Геополимерный бетон: технология, применение

Геополимерный бетон: технология, применение

Рецепт геополимерного бетона — из чего и как делать своими руками?

Композитный или геополимерный бетон стал актуальным в последнее время, так как экологическая обстановка в мире ухудшается и производители стараются выпускать продукцию, не оказывающую пагубного воздействия на окружающую среду. Такой вид материала, как геополимер, относят к экологически чистому, состоящему из натуральных материалов. В сравнении со стандартным видом, он имеет быстрый срок твердения (до 1-й недели) и более стойкий к влиянию кислот и других химических элементов.

Что собой представляет геополимерный материал?

Появление рецепта связано с полимеризацией компонентов геологического происхождения в процессе реакции материала и щелочной среды. При правильном соединении и пропорциях они составляют монолит. Этот процесс проводят при низких температурах, за счет которой происходят химические связи. Шлак придает прочность, а зола повышает запас стойкости на сжатие.

Рецепт геополимера

Инновационный материал в своем составе, вместо песка, гравия и щебня, включает также такие компоненты, как:

  • Зольная пыль — диспергированные частицы.
  • Шлак — побочный продукт от производства металла.
  • Вяжущие вещества, с помощью которых частицы пигмента скрепляются между собой. Вещества представлены жидким стеклом и гидроксидом калия.
  • Инертный заполнитель. Занимает большую часть основы полимерного бетона.
  • Минеральная крошка, кварцевый песок, деревянная стружка, перлит.

Количество и вид наполнителя оказывают влияние на несущие и изоляционные качества, поэтому для тяжелых типов конструкций используют зерна до 4 мм.

Свойства цемента

Особое внимание исследователей в области строительства было обращено на изучение характеристик геополимерного бетона. Во время испытаний было выявлено, что геополимер устойчив к коррозии. Выделяемый углекислый газ при производстве, по сравнению с другими типами, на 90% меньше, что снижает показатели «парникового эффекта». По результатам испытаний в лаборатории на огнеупорность, материал выдерживает до 1316 °C. В процессе проведения эксперимента на образец геобетона 2 суток воздействовали высокой температурой в 230 °C. После оценки состояния был сделан вывод, что исходник не только не воспламенился, но также не дал трещин или сколов по всей его поверхности.

Зольная пыль в составе бетона обеспечивает свойства материала, по которым он не уступает портландцементу, а даже превосходит его. Для него характерно быстрое твердение и множественная цикличность «замораживания-оттаивания». Среди его основных преимуществ выделяют такие, как:

  • высокая прочность (как натуральный, природный камень глубинной горной породы — гранит);
  • отсутствие продольной и осевой деформации;
  • низкая, близкая к нулю, проницаемость;
  • высокая эластичность.

Геополимерная технология производства бетона

В помещении, где проводится замешивание, в обязательном порядке нужно следить за влажностью, она должна быть низкая. Процесс смешивания компонентов проводят быстро, чтобы смесь не загустела. Сырья для производства бетона, такого как зола и шлак, у человечества неисчерпаемое количество, поэтому производство геобетона набирает обороты. Производство геополимерного бетона выполняется по следующему нормативному документу: ТУ 5870—006—30993911—2014 «Геополимер. Технические условия».

Области применения

Ранее геобетон использовали для укладки дорожек, но с изучением материала возможности расширились. Например, в Австрии создали аэропорт с техническими постройками из такого материала. Геополимерный бетон используют для сложных конструкций: сверхпрочных балок и панелей, ж/д шпал и труб канализации. Кроме этого, из него возводят мосты и различные объемные сооружения за счет эластичности и устойчивости. А в архитектуре он целесообразен для изготовления колонн, создания скульптур или памятников. Геобетон можно использовать практически во всех элементах и изделиях, в которых применяют классический тип.

Как сделать геобетон своими руками?

