Полимербетон: ключевые свойства материала, технология производства и обработки, нормативные документы

1 Что это такое
- 1.1 Определение
- 1.2 Ключевые свойства
2 Применение
3 Производство
- 3.1 Нормативные документы
  - 3.1.1 Связующее
  - 3.1.2 Заполнитель
  - 3.1.3 Наполнитель
- 3.2 Пример состава
- 3.3 Технология
4 Обработка
5 Заключение

Что это за материал? Чем он отличается от привычных бетонных смесей с точки зрения состава и потребительских свойств? Можно ли приготовить полимербетон своими руками? Где и как его используют? Попробуем найти ответы.

Внешний вид материала.

Что это такое

Определение

Давайте выясним, что такое полимербетон? Ключевое отличие интересующего нас материала от обычного бетона — в том, что в качестве связующего вместо портландцемента используются синтетические смолы. Как правило, термореактивные; реже — термопластичные.

Справка: термореактивным называется полимер, в котором при нагреве происходят необратимые химические изменения, приводящие к изменению его прочностных или иных свойств. Проще говоря, после разового нагрева пластик больше не плавится при достижении той же температуры. Термопластичные полимеры, напротив, совершают фазовый переход при каждом нагреве.

Не стоит путать нашего героя с другим материалом — полимерцементным бетоном. В нашем случае полимеры используются в качестве единственного связующего. Полимерцементный бетон — это обычный бетон на основе портландцемента, модифицированный синтетическими добавками для придания ему каких-либо специфических свойств (повышенной эластичности, износостойкости, водонепроницаемости и т.д.).

Наливной пол из полимерцементного бетона.

Ключевые свойства

Что замена цемента на полимеры дает с точки зрения потребительских качеств?

Повышенную прочность на растяжение. Бетоны на цементной основе обладают отменной прочностью на сжатие, а вот изгибающие или растягивающие нагрузки воспринимаются арматурным каркасом.
Пониженную хрупкость. Материал куда более стоек к ударным нагрузкам.
Эластичность. Там, где бетонный монолит лопнет, полимербетонный лишь незначительно деформируется.
Водонепроницаемость. Портландцемент при сушке дает значительную усадку, что обеспечивает пористую структуру бетона. В отличие от него, полимеры после окончательного набора прочности уменьшается в объеме крайне незначительно; причем усадка приводит не к поризации, а к небольшому уменьшению линейных размеров готового изделия.

Уточним: для улучшения теплоизоляционных качеств и уменьшения веса в ряде случаев при производстве полимербетонных изделий практикуется использование пористых заполнителей. В этом качестве используются керамзитовый и перлитовый песок. Однако поры заполнителя не выходят на поверхность, а раз так — водонепроницаемость не страдает.

Морозостойкость. Собственно, это свойство прямо вытекает из предыдущего пункта: нет пор — нет и кристаллизации воды в них, разрывающей материал при заморозке.

Поверхность полимербетона лишена открытых пор.

Повышенную износостойкость. Полимерное связующее банально прочнее цементного камня на разрыв; оторвать от него частицу наполнителя куда сложнее.
Химическую стойкость. И она обусловлена свойствами полимеров: большая часть смол инертна к действию агрессивных газов и жидкостей.

Применение

Давайте изучим основные области применения полимербетона.

Область применения Описание Напольные покрытия Тонкое полимербетонное покрытие с мелкофракционным заполнителем позволяет модифицировать свойства основания, придав ему повышенные износостойкость и водонепроницаемость. Кроме того, полимербетонные полы, как мы помним, отличаются устойчивостью к агрессивным средам. Материал применяется в помещениях и на открытом воздухе (в частности, как аэродромное покрытие). Мебель Для нужд мебельного производства из нашего материала изготавливаются красивые и прочные столешницы, рабочие поверхности; нередко полимербетонные плиты используются в качестве подоконников. Сантехника Раковины для кухонь и умывальники, произведенные из полимербетона, выгодно отличаются от металлических аналогов отсутствием шума при падении на них струи воды. Фаянс и фарфор же они превосходят прежде всего своим внешним видом, имитирующим натуральный камень. Водосточные системы Полимербетонные лотки легче, прочнее бетонных и, главное, куда долговечнее. Причина — в уже упомянутой водонепроницаемости материала: вода не станет разрушать полимербетонный лоток, замерзая в его порах. Шпаклевки Смола с минеральным наполнителем после добавки отвердителя превращается в быстро схватывающуюся и исключительно прочную мастику — эффективный материал для заделки трещин и прочих дефектов бетонных поверхностей. Ритуальные услуги Полимербетонные надгробные памятники выглядят как минимум не хуже гранитных; при этом их цена заметно ниже, чем у натурального камня.

