Полимербетоны и бетонополимеры, отличия и применение

Камни из полимерного бетона

Чтобы повысить удобоукладываемость и улучшить иные характеристики цементных растворов и бетонов, их давно уже стали модифицировать эмульсиями на основе высокомолекулярных органических соединений. Со временем полимеры стали использовать не только в качестве добавок, но и основного вяжущего, возникли такие понятия как полимербетон и бетонополимеры. Являются ли эти термины синонимами — а если есть различие, то в чём оно заключается?

Камни из полимерного бетона
Камни из полимерного бетона обладают высокой декоративностью

Что такое полимербетон и в чём его особенности

Полимербетонами называют такие составы, в которых минеральное вяжущее полностью заменено полимерной смолой. При этом заполнители, как и в любом другом виде бетона, используются неорганические: песок и щебень — хотя иногда для улучшения свойств конечного продукта и экономии смолы, наполнители могут вводить в тонкомолотом состоянии.

Для регулирования сроков твердения в полимербетон добавляется отвердитель, а для улучшения прочих характеристик, так же как и в обычный бетон могут вводиться пластификаторы.

полимербетон
Садовая скульптура из полимербетона

Подробнее о полимерных вяжущих

Существует немало вариаций полимерных смол, но для изготовления бетона применяют в основном три вида:

  1. фурановую;
  2. эпоксидную;
  3. акриловую полиэфирную.

Фурановая смола, получаемая путём конденсации фурфурола со спиртом или ацетоном, является самым недорогим полимерным вяжущим. Ацетоновый мономер (ФА) получил в строительстве наибольшее распространение, потому что его полимеризация может происходить не только при нормальной температуре или с подогревом, но и при нулевой температуре.

Правда, пониженные температуры воздействуют на конечный продукт отрицательно, понижая его прочность — в такой ситуации предпочтения отдаются эпоксидным смолам.

Столешницы полимербетон
Столешницы из полимербетона

Эпоксидный полимер имеет линейное строение, и содержит группу простых эфиров с высокой реакционной способностью. Такая смола отверждается с помощью ионного катализатора, и чем выше температура окружающей среды, тем меньше времени на это затрачивается. Для обеспечения пластичности бетона эпоксидная смола пластифицируется дибутилфталатом, на чаще производители используют вещества, способные одновременно выполнять функцию отвердителя (например, полиамиды).

Полиэфирные смолы изготавливают посредством поликонденсации малеиновой и фталевой кислот с многоатомными спиртами. Они отверждаются при обычных температурах: подогрева не требуют, но и холода не выносят. Отличительной особенностью этого вяжущего является необходимость использования кислого отвердителя, поэтому использовать для приготовления бетона наполнители, дающие щелочную реакцию (доломиты, известняки, обычные цементы), нельзя, дабы исключить реакцию нейтрализации.

Свойства полимербетонов

Так как и вяжущие, и наполнители, и присадки при изготовлении полимербетона используются разные, то и характеристики получаемого продукта не могут быть одинаковыми. Самой высокой прочностью обладают бетоны на эпоксидной смоле. Недаром ведь её используют в инъекционных технологиях, когда нужно восстановить прочность эксплуатируемых железобетонных конструкций с раскрывшимися трещинами.

Особенно хорошо полимербетон работает на растяжение, его прочность может достигать аж 12 МПа, тогда как у цементных бетонов 5 МПа — максимум. Также для полимерных бетонов характерны более высокая химическая стойкость, невосприимчивость к влаге, отличная сопротивляемость к истиранию.

Обратите внимание: По причине высокой подверженности истиранию, лестницы в учреждениях с большой проходимостью делают в основном из полимербетона. К тому же он во много раз дешевле не только мрамора, но и обычного бетона. Самый дешёвый — на фурановой смоле, поэтому получил наибольшее распространение.

полимербетон
Элементы лестниц из полимербетона

Приведём небольшую таблицу, в которой можно сравнить усреднённые характеристики фуранового полимербетона с аналогичными показателями цементного камня:

Характеристика Цементный бетон Полимербетон
Прочность на сжатие (МПа) 30 50
Линейная усадка (%) 0,001 0,5
Ползучесть (см2/кг) 0,2 0,5
Коэффициент линейного расширения 10 30
Пористость (%) 20 2
Стойкость к нагреву (градусы Цельсия) 200 180
Стойкость (по шкале 10 баллов):

·          к щелочам и кислотам;

·          к воде;

·          к старению.