Геополимерный бетон находится в стадии разработки, состав и расчет количества ингредиентов для его изготовления найти в документации сложно, поэтому предприятия опираются на ТУ. Рецепт приготовления 1 кг монолитного строительного материала своими руками следующий (компоненты указаны в граммах):

  • зола — 330;
  • стекло жидкое кристаллообразное — 200;
  • 40% гидроксид калия, полученный электролизом— 90;
  • шлаковый остаток после сжигания металла — 330;
  • холодная вода — 55.

В состав геополимерного бетона для необходимой эластичности входят специальные полимерные добавки: клей ПВА, эпоксидная или полиамидная смола.

Подготовка к работе

Для начала стоит уделить внимание средствам защиты, так как ингредиенты для замешивания агрессивны и могут вызвать ожоги слизистых. Подготавливается следующий инвентарь:

  • резиновые перчатки;
  • защита для глаз;
  • спецодежда;
  • респиратор.

При смешивании химические элементы выделяют большое количество тепла, поэтому при работе с ними используют таз или другую емкость, которая устойчива к высокой температуре. Для быстрого затвердевания теста к опалубке прикладывают электролиты. Чтобы самостоятельно в домашних условиях сделать геополимерный бетон, потребуются такие инструменты и материалы:

  • бадья;
  • деревянная лопатка при работе со щелочью;
  • портативные весы;
  • электролиты;
  • форма.

Замешивание раствора

Сухие компоненты и воду помещают в бетономешалку. Добавляют золу и шлак в соотношении 50:50. Следующим этапом добавляют полимеры, и тщательно вымешивают смесь. Полимерными компонентами могут быть клей ПВА, смола с водорастворимыми свойствами. Составные элементы клея заменяют вяжущее вещество. А древесина, измельченная до стружки и добавленная в смесь, позволяет добиться однородного заданного цвета после затвердевания. Ее отмачивают в воде и поддают обработке озоном, затем включают в раствор. Для снижения высокой скорости твердения при замесе применяется соль борной кислоты (Na2B4O7).

Заливка смеси в формы

Опалубку смазывают маслом и устанавливают при необходимости арматуру. Далее форму заполняют подготовленным раствором. С помощью инвертора в течение одного часа на массу воздействуют током, после предварительного затвердевания опалубку снимают. Бетон набирает прочность в зависимости от температурных условий, и этот процесс ускоряется при прогреве электродами. При заливке отслеживают и устраняют наличие пустот, из-за которых конструкция из геополимера может в дальнейшем растрескиваться. Затвердение и образование поверхностной пленки происходит в течение суток. Пленка повышает монолитность и способность выдерживать сильные эксплуатационные нагрузки.

Преимущества и недостатки

Геополимерный бетон прост в изготовлении. Важное качество геобетона — создание гладкой поверхности, которая набирает прочность в зависимости от времени. Нужные ингредиенты для приготовления раствора легко найти и цена их невелика. При использовании инновационного раствора сокращают расходы на строительные работы, возводят сооружения с меньшим количеством исходных строительных материалов. Низкая теплопроводность геополимерного материала снижает затраты на отопление производственных помещений.

Среди преимуществ геополимерных бетонов выделяют такие, как:

  • малая усадка;
  • высокие показатели прочности бетона на сжатие;
  • пожаробезопасность;
  • низкая воздухо- и паропроницаемость;
  • экологичность и безопасность;
  • производство с добавлением отходов;
  • быстрое затвердевание;
  • податливость к механическим воздействиям, например, алмазными кругами;
  • невысокая стоимость;
  • возможность изготовить смесь за счет распространения компонентов в рецепте.

Плюсом геобетона считают стойкость к коррозии и быстрое затвердевание раствора. Через 2 суток после заполнения формы можно совершать обработку, а процесс полного затвердения происходит за 7 дн., в то время как классический вид бетона имеет срок твердения 28 дней. Геополимерный бетон — экологически безопасен с высокой степенью адгезии с материалами, выдерживает колебания температуры, не склонен к деформационным процессам и растрескиванию. Но имеет один недостаток — несовершенная технология производства (на стадии разработки). Массовое производство в связи с этим затруднено.

