Как сделать геополимерный бетон своими руками? Композитный бетон

» Что такое геополимерный бетон и как его приготовить своими руками

Требования современного строительства заставляют производителей экспериментировать с разными видами материалов. Одним из них стал геополимерный бетон – высокотехнологичное вещество с уникальными монтажными свойствами.

Предлагаем ознакомиться с характеристиками бетона такого типа, сферой их применения, точной дозировкой состава, а также методами изготовления в домашних условиях.

Сравнительные характеристики

Геополимерный бетон, изготовленный согласно технологии, лучше сопротивляется воздействию кислот и химических реагентов, чем его традиционные аналоги. Время застывания тоже берется в расчет. Если у классического цемента срок твердения составляет более месяца, то композитные смеси обретут максимальную устойчивость уже через неделю. Срок проведения начальных отделочных работ таким образом снизится до двух дней после заливки.

Геополимеры, применяемые в монтаже, также обладают большим уровнем сцепления с несущими поверхностями даже при сравнении с портландцементом. Если сделать стяжку с соблюдением норм строительства, бетон будет хорошо сопротивляться изгибу и растяжению, снижая расходы на повторную отделку.

Преимущества

Решая проблемы утилизации строительных отходов, ведущие изготовители стройматериалов стали выпускать продукцию на основе природных компонентов. Эксплуатационные качества полученного вещества составили конкуренцию традиционным смесям на основе портландцемента. Из списка преимуществ, которыми обладает геополимерный бетон, стоит выделить:

низкую степень усадки, позволяющую начать отделку поверхности сразу после высыхания;
высокую прочность сжатия, дающую возможность строительства крупных многосекционных зданий;
малое количество парниковых газов, выделяемое готовым материалом;
стойкость к перепадам температур окружающей среды и экстремальным атмосферным показателям;
низкую паропроницаемость, сравнимую с параметрами натурального камня;
простоту обработки, позволяющую вести резку своими руками с помощью алмазного круга.

Инструменты для бетонных работ

Агрессивные вещества, входящие в состав бетонного раствора, могут повредить кожу, потому во время приготовления ее надо защитить спецодеждой. На лицо при этом надевается респиратор, а на глаза – специальные защитные очки. Геополимерный бетон при изготовлении будет выделять тепло, потому для соединения отдельных химических реактивов понадобится емкость из укрепленного стекла. Размешивание бетонной смеси ведется с помощью деревянной лопатки, что не будет вступать в реакцию со щелочами.

Чтобы сделать геополимеры со свойствами, подходящими для строительства, понадобится подобрать правильные пропорции каждого действующего вещества. В этом помогут высокоточные электронные весы.

Для приготовления малых порций можно воспользоваться простыми кухонными весами. Процесс отливки отдельных блоков также потребует специальной формы. Для ускорения застывания подойдет деревянная опалубка с электродами, протянутыми в ней.

Компоненты

В состав композитного бетона входят натуральные ингредиенты: жидкое стекло, зольная пыль, отходы металлургического производства, связующие и закрепляющие вещества. Для приготовления одного литра бетонной смеси понадобится 150 г гидроксида калия, 60% жидкое стекло в количестве 200 г, 550 г золы, измельченной до состояния порошка, а также 100 г чистой воды без примесей.

Гидроксид калия

Одной из главных составляющих геополимерной строительной смеси являются мелкие бесцветные кристаллы, хорошо впитывающие в себя воду и тающие под воздействием кислорода. Нормы безопасности рекомендуют хранить КОН в запечатанной упаковке, защищенной от попадания жидкости, и вскрывать ее только перед началом замешивания.

Это агрессивный материал, вызывающий ожоги кожи и слизистых оболочек, и потому все работы с ним нужно вести в очках и перчатках, а лучше в полном комплекте спецодежды.

Жидкое стекло

Производные силикатного клея добавляются в геополимерный бетон, чтобы повысить степень его водозащиты. В исходной форме они представляют собой смесь щелочного калия и метакремниевой кислоты, продающуюся в хозяйственных магазинах в виде мелкого порошка.

При контакте таких реактивов с водой образуется вещество с высокой клеящей способностью, выдерживающее нагрев до 1200 градусов, многократное замерзание и таяние.

Летучая зола

Для приготовления строительного раствора понадобится заданное количество продуктов сгорания твердого топлива, измельченных в порошок для достижения большей однородности. Специалисты рассчитали, что если сделать геополимерный бетон с содержанием золы в три четверти от общего объема компонентов, покрытая им конструкция будет намного лучше сопротивляться старению.

Изготовление

Все сыпучие вещества, входящие в состав геополимера, нужно смешать в отдельной емкости из укрепленного стекла, после чего аккуратно влить в них воду, охлажденную до комнатной температуры. Во избежание неравномерного твердения, раствор помешивается деревянной лопаткой, пока не станет полностью однородным.

Признаком происходящей реакции станет нагрев смеси, сопровождающийся выделением пузырьков углекислого газа. Если подвергнуть состав дополнительной тепловой обработке, нагрев его до 80 градусов, он отвердеет уже за сутки. Застывание в стандартных условиях растянет этот срок на неделю, но химические процессы, проходящие внутри бетона, сделают из него прочную монолитную конструкцию, хорошо подходящую для строительства.

Секреты опытных строителей

Хороший бетон для ремонтных работ можно сделать, добавив к стандартной основе водорастворимые смолы и поливиниловый спирт. Органичные полимерные добавки, входящие в состав раствора, не должны превышать пятой части его общей массы. Отвердителем для данной рецептуры выступят производные полиэтилен-полиамина, работа с которыми полностью соответствует приготовлению бетона с традиционным составом.

В бетономешалку или любую подходящую емкость заливается подготовленный цемент, смешанный с водой, засыпаются порошковые полимеры, и тщательно перемешиваются до образования тестообразной массы.

Обеспечить быстрое схватывание готовой смеси можно путем ее заливки в опалубку с электродами размером в 1 м3. Бетон отстаивается в ней около часа, и все это время автономный генератор энергии будет пропускать сквозь него ток. Когда блок полностью затвердеет, его извлекают из опалубки, очищают форму от остатков раствора и заливают следующую порцию.

Бюджетным вариантом для владельца недвижимости станет изготовление геобетона своими руками. Разнообразие веществ, входящих в его состав, позволит выбрать материал с заданными свойствами и параметрами, оптимальными для данного региона строительства. Чаще всего к цементу добавляется глина, известь или гипс. Замедлить твердение последнего поможет водный клеевой раствор, производные щелочи или гашеная известь. Один процент активного вещества, внесенный в строительную смесь, увеличит сроки схватывания на 40-60 минут.

tehno-beton.ru

состав, сфера применения, рецепт, технология изготовления

Дата: 13 марта 2017

Коментариев: 0

Как сделать геополимерный бетон своими руками?

Благодаря внедрению современных строительных технологий появляются новые материалы, имеющие уникальные свойства и эксплуатационные характеристики. В процессе изысканий перед строителями ставится задача создания надежных материалов, характеризующихся экологической чистотой. Геополимерный бетон — именно такой строительный материал. Его основа — ингредиенты природного происхождения, об этом говорит приставка «гео».

Секрет геополимерного материала имеет древнюю историю, берущую корни много столетий назад. В наше время специалисты усовершенствовали рецептуру и разработали технологию, позволившую создать безвредный для окружающих материал, который по ряду параметров может конкурировать с традиционным бетоном.

Изготовление экологически чистого состава производится промышленным путем, но зная рецептуру и соблюдая технологию, геополимерный бетон своими руками изготовить достаточно просто. Рассмотрим детально, что такое полибетон, уточним состав, изучим свойства материала и рецептуру.

