Геополимерный бетон

В 78 году XIX века химик Joseph Davidovits ввёл понятие «геополимер». Вещество напоминает обычный цементный материал, но владеет более высокими эксплуатационными характеристиками. По своей структуре оно имеет большое сходство с природным камнем.

Этот материал для строительства применяется недавно, но такие исторические архитектурные строения, как Египетские пирамиды, выстроены из блоков, которые очень напоминают геополимерный бетон. Значит, рецепты геобетона знали ещё задолго до нашей эры.

Бетонный плацдарм для науки

Впервые понятие «геополимер» было введено в 1978 году профессором-химиком Джозефом Давидовичем. Анализируя химический состав блоков, из которых были построены древнеегипетские пирамиды, он выдвинул гипотезу, что они изготовлены из полимерного бетона.

В состав геополимерного бетона входят только натуральные компоненты: зола, вода, жидкое стекло, шлак.

Объясняя теорию профессора Давидовича, следует вспомнить, из чего изготавливается бетон. Технология приготовления несложна даже для жителей древних цивилизаций. Мягкая порода, например, известняк, тщательно высушивалась, освобождаясь, таким образом, от влаги. Климат Египта, где дождевые осадки могут выпадать раз в пять лет, позволял произвести обезвоживание вещества естественным путем. Готовый сухой порошок известняка затем заливался водой и перемешивался. В состав смеси можно было добавить любой мелкий камень, например, щебень. При окончательном высыхании раствор затвердевал и превращался в бетонный каменный блок.

В данном случае научная теория Джозефа Давидовича могла себя полностью подтвердить, поскольку изготовление бетона из натуральных компонентов могло производиться вплоть на самой пирамиде. То есть смешивать порошок с водой вручную можно было в примитивной деревянной опалубке, возведенной специально для этого на фундаменте будущего строения. После застывания бетона опалубку снимали и переходили к следующей. Так, блок за блоком, рос монолит всей пирамиды.

История создания

В 1978 году французу Джозефу Давидовичу удалось разработать бетон из геополимеров. Идея возникла в результате наблюдения за естественными процессами, происходящими в природе. Французский ученый заметил, что часть компонентов геологического происхождения полимеризуются, если начинают взаимодействовать с щелочными средами. Были проведены разнообразные опыты, задачей которых стало выявление поэтапного плана для обеспечения процесса получения геополимера. Материал известен именно под этим названием.

По мнению изобретателя, монолитное строительство широко применялось для создания пирамид в Гизе. Ученый смог определить состав монолитных блоков, из которых выполнены пирамиды. Несмотря на то, что эту теорию стараются оспорить, великолепные свойства бетона из геополимеров обеспечивают ему огромную популярность. Рецептура с тех пор перетерпела некоторые изменения, современный геополимерный бетон является материалом, который безвреден для окружающих и представляет огромную конкуренцию для обычных бетонных составов.

Особенности домашнего производства

Данная последовательность разработана с учетом всех свойств и реакций материалов. Смешивание производится в бетономешалке или в большой емкости с использованием электродрели с насадкой для смешивания.

• В емкость наливается вода.
• В воду добавляются шлаки и зола в необходимом количестве.
• Смешать все компоненты до образования однородной массы.
• В смесь добавляется гидроксид калия.
• Еще раз смешать компоненты.
• Раствор заливается в необходимую форму.

Для более быстрого засыхания форму защищают пленкой от попадания влаги.

Геополимерный бетон может включать в себя и другие ингредиенты. Если добавить в раствор смолу, клей или древесину, существенно изменятся характеристики стройматераила.

Хитрости самостоятельного приготовления

Поскольку инновационный минимум разработок в сфере применения природного бетона еще не достиг своего максимума и исследования в этой сфере продолжают вести, то данных о точных пропорциях используемых материалов в составе не обнародовано. Однако многие специалисты строительных профессий самостоятельно экспериментируют над созданием собственного материала.

В качестве полимерного компонента можно использовать обычный клей ПВА.