 

1

9

10

 

10

8

7

Цвет бетона Светло-серый Чёрный (только фурановый), полиэфирные и эпоксидные бетоны могут быть разными.

Полимербетон: состав, принцип подбора ингредиентов

Как и в любом другом бетоне, расход вяжущего здесь тоже зависит от свойств используемого наполнителя. Чем больше его пустотность и содержание мелких фракций (а соответственно, больше удельная поверхность зёрен), тем больше понадобится и смолы, и отвердителя. Поэтому при изготовлении бетонов на полимерном вяжущем, столь важен правильный подбор минеральной составляющей.

  • Присутствие наполнителя позволяет снизить такие характеристики, как ползучесть и усадка, даёт возможность уменьшить температурную деформацию. Все эти недостатки свойственны смоле, а потому чем меньше её будет в бетоне, тем лучше.
  • Снизить количество вяжущего позволяет введение в состав таких тонкомолотых наполнителей, как андезит (горная вулканическая порода) или графит (углеродный минерал). Подбор пропорций осуществляется опытным путём, начиная с наиболее плотной смеси фракционированного заполнителя, с постепенным добавлением микронаполнителя, объём которого не должен превышать объёма имеющихся пустот.
  • Только после этого можно определить необходимое количество смолы с таким расчётом, чтобы обеспечить смеси хорошую удобоукладываемость. Количество отвердителя определяется опытным путём, в зависимости от вида смолы и температуры окружающей среды.
  • Целесообразным использование полимербетона можно считать там, где в полной мере проявятся его положительные качества. Это довольно широкая сфера: химические производства, где весьма кстати приходится коррозионная устойчивость полимербетонных конструкций; напорные трубопроводы, дренажные лотки и водосливы гидротехнических сооружений, где самым ценным качеством является устойчивость к истиранию.
  • Благодаря отменной водостойкости, из полимерного бетона стали делать сантехнические приборы, садовые и парковые скульптуры, кухонные столешницы, подоконники, внешний вид которых нередко имитирует мрамор. В этом случае в качестве наполнителя используют мраморную крошку, а материал многие производители именуют литьевым мрамором.
Оборудование для ванной комнаты
Оборудование для ванной комнаты из литьевого мрамора
полимербетон раковина
Накладная полимербетонная раковина
столик из полимербетона
Дизайнерский столик из полимербетона

Важно: При возведении несущих конструкций зданий полимербетон не применяется, так как он имеет недостаточную температурную устойчивость, высокий коэффициент температурного расширения и ползучесть.

Чем бетонополимеры отличаются от полимербетонов

Несмотря на то, что термин «бетонополимер» очень похож на «полимербетон», и многие люди просто принимают их за синонимы — это совершенно разные понятия. Про полимербетон мы достаточно подробно рассказали, и думаем, всем понятно, что это разновидность искусственного камня, где цемент заменён полимером.

Обратите внимание: Коротко охарактеризовать бетонополимер можно так. Это обычный цементный бетон с пропиткой жидким полимерным составом, после нанесения которого все характеристики изделия меняются (выше прочность, меньше водопроницаемость).

Чаша фонтана
Чаша фонтана после полимерной обработки не впитывает влагу
  • В бетонополимер смола попадает извне через поры, а не заменяет собой вяжущее, как у полимербетона. Подобная обработка позволяет увеличить устойчивость конструкций к воздействию агрессивной среды и увеличить срок службы, перекрывает поры и тем самым не позволяет им заполняться влагой.
  • У цементного бетона, несмотря на его высокую плотность, есть разветвлённая сеть пор, капилляров, волосяных трещин, образующихся в результате усадки при твердении, а иные дефекты появляются и при эксплуатации. Все они понижают прочность бетона, открывают доступ влаге в его толщу.
  • Замещение имеющейся в бетоне влаги полимерной составляющей, даёт возможность раз и навсегда решить проблему водопоглощения — а соответственно, значительно увеличить срок службы конструкции. Наиболее распространённым примером являются производственные бетонные полы, которые без полимерного покрытия требовали бы ремонта чуть ли не каждый год.
бетонополимерный пол
После полимерной пропитки бетонный пол становится бетонополимерным

Технологии пропитки

Полимерной обработке подвергают готовые изделия и конструкции из бетона и железобетона, и она включает в себя такие этапы, как:

  1. сушка;
  2. вакуумирование;
  3. пропитка мономерами;
  4. период полимеризации.