Полимербетонная раковина.

Производство

Нормативные документы

Обсуждаемый нами материал считается относительно новым и имеющим заграничное происхождение; однако изучение нормативных документов, по которым он производится, приведет к неожиданному открытию. Инструкция по производству полимербетонов и изделий из них за номером СН 525-80 была принята в 1981 году и остается актуальной по сей день.

Несмотря на солидный возраст, документ сохраняет актуальность.

Давайте изучим основные тезисы документа. Для всех изделий из полимербетона нормальным температурным режимом считается диапазон от -40 до +80 градусов по шкале Цельсия.

Уточним: если верхняя граница обусловлена возможностью применения термопластичных смол, размягчающихся при нагреве, то нижняя — повышенной хрупкостью полимеров при замораживании. В отсутствие ударных и вообще механических нагрузок нижний предел эксплуатационной температуры может быть безболезненно увеличен до актуального в самых суровых климатических зонах.

Связующее

В состав полимербетона, согласно тексту документа, могут входить следующие полимеры:

Наименование Расшифровка Нормативный документ ФАМ, ФА Фурфуролацетоновая смола ТУ 6-05-1618-73 ПН-1, ПН-63 Ненасыщенная полиэфирная МРТУ 6-05-1082-76, ОСТ 6-05-431-78 КФ-Ж Карбамидоформальдегидная ГОСТ 14231 -78 ФАЭД-20 Фурано-эпоксидная ТУ-59-02-039.13-78 ММА Эфир метиловый метакриловой кислоты ГОСТ 16505-70 Заполнитель

В качестве основного заполнителя используется щебень скальных пород. Применение осадочных пород (известняка, ракушечника и т.д.) не допускается: его невысокая прочность на сжатие существенно ухудшит эксплуатационные качества продукта.

Гранитный щебень.

Размер фракции щебня определяется, как ни забавно это звучит, его же максимальным диаметром:

Если наибольший размер не превышает 20 мм, используется одна фракция — 10-20 миллиметров.

В тех случаях, когда наибольший размер достигает 40 мм, рекомендуется применять две фракции: 10-20 и 20-40 миллиметров. Мелкая щебенка будет способствовать более плотному заполнению и, соответственно, повысит итоговую прочность материала.

Обратите внимание: для пористых заполнителей (уже упоминавшихся керамзита и перлита) допустим максимальный размер 20 мм; используются две фракции: 5-10 и 10-20 миллиметров. При этом, процентный состав заполнителя делится между крупной и мелкой фракциями в отношении 60:40 процентов по массе.

Помимо крупного, используется мелкий (так называемый зерновой ) заполнитель. Обычно в этой роли выступает кварцевый песок — природный или дробленый. Требования к нему в основном сводятся к отсутствию примесей — пыли, ила и глины, которые способны ухудшит сцепление между заполнителем и связующим.

Крупнозернистый кварцевый песок.

Наполнитель

Кроме минерального заполнителя, в состав продукта входит молотый наполнитель — минеральная мука. Стандарт предусматривает несколько вариантов.

Вид наполнителя Соответствие нормативному документу Андезитовая мука ТУ-6-12-101-77 Кварцевая мука ГОСТ 9077 -59 Маршалит ГОСТ 8736-77 Графитовый порошок ГОСТ 8295 -73

Допускается использование перемолотых щебня и кварцевого песка. Для материала, который готовится на основе карбамидоформальдегидных смол, дополнительно используется водно-связующая добавка — строительный гипс (ГОСТ 125-70).

Пример состава

В качестве образца мы проанализируем состав тяжелого полимербетона на базе фурано-эпоксидного связующего ФАЭД. Источником информации нам послужит все тот же документ СН 525 -80.