Создать геополимерный бетон своими руками можно при условии хорошей базы химико-физических знаний, возможности достать необходимые вещества и возможности производить эксперименты путем проб и ошибок. Рецепт для самостоятельного приготовления 0,4 л состава следующий:

• 300 г зольной пыли;
• 300 г шлака;
• 80 г 45% КОН;
• 100 г жидкого стекла (K2SiO3, 60,8% воды);
• 52 г воды.

Необходимо создать температуру затвердевания будущего бетона 80 градусов. За день при такой температуре состав затвердевает на 110 МПа, всего уходит на процесс застывания 7-10 дней. Для сравнения, у обычного бетона это занимает до 28 календарных дней.

Самостоятельно природные бетонные составы изготавливаются аналогично приготовлению стандартного бетона. В бетономешалку заливается небольшое количество того цемента, который предназначен для изготовления геобетона, и вода. Затем в равных пропорциях добавляется зольная пыль и шлак. Вся масса тщательно перемешивается. Далее очередь полимерных материалов. Вся масса снова мешается до полной готовности. В качестве полимерного компонента может служить всем известный ПВА особой консистенции или водорастворимые смолы. Поливиниловый спирт, входящий в ПВА, послужит для состава эмульгатором, т. е. вяжущим компонентом.

При изготовлении геобетона своими руками можно последовать совету добавлять в приготовляемый бетонный состав органические полимерные добавки количеством не более 20% от общей массы цемента. При введении в смесь водорастворимых смол, например эпоксидной или полиамидной, с последующим введением полиэтилен-полиаминового отвердителя, геополимерный бетон выйдет лучшего качества.

Производители

Далеко не все любят эксперименты. И в случае с геополимерным бетоном проще бывает купить готовую смесь, чем заниматься приготовлением строительного бетона.

В 2012 году было налажено промышленное производство геополимерного бетона на основе шлака и летучей золы.

Потребителям предлагают такие марки бетона:

• М50-М500 (по прочности);
• W2-W12 (по водонепроницаемости);
• F50-F300 (по морозостойкости).

Цена на этот материал зависит от пропорций и количества всех компонентов. Продаётся цемент в виде сухой смеси без затвердителя.

Из статьи можно узнать что лучше пенобетон, газобетон или шлакоблоки.

Российские производители

Европейские марки

Геополимерный бетон – отличный материал для решения самых разных строительных задач. За ним будущее. Всего за несколько лет он сумел хорошо зарекомендовать на строительных площадках самого разного уровня. Значительное преимущество материала – создание гладкой поверхности, прочность которой увеличивается со временем. Но это не всё. Геополимерный бетон помогает решить другую, не менее важную задачу. Речь об утилизации отходов. Этот вид бетона позволяет создавать монолиты разнообразной формы не вредя окружающей среде.

Рецепт смеси

Можно приготовить геополимерный бетон своими руками в домашних условиях, если иметь хорошее основание из знаний по химии и физике и достать нужные материалы. Рецепт для замеса 0,4 литра геобетона своими руками таков:

• Триста грамм зольной пыли.
• Триста грамм шлака.
• Восемьдесят грамм 45% КОН.
• Сто грамм воднощелочного раствора силикатов натрия и калия.
• Пятьдесят два грамма воды.

Для затвердения бетона должен соблюдаться температурный режим + 80 градусов. За сутки состав затвердеет на 110 МПа. А для полного застывания может уйти от семи до десяти дней. У обычного бетона на это уйдёт до 28 дней. Изготовление геобетона своими руками аналогично приготовлению обычного бетона. В бетономешалку загружают небольшое количество цемента и воду.

На следующем этапе в одинаковых пропорциях загружается шлак и зольная пыль, и все хорошо перемешивается. Затем добавляют полимерные материалы, и все опять перемешивается до достижения необходимой консистенции. В качестве полимерных составляющих могут служить водорастворимые смолы или ПВА определённой консистенции. Поливиниловый спирт, который входит в ПВА, является вяжущим составляющим.

При изготовлении геобетона самостоятельно можно добавлять органические полимеры, но не более пятой части от всей массы цемента. При введении в раствор смол, растворяемых в воде, геобетон получится лучшего качества. Все указанные составляющие свободно можно купить в строительных магазинах.