Состав

Полибетон характеризуется низкой, по сравнению с традиционным бетоном, ценой, связанной с применением недорогих и доступных компонентов:

мелкодисперсной золы — продукта, вырабатывающегося при работе отопительных пунктов и производственных предприятий. Она применяется в качестве связующего вещества;

модификатора, обеспечивающего твердение полимерного массива;
кальциевого гидроксида, силиката, или жидкого стекла, используемых для обеспечения рабочих свойств массива;
шлаков, являющихся отходами ряда предприятий металлургической сферы.
воды, применяемой при смешивании ингредиентов.

Одно из самых важных свойств инновационной бетонной смеси – набор максимальной прочности за короткое время: чтобы полностью затвердеть, ей нужна всего неделя

Базовый состав остается неизменным, однако строители постоянно занимаются улучшением рецептуры, введением новых компонентов, улучшающих эксплуатационные характеристики геополимерного бетона. Не представляет сложности приобрести требуемые компоненты, что позволит легко сделать геополимерный бетон своими руками.

Особенности и сфера использования

Структура полимерного бетона близка к природному камню, что позволяет применять полимерный композит в строительной отрасли, а также использовать полимерный раствор для отливки изделий декоративного назначения. Высокие прочностные характеристики позволяют использовать полибетон для архитектурных целей.

Полимерный композит устойчив к воздействию коррозионных процессов, сохраняет целостность под воздействием природных факторов, не склонен к появлению трещин, не разрушается под воздействием агрессивных жидкостей. Указанные особенности материала значительно расширяют сферу использования.

Материал позволяет возводить высотные здания, применяется в специальных строительных конструкциях. Благодаря натуральности применяемых ингредиентов, внутри помещения создается благоприятный микроклимат. Особенности структуры позволяют при выполнении строительных работ в два-три раза уменьшать толщину возводимых стен с сохранением комфортной температуры помещения.

Как утверждают специалисты, геополимерный бетон – продукт с большим будущим: в отличие от портландцемента его используют при изготовлении облегченных конструкций

Устойчивость к возгоранию обеспечивает возможность строительства жилых зданий и помещений производственного назначения. Повышенная пластичность, ускоренное твердение полимербетона позволяют изготавливать скульптуры, барельефы, а также архитектурные памятники.

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.

Рецептура

Рецептура полибетона постоянно улучшается специалистами в области строительства. Отсутствует стандартная пропорция, зависящая от особенности применяемых компонентов и назначения материала. Однако имеются проверенные рецепты, позволяющие подготовить геополимерный бетон своими руками.

Применяемые в бытовых условиях ингредиенты не отличаются от промышленных. Они берутся в ограниченных объемах, необходимых для выполнения определённой задачи. Рассмотрим базовую рецептуру, позволяющую приготовить 20 килограмм полибетона.

Домашние мастера, которые решили сделать геополимерный бетон своими руками, интересуются в первую очередь точным составом смеси

Для приготовления смеси потребуется (в килограммах):

зола — 6,6;
жидкое стекло — 4,0;
гидроксид калия — 1,8;
шлак — 6,6;
вода — 11.

Указанный рецепт проверен домашними умельцами и положительно зарекомендовал себя для бытовых целей.

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.

Подводим итоги

В материале статьи представлены рекомендации и рецептура, позволяющие изготовить геополимерный бетон своими руками. Освоив технологию и экспериментальным методом определив количество вводимых компонентов, можно самостоятельно освоить процесс производства. Он достаточно кропотливый, но если запастись терпением – все получится!

pobetony.ru

Геополимерный бетон своими руками: рецепт и пропорции

В современном строительстве этот бетон стал применяться недавно. Он относится к экологически чистым материалам, применяемым в строительстве.

Геополимерный бетон затвердевает очень долго, в течение 28 дней.

Несомненным плюсом является то, что для того, чтобы изготовить геополимерный бетон своими руками, не потребуется дорогостоящих компонентов. При изготовлении используются:

Зола уноса.
Специальный отвердитель.
Гидроксид калия.
Жидкое стекло.
Шлак.

Ненатуральными компонентами являются в составе жидкое стекло и гидроксид калия. Зола или зольная пыль, которая используется при изготовлении, это компонент, обладающий высокими физическими и технологическими свойствами. Шлак и зола — материалы, до недавнего времени не перерабатывавшиеся должным образом и наносящие своими скоплениями ущерб экологии. Плюсом является то, что сырья для изготовления композитного бетона у человечества неисчерпаемое количество.

Рецепт и пропорции для изготовления

Изготовить геополимерный бетон можно путем смешивания компонентов в строгих пропорциях при очень низкой температуре.

Геополимер состоит из шлака, смеси зольной пыли, жидкого стекла и других веществ.

По структуре этот новый строительный материал напоминает натуральный камень, а сделать его своими руками при наличии всех ингредиентов несложно.

Добавление шлака обеспечивает геополимерный бетон высокой прочностью, но при этом появляется побочный эффект в виде усадочных трещин. Чтобы избежать этого, шлак смешивают с золой уноса в пропорции 50:50, тогда смесь приобретает необходимое качество.

Официально разработка рецепта, по которому каждый своими руками может изготовить геополимерный бетон, ведется по сей день. Поэтому еще не предоставлен твердый список и пропорции для состава, и люди, интересующиеся вопросами экологически чистого строительства, экспериментируют с составами самостоятельно.

Для того чтобы на выходе получить 0,4 литра бетона, смешивают следующие ингредиенты, со строгим контролем пропорций:

Схема устройства бетоносмесителя.

Гидроксид калия 40% — 80 гр.
Жидкое стекло — 100 гр.
Шлак — 300 гр.
Зола уноса — 300 гр.
Вода — 52 гр.

По этим пропорциям, взятым за основу, рассчитывают необходимый объем бетона. Использующиеся в составе геополимеры присутствуют в свободной продаже. Стоит изготовленный самостоятельно геополимерный бетон дороже, чем привычный портландцемент для бетонной смеси.

Замедлить скорость схватывания, по которой геополимерный бетон значительно превышает бетон обычный, можно при помощи декагидрата тетрабората.

Вернуться к оглавлению

Особенности и секреты изготовления

Часто в бетон добавляют водорастворимые смолы, латексы и ПВА. Применение ПВА оправдано в особой консистенции, где в роли эмульгатора — поливиниловый спирт.

Когда смесь высыхает, на поверхности бетон образует кристаллизующуюся тонкую твердую пленку, набухающую при поглощении воды. Следовательно, чтобы сделать такой бетон, нужно исключить повышенную влажность. При повторном и последующих высыханиях прочность полимербетона возвращается к прежним значениям.

Количество всех вводимых добавок устанавливается исключительно экспериментальным путем. Приготовление не сильно отличается от приготовления обыкновенного цемента, и бетоносмеситель тоже понадобится. В первую очередь закладывают воду, а затем засыпается зола и шлак. Этот состав тщательно перемешивается, а затем к нему добавляются полимеры, и весь состав до готовности перемешивают.

Вернуться к оглавлению

Характеристики и сравнение

Геополимерный бетон, или, как его еще называют, композитный, обладает по сравнению с классическим большей устойчивостью к коррозии, меньшим временем застывания. Окончательное затвердевание происходит через неделю, а у классического бетона этот срок составляет месяц. Уже через два дня на конструкциях из полимерного бетона можно проводить начальные работы.

Плюсом в сравнении с портландцементом является более высокий уровень сцепления с любой поверхностью. Также этот материал обладает высокой степенью сопротивляемости изгибу и растяжению, устойчивостью к кислотному воздействию и температурным перепадам.

Многие эксперты считают, что будущее строительства именно за этим материалом, так как переход на геополимеры позволит создавать более качественные постройки. Небоскребы и мосты приобретут большую устойчивость, так как получаемый из золы и шлака раствор более эластичен. От разрушения под высокими температурами постройки тоже будут защищены, так как геополимерный бетон обладает хорошей пожаробезопасностью. В качестве эксперимента бетонный блок был раскален до температуры 230 градусов и находился в такой температуре около 2-х суток. После окончания эксперимента, когда бетон остыл, на нем не было обнаружено ни одной трещины.

