Геополимерный бетон: разбираемся в сути

 

Геополимерный бетон – это инновационный материал, который популярность получил не так давно. Его широко применяют для строительных нужд как надежный и удобный вариант.

История создания

Геополимерный бетона называют инновационным материалом. В современном строительстве он стал популярен сравнительно недавно. Но создан он был ещё в 1978 году французским учёным Джозефом Давидовичем.

Из статьи можно узнать чем приклеить бетон к бетону.

Идею создания материала химик подсмотрел у самой природы: он заметил, что некоторые компоненты геологического происхождения при взаимодействии со щелочной средой полимеризуются. В результате опытов в этом направлении на свет появился материал, названный ученым геополимером. Под этим названием он известен и сегодня.

На видео – геополимерный бетон:

Давидович считал, что технология монолитного строительства использовалась ещё при строительстве отдельных пирамид в Гизе. Ученому удалось определить состав монолитных блоков пирамид.

Его теорию оспаривают до сих пор. Как бы там ни было, нельзя опровергнуть тот факт, что геополимерный бетон – прочный материал с отличными качествами. И он всё чаще используется в современном строительстве.

 

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.

.

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.

 

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.

 

Состав

Материал с названием геополимерный бетон состав имеет следующий:

• Зольная пыль.
• Шлак.
• Жидкое стекло.
• Гидроксид калия 200.
• Вода.

Шлак, присутствующий в составе бетона, добавляет смеси долговечности и прочности. Но во время усадки происходит растрескивание материала, для предотвращения чего надо предпринимать определенные меры. Чтобы растрескивания не происходило, к шлаку добавляют такое же количество зольной пыли. Их совместная работа помогает укрепить бетонный состав, придает ему стойкость к влиянию негативных факторов.

У зольной пыли удобные физические свойства и повышенные рабочие характеристики. Компонент оказывает влияние на качество получаемого состава. Ее применение обеспечивает получение смеси, которая по свойствам не уступает портландцементу. Бетон геополимерный по прочности сравнить можно с гранитом.

При смешивании алюминиевые силикаты вступают в реакцию со щелочью и превращаются в твердый монолит, похожий на натуральный камень. Методом отливки из него можно получить изделия разнообразной формы, которые применяют в декоративных целях. Рецепт получения геополимерного бетона окончательно не разработан – в данном направлении эксперименты продолжаются. Создано несколько вариантов составов, которые возможно применять для изготовления рабочих смесей.

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.

Перспективы применения геополимерного бетона:

С каждым днем возрастает потребность в строительных материалах и прежде всего в бетоне, основным ингредиентом которого является обыкновенный портландцемент.

В настоящее время только производство цемента на территории Российской Федерации составляет более 68 млн. тонн в год, а бетонных изделий – 30 млрд. м 3 в год.

Вместе с тем производство цемента отрицательно влияет на окружающую среду, способствует выбросам парниковых газов в атмосферу. Данный факт признается многочисленными экспертами и экологическими организациями.

В тоже время имеет место огромное количество промышленных отходов с присущими цементными свойствами. В первую очередь это касается отходов энергетической отрасли, в особенности, низкокальциевых зол-уноса, отходов металлургии – металлургического шлака. Данные материалы являются исходными компонентами геополимерных бетонов.

Сегодня в России уже накоплены сотни миллионов тонн указанных материалов (золы-уноса, металлургического шлака и пр.) в качестве отходов, которые имеют тенденцию к увеличению.

Применение геополимеров позволит в ближайшем будущем частично, а в среднесрочном периоде – полностью отказаться от цемента, тем самым сокращая отходы промышленности и снижая вредное воздействие на окружающую среду.

Достоинства

Геополимерный композит обладает множеством преимуществ по сравнению с традиционными материалами, благодаря уникальной рецептуре. Материал обладает следующими положительными характеристиками:

• Сохранением габаритов изделий, контактирующих с раствором, при выполнении строительных работ.
• Незначительной усадкой, обеспечивающей сокращение строительного цикла за счёт выполнения отделки сразу после возведения стен.
• Повышенной устойчивостью к воздействию сжимающих усилий, что позволяет возводить объекты увеличенной этажности.
• Стойкостью к воздействию колебаний температуры с сохранением целостности при глубоком замораживания и многократном оттаивании.
• Уменьшенной концентрацией выделяемых парниковых газов.

  Если сравнивать структуру нового стройматериала, то она напоминает таковую натурального камня, благодаря чему имеет более высокие свойства, чем обычный раствор

• Устойчивостью при контакте с агрессивными жидкостями и химическими веществами.
• Пожарной безопасностью, позволяющей полимербетону сохранять целостность и структуру при температуре более 900 градусов.
• Пониженным коэффициентом паропроницаемости, который аналогичен натуральному камню.
• Возможностью резки и обработки с использованием ручного механизированного инструмента, оснащенного алмазным рабочим органом.
• Высокой экологичностью, безопасностью для окружающих, связанной с отсутствием в составе токсических веществ.
• Применение в процессе производства промышленных отходов, что положительно влияет на экологическую ситуацию региона.
• Ускоренным твердением состава, срок высыхания которого в 2 раза меньше, чем у традиционного бетона.
• Доступной ценой, позволяющей заказчикам со средним доходом приобретать материал, и осуществлять строительство с применением геополимерного бетона.
• Возможностью изготовить геополимерный бетон своими руками с применением доступных ингредиентов.
• Устойчивостью к воздействию коррозионных процессов, постепенно разрушающих обычный железобетон.

  Если имеются все необходимые составляющие и инструменты, можно и самому приготовить геополимерный бетон

• Улучшенными теплосберегающими свойствами, позволяющими обеспечить комфортный температурный режим помещения.
• Небольшой плотностью, облегчающей транспортировку материала и выполнение работ, связанных с кладкой.