Состав и производство геополимерного бетона

Основные компоненты:

• Зола (зольная пыль): образуется при сжигании угля и древесины. Этот материал придает максимальную прочность геополимерному бетону.
• Шлак – это отходы с производства металла. Преимущественно используется для удешевления геобетона.
• Жидкое стекло – щелочный раствор, состоящий из силиката натрия или калия. Используется в изготовлении кислотопрочных материалов.
• Гидроксид калия – белые кристаллы, которые легко впитывают воду, тают от кислорода. Гидроксид калия вступает в реакции со шлаком.

Металлические отходы делают материал прочнее, однако при усадке бетон начинает трескаться. По этой причине используют смесь из золы и шлака. Алюминиевые силикаты и щелочь вступают в реакцию, образуя материал, похожий на камень.

Рецепт постоянно модернизируется и улучшается, в зависимости от задач. Чаще всего используются стандартные пропорции для приготовления 10 литров раствора:

• 6 литров воды;
• 3 килограмма шлака;
• 3 килограмма золы;
• 2 килограмма жидкого стекла;
• 900 грамм гидроксида калия.

Этот рецепт используется как в промышленных, так и в бытовых масштабах.

Необходимые инструменты для работы:

• емкость. Необходимо учесть то, что раствор нагревается из-за протекающих в нем реакций;
• весы: есть конкретные пропорции, которые нужно взвешивать;
• понадобится дрель с соответствующей насадкой для смешивания раствора;
• перчатки;
• форма для отлива бетона.

Сохраняйте меры предосторожности:

• Из-за протекающих реакций раствор может повредить слизистую и травмировать кожу.
• Подготовку всех материалов нужно производить в максимально короткое время.
• Гидроксид калия открывать непосредственно перед добавлением, так как при любой влажности он быстро расплывается.

Нюансы приготовления и использования

Рыночная оценка готовой смеси на основе полимеризации будет выше, чем у бетонного варианта из Portland cement. Раствор схватывается довольно быстро, а для замедления процесса в рецепт включают Тетраборат натрия. При смешивании составляющих геополимерного бетона выделяется тепло, и это нужно учитывать при подборе ёмкости для замеса. При необходимости быстрого застывания бетона в опалубке прокладывают электролиты.

Это уникальный материал, предназначенный для выполнения различных строительных работ. За несколько десятилетий он сумел отлично зарекомендовать себя на строительных площадках разной степени сложности.

Этот материал также помогает решить не менее важную задачу утилизации отходов производства. Благодаря геобетону изготовляются монолиты различной формы, не наносящие вреда окружающей среде.

Что необходимо для работы?

Желая приготовить геополимерный бетон своими руками, подготовьте следующее инструменты, защитные средства и емкости:

• Тару, предназначенную для подготовки смеси, выделяющей тепло в процессе приготовления.
• Электрическую дрель, оснащенную специальной насадкой для перемешивания, или шуруповерт.
• Весы, позволяющие осуществить взвешивание ингредиентов в необходимых объемах.
• Лопатку из древесины, позволяющую смешивать компоненты.
• Емкость, необходимую для формования полибетона, соответствующую размерам и конфигурации отливаемого изделия.
• Средства индивидуальной защиты, позволяющие предохранить слизистую оболочку и кожный покров от щелочной среды.

Чтобы изготовить детали нужного размера и формы, можно использовать те же опалубки, что и для обычного портландцемента

Технологические рекомендации

В целом, процесс подготовки в бытовых условиях полибетона заключается в тщательном смешивании компонентов до однородной консистенции. Производя изготовление геополимерного бетона, соблюдайте следующие рекомендации:

• эффективно смешивайте составляющие, исключая образования в виде крупных включений;
• готовьтесь смесь небольшими порциями, исключительно, перед использованием в объеме, необходимом для непосредственного применения. Это вызвано наличием в составе жидкого стекла, вызывающего ускоренное твердения смеси;
• выполняйте работы в сухом, прохладном и проветриваемом помещении;
• снижайте концентрацию жидкого стекла, если состав должен некоторое время храниться;
• применяйте средства индивидуальной защиты, необходимые для работы с агрессивным калиевым гидроксидом;
• обеспечьте надежную вентиляцию помещения при смешивании ингредиентов. Она необходима для удаления углекислого газа, который выделяется в результате реакции при подготовке смеси.