Существует теория, согласно которой именно из полимерного бетона построены были много веков назад новоегипетские пирамиды. Но большинство ученых-исследователей все же считает, что камни, используемые при постройке пирамид, были нерукотворные, а самые обыкновенные природные. Вопреки теории, они не содержат щелочных алюмосиликатов, которые и определяют геополимер, и структура известняка не нарушена.

Открытие таких материалов для повсеместного широкого использования решает две проблемы современного строительства сразу: не нужны дорогостоящие материалы и не загрязняется окружающая среда.

moifundament.ru

состав, виды, плюсы и минусы, технология изготовления

Дата: 13 марта 2017

Коментариев: 0

Полимерный бетон

В процессе развития строительных технологий появляются новые материалы и бетонные смеси, для приготовления которых используются специальные наполнители. Это позволяет создать прочные композитные материалы, обладающее высокими эксплуатационными характеристиками, декоративными свойствами. Полимербетон — один из таких составов, завоевывает популярность на рынке строительного сырья.

Материал, наряду с традиционными составляющими — песком и щебнем, включает в качестве вяжущего вещества полимерные смолы на эпоксидной, фурановой, полиэфирной основе. Полимерный бетон востребован в строительной отрасли, используется для создания скульптур, изготовления оригинальной мебели, а также в ритуальной сфере.

Полимербетон (литьевой камень, полимерцемент, бетонополимер, пластобетон, пластбетон) был изобретен в Америке как более прочная и долговечная альтернатива обыкновенному бетону

Бетон полимерный обладает рядом серьезных преимуществ, связанных с улучшенными по сравнению с обычным бетоном механическими характеристиками, устойчивостью к агрессивным средам, легкостью, расширенной цветовой палитрой, позволяющей имитировать натуральный камень. Потребители композита убедились, что это надежный состав, имеющий широкую сферу применения. Рассмотрим материал детально, вникнем в технологию, оценим достоинства и недостатки, изучим рецептуру.

Достоинства материала

Композитный бетон, благодаря особенностям рецептуры, обладает рядом положительных характеристик. Он применяются в различных ситуациях, где использование традиционного бетона не обеспечит желаемого результата.

Главное преимущество композита:

Повышенная устойчивость к проникновению влаги внутрь композитного массива. Водные капли быстро испаряются с поверхности материала, не успеваю насытить его разрушающей влагой.
Стойкость к значительным температурным перепадам, позволяющая полимерному бетону сохранять целостность, независимо от продолжительности и количества циклов замораживания.
Этот материал являет собой один из новых видов бетонных смесей, где вместо силиката либо цемента (используемых во время приготовления обычного бетона) применяется полимер
Устойчивость материала к агрессивным веществам, химическим реагентам, позволяющая применять полимербетон в различных областях без защиты поверхности с помощью специальных покрытий.
Возможность восстановления поврежденных механическим путем участков композитного массива с использованием реставрационной смеси.
Повышенные прочностные характеристики при относительно небольшой массе композита, позволяющие производить различную продукцию, с расширенными эксплуатационными свойствами.
Отсутствие шероховатости на идеально гладкой, абсолютно не скользкой поверхности материала. Такое свойство позволяет искусственному камню длительное время оставаться чистым, а, при необходимости, различные загрязнения несложно удаляются с поверхности материала.
Расширенная цветовая гамма полимерного бетона, имитирующего природный мрамор, малахит, гранит. Созданный искусственный камень сложно отличить от настоящего, что позволяет обеспечить широкую сферу применения композита.
Возможность вторичной переработки, использования при изготовлении технологических отходов, что значительно снижает себестоимость продукции, выпускаемой в условиях безотходной технологии.

Плюсы:прочность, небольшой вес, ударная стойкость, упругость в разы выше, чем у обычного бетона

Слабые стороны

Наряду с положительными моментами у полимерного бетона имеются недостатки:

восприимчивость к воздействию открытого огня и повышенной температуры, вызывающая разрушение материала;
повышенная, если сравнивать с бетоном, цена, что обусловлено затратами на приобретение специальных смол.

Компоненты полимерного бетона

Желая приготовить полимербетон в бытовых условиях, изучите состав композита. Для приготовления полимерного бетона используйте следующие ингредиенты:

Связующее вещество, в качестве которого используются карбамидоформальдегидные, полиэфирные, эпоксидные и фурфуролацетоновые смолы.
Крупнофракционный щебеночный наполнитель. Размер щебеночной фракции, необходимой для формирования композита, может составлять до 4 сантиметров, однако щебень размером 1-2 см должен составлять основную часть состава.
Просеянный и очищенный кварцевый песок. Крупность кварцевых частиц не должна превышать 5 мм, наличие глинистых включений, пыли не допускаются.
Для полистиролбетона (где в качестве заполнителя берут полистирол) имеются свои стандарты
Измельченный порошок графита крупностью не более 0,15 мм, кварцевая мучка, применяемые в качестве молотого наполнителя, сокращающего потребность в дорогостоящих смолах.
Строительный гипс, применяемый при наличии в рецептуре композита карбамидоформальдегидной смолы.
Поверхностно-активные вещества, добавки с антисептическими свойствами и ингредиенты, увеличивающие объем массива, повышающие теплоизоляционные свойства готового композита.

Классификация

Полимербетон в зависимости от концентрации наполнителя, доля которого в общем объеме составляет до 80%, делятся на классы:

особо тяжелый, кубический метр, которого весит от 2500 до 4000 кг;
тяжёлый, плотностью составляющей 1800-2500 кг/м3;
легкий с удельным весом 500-1800 кг/м3;
облегчённый, масса кубометра не превышает 500 килограмм.

Сфера использования

Полимерный бетон применяется в различных областях, является основой для изготовления различных видов изделий:

Столешниц, получивших широкое распространение, применяемых на кухне в качестве модного аксессуара. Изделия отличаются практичностью, гигиеничностью, высоким ресурсом эксплуатации, гармонируют с помещением. При визуальном восприятии изделие из композита сложно отличить от естественного минерала. Стойкость к механическому воздействию у композита выше, чем у природного камня.

Используют литьевой камень достаточно широко

Покрытий полов, отличающихся простотой мытья и ускоренной установкой. Покрытия характеризуются пластичностью, устойчивостью к воздействию ударных нагрузок и низкими затратами, связанными с монтажом. Длительный ресурс эксплуатации позволяет при толщине слоя до 2 мм эксплуатировать материал в течение 10 лет.
Элементов декорирования, используемых в фасадных конструкциях. Полимербетон проблематично отличить от натурального гранита или мрамора, который он успешно имитирует. Благодаря незначительному весу полимерных изделий, отсутствует необходимость возводить усиленное основание, дополнительно укреплять конструкцию. Материал невосприимчив к воздействию температуры и влажности, легко устанавливается, долговечен, имеет оригинальную фактуру.
Памятников и ограждающих конструкций, применяемых для ритуальных целей. Устойчивостью полимерного массива к воздействию погодных факторов с сохранением целостности, обеспечило популярность композитного бетона, применяемого для ритуальных целей. Идеальная гладкость и блестящая поверхность продукции позволяют изделиям сохранять внешний вид, находясь в природных условиях.

Из полимербетона делают полы и лестницы, тротуарную и облицовочную плитку, строительные конструкции, водоотводные лотки, скульптуры и памятники, фонтаны

Кроме того, технология позволяет использовать бетон полимерный для изготовления:

подоконников;
перильных ограждений;
поручней;
балясин;
лепных изделий декоративного назначения;
лестничных маршей;
опорных колонн;
элементов каминов;
моек.

Этапы изготовления

Технология приготовления полимерного бетона и изготовления продукции предусматривает следующие этапы:

Подготовку ингредиентов.
Смешивание.
Формовку.

Остановимся на особенностях каждой стадии.