Комплекс положительных характеристик значительно отличает полибетон от стандартного бетонного раствора.

Свойства и особенности

Достоинства:

1. износостойкость как у гранита;

2. водонепроницаемость (поглощение влаги до 1,7 %), поры полимербетона такие мелкие, что молекулы воды просто не могут проникнуть внутрь даже под давлением;

3. морозостойкость от 50 циклов замораживания-размораживания, по этому показателю материал пригоден для применения в условиях глубоко долгого промерзания;

4. небольшой удельный вес, легкость изделий из этого материала, что облегчает транспортировку и монтаж;

5. набор прочности готового геополимерного бетона происходит за 10 дней (цементный застывает около месяца);

6. теплосохраняющие характеристики как у кирпича при толщине стен, меньшей в три — четыре раза;

7. отсутствие коррозии;

8. огнеупорность (более 1000 С);

9. высокая прочность на сжатие (более 100 МПа) и изгиб (более 13 МПа);

10. небольшая усадка;

11. эластичность смеси, возможно изготовление элементов криволинейных форм;

12. простота обработки, резки;

13. низкое содержание токсичных компонентов, выброс углекислого газа в атмосферу на 90% меньше, чем при производстве обычного бетона, что положительно сказывается на экологии, снижает темпы развития парникового эффекта на планете;

14. устойчивость по отношению к воздействию химически агрессивных веществ;

15. применение промышленных и хозяйственных отходов (зола, шлак);

16. невысокая цена;

17. простая технология производства, легко приготовить своими руками в домашних условиях.

Применение

Сферы использования:

• строительство общественных, производственных зданий, в том числе несущих стен;
• изготовления скульптур, барельефов, элементов декора (подсвечники, настольные офисные наборы, рамки для фотографий), бижутерии;
• производство столешниц, подоконников, настенных панелей для внутренней и внешней отделки;
• строительная 3D печать;
• устройство наливных полов;
• раковины для химических лабораторий;
• напольная и тротуарная плитка;
• гидроизоляция сооружений (с добавлением в состав цемента);
• элементы зданий атомных станций (с латексом);
• штукатурки, теплоизоляционные материалы.

Почти во всех случаях, когда обычно используют простой цементный бетон, его можно заменить на геополимерный.

Технология изготовления

При необходимости сделать геобетон выйдет самому. Эту работу выполняют в сухую прохладную погоду на улице или в помещении, где нет повышенной влажности, так как кристаллы гидроксида калия при попадании влаги на них «плывут». Для смешивания понадобятся:

• емкость из термостойкого материала;
• опалубка или форма для литья;
• защитные перчатки;
• очки;
• респиратор;
• деревянная лопатка для перемешивания.

Помещение должно быть хорошо проветриваемым. В процессе реакции между компонентами раствора выделяется углекислый газ.

Рецепт приготовления геополимерной бетонной смеси (на 20 кг):

• зольная пыль — 6,6 кг;
• шлак — 6,6 кг;
• жидкое стекло — 4 кг;
• вода — 1 кг;
• гидроксид калия — 1,8 кг.

Допустимо самостоятельно экспериментировать с пропорциями и компонентами для улучшения нужных свойств. При изготовлении геобетона своими руками многие добавляют измельченную древесину. Лучшего качества можно добиться, введя эпоксидную или полиамидную смолу, а затем полиэтилен-полиаминовый отвердитель (ПЭПА), вносят также клей ПВА. В продаже есть готовые сухие смеси с уже подобранным составом.

За счет присутствия жидкого стекла быстро схватывается, поэтому нужно готовить небольшим порциями. Теплую воду наливают в емкость, вносят в нее все компоненты, перемешивают до полной однородности. Легче это сделать с помощью дрели, шуруповерта или перфоратора со специальной насадкой. Готовый раствор заливают в опалубку. Для приготовления большого объема можно использовать бетономешалку.

Если подогреть геополимерный состав до температуры 80С, то схватывание произойдет за сутки, без тепловой обработки понадобится не менее недели. Для ускорения процесса застывания в опалубку помещают электроды. После заливки раствора через них пропускают преобразованный ток.

С точки зрения экологичности одно из главных достоинств — в процессе производства выделение углекислого газа на 90% меньше. Второй плюс — использование для его изготовления промышленных отходов (шлак, зола), которые до появления нового материала не перерабатывались, их скопления наносили существенный вред экологии. Шлакощелочной бетон применим прежде всего в строительстве и отделке жилых, общественных и производственных зданий. Его стоимость по сравнению с цементным ниже.

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.

Постройки древности и дома из геополимерного бетона:

В древности технология геополимерного бетона использовалась широко. Это пирамиды Древнего Египта, древний город Мачу-Пикчу, мегалитические постройки в Перу и пр. В дореволюционной России по данной технологии изготовлены колонны в храмах и дворцах г. Санкт-Петербурга и пр. Однако с открытием и применением портландцемента технология получения геополимеров (точный состав и рецептура) была утрачена и забыта.

Исходя из того, что встречающиеся в каждой местности природные материалы – исходные компоненты геополимербетона имели свое уникальное соотношение и состав Si и Al, то и точный состав и рецептура приготовления геополимербетона также были уникальными для каждого народа, местности и эпохи.

 

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

В заключении

Те, кто любит экспериментировать, могут поэкспериментировать с органическими веществами, входящими в состав бетонной смеси и получить свой рецепт. Так в качестве вяжущих компонентов можно использовать водорастворимые смолы или клей ПВА. Некоторые добавляют в смесь древесину, которую предварительно измельчают и вымачивают в воде.

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.