Составляющие Проценты по массе Гранитный щебень фракции 20-40 мм 49 — 50 Гранитный щебень фракции 10-20 мм 1 — 2 Кварцевый песок 18 — 19 Наполнитель (кварцевая мука) 15,5 — 16,5 Бензолсульфокислота БСК 11,5 — 12 Смола ФАЭД-20 2,2 — 2,4

Любопытно: БСК выполняет сразу две функции. Она служит катализатором полимеризации (отвердителем) и обеспечивает дегидратацию (обезвоживание) сырья.

БСК — эффективный и безопасный отвердитель с дополнительной функциональностью.

Технология

Как выглядит технология полимербетона (точнее, его изготовления) в промышленных условиях?

Заполнители тщательно промываются от всевозможных загрязнений. Как мы помним, они могут негативно сказаться на итоговой прочности продукта.

Следующий этап — сушка. Влажность заполнителя не должна превышать 1 процента; рекомендуется придерживаться массового содержания воды до 0,5%.

Разделенные на фракции компоненты загружаются в смеситель. Последовательность загрузки и промежуточных операций строго регламентирована:

Загружается щебень.

Добавляется песок.

Добавляется наполнитель.

Смесь перемешивается в течение 1-2 минут.

Добавляется связующее.

Смесь перемешивается 3 минуты.

Добавляется отвердитель.

Перемешивание в течение 3 минут — и материал готов к заливке.

На внутреннюю поверхность формы наносится разделительный слой, который помешает полимербетону слипнуться с ней. В этой роли обычно используются парафин, машинное масло или технический вазелин.

Форма заливается максимально равномерно и по возможности без полостей.

Последний этап — уплотнение смеси на вибростоле или с помощью навесного вибратора. Оптимальная амплитуда — 2-3 миллиметра, частота — 3000 колебаний в минуту (50 Гц). Если смесь замешивается и выкладывается в несколько приемов, ее уплотнение повторяется после каждой выкладки. Сигнал к прекращению уплотнения бетона — выделение на поверхности жидкой фракции материала (обычно для этого достаточно 2-3 минут).

Без уплотнения результат будет, мягко говоря, посредственным.

Форма может быть снята с готового изделия через сутки. Набор прочности при комнатной температуре занимает от 20 до 60 суток. Он, впрочем, может быть ускорен нагревом до 60-80 градусов; температура поднимается и опускается со скоростью 0,5С в минуту во избежание роста внутренних напряжений.

Как видите, каких-то особых сложностей технология производства не предполагает; при наличии связующего, отвердителя, бетономешалки и вибростола изготовить полимербетон в домашних условиях вполне реально.

Нюанс: очищать бетономешалку от остатков смеси придется исключительно быстро. После добавки отвердителя схватывание занимает не более часа.

Обработка

Чем и как обрабатываются полимербетонные изделия? Можно ли их шлифовать и клеить?

Чем резать и сверлить этот материал?

Для склеивания используются мастики и клеи на основе все тех же синтетических смол. Мастики, помимо собственно связующего, содержат каменную муку.

На фото — полиуретановый клей белорусского производства с креативным названием.

Для шлифовки подходит обычная наждачная бумага. Для полировки используется войлочный круг; глянец можно навести с использованием пасты ГОИ (полировальная паста разработки Государственного Оптического Института).

Паста ГОИ.

Сверлить материал в принципе можно обычными победитовыми сверлами по бетону; однако алмазное бурение отверстий в бетоне с полимерным связующим дает куда лучший результат. Края отверстия остаются идеально ровными, без сколов. Для отверстий большого диаметра (например, под смеситель в полимербетонной рабочей поверхности для кухни) используется алмазная коронка.
Идеальный инструмент для резки — опять-таки алмазная пила. Она предпочтительна и для конструкций, внешний вид которых не столь важен (резка железобетона алмазными кругами позволяет сделать края реза идеально ровными и не менять круг при прохождении армирования);в случае той же столешницы неаккуратный рез безнадежно испортит ее внешний вид.

Алмазная пила — идеальный инструмент для резки материала.

При обработке материала в общем случае стоит избегать его сильного нагрева. Температура свыше 120 — 150 градусов противопоказана термопластичному связующему.

Заключение

Будем считать наше знакомство с материалом состоявшимся. Дополнительную информацию о том, каким бывает полимербетон, где и как он применяется, читатель сможет найти в видео в этой статье. Успехов!