В процессе изготовления материала самой главное – оптимальный подбор компонентов, соответствующий назначенной цели

Как подготовить ингредиенты?

Ознакомившись с составом композита, подготовьте составляющие для осуществления замеса:

очистите от инородных включений, промойте гравий, являющийся заполнителем;
просейте кварцевый песок;
высушите фракцию, обеспечив концентрацию влаги до 1%.

Приготовление смеси

Готовьте полимерный состав по следующему алгоритму:

Поместите в миксер щебень, кварцевый песок и заполнитель, соблюдая предложенную последовательность.
Смешайте компоненты на протяжении 2 минут, добавьте воду, произведите повторное смешивание.
Размягчите связующее, используя растворитель.
Введите в смолу пластификатор, перемешайте.
Размещайте с заполнителем связующее вещество, введите отвердитель.
Тщательно перемешайте на протяжении 3 минут.

Состав готов, следует сразу начинать заливку, так как материал быстро твердеет.

Заливка

Производите работы, соблюдая последовательность:

нанесите на поверхность формы смазочное масло или технический вазелин, исключающие прилипание;
заполните композитом емкость, выровняйте поверхность;
уплотните раствор на вибрационной площадке;
извлеките готовое изделие через 24 часа.

Итоги

Ознакомившись с технологией, можно самостоятельно изготовить полимербетон. Консультация профессиональных строителей позволит избежать ошибок. Удачи!

pobetony.ru

Геополимерный бетон, его состав и рецепты приготовления своими руками

Геополимерный, или как его еще называют, природный, композитный бетон – это новейший экологически безопасный строительный материал. Приставка «гео», говорит о том, что при его изготовлении используются только природные натуральные компоненты. Джозеф Давидовец, в 1978 году ввел понятие «геополимер», а в луизианском Технологическом Университете, спустя несколько десятилетий, группой ученых под руководством профессора Эреза Эллоче был разработан и исследован состав этой инновационной бетонной смеси.

Состав и свойства

В состав геополимерного бетона входят только натуральные компоненты, такие как жидкое стекло, зольная пыль, так называемая «летучая зола», шлак и другие составляющие, служащие для связывания и закрепления смеси. Изготавливают его посредством смешивания указанных компонентов в четко выверенной пропорции, при очень низких температурах. Благодаря химическим процессам, происходящим в такой смеси, получается монолит, который по своим свойствам в несколько раз превосходит обычный портландцемент.

Согласно проведенным исследованиям, геополимер очень устойчив к коррозии, а также на 90% меньше, чем стандартные бетоны, выделяет различных газов, способствующих возникновению «парникового эффекта». Лабораторные испытания также показали огромную огнеупорность данного материала – он способен выдержать до 1 316 °C, а также прочность на растяжение и сжатие.

Кроме этого, он очень устойчив к воздействию различных агрессивных сред, в том числе и к воздействию кислоты. В отличие от обычного бетона, например для скульптур, геополимерный обладает очень низкой проницаемостью, равной проницаемости натурального гранита и значительно меньшей усадкой.

Помимо низкой проницаемости и высокой прочности, отличной устойчивости к температурным и кислотным воздействиям, небольшой усадке, геополимер является быстро затвердевающим и устойчивым к многократным циклам «оттаивания-замораживания». К тому же, в отличие от обычного бетона, он имеет значительно меньший вес.Ученые в разных странах продолжают улучшать и совершенствовать свойства, чтобы он мог быть использован как при жилищном, так и транспортном строительстве. Производство развивается и в России. Сочетая в себе бетон и экологически безопасную древесину, данный материал довольно дешев.

Для изготовления используется измельченная древесина, которая в дальнейшем вымачивается в воде и обрабатывается озонатором. После подобной обработки, полученную древесную массу закладывают в бетономешалку и соединяют с вяжущими компонентами смеси. После перемешивания смесь заливают в пространство между опалубкой, которая является одновременно и электродами. Ее размер — метр на метр. От автономного источника энергии через преобразователь, в течение часа, на смесь воздействуют электрическим током через опалубку-электроды. После затвердевания обрабатываемого фрагмента, опалубку снимают и переставляют дальше.

Приготовление

Узнав об уникальных свойствах, многие из тех, кто самостоятельно занимается строительством, пытаются найти информацию о том, как можно изготовить геополимерный бетон своими руками и из доступных материалов. Действительно, это возможно. Все дело в том, что необходимы хорошие знания физико-химических свойств и особенностей ингредиентов, а также возможность экспериментировать, так как точной рецептуры и пропорций компонентов, входящих в состав бетона геополимерного типа нет. Вернее сказать, рецептура есть у ученых и производителей, но вот делиться ею и технологией изготовления композитного бетона никто не спешит. Это значит, что получить достойный результат можно только методом «проб и ошибок».

Если вы все же хотите поэкспериментировать, то помните, что наиболее часто в качестве вяжущих компонентов используют водорастворимые смолы или ПВА, особой консистенции. Содержащийся в таком ПВА поливиниловый спирт служит эмульгатором для смеси.

Для того чтобы создаваемая вами бетонная смесь получилась качественной, полимеры или любые другие органические добавки должны составлять около 20% от всей массы цемента. Масса наилучшего качества получается при введении в состав полиамидной или эпоксидной водорастворимых смол, с последующим добавлением полиэтилен-полиаминового отвердителя.

Приготавливаются геополимерные бетонные растворы аналогично стандартным смесям из цемента. В бетономешалку закладывается вода с небольшим количеством цемента, специально предназначенного для полимербетона. После цемента, в смесь вводят, в равных долях, зольную пыль и шлак. Все это тщательно перемешивается, после чего добавляют полимерные компоненты, и всю смесь перемешивают до готовности.

hardstones.ru

Что такое геополимерный бетон?

Во все времена учеными проводились опыты и эксперименты, на которых исследовались смеси, сочетающие природные и искусственные компоненты. Такой тандем позволял получать материалы с более высокими эксплуатационными качествами, поскольку элементы искусственного происхождения усиливали все показатели тех составляющих, которые дала природа. Материалы, полученные таким путем, назывались композитными или полимерными. Один из них – геополимерный бетон, который является новейшим экологически чистым и безопасным стройматериалом. Приставка «гео» (на греческом – «земля») является подтверждением, что новый материал содержит только натуральные ингредиенты.

Инновационная бетонная смесь не является чем-то новым – она уже была известна человеку еще в древности: при строительстве пирамид в Египте использовался подобный стройматериал. К сожалению, его точная рецептура осталась тайной для современного человека, но благодаря внедрению новейших технологий ученые смогли восстановить примерный состав, технологию и получить почти такой же аналог, каким был геополимерный бетон в древности. Но это факт только исторический и к современному строительству он относится лишь частично.

Описание инновационного раствора

Одно из самых важных свойств инновационной бетонной смеси – набор максимальной прочности за короткое время: чтобы полностью затвердеть, ей нужна всего неделя, тогда как традиционному раствору для этого понадобится ровно в 4 раза больше времени.

Геополимерный бетон, как и портландцемент, состоит из нескольких компонентов, но их состав значительно разнится. Новый раствор состоит в основном из золы и шлака – отходов разных отраслей. Ранее подобные отходы совершенно не перерабатывались и только загрязняли окружающую среду. Конечно, выпуск инновационных стройматериалов не решит эту проблему сразу, зато зола и шлаки станут значительной сырьевой базой для их изготовления.

Преимущества применения

Как утверждают специалисты, геополимерный бетон – продукт с большим будущим: в отличие от портландцемента его используют при изготовлении облегченных конструкций. Но это не все: по своим теплосохраняющим характеристикам новая бетонная смесь намного превосходит другие стройматериалы, которые используются при возведении зданий. Например, стена из этого геополимера толщиной всего в 30 см сохраняет тепло так же, как кирпичная, но толщиной в 1,25 м.