Итоговые свойства бетонополимера зависят от изначальных характеристк бетона, использованного для заливки конструкции, вида полимерного вещества и технологии пропитки. Сушку производят для того, чтобы освободить поры и капилляры бетона от воды. Вакуумирование избавляет их ещё и от воздуха, который может вступать в реакцию с мономерами и плохо влияет на полимеризацию.

Вакуумная обработка не является обязательным действием, и в случае с теми же бетонными полами его не выполняют. Однако на производствах, где совсем другая степень оснащённости, вакуумированиерекомендовано и чаще всего производится. Как вариант, просто подбирается полимер, который не боится реакции с воздухом.

Для обработки бетонов только от проникновения жидкостей и газов, используют петролатум (похожий на парафин нефтяной продукт, из которого делают вазелин), разбавленные смолы, органические масла, модифицированные битумы. Преимуществом этих материалов является то, что они не требуют каких-то дополнительных действий, а сразу по окончании полимеризации пропитки конструкцию уже можно эксплуатировать.

Если нужно добиться более значительных изменений в структуре и характеристиках бетона, для пропитки используют жидкие мономеры: стирол и метилметакрилат; полимеры в виде эпоксидных или полиэфирных смол; их композиции.

Эпоксидная пропитка с отвердителем
Эпоксидная пропитка с отвердителем

От чего зависит расход пропитки

Глубина проникновения пропитывающего состава зависит от его вязкости и угла смачивания бетонной основы. Такие сильновязкие вещества как петролатум и битум проникают в толщу бетона не более чем на 3 см, а вот жидкие мономеры способны проникнуть даже больше чем на 20 см. Чем больше эта величина, тем больше времени требуется на пропитывание, и тем большее количество состава на это затрачивается.

Немалую роль играет и такой показатель, как плотность бетона. Если на тяжёлый бетон уходит полимерного материала порядка 4…10% от общего объёма изделия, то на пропитку ячеистобетонного массива можно потратить и 60% мономера.

Некоторые мономеры дефицитные и стоят дорого, поэтому экономичное их расходование на производстве является вопросом номер один. Экономить пропитку позволяет правильная подготовка бетона, обработка не всего изделия, а только наиболее напряжённых участков, мест, где расположена высокопрочная арматура.

На заметку: Крайне редко вместо жидких пропиток применяют обработку газом, который в результате химического процесса превращается в твёрдое вещество, заполняющее капилляры бетона.

бетонополимерная плита
Испытание на изгиб бетонополимерной плиты перекрытия

Характеристики готовых бетонополимерных изделий зависят не только от свойств бетона, но и от типа используемого полимера и технологии его нанесения. Чем прочнее полимер и чем выше его содержание, тем более прочным получается каменный скелет, способный порой выдерживать нагрузки до 200 МПа. То есть, с применением небольшого количества полимерной пропитки исходные свойства бетона можно улучшить в несколько раз, что делает технологии создания бетонополимеров весьма перспективными в строительстве.

Способы обработки мономерами

Для получения бетонополимера с применением жидких мономеров, могут применяться самые разные технологии. Например, термокаталитический способ, при котором в мономер вводится катализатор, инициирующий процесс полимеризации. Затем изделие прогревается до температуры +70…+120 градусов, и через несколько часов после термической обработки мономер затвердевает, превращаясь в твёрдый полимер.

В других технологиях применяют комплексные инициаторы, позволяющие осуществлять полимеризацию без подогрева. Иногда выполняется радиационная обработка, для которой тоже не требуется повышенных температур. Большинство жидких мономеров легко испаряются, поэтому, чтобы до минимума снизить потери вещества обработку проводят в контейнерах, укрывая затем изделия полиэтиленовой плёнкой, или погружают их в ванну со специальной жидкостью.

Заключение

По сути, бетон, из которого формируется изделие — это полуфабрикат для получения бетонополимера. К его пористости предъявляются высокие требования, так как структура капилляров и пор определяет как предел насыщения бетона пропиткой, так и скорость этого процесса. От этого зависят сроки производства, накладные расходы, итоговое качество готовой продукции.

Состав бетона для таких конструкций должен проектироваться, ведь при неправильно подобранной вязкости пропитки тонкие капилляры могут вообще не заполниться, а слишком жидкий полимер будет плохо удерживаться в толстых капиллярах. Точным подбором состава в проекте определяется оптимальное распределение пор и капилляров в бетоне, при котором и достигается наилучшее их заполнение мономером, и обеспечивается его удержание в толще при последующей обработке.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector