет свои свойства при нагревании. Кроме того, неотвердевший метилметакрилат имеет резкий запах, легко воспламеняется, а его пары токсичны. Работать с ним нужно очень осторожно.
• Ацетоноформальдегидные смолы (АЦФ)
  От других разновидностей они отличаются способностью растворяться в воде. Для получения нерастворимого и неплавкого вяжущего в них вносят амины или едкие щелочи. При производстве полимербетона, как правило, используется смола АЦФ-2. Она имеет высокую стойкость к маслам и нефтепродуктам, растворам солей и щелочей, хорошо совмещается с цементным бетоном и вдобавок стоит относительно дешево. А светлый оттенок вяжущего позволяет окрашивать его в разные цвета.
• Фенолоформальдегидные (ФФС)
  Из них при производстве полимербетона используют смолы СФЖ-3032 и СФЖ-40-КО. Это не самое популярное, но достаточно качественное вяжущее. На его основе получается прочный бетон, обладающий высокой химической стойкостью.

В отличие от традиционного цементобетона, в состав пластобетона не входит вода. Для того, чтобы «запустить» процесс твердения смолы, применяются различные химические реагенты. У каждого вида смолы – свой отвердитель. Например, для отверждения смол АЦФ применяют щелочи, полиэфирных – различные перекиси и гидроперекиси, а фурановых – кислоты.

Заполнители и наполнители

В разговоре о бетонах обычно идет речь о «заполнителях» – сыпучих материалах размерами от 0,15 до 50 мм в диаметре (щебень, песок, керамзит и так далее). На них приходится основной объем бетонного камня.

Заполнители выполняют такие функции:

• Формируют жесткий каркас искусственного камня
• Минимизируют усадку полимера при твердении
• Снижают расход вяжущего, а вместе с ним – себестоимость бетона и изделий из него

Но в контексте полимербетона используется еще другой термин – «наполнители». Это мелкодисперсная минеральная мука с размером частиц меньше 0,15 мм.

Ее получают путем помола:

• Кварца
• Доломита
• Диабаза
• Андезита
• Талька
• Сланца
• Других горных пород

За счет применения наполнителей снижается расход полимера – самого дорогого компонента в смеси. Кроме того, они придают вяжущему дополнительную прочность.

А в качестве заполнителей могут использоваться:

• Щебень
  Это дробленые камни размером от 5 до 40 и более мм. На основе щебня получается плотный и достаточно тяжелый бетон с высокими показателями прочности.
• Гравий
  В отличие от щебня, гравий образуется в природе естественным путем. Это продукт разрушения горной породы под воздействием воздуха, воды и других атмосферных факторов. По своим свойствам он уступает щебню, но может применяться в качестве его более дешевой замены.
• Песок
  Это сыпучий природный материал с размером зерен не более 5 мм. Часто он применяется в сочетании с щебнем или гравием и заполняет пустоты, образовавшиеся между крупными зернами. За счет этого бетон получается более плотным и прочным. Однако песок может быть и единственным заполнителем – в этом случае речь идет о мелкозернистом или песчаном бетоне.
• Отсев
  Это материал, по свойствам и применению почти идентичный природному песку. Он представляет собой частицы размером меньше 5-10 мм, которые остались после дробления горной породы на щебень. Отсев зачастую превосходит песок по прочности и используется при производстве высокопрочных бетонов.
• Пористые заполнители
  К этой группе относятся сыпучие материалы с насыпной плотностью не более 1200 кг/м3. Они могут быть как природного (туфы, пемза, перлит), так и искусственного (керамзит, аглопорит, шунгизит) происхождения. Полимербетон на пористых заполнителях получается более легким и имеет улучшенные теплоизоляционные характеристики.
• Бой стекла
  Сочетание стеклянной крошки с прозрачной смолой (например, эпоксидной или полиэфирной) позволяет создавать особый вид бетона – светопрозрачный. Параллельно с этим экологично утилизируются стеклянные отходы. Таким образом получается двойная выгода.
• Кислотостойкие заполнители
  К ним относятся бой кислотостойкого кирпича, кокс, антрацит, графит и особые виды щебня и отсева: гранитный, кварцевый, базальтовый. Они используются при производстве пластобетона для кислых сред эксплуатации.