Соответственно, применяя для строительства инновационный раствор, можно значительно сэкономить средства:

Можно возводить здания, используя меньшее количество стройматериалов.
Благодаря низкой теплопроводности геополимерного стройматериала снизятся расходы на обогрев помещений в них.

Основные характеристики

По утверждению специалистов, геополимерный бетон является стройматериалом будущего, поскольку обладает прекрасными эксплуатационными характеристиками, такими как:

Малая усадка.
Высокая прочность на сжатие.
Устойчивость к кислотам.
Низкая проницаемость. Этот показатель почти равен аналогичному показателю гранита.
Отличная устойчивость против высоких температур – до +1300°. Ученые провели эксперимент: на протяжении 120 минут подвергали панели из геополимерного бетона и портландцемента воздействию очень высокой температуры. После этого изделия из инновационной смеси остались совершенно целыми, в то время как на панелях из портландцемента появилось много трещин и сколов.

Но самым ценным свойством рассматриваемого нами раствора является то, что он выделяет минимум парниковых газов.

Если сравнивать структуру нового стройматериала, то она напоминает таковую натурального камня, благодаря чему имеет более высокие свойства, чем обычный раствор. Но самое главное – можно приготовить геополимерный бетон своими руками, поскольку это совсем не сложно. Необходимо только подготовить нужные для работы составляющие.

Особенность состава

Рецептура является достаточно простой, а компоненты – доступными: зольная пыль, вода, гидроксид калия, жидкое стекло и шлак. Последний ингредиент необходим для придания прочности и долговечности. Но он один не может защитить готовые изделия от растрескиваний, которые неизбежны во время усадки. Этот недостаток устраняет наличие зольной пыли. Более того, оба компонента укрепляют бетонную смесь, и она сможет устоять перед любыми негативными факторами.

Почему именно зольная пыль? Потому что даже сам по себе этот компонент обладает высокими технологическими и физическими свойствами, поэтому введение его в состав помогает повысить прочностные показатели готовых изделий (до уровня гранита).

Также усилить прочность стройматериала призваны входящие в состав алюминиевые силикаты. Они, вступая со щелочью в реакцию, полимеризуются. Благодаря этому образуется твердый монолит. Именно эта реакция компонентов послужила толчком к появлению другого названия материала - его называют шлакощелочной бетонной смесью.

Подготовка к работе

Прежде чем приступить к работе, нужно подготовить:

Емкости.
Инструменты.
Спецодежду.
Респиратор.
Очки.
Перчатки.
Весы, чтобы контролировать пропорции.
Опалубку или форму, куда будет отливаться готовый раствор.

Важная деталь: для перемешивания нужно взять лопатку из такого материала, который не будет вступать в реакцию со щелочами. Лучше всего подойдет инструмент из дерева.

Что немаловажно: смешиваясь, компоненты выделяют тепло, поэтому для перемешивания нужно взять емкость, устойчивую к повышенной температуре. Если необходимо, чтобы готовый раствор быстрее застыл, можно проложить электролиты в опалубке. В таком случае их нужно тоже заранее подготовить.

Рецепт приготовления

Домашние мастера, которые решили сделать геополимерный бетон своими руками, интересуются в первую очередь точным составом смеси. В Сети нет готового рецепта, поскольку производители держат его в тайне, а ученые продолжают работать над совершенствованием инновационного стройматериала. Можно найти много вариаций рецептуры, но при этом изначально предложенный основной состав остается практически неизменным.

Следуя ему, на изготовление 1,0 л геополимерного раствора нужно подготовить:

550 г зольной пыли и столько же шлака;
110 г воды;
240 г жидкого стекла;
180 г 45 % КОН.

Все компоненты есть в продаже, и найти их можно без проблем. Конечно, стоимость полученных в итоге изделий будет выше, чем аналогов из обычного портландцемента, зато их прочность намного превосходит бетонные элементы.

Технология приготовления

Если имеются все необходимые составляющие и инструменты, можно и самому приготовить геополимерный бетон. Технология достаточно проста, но только нужно строго соблюдать все рекомендации:

В помещении, где проводится работа, должна быть низкая влажность, чтобы гидроксид калия не «поплыл». Из-за этой особенности гидроксид обычно распаковывают только перед тем, как положить в раствор.
КОН является достаточно агрессивным материалом, поэтому работать с ним нужно, используя защитные средства - перчатки и очки.
Жидкое стекло тоже считается гигроскопичным и агрессивным – с ним нужно быть не менее осторожным.
Все работы по замешиванию нужно проводить быстро.

Если используется бетономешалка, работать предстоит в следующей последовательности:

Залить воду. Использовать холодную жидкость нельзя – она должна быть теплой.
Засыпать шлак и золу.
После того как все хорошо перемешается, добавить полимеры.
Снова перемешать до получения однородного раствора.
Залить смесь в формы.

Важная деталь: летучая зола является веществом с достаточно сомнительной экологической репутацией, но благодаря её применению бетонная смесь приобретает более высокую прочность, которую сохраняет очень долгое время. Поэтому если важно получить прочный материал, можно использовать и золу, но если важнее экологичность, золы можно взять меньше, а часть ее заменить цементом.

Формование изделий

Чтобы изготовить детали нужного размера и формы, можно использовать те же опалубки, что и для обычного портландцемента. Их необходимо заранее очистить и смазать отработанным или любым другим (даже растительным) маслом. После этого устанавливается арматура (если это необходимо), и лишь затем форма заполняется бетонным раствором. При заливке нужно следить, чтобы не осталось внутри пустот, из-за которых плиты из геополимерного бетона могут в будущем растрескиваться.

Уже через сутки заготовки затвердеют: на их поверхности образуется пленка. Ее наличие повысит монолитность материалов, и они смогут выдерживать более высокие нагрузки.

Варианты растворов

Для любителей экспериментов этот материал представляет широкое поле для внедрения любых задумок: изготавливая бетонную смесь, можно использовать любые органические вещества. Так, вяжущими компонентами могут послужить водорастворимые смолы. Еще один вариант - использовать вместо смол ПВА, тогда эмульгатором будет поливиниловый спирт, который есть в его составе.

Некоторые используют при изготовлении измельченную древесину. Ее вымачивают в воде и обрабатывают озонатором, после чего закладывают в бетономешалку для соединения с другими компонентами, чтобы получить в итоге геополимерный бетон. Как сделать так, чтобы полученный раствор, приобретя нужную форму, быстрее затвердел? Для этого его заливают в опалубку с электродами, через которые затем в течение 60 минут воздействуют электротоком. Причем электричество берется не от сети напрямую, а пропускается через преобразователь. После того как обрабатываемый фрагмент затвердеет, с него снимают опалубку и изготавливают следующий элемент.

Приобретение готовых смесей

Далеко не каждому потребителю или мастеру нравится экспериментировать - многие предпочитают не делать строительный бетон, а приобретать уже готовый, тем более что никаких затруднений с поиском состава не возникает: уже более 4 лет в России выпускаются геополимерные бетоны на основе глинистого сырья РТ. Производители предлагают разные марки, стоимость которых зависит от количества компонентов и их пропорций. Приобрести стройматериал можно в виде сухих смесей, в которых нет затвердителя.

В продаже есть готовые составы и российского, и зарубежного производства. Их отличия – стоимость и скорость затвердевания.

Представляет интерес продукция следующих торговых марок России:

«Каменный цветок».
«Себряковцемент».
«Евроцемент груп».

Из зарубежных фирм пользуются популярностью материалы таких компаний:

Немецкая Heidelberger Cement.
Испанская GRUPOSUBDI.
Французская LAFARGE.

Достоинства готовых материалов

Сегодня можно приобрести уже готовые бетонные заготовки разных марок. Они изготавливают с учетом следующих показателей:

Водонепроницаемость – марки W 2-W 12.
Морозостойкость – марки от F 50 до F 300.
Прочность – марки от М 50 до М 500.