Выполнение технологических требований позволит обеспечить высокие эксплуатационные характеристики геополимерного бетона.

Преимущества материала

Основным плюсом геобетона является создание гладкой поверхности, прочность которой только увеличивается с годами.

Промышленный метод изготовления материала заключается в смешивании при низких температурах нужных составляющих в точных пропорциях, что позволяет геобетону иметь такие качества, как:

• Устойчивость к коррозии.
• Высокий уровень огнеупорности. Геобетон способен выдержать температуру до 1316 градусов.
• Качественную устойчивость при растяжении и сжатии.
• Стойкость к воздействию кислот и других агрессивных веществ.
• Незначительная степень усадки.
• Малый объем выделения газов, которые создают парниковый эффект.
• Практически непаропроницаемый.
• Податливость при механических воздействиях, даже алмазными кругами.

Все свойства этого вещества были получены при сравнении со стандартными бетонными материалами.

Особенности материала и сфера использования

У полимерного бетона структура напоминает природный камень. Благодаря этому раствор можно применять для строительных целей, а также выполнять отливку изделий декоративного назначения. Полимербетон за счет хороших прочностных свойств отлично подойдет для архитектурных целей.

Характеристики материала позволяют использовать его для строительства высотных зданий. Компоненты, присутствующие в составе смеси, обеспечивают поддержку благоприятного климата внутри помещения. Структура конечного материала позволяет вдвое или втрое снижать толщину стен при осуществлении строительства, на комфорт в помещении это не повлияет.

За счет высокой устойчивости к возгораниям геополимерный бетон отлично подойдет для постройки жилых зданий и производственных помещений. Благодаря его повышенной пластичности, способности быстро затвердевать из него также делают барельефы и скульптуры, различные памятники.

Как сделать своими руками

Технология создания искусственного камня включает использование уже известных компонентов. Домашние мастера используют такие пропорции:

• жидкое стекло – 250 г;
• гидроксид калия – 200 г;
• шлак и зольная пыль – по 750 г;
• вода – 130 г.

А вот какой пескобетон лучше всего использовать для стяжки пола можно узнать здесь из статьи.

Рецепт рассчитан на приготовление 1 литра бетонной смеси. Проведя расчеты можно получить расход компонентов для создания нужного количества экологически чистого бетона. На сегодняшний день нет научных публикаций с точным составом. При создании бетонной смеси по этому рецепту, возможно, понадобятся некоторые изменения в его количественном составе.

На видео рассказывается, как сделать геополимерный бетон своими руками:

Все указанные компоненты без труда можно купить в торговой сети. Однако следует учесть, что стоимость готового бетона на основе технологии полимеризации будет выше, чем у бетонной смеси из портландцемента. Смесь схватывается очень быстро. Чтобы замедлить этот процесс в рецептуру вводят декагидрат тетрабората. Дополнительно в состав могут добавлять смолы на водной основе, латексы и ПВА.

Из статьи можно узнать какой марки бетон нужен для ленточного фундамента.

Технология приготовления

Для начала нужно приготовить инструменты и емкости. Понадобятся:

• перчатки, очки, спецодежда, респиратор и другие средства защиты от действия агрессивных веществ;
• емкость для смешивания;
• инструмент для перемешивания, не вступающие в реакцию со щелочами (деревянная лопатка);
• весы для контроля за соблюдением пропорций;
• формы для отлива (опалубка).

Из статьи можно узнать какой бетон можно использовать для фундамента дома.

При смешивании компонентов геополимерного бетона выделяется тепло. Это нужно учесть при выборе емкости для перемешивания. Если есть необходимость ускорить застывание смеси, в опалубке можно проложить электролиты, но это важно учесть при расчете пропорции бетона для фундамента дома.

Все компоненты нужно смешивать быстро. Работы нужно проводить при низкой влажности воздуха. Гидроксид калия представляет собой бесцветные гранулы, которые при повышенной влажности просто «плывут». Их распаковывают перед самым приготовлением смеси.