При этом особое внимание нужно уделять химическому составу и свойствам заполнителей. Дело в том, что для отвердения некоторых видов смол (например, фурановых и фенольных) применяются кислоты. В этом случае нельзя использовать породы, имеющие щелочную реакцию: известняк, доломит, амфиболит и прочие. При их контакте с кислотами начинается реакция нейтрализации, которая не дает бетону набирать прочность.

Добавки

Вяжущее вещество и заполнители – это обязательные компоненты бетона. Но часто их бывает недостаточно, чтобы получить материал с необходимыми характеристиками. В таком случае прибегают к различным добавкам.

Например, в состав полимербетонной смеси могут вносить:

• Ускорители твердения
  Полимерные смолы схватываются быстро, но на полный набор прочности им требуется много времени. Чтобы сократить срок проведения строительных работ, используют различные присадки. Чаще всего в этих целях применяется нафтенат кобальта.
• Пластифицирующие добавки
  Чем больше в бетонной смеси вяжущего вещества, тем удобнее с ней работать. Но у этого есть и обратная сторона: расход полимера в таком бетоне выше, а значит, и стоит он дороже. Чтобы придать материалу нужную подвижность без увеличения доли вяжущего, используют пластификаторы. К ним относятся катапин, алкамон, меламино-формальдегидная смола и комплексная добавка С-3.
• Поверхностно-активные вещества (ПАВ)
  Они применяются для обработки заполнителей перед замесом бетона. Покрывая зерна щебня и песка, ПАВ увеличивают их сцепление с полимерным вяжущим. За счет этого увеличивается прочность и водонепроницаемость материала.
• Красящие пигменты
  Эти добавки используются для приготовления декоративного полимербетона, из которого производят различные предметы интерьера, мебель, декоративные элементы и другие.

В этом списке – лишь самые основные примеры модифицирующих веществ, которые пользуются спросом при производстве пластобетона.

В продолжении статьи мы детальнее рассмотрим процесс получения пластобетона и изделий из него.

Производство полимерного бетона

Полимерный бетон, несмотря на свою высокую стоимость, готовится достаточно просто. Эта технология в целом идентична замешиванию обычного цементного бетона. Но есть тут и свои нюансы.

В этом разделе мы рассмотрим:

• Как сделать полимерный бетон своими руками
• Как производят изделия из полимербетона в заводских условиях

Давайте остановимся на каждом случае подробнее.

Как сделать полимербетон своими руками

Тут необходимо отметить, что в бытовом строительстве полимербетон обычно не применяют для заливки крупных конструкций. Во-первых, смесь после добавления отвердителя довольно быстро схватывается. Во-вторых, полимерные смолы стоят дорого. Если вам нужны большие объемы материала, то целесообразнее будет приготовить обычный цементобетон.

В общем виде приготовление полимербетонной смеси выглядит так:

1. Сначала подготавливают сыпучие заполнители и наполнители. Они должны быть чистыми и при этом максимально сухими. Если материал хранился во влажном месте или попал под дождь, его нужно обязательно высушить на солнце, в духовке или сушильной камере
2. Если смола была приобретена в твердом виде, ее разжижают ацетоном или другим подходящим растворителем
3. Затем отмеряют необходимое количество жидкой полимерной смолы, при необходимости вносят в нее пластификатор
4. Далее добавляют сухие заполнители и перемешивают смесь миксером в течение 1,5-2 минут
5. Затем вносят отмеренное количество отвердителя и еще раз перемешивают

Сразу же после этого смесь нужно использовать по назначению: для заливки пола, заделывания трещин в старом бетоне, заливки форм. Полимербетон быстро схватывается, и если долго мешкать, то смесь скоро будет непригодна к использованию.