Кроме того, в готовых смесях - для удобства в работе - объем частей каждого вида наполнителей может варьироваться в зависимости от желаемого конечного результата. Цемент в геополимерный бетон тоже входит, но его часть заменяет зольная пыль. Ее количество должно равняться сумме частей щебня, песка и цемента.

fb.ru

Композиты и бетон, фибробетон, армированный волокнами и композитной арматурой бетон

Перевод и редакция: Третьяков Павел Андреевич

Преимущества композитных материалов отлично проявляются в строительстве и при армировании бетона.

Бетон является недорогим и многогранным строительным материалом, который используется во многих приложениях. В этой статье дана информация о том, как сделать бетон стойким к различным внешним воздействиям и нагрузкам, что позволит обеспечить его длительное функционирование.

Бетон является истиным композитом и состоит из гравия и песка, которые связаны между собой при помощи цемента, а металлическая арматура обычно добавляется для усиления прочности бетона. Бетон великолепно ведет себя при нагрузках на сжатие, но при растяжении становится хрупким и непрочным. Растягивающие напряжения, как и усадка бетона во время отверждения, приводят к появлению трещин, в которые попадает вода. Это в свою очередь приводит к коррозии металлической арматуры, ее разрушению и существенной потере целостности бетона.

Композитная арматура обладает великолепным сопротивлением к коррозии, благодаря чему она прочно утвердилась на строительном рынке. Источник: Hughes Bros.

Пластики, усиленные волокнами (базальтопластик и стеклопластик) уже давно рассматриваются в качестве материалов, позволяющих улучшить характеристики бетона. Институт Бетона Америки и другие группы, такие как Японское Сообщество Гражданских Инженеров, помогли разработать спецификации и методы тестирования материалов на основе усиленных волокнами пластиков, многие из которых уже допущены к использованию и прочно закрепились в строительстве, где используется бетон и бетонные конструкции. «В дополнение к конструкторским документам теперь есть и методики тестирования материалов», - говорит Джон Бюсел, председатель ACI's Committee 440, общества, основанного в 1990 году с целью обеспечения инженеров и конструкторов информацией о композитных материалах. Методики тестирования описаны в руководстве ACI's Committee 440. «Мы также продолжаем уверенно работать над редакцией нашего доклада 1996 года, который обеспечит специалистов по бетону обновленной информацией с указанием новых приложений и рынков», - говори Бюсел.

Композитная арматура и изготовленные из нее армирующие сетки находят применение в различных приложениях. Также уже разработаны материалы на основе усиленного волокнами бетона, материала, в котором для армирования используются стальные или полимерные волокна. Такие усиленные волокнами бетоны (фибробетоны) используются при изготовлении настилов, напольных плит и сборных конструкционных частей.

КОМПОЗИТНАЯ АРМАТУРА

За последние 15 лет композитная арматура прошла путь от экспериментальных прототипов до эффективного заменителя стали во многих приложениях. «Стеклопластиковая арматура используется очень часто, и это весьма конкурентный рынок», - говорит Дуг Гремел, руководитель направления армирования неметаллами компании Hughes Bros. (Seward, Neb.), известного производителя армированных изделий. «В настоящее время база знаний об этом материале гораздо более полная, чем 10 лет назад».

Для некоторых проектов, таких как оборудование для магниторезонансной томографии в больницах, или пункты взимания дорожной платы, где используется радиочастотная идентификация определения уже оплативших покупателей, единственно доступным материалом является композитная арматура. Использовать стальную арматуру не представляется возможным, т.к. она взаимодействует с электромагнитными сигналами, генерируемыми оборудованием. Композитная арматура, в отличие от стальной, обладает электромагнитной прозрачностью и необычайной стойкостью к коррозии, кроме того композитная арматура легкая – ее вес составляет около одной четверти от веса аналогичной стальной арматуры, а теплоизоляционные свойства композита препятствует протеканию тепла в стройконструкциях. Два самых крупных производителя композитной арматуры - компания Hughes и компания Pultrall (Thetford Mines, Canada).

Для производства композитной арматуры обычно используется технология пултрузии, где армирующим наполнителем является ровинг из Е-стекла, а связующим винилэфирная смола. Продукты марки Aslan от компании Hughes производятся с спиральной закруткой, что придает им волнообразный профиль, а прутки марки V-ROD от компании Pultrall являются гладкими. Оба вида арматуры имеют наружное песочное покрытие, которое наносится в процессе производства. Это необходимо для придания шероховатости на поверхности арматуры, что способствует наилучшей адгезии в бетоне. По словам Гремела, для производства арматуры необходима высококачественная винилэфирная смола и волокна специально подобранного размера, что позволяет обеспечить прочность арматуры и достичь наилучшей коррозионной стойкости к щелочной среде в цементе.

Т.к. механические свойства стекла отличаются от свойств стали, структура бетона с применением композитной арматуры разрабатывается в соответствии с ACI 440.1R-03, руководством для проектирования и конструирования бетона, армированного стеклопластиковой арматурой. Компании Hughes и Pultrall являются членами Совета Производителей стеклопластиковой арматуры, который находится под покровительством Американского Общества Производителей Композитов, и вовлечены в разработку минимальных требований и норм для арматуры. Хотя композитную арматуру нельзя согнуть для получения нужных конструкций, Гремел считает, что это не является проблемой. «Стальную арматуру, покрытую слоем эпоксидной смолы, также нельзя согнуть без повреждения покрытия», - говорит Гремел. «Но мы можем изготовить изогнутую стеклопластиковую арматуру непосредственно при производстве в соответствии с предоставленным проектом». Появление новых методик тестирования бетонов, армированных композитной арматурой, дало собственникам и конструкторам гарантию, что произведенная структура будет вести себя именно так, как и ожидается. Гремел замечает, что руководство по тестированию будет приведено с стандарту ASTM.

Арматура марки V-ROD компании Pultrall поставляется в США эксклюзивно фирмой Concrete Protection Products Inc. (CPPI, Даллас, Техас). Президент CPPI', Сэм Стир рассказывает о последних проектах с использованием арматуры V-ROD, среди которых новый мост, перекрывающий шоссе I-65 в Графсте Ньютон , штат Индиана. Мост состоит из трех пролетов, общей длиной 58 метров и шириной 10,5 метров, с усиленным бетонным полотном, проложенным сверху I-образных стальных балок, установленных на бетонных опорах. Плита из бетона толщиной 203 мм в нижней половине усилена стальной арматурой с эпоксидным покрытием, а в верхней половине использованы композитные прутья V-ROD. Это сделано для усиления коррозионной стойкости бетона, т.к. в верхней части плиты наиболее высока возможность контакта с солями, использующимися для борьбы с обледенением на дорогах. Бетон в полотне был армирован двумя видами арматуры, с расстоянием от центров стержней 152 мм – арматурой #5 (16 мм в диаметре) в поперечном направлении, и арматурой #6 (19 мм в диаметре) в продольном направлении. При помощи исследователей из Университета Purdue University структура была оборудована сенсорами из оптоволокна, что позволило производить непрерывную оценку характеристик плиты посредством удаленного мониторинга. Стир говорит, что это первый проект мостового плотна с использованием композитной арматуры, сделанный Департаментом перевозок штата Индиана.

Мост O'Fallon Park в Колорадо был спроектирован полностью из композитной арматуры вместо традиционной стальной арматуры, и имеет монолитное композитное мостовое плотно. Источник: Hughes Bros.