Как сделать геополимерный бетон своими руками в домашних условиях: технология и область применения

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

История создания

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

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

Особенности материала и сфера использования

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

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

Достоинства

Подготовка особой рецептуры для геополимерных композитных материалов обеспечивает им немало преимуществ.

Можно перечислить следующие положительные характеристики:

  • Малая усадка, что обеспечивает возможность укорачивания времени, требующегося для строительства. Отделку можно будет выполнить сразу же, как окончится возведение стен.
  • Во время строительного процесса будут сохранены габариты всех изделий, которые соприкасаются с раствором.
  • Отмечается высокая стойкость к сжатиям, поэтому можно использовать геополимеры для постройки высотных зданий.
  • Может сохранять целостность при многократных оттаиваниях и замораживаниях.
  • Парниковые газы выделяются в незначительных количествах.
  • Хорошо переносит воздействие агрессивных веществ.
  • Пожаростойкость, которая даже при температуре 900 градусов позволяет полимербетону сохранить структуру и целостность.
  • Сниженная паропроницаемость, коэффициент близок к тому, что присутствует у естественного камня.
  • Может обрабатываться с использованием ручного инструмента, который оснащен алмазными элементами.
  • Экологичность, безопасность для окружающих.
  • Возможно использование промышленных отходов для производства полимербетон. Это может улучшить экологическую ситуацию любого района.
  • Отвердевание состава происходит вдвое быстрее, чем в случае с простым бетоном.
  • Доступная стоимость позволяет приобретать материал заказчикам с не особенно высоким доходом.
  • Стойкость к коррозии, которая может разрушающе повлиять на простой железобетон.
  • Возможно изготовить геополимерный бетон своими руками в домашних условиях.

Благодаря обширному набору положительных характеристик полибетон заметно отличается от обычного раствора бетона.

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.

Читать еще:  Товарный бетон - что это такое, где применяют?

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.

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

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

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

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

Как сделать своими руками

Компоненты, перечисленные в рецептах, вполне доступны и могут быть без проблем закуплены в торговой сети. Но следует принять во внимание, что по цене бетон, изготовленный с задействованием полимеризации, получается выше, чем смесь из портландцемента. Поскольку схватывание состава происходит быстро, рецепт дополняют компонентом с названием декагидрат тетрабората. Могут быть добавлены смолы на воде, ПВА, латекс.

Что необходимо для работы

Для получения геобетона в домашних условиях надо подготовить:

  • Тару для замешивания раствора с учетом того, что во время приготовления он выделяет некоторое количество тепла.
  • Весы для подготовки нужной пропорции каждой из составляющих.
  • Электродрель с насадкой для замешивания.
  • Лопатку деревянную.
  • Емкость для формования бетона, которая по размерам и конфигурации соответствует изделию, получаемому путем отливки.
  • Защитные рукавицы и другие изделия для предотвращения вредного влияния щелочи на кожу и слизистые.

Стоит отметить, что состав для бетона агрессивен – если допустить контактирование со слизистой, кожей, можно заполучить сильные ожоги. Во время работы необходимо использовать перчатки и очки. Следует соблюдать осторожность и при работе с жидким стеклом, вещество отличается гигроскопичностью и обладает кристаллизированной структурой.

Технология приготовления

Геополимерный бетон – материал, технология которого разработана с учетом свойств каждого из компонентов. Процесс изготовления также обеспечивает утилизацию золы и шлаков. Летучая зола представляет отходы, образованные при сгорании твердого топлива – она может быть добавлена в смесь в количестве 75% от состава. Экологическая репутация данного вещества довольно сомнительна, но бетон с его применением получается более прочным и долговечным.

Закладка компонентов идет в такой последовательности:

  • Заливка воды.
  • Засыпание шлаков, летучей золы в нужном количестве.
  • Тщательное перемешивание до однородного состояния.
  • Добавление полимеров.
  • Перемешивание до готовности.