Если вы хотите приготовить изделие из полимерного бетона, то делается это так:

1. Форму тщательно смазывают парафином, вазелином, техническим маслом или другой смазкой
2. Полимербетонную смесь заливают в форму и разравнивают мастерком
3. Смесь в форме обязательно уплотняют на вибростоле, при помощи вибратора, в крайнем случае – обычной трамбовкой

Извлечь изделие из формы можно уже через несколько дней, но для полного высыхания ему потребуется около месяца. Конкретные сроки затвердения пластобетона зависят от того, какую именно смолу вы используете. Точную информацию вы можете узнать в инструкции к вяжущему, у производителя или поставщика.

При изготовлении полимерного бетона нужно соблюдать меры предосторожности:

• Работать в хорошо проветриваемом помещении или на открытом воздухе
• Пользоваться респиратором и защитными очками для защиты слизистых и органов дыхания от паров смолы
• Надевать плотные перчатки и одежду, хорошо закрывающую руки и ноги. Многие отвердители – это едкие вещества, которые вызывают химические ожоги при попадании на кожу
• Работать вдали от источников открытого пламени: многие виды полимерных смол легко воспламеняются
• Если материал все же загорелся, то тушить его нужно пенным, углекислотным или порошковым огнетушителем, но никак не водой
• Придерживаться указанной в инструкции дозировки смолы и отвердителя. Если катализатора будет слишком много, то смесь может резко разогреться до температуры около 100°C и привести к ожогам

Это самые базовые правила безопасности. Но у каждого вида полимерной смолы есть свои особенности. Поэтому перед началом работы с материалом обязательно читайте инструкцию.

Производство изделий из полимербетона на заводе

На рынке готовых изделий полимербетон занял достаточно прочную позицию. Ведь это податливый материал, который легко формуется, а после отвердения имеет отличные технические характеристики.

Из него делают:

• Несущие балки и колонны
• Ступени
• Подоконники
• Водосточные желоба
• Дренажные лотки
• Трубы
• Сантехнику
• Облицовочную плитку
• Мебель
• Предметы интерьера

Этот список на самом деле можно продолжать очень долго. Подробнее о сферах применения полимербетона мы еще поговорим ниже.

Несмотря на такое разнообразие продукции, технология производства здесь в целом одинакова.

Она состоит из следующих этапов:

1. Промывка и сушка заполнителей: готовый материал должен иметь влажность не более 0,5-1%
2. Дозировка компонентов смеси в соответствии с рецептурой
3. Замешивание полимерной смолы с заполнителями, добавками и отвердителями
4. Заливка форм и вибротрамбовка

Как мы отмечали, при комнатной температуре полимербетон схватывается достаточно быстро. Но для полного набора прочности и высыхания ему требуется много времени: от месяца до 300 суток (в зависимости от выбранного вяжущего). Исключение – это бетон на основе метилметакрилата, который полностью твердеет за 2-4 дня.

Чтобы ускорить этот процесс, на заводах изделия подвергают тепловой обработке.

Сначала залитые формы выдерживают:

• При температуре 15-19°C – в течение 12 часов
• При температуре 20-24°C – в течение 8 часов
• При температуре свыше 25°C – в течение 4 часов

Затем схватившийся полимербетон извлекают из форм и помещают в камеру сухого прогрева.

Режим термообработки зависит от выбора вяжущего вещества:

Таким образом обрабатывают только бетон на основе термореактивных смол. Изделия из термопластичного метилметакрилата нельзя подвергать воздействию высоких температур, потому что он плавится и теряет свои свойства.

Теперь вы знаете, что из себя представляет полимерный бетон и как его получают.

Полную версию данной статьи вы найдете на этой странице.

Также мы рекомендуем ознакомиться с другими полезными статьями на нашем сайте.

#бетон #полимерный бетон #полезные советы #строительные советы #бетоны #виды бетона #строительные материалы #стройматериалы #полимербетон #пластобетон