Арматура из стеклопластика марки Aslan 100 от компании Hughes Bros. недавно была использована в бетонном мосту в Морисон, штат Колорадо, который был построен Департаментом Перевозок Колорадо при поддержке Города и Графства Денвер Паркс и Департамента Восстановления. При строительстве моста общей длиной 13.8 метра, который перекрывает Бир Крик, стеклопластиковая арматура использовалась в основаниях, опорах, откосных стеновых крыльях, парапетах и изогнутой монолитной бетонной арке. Цельная композитная плита, установленная наверху бетонной арки, была сделана компанией Kansas Structural Composites (Russell, Kan.). В литые элементы моста была вмонтирована композитная арматура нескольких типоразмеров, включая арматуру #5, #6 and #7 (19 мм в диаметре). Гремел подчеркивает, что потребовалось много изогнутых скоб и специальных форм, чтобы получить конструкцию в соответствии с проектом, и добавлет, что все конструкции были предварительно изготовлены на фабрике. Инженер CDOT Марк Леонард говорит, что прошлые проекты штата с применением композитной арматуры были успешны, и арматура марки Aslan компании Hughes была выбрана из-за более низкой предложенной цены. Несмотря на то, что настил моста подвергается минимальной транспортной нагрузке, Леонард говорит, что конструктор моста Парсонс Бринкерхоф при конструировании следовал всем рекомендациям ACI и использовал новые методики тестирования ACI440.3R-04 для сертификации используемых материалов.

Есть предположение, что рынок композитной арматуры станет еще более конкурентоспособным при использовании нового материала – базальтового волокна. Грахам Смит, исполнительный вице президент компании Sudaglass Fiber Technology (Хьюстон, Техас), производителя базальтового волокна, производство которого расположено в России и на Украине, говорит, что компания уже имеет задел на производственных мощностях в северном Техасе. По словам Смита, композитная арматура из базальтового волокна и эпоксидной смолы сейчас производится при помощи пултрузии на Украине, и находится в процессе сертификации для использования в строительстве в США.

Обладая лишь немного более высокой плотностью, чем стеклянное волокно, базальтовое волокно имеет существенно более широкий диапазон рабочих температур - от -260°C до 982°C, в то время как номинальный рабочий диапазон стеклянного волокна составляет от -60°C до 650°C. Температура плавления базальта - 1450°C, что делает его пригодным для использования в приложениях, требующих стойкости к огню. Как замечает Смит, базальт обладает превосходной стойкостью к щелочной составляющей в бетоне без использования специальных сортировок по размеру, которые используются для защиты стеклянного волокна.

Каким бы не был выбор армирования, композитная арматура, вероятно, обладает наибольшей привлекательностью для лиц,ответственных за принятие проекта. «Хорошим практическим результатом для инженера или конструктора, который решает проблему коррозии, является то, что при 5-7% увеличении затрат на материалы с использованием композитной арматуры вы продлеваете срок эксплуатации структур на 10-20 лет», - подводит итог Гремел.

СЕТКИ ИЗ КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ В СБОРНЫХ БЕТОННЫХ ПАНЕЛЯХ

С момента первого доклада CT об использовании в сборных бетонных конструкционных панелях полимерных сеток, усиленных волокнами ("Composite Solutions Meet Growing Civil Construction Demands," CT August 2002, p. 40), рынком был показан значительный рост, говорит Бюсел. «Область этих применений огромна и здесь существует огромный потенциал», - утверждает он.

Данное направление возглавляется группой AltusGroup, которая является консорциумом пяти производителей сборных бетонных панелей и производителя арматуры, компании TechFab LLC (Anderson, S.C.). Группа была сформирована специально для продвижения технологии CarbonCast, где в качестве вторичного армирования для замены традиционной стали или арматуры в сборных структурах применяются недавно разработанные углеродно-эпоксидные сетки C-GRID. TechFab - это долевое 50/50 объединение компании Hexcel (Дублин, Калифорния) и компании Chomarat Group (Le Cheylard, Франция). До настоящего времени членами AltusGroup являются Oldcastle Precast (Edgewood, Md.), HIGH Concrete Structures (Denver, Pa.), 2 компании, владельцем которых является Cretex Companies (Elk River, Minn.), и Metromont Prestress (Greenville, S.C.), но в группу также могут быть приняты новые участники в связи с возрастающим объемом продаж, говорит Джон Карсон, руководитель коммерческого развития TechFab и глава программы технологий C-GRID.

C-GRID является крупной сеткой из углепластиковой арматуры - материала на основе углеродных волокон и эпоксидной смолы. Используется как замена вторичной стальной армирующей сетки в бетонных панелях и архитектурных приложениях. Размер сетки меняется как в зависимости от бетона и типа заполнителя, так и от требований к прочности панели. Источник: AltusGroup

AltusGroup предлагает ассортимент продукции на основе CarbonCast, который включает конструкционные и не строительные изолированные панели и наружную облицовку. C-GRID обычно заменяет вторичные армирующие элементы на основе сетки из стальной арматуры. В качестве первичного армирования по-прежнему во многих случаях используется обычная стальная арматура. C-GRID производится в запатентованном квази-тканном технологическом процессе, при котором в открытой структуре совмещается наложенние основы и утка углеродных волокон, смоченных высокореакционной эпоксидной смолой. Размеры ячейки сетки изменяются в диапазоне от 25.4 мм до 76 мм, конечный размер зависит от требований к прочности панели, типа бетона и размера наполнителя. В процессе производства сетки ее поверхности придается шероховатость для улучшения прочностных связей с бетоном. В линейке продукции C-GRID компании TechFab также есть композитные сетки, содержащие стеклянные, арамидные или полимерные волокна в сочетании с любым ассортиментом смол. Композитные сетки, как содержащие, так и не содержащие углеродные волокна, находят применение в различных областях строительства, таких как декоративные элементы, монолитные бетонные конструкции, ремонт или восстановление.

Панели CarbonCast имеют существенные преимущества, говорит Карсон. Сетки C-GRID гораздо более легкие чем стальные, и обладают свойствами растяжения почти в 7 раз лучшими, чем сталь. Вероятность разломов бетонных конструкций вследствие усадки при высыхании существенно снижена, кроме того C-GRID не корродирует, благодаря чему на поверхности бетонных панелей не возникают коррозионные пятна, характерные для бетонных панелей, армированных стальной арматурой. Коррозийная стойкость композитных сеток позволяет использовать бетонное покрытие толщиной всего 6.35 мм, в то время как может потребоваться до 76.2 мм бетонного покрытия для защиты стальной сетки от воздействия влаги. Таким образом, вес бетонной панели может быть уменьшен на 66% по сравнению с обычными панелями, армированными только стальной арматурой. Более легкие панели позволяют снизить общий вес стены, благодрая чему требуется меньше стальной подструктуры. Это позволяет значительно снизить затраты на строительство конструкций. Сетка C-GRID также слабо проводит тепло, так что величина тепловой изоляции панели не меняется. Более того, в панелях с сеткой C-GRID могут быть прорезаны отверстия непосредственно на месте работ, что невозможно сделать при использовании стальной сетки для армирования. Все эти преимущества композитных сеток в итоге выражаются в снижении расходов на транспортировку и строительство конструкций.

На сегодняшний день было продано более 3 млн. кв. футов панельной продукции CarbonCast и спрос так высок, что TechFab недавно анонсировала строительство новой фабрики, которая вместит добавочную линию по производству сетки. Это, по словам Карсона, должно быть сделано в октябре этого года. Анонсируемые планы соответствует долговременному соглашению с компанией Zoltek Corp. (St. Louis, Mo.), являющейся поставщиком волокна Panex 35, которое используется в C-GRID. По словам Карсона, это соглашение обеспечит последовательные поставки для C-GRID во время первых лет запуска продукции. «Компания Zoltek была нашим первым поставщиком волокон и партнером с первого для этого проекта», - заметил Карсон.

Сборные панели использовались в различных проектах, таких как кинотеатры, церкви и парковочные гаражи. Последним проектом был офисно-складской комплекс Cardinal Health рядом с Балтимором площадью 332 000 кв. футов. Для этого проекта были отлиты панели CarbonCast длиной до 15.5 метров, используемые для формирования двухэтажных наружных вертикальных стен здания. Каждая панель является сэндвич структурой с изоляционным слоем пены толщиной 152 мм между облицовочными панелями, состоящими из наружной кирпичной перегородки толщиной 50 мм (бетонный слой) и внутренней кирпичной перегородки толщиной 100 мм. Сетка C-GRID, расположенная перпендикулярно к поверхностям панелей, соединяет внутреннюю и наружную облицовки, обеспечивая усиление на срез.