КОН довольно агрессивен. При контакте с кожей, и особенно слизистой, он вызывает серьёзные ожоги. Работать с ним нужно в очках и перчатках. Не менее осторожно нужно работать и с метасиликатом калия (жидким стеклом). Оно также имеет кристаллизованную структуру и очень гигроскопично.

Из статьи можно узнать каков ГОСТ у бетона 26633 2012.

Композитный бетон – один из немногих существующих способов утилизации шлаков и золы. Летучая зола – это отходы сгорания твёрдого топлива. Этот компонент может составлять до 75% в составе геополимерной бетонной смеси. Вещество имеет сомнительную экологическую репутацию. Но его применение делает бетон долговечным и прочным.

Все компоненты смешивают в бетономешалке в такой последовательности:

• заливают воду;
• засыпают шлак и летучую золу;
• компоненты хорошо перемешивают;
• добавляют полимеры;
• перемешивают бетон до готовности.

Заливать формы нужно в сухом месте. Застывая, этот вид бетона образует плёнку. Она имеет свойство набухать при контакте с водой. Чтобы этого не случилось, нужно оградить залитые формы от повышенной влажности.

Затвердевает геополимерный бетон за день. Для полного застывания ему понадобится неделя. Этот срок значительно меньше, чем у обычного бетона, которому нужно 28 дней. Работать с геополимерным бетоном нужно быстро.

Но если всё сделать правильно, то в результате вы получите материал:

• с высокой прочностью на сжатие;
• с низкой усадкой;
• с устойчивостью к действию высоких температур и кислот;
• сравнимый с гранитом по непроницаемости.

Из статьи можно узнать чем отличается газобетон от пенобетона.

Рецептура

При подборе компонентов следует руководствоваться проверенной рецептурой. Специалисты в строительной области постоянно трудятся над ее улучшением. Стандартов для пропорций нет – зависят они от особенностей составляющих и назначения компонентов. Но есть и хорошо себя зарекомендовавшие рецепты, применение которых позволяет подготовить геополимерный бетон своими руками даже в домашних условиях.

Составляющие, которые используют вне промышленных условий, будут такими же. Но их берут в меньшем количестве, чтобы приготовить такой объем смеси, которого достаточно для выполнения нужных задач. Вот базовый рецепт, применение которого позволяет подготовить 20 кг полибетона:

• Калия гидроксид – 1,8 кг.
• Жидкое стекло – 4,0 кг.
• Зола – 6,6 кг.
• Шлак – 6,6 кг.
• Вода — 11 л.

Такой рецепт неплохо зарекомендовал себя и часто применяется в домашних условиях.

Технология приготовления смеси

Технология приготовления раствора довольно проста: надо только строго следовать всем рекомендациям.

Общие требования

Это важно:

• влажность помещения, в котором смешиваете составляющие бетона, должна быть небольшой (чтобы гидроксид калия не «поплыл»);
• хранить гидроксид калия необходимо в запечатанной упаковке, исключив всякую возможность попадания в нее жидкости;
• вскрывать упаковку непосредственно перед замешиванием;
• все работы, связанные с гидроксидом калия и жидким стеклом, проводить, надев средства индивидуальной защиты, во избежание ожогов кожи и слизистой глаз (так как KOH является крайне агрессивным веществом);
• проводить замешивание быстро, но аккуратно.

Процесс замешивания и изготовления бетона

Если вы используете бетономешалку, то алгоритм работ следующий:

• Заливаем теплую воду.
• Добавляем шлак и золу, все тщательно перемешиваем.

Совет! Если есть цель получить прочный бетон, то можно использовать только «летучую золу»; а если важнее изготовить экологичный материал, то содержание золы можно уменьшить, а недостающее количество заменить цементом.

• Добавляем полимеры, снова мешаем.
• Заливаем смесь в форму или опалубку.

Совет! Для ускорения процесса затвердевания в опалубку можно уложить специальные электроды и после заливки раствора пропустить через них ток в течение 1 часа. Причем электричество надо брать не от сети напрямую, а использовать преобразователь.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...