Заливку в формы выполнять надо в сухом месте. Во время смешивания раствора образуется пленка, которая из-за контактов с водой набухает. Чтобы предотвратить такую реакцию, следует после заливки раствора в формы принять меры по его защите от влажности.

Подводим итоги

Для изготовления материала с названием геополимерный бетон технология доработана таким образом, что затвердевание состава происходит примерно за день. Чтобы получить материал в нужном качестве, полностью отвердевший, потребуется неделя. Для того же процесса у простого бетона требуется 28 суток, поэтому при работе с геополимерным бетоном действовать следует быстро.

  • Повышенная стойкость к сжатиям.
  • Небольшая усадка.
  • По непроницаемости материал можно сравнить с гранитом.
  • Высокая стойкость к влиянию кислот и повышенных температур.

Проводить эксперименты, добиваясь идеального соотношения компонентов, нравится не всем. Для получения геополимерных материалов в некоторых случаях проще приобрести смесь в готовом виде, чем заниматься ее подготовкой. Стоимость будет определяться в зависимости от пропорций и объема компонентов. Продажа смеси проводится в виде сухого состава без использования отвердителя.

Геополимерный бетон, состав, рецепт и технология

Геополимерный бетон, состав, рецепт и технология.

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, технология и рецепт:

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

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

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 алюмосиликатные компоненты (алюмосиликатное вяжущее), т.е. 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.

Состав геополимерного бетона отличается от традиционного бетона, основанного на цементном вяжущем. Поскольку геополимерный бетон – это забытая технология древности, то его точный состав и рецептура со временем утрачены.

Ученые и исследователи всего мира проводят эксперименты с целью воссоздать состав компонентов геополимерного бетона и рецепт его получения.

Так, одним из ученых предложен следующий состав геополимерного бетона. Он включает в себя смесь:

– компонента силиката щелочного или щелочноземельного металла (натрия или калия, или обоих металлов),

– гидроксида щелочного или щелочноземельного металла (натрия или калия, или обоих металлов),

Другим ученым-исследователем предложен несколько отличающийся состав, включающий смесь:

– связующего вещества, содержащего один или более материалов, выбранных из группы, которая состоит из химически активного алюмосиликата и химически активного щелочноземельного алюмосиликата,

– щелочную активирующую присадку, содержащую водный раствор гидроокиси щелочных металлов и силиката щелочных металлов (натрия или калия, или обоих металлов);

– один или более заполнителей.

Отличие второго варианта от первого заключается в наличии в составе второго варианта щелочноземельного алюмосиликата.

Таким образом, если перевести вышеуказанный состав в понятные всем современные материалы, то состав геополимерного бетона выглядит следующим образом:

– зольная пыль (зола, “летучая зола”) – она же алюмосиликатный компонент (или алюмосиликат) и щелочноземельный алюмосиликат, а также основа для производства гидроксида калия. По своему химическому составу зольная пыль может содержать до 75 % SiO2 и Аl2О3, а также иные окислы CaO, Fe2O3, SO3, K2O, Na2O, MgO и хлориды. Доля K2O в золе может доходить до 25-35 % (зола от гречишной соломы, стеблей подсолнечника). Химический состав золы зависит от сжигаемого вида топлива. Оксид калия при взаимодействии с водой образует гидроксид калия;

– шлак, глина , кремнезем и пр. – алюмосиликатные компоненты, щелочноземельные алюмосиликаты и заполнители.

Кремнезем – соединение кремния с кислородом (SiO2), широко встречающееся в природе.

Шлак является побочным продуктом металлургического производства и представляет собой расплав окислов (CaO, MgO, MnO, FeO, SiO2, Р2O5, Al2O3, Fe2O3, Cr2O3) с некоторым количеством сульфидов, а в ряде случаев фторидов;

– жидкое стекло. Жидкое стекло – это водный щелочной раствор силикатов натрия Na2O(SiO2)n и (или) калия K2O(SiO2)n. Жидкое стекло также широко известно по своему торговому названию как силикатный клей;

– гидроксид калия или гидроксид натрия (КОН или NaOH). Поскольку в обычной золе (зольной пыли) среди прочего содержится оксид калия (от нескольких процентов до десятков процентов), то при добавлении золы в воду образуется гидроксид калия;

Что касается рецептуры изготовления геополимерного бетона, то в настоящее время после проведения серии опытов и экспериментов для получения геополимерного бетона применяют различные соотношения указанных веществ (наполнителей и заполнителей, щелочных жидкостей, алюмосиликатных вяжущих).