ФИБРОБЕТОН - АРМИРОВАННЫЙ ВОЛОКНАМИ БЕТОН

Фибробетон (бетон, в который для улучшения свойств введены короткие волокна - фибры) отлично зарекомендовал себя на протяжении десятилетий, и даже столетий, если учесть, что еще в Римской Империи строительные растворы готовили с добавлением конского волоса. Использование волокон в бетоне (армирование) усиливает его прочностные и упругие свойства за счет удерживания части нагрузки и предотвращения роста трещин при повреждении матрицы бетона. Доктор Виктор Ли из Университета штата Мичиган исследовал свойства высокоэффективных цементных композитов, армированных волокнами, которые являются чрезвычайно высокоэффективными подгруппами фибробетона. Виктор Ли считает, что признание этого материала будет расти, если будут сохранены его механические характеристики, низкая стоимость и простота получения.

«Использование фибробетона может привести к отказу от использования арматуры, работающей на срез, что в свою очередь приведет к снижению материальных и трудовых затрат», - говорит Виктор Ли. «Прореживаемая фибрами структура позволяет снизить объем материала и вес, что делает транспортировку фибробетона более легкой. Общее снижение затрат по этим статьям может легко оправдать расходы на использование материала, армированного волокнами».

Официальное признание фибробетона за последние пять лет способствовало подготовке стандартов и руководств по его использованию (смотрите CT July/August 2001, p. 44). С этого времени начался расцвет коммерческих приложений фибробетона.

Компания Lafarge SA (Париж, Франция), которая является гигантом стройтельной индустрии и материалов, вот уже около 10 лет продвигает свой высокоэффективный фибробетон под торговой маркой Ductal, нацелившись на широкий сегмент гражданского строительства. Ductal является смесью цемента, кварцевой крошки, кварцевой муки, мелкого кварцевого песка, пластификаторов, воды и стальных или полимерных волокон, обычно длиной 12 мм. Вик Перри, вице президент компании и генеральный директор направления Ductal, говорит, что специально подобранная комбинация мелкозернистых порошков создает максимальную плотность при отверждении бетона, что выражается в полном отсутствии пор и фактически исключает доступ влаги в матрицу бетона и предотвращает коррозию стальных волокон. Фибробетон с волокнами из поливинилового спирта обычно используется в архитектурных и декоративных приложениях, что предотвращает вероятность поверхностного травления, которое может проявится при коррозии стальных волокон в бетоне. Кроме того, это позволяет удалить абразивность в местах, где предполагается контакт человека с поверхностью бетона. Производителям изделий из бетона и поставщикам растворов материалы поставляются в мешках.

«Добавление волокон улучшает пластическую деформацию материала и позволяет ему выдерживать растягивающие нагрузки», - говорит Перри. «Волокна усиливают прочность и улучшают микроструктурные свойства бетона».

Выдерживаемые материалом Ductal нагрузки на сжатие зависят от типа используемых волокон и варьируются от 150 МПа до 200 МПа. У стандартного бетона эта величина составляет 15-50 МПа. Доказанная прочность на изгиб материала Ductal составляет 40 МПа, говорит Перри. Фибробетон Ductal, в котором использовались стальные волокна производства Lafarge's Forta steel fibers, применялся для сборного строительства и при производстве нескольких предварительно напряженных мостовых балок. В месте Saint Pierre La Cour, Франция, 20-ти метровый грузовой мост был построен с применением 10-ти балок I-типа, изготовленных их материала Ductal, которые поддерживают монолитную бетонную плиту, изготовленную с применением традиционного армированния стальной арматурой толщиной 170 мм. Сборные балки, изготовленные без арматуры, были заглублены на 600 мм и предварительно напряжены при помощи стальных плетеных кабелей толщиной 13 мм, размещенных в нижней кромке. По технологии напряжение прикладывается к кабелям до того, как Ductal заливается в форму балки. Как только бетон покрывает кабели и материал начинает твердеть, кабели обрезаются, что фактически прикладывает напряжение сжатия к бетонной смеси.

Если подвергнуть предварительно напряженную балку любому изгибу, объясняет Перри, она не будет испытывать растягивающих нагрузок, а просто «разожмется», что значительно улучшит ее характеристики. Благодаря прочности фибробетона Ductal, балки из него не требуют армирования арматурой, что значительно снижает их вес.

Структуры, изготовленные из фибробетона Ductal, и имеющие в сечении форму греческой прописной буквы «?» (по сути балки коробчатого сечения без нижней кромки), используются как настил и как балки экспериментального моста на тестовом пути Лаборатории Федеральных Магистралей США, что позволяет проводить исследования пригодности конструкции для строительства будущих высокоскоростных трасс. Балка-настил «?»-типа имеет конструкцию, которая позволяет выдерживать нагрузки, определенные Американской Ассоциацией Государственных Магистралей и Перевозок.

Для изготовления этих предварительно напряженных мостовых балок на тестовом пути был использован фибробетон. Благодаря высокой эластичности и прочности материала, полученного из бетона, армированного стальными волокнами, использование арматуры не потребовалось. Источник: LaFarge

«Балки из фибробетона Ductal имеют большую протяженность при весе, сходном с балкой из обычного бетона», - говорит Перри. «В итоге, мы увидим использование фибробетона в балках и мостовых настилах».

Компания SI Concrete Systems. (Chattanooga, Tenn.) является производителем армирующих волокон для бетона. SI предлагает волокна марки Novomesh, Fibermesh и другую фибро продукцию. Эти материалы используются в качестве альтернативы вторичной армирующей сетки стальных нитей и легкой арматуры как в офисных, так и в жилых приложениях, говорит Хал Пэйн (Hal Payne), руководитель стратегических соединений компании SI Concrete Systems. SI производит полипропиленовые волокна, стальные волокна, макросинтетические волокна и промышленные смеси. По словам Пэйна, материалы на основе полипропиленовых волокон необходимы для контроля ранней стадии образования трещин, которые возникают из-за пластической усадки бетона, и для предотвращения роста этих трещин и образования больших щелей во время высыхания бетона. Novomesh 950 является новым продуктом компании и представляет собой смесь необработанных макросинтетических и специально отобранных фибрилированных микросинтетических волокон. Пэйн говорит, что использование этого продукта дает такие же хорошие результаты, как и использование стальных волокон в бетоне, предназначенном для плит перекрытий.

Компания Kingspan (Sherburn, Malton, N. Yorkshire, U.K.), специалист в строительстве с применением бетона, использует фибро добавки для бетона производства Bekaert Building Products (Friedrichsdorf, Germany). Формованные стальные волокна Dramix от компании Bekaert добавляются в бетон при производстве полов и кровель без использования армирующих стальных сеток. Этот продукт идеален для строительства в сжатые сроки - т.к. бетон не требует армирования стальной сеткой, изначально нет необходимости ее закупать и отсутствуют все трудозатраты, связанные с доставкой рулонов арматуры, ее резкой и установкой в многоэтажном здании до операций по заливке бетона. Полы из фибробетона могут быть установлены в единой цикле - для этого надо только доставить армированный волокнами материал прямо к каждому полу.

Методические указания и допуски для фибробетона теперь даны в конструкторских руководствах разных стран, что является значимым показателем в признании фибробетона конструкторами, инженерами и ответственными лицами. «Использование фибробетона позволяет реализовать такие преимущества, как быстрота строительства, улучшенный внешний вид, отличная упругость и стойкость к коррозии», - говорит Перри. «Все это выражается в снижении расходов на обслуживание и более длительном времени эксплуатации структур».

Статья из журнала «Composites Technology», апрель 2005

plural.ru