Геополимерный бетон: состав, рецепт, цены на геобетон


Геополимерный бетон.

 

Ознакомиться с концепцией Новинки технологий Форум Таблица Менделеева

 

Геополимерный бетон (геополимер) – строительный материал, известный с древних времен. Обладает уникальными характеристиками: высокой прочностью, долговечностью, быстрой схватываемостью, сокращенным временем набора прочности, низкой теплопроводностью и пр.

 

Геополимерный бетон — что это такое? Состав и рецепт

Свойства и преимущества

Перспективы применения геополимерного бетона

Постройки древности из геополимербетона

 

Геополимерный бетон — что это такое? Состав и рецепт:

Геополимерный бетон (геополимер) – строительный материал, известный с древних времен. Обладает высокими прочностными характеристиками, производится из натурального сырья.

Одними из важнейших составляющих геополимерного бетона являются щелочные жидкости, а также наполнители и заполнители. Наиболее подходящими щелочными жидкостями для производства геополимербетона являются щелочи на основе натрия или калия. Заполнители и наполнители обязательно должны содержать в своем химическом составе кремний (Si) и алюминий (Al). Такими материалами могут быть следующие природные компоненты:  глина, кремнезем, летучая зола, рисовая шелуха, а также отходы производства — металлургический шлак и др.


Структура геополимерного бетона напоминает структуру камня. А потому в конструкции такого бетона отсутствует металлическая арматура.

Состав геополимерного бетона отличается от традиционного бетона, основанного на цементном вяжущем. В состав геополимерного бетона входят:

— зольная пыль (зола),

— шлак, глина, кремнезем и пр.,

— жидкое стекло (K2SiO3),

— гидроксид калия или натрия (КОН или NaOH),

— вода.

Точная рецептура изготовления геополимерного бетона со временем утрачена. В настоящее время после проведения серии опытов и экспериментов применяют различные соотношения указанных веществ.

Например,

зольная пыль — 330 гр., шлак – 330 гр., жидкое стекло — 200 гр., гидроксид калия — 90 гр., вода — 55 гр.,

либо


зольная пыль — 750 гр., шлак — 750 гр., жидкое стекло — 250 гр., гидроксид калия — 200 гр., вода — 130 гр.

При смешивании указанных компонентов происходит химическая реакция, в результате которой образуются полимерные двух-трехмерные алюмосиликатные структуры. При синтезе атомы кремния и алюминия образуют прочные разветвленные полимерные цепи -Si-O-Al-O-Si-O-Al-O-, благодаря которым получаемые геополимеры по физико-механическим свойствам сравнимы с горными породами.

Химическая реакция получения геополимерного бетона протекает в три стадии. На первой стадии происходит растворение оксидов кремния и алюминия в щелочной среде — концентрированном растворе NaOH или КOH. На второй — природные компоненты расщепляются на мономеры (атомы, ионы). На третьей — происходит синтез мономеров в полимерные материалы (схватывание и уплотнение геополимербетона).

Свойства геополимеров, их структура и области применения зависят от соотношения Si/Al в исходном сырье. Чем больше это соотношение, тем более прочностными характеристиками и другими уникальными свойствами обладает геополимер.  При соотношении 1 получаются обыкновенный кирпич, керамика и пр. При большем соотношении Si/Al получаются материалы для изготовления огнестойких и стойких к воздействию высоких температур материалов.

Не так давно проведены испытания применения геополимерного бетона при печати на мобильном 3d строительном принтере.

 

Свойства и преимущества геополимерного бетона:


— высокая прочность на сжатие (соответствует бетону марки М500 и более) и растяжение, которая со временем только повышается. Прочность геополимерного бетона сравнима с прочностью гранита,

 геополимерный бетон позволяет строить многоэтажные здания,

— удобоукладываемость,

малая усадка, что не требует достаточно длительного времени для отвердения конструкции, не вызывает напряжение и не приводит к трещинам,

— морозостойкость,

устойчивость к неоднократным циклам заморозки и разморозки,

— устойчивость к перепадам температуры,

долговечность,

— химическая стойкость к кислотам и агрессивным жидкостям,

огнеупорность. Выдерживает нагрев до 1300 oC без потери прочностных характеристики,

— экологическая чистота производства. Производится из экологически чистых материалов,

 геополимерный бетон безопасен для человека и окружающей среды,

— быстрая схватываемость и сокращенное время набора прочности по сравнению с традиционным бетоном на основе цементного вяжущего — в 3 раза. Время набора максимальной прочности 7-10 дней вместо 28 дней, время набора достаточной прочности 2 дня вместо 7-10 дней,

высокая антикоррозийная стойкость,

— низкая теплопроводность. Стена из геополимербетона толщиной 30 см. заменяет стену из традиционного бетона на цементном вяжущем толщиной 1,25 м.

 

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.

 

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.

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.

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.

  • 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.

  • 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.

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.

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.


Leave a Comment

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.