Например, предлагается следующий рецепт:

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

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

При смешивании указанных компонентов (наполнителей и заполнителей, щелочных жидкостей, алюмосиликатных вяжущих) 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 сравнимым 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 геополимерного бетона 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.

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,

Читать еще:  Газобетонные блоки: производители, рейтинг, сравнение газобетона

– 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 o C 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.

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.

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.

Инновационная бетонная смесь не является чем-то новым – она уже была известна человеку еще в древности: при строительстве пирамид в Египте использовался подобный стройматериал

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.

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

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

Комплекс положительных характеристик значительно отличает полибетон от стандартного бетонного раствора.

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!

Можно ли приготовить геополимерный бетон своими руками в домашних условиях

Прогресс не стоит на месте: разработан новый вид бетона – геополимерный, при производстве которого используются исключительно натуральные компоненты (хотя в других странах его уже применяют в течение 50 лет). Да и стоит такой строительный материал намного меньше традиционных составов. Некоторые ученые утверждают, что Египетские пирамиды были сделаны из смеси каменной крошки и такого материала, как геополимерный бетон на основе известняка. Возможно, это правда: ведь не зря говорят «новое – это хорошо забытое старое».

Из чего состоит геополимерный бетон

Геополимерный бетон – это материал, который на сегодняшний день считается самым надежным и экологически чистым (ведь не зря в его название входит приставка «гео»). Натуральными составляющими такого бетона являются: жидкое стекло, зола (если быть точнее, то зольная пыль или «летучая зола»), шлак (то есть отходы металлургического производства), вода и другие, связующие и закрепляющие компоненты (например, гидроксид калия). Для изготовления инновационного бетона, который по своим свойствам значительно превосходит традиционный портландцемент, достаточно смешать все указанные компоненты в определенных пропорциях.

Жидкое стекло – это водный щелочной раствор силикатов натрия или калия (часто его еще называют силикатным клеем), который применяется для изготовления кислотоупорного цемента, огнеупорных красок, покрытий по дереву, для пропитки тканей; а также для склеивания целлюлозных материалов.

«Летучая зола» – это несгораемый остаток в виде шлака, получающийся в результате сгорания растительного сырья или топлива (он накапливается на стенках). «Летучая зола» – это материал, который в изобилии имеется на промышленных предприятиях и в котельных. Чтобы получить геополимерный бетон наибольшей прочности, золу смешивают со шлаком в пропорции 1:1.

Гидроксид калия – это неорганическое соединение, представляющее собой мелкие бесцветные кристаллы, которые хорошо впитывают в себя воду и быстро тают под воздействием кислорода. KOH вступает в бурные реакции с кислотами и металлами, выделяя при этом водород. Ввиду того, что это соединение является очень едким, его относят к классу опасности 2 (при попадании на кожу и слизистую приводит к ожогам). Однако пищевая промышленность широко использует гидроксид калия в качестве добавки Е525; его применяют при изготовлении жидкого мыла и как электролит в щелочных батарейках.

Область применения геополимерного бетона

Этот композитный материал можно широко применять в жилищном и промышленном строительстве: для возведения крупных многосекционных зданий, малоэтажных построек, несущих стен, облегченных конструкций; использовать в качестве отделки помещений. Он также будет очень востребован у владельцев загородной недвижимости. Творческим людям этот материал тоже придется по душе: с помощью него можно создавать различные статуи, барельефы, колонны и другие «шедевры».

Достоинства геополимерного бетона

Данный материал обладает следующими преимуществами:

  • имеет маленький удельный вес;
  • низкое содержание токсичных веществ;
  • устойчив к коррозии, растрескиванию, высоким и низким температурам;
  • является негорючим;
  • обладает высокой прочностью на сжатие;
  • способность быстро набирать наибольшую прочность за короткий период;
  • имеет низкую теплопроводность;
  • отличается малой усадкой (то есть сразу же по окончании строительства можно приступать к отделочным работам);
  • устойчив к химическим реагентам;
  • скорость затвердевания в 3 раза выше, чем у бетона традиционного;
  • низкая паропроницаемость;
  • выделение парниковых газов минимальное;
  • экологически чистый;
  • долговечный;
  • невысокая стоимость составляющих материала;
  • прост в обработке.

Самостоятельное изготовление геополимерного бетона

Окончательного официального «вердикта» по поводу точных пропорций составляющих «бетона будущего» ученые пока не озвучили, так как исследования в этой области еще продолжаются. Многие пытаются сами «методом проб и ошибок» определить оптимальные пропорции компонентов материала и изготовить геополимерный бетон своими руками. Почему бы и нет, тем более что все необходимое для изготовления «материала будущего» есть в продаже.

В состав раствора (объемом 10 л) входят следующие ингредиенты:

  • гидроксид калия (1600 г) — КОН;
  • 60% жидкое стекло (2000 г) – К₂O(SiO₂);
  • зола (5500 г) — «летучая зола»;
  • шлак (5500 г);
  • вода (1 л).

Чтобы из этих составляющих приготовить бетон, понадобятся:

  • емкость, в которой производится смешивание всех компонентов (лучше, если материал емкости будет устойчив к повышенным температурам) или бетономешалка (для больших объемов);
  • весы, так как соблюдение всех пропорций крайне важно;
  • халат, шапка, очки, перчатки и респиратор (то есть индивидуальные средства защиты);
  • форма или опалубка, в которую вы планируете вылить приготовленную смесь;
  • деревянная лопатка для перемешивания, так как дерево нейтрально к щелочами (это важно).

Технология приготовления смеси

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

Общие требования

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

Процесс замешивания и изготовления бетона

Если вы используете бетономешалку, то алгоритм работ следующий:

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

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

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

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

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.

Что такое геобетон?

Такой бетон внешне напоминает обычный цементный, но обладает более высокими эксплуатационными характеристиками. Его структура имеет много общего с природным камнем. Это сравнительно новый строительный материал, но некоторые древние постройки (например, Египетские пирамиды) сложены из блоков с очень схожими свойствами, изготовленными по тем же рецептам.

Вместо песка, гравия и щебня в качестве заполнителей в него входят летучая зола (зольная пыль) и шлак. Связующими веществами являются жидкое стекло и гидроксид калия, разбавляют водой. Еще одно название этого материала — шлакощелочной.

  • Зольная пыль (зола уноса) — образуется в результате сжигания твердого топлива. Ее приобретают с доставкой по цене от 200 рублей за тонну. Добавление в бетон до 75 % золы существенно повышает прочность строения.
  • Шлак — отход производства металла. Его цена — от 100 рублей за тонну. При изготовлении полибетона не является обязательной составляющей. Золу смешивают с ним для снижения стоимости готового раствора, но возможно использование только зольной пыли.
  • Жидкое стекло — бесцветные гигроскопичные кристаллы силикатов калия или натрия (силикатный клей). При транспортировке и хранении необходимо беречь от попадания влаги. Стоимость — от 13 рублей за кг.
  • Гидроксид калия — как и жидкое стекло продается в виде бесцветных кристаллов. При контакте с воздухом имеет свойство быстро впитывать пар и расплываться. Поэтому распаковывать его нужно непосредственно перед тем, как сделать раствор. Это вещество очень агрессивно, работать с ним можно лишь с применением защитных средств — перчаток, очков, респиратора. Самая большая опасность — при попадании в глаза или на слизистые оболочки. Стоимость — от 80 рублей за кг.

Свойства и особенности

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.

  • 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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector