Полимербетон: состав, характеристики

Развитие химии синтетических связующих и полимеров предопределило появление в строительном деле нового материала, известного, как полимербетон. И хотя первые патенты на его изготовление появились еще 80 лет назад, практическое применение новинка получила только в 60-х годах прошлого столетия. Как следует из названия, разработчикам удалось получить строительный материал на основе смол и полимеров, способный по составу и характеристикам полностью заменить современные цементные и шлакоцементные бетоны.

Что такое полимербетон

Нередко строительные термины способны сбить с толку неспециалиста или начинающего строителя, любителя строить своими руками. На бытовом уровне к полимербетонам относят все виды строительных материалов, в составе которых имеется цемент, вода и полимерная смола.

На самом деле технология строительных полимеров разделяет такие материалы на несколько групп:

• Полимербетоны – смесевая композиция, в состав которой входит минеральный балласт или наполнитель, полимерное связующее, отвердитель, стабилизатор и адгезив, без использования цемента и воды;
• Полимерцементный бетон – материал, получаемый добавкой в состав материнского цементного раствора или бетона водорастворимой полимерной композиции;
• Бетонополимерные материалы представляют собой отвержденный бетонный или цементный камень, подвергнутый дополнительной обработке жидкими или в виде паров полимерами, обычно в состав жидкости входит стирол с катализатором, полимеризующийся в толще минеральной матрицы бетона.

Свойства полимербетона зависят от состава используемого связующего, смолы, наполнителя и способа приготовления. Такие материалы успешно применяют не только в строительстве, но и в машиностроении, в химической промышленности и даже при производстве бытовых вещей и мебели. Технология использования различных минеральных наполнителей для удешевления производства отливок из синтетических смол начала применяться в 80-х годах прошлого века, и в начале XXI века практически 80-90% изделий из пластика изготавливается по технологии полимербетона, в составе которого есть смола и тонкоизмельченный порошок балласта.

Для получения строительных марок полимербетона используют составы на основе пяти основных разновидностей синтетических смол:

• Фенолформальдегидные и карбамидоформальдегидные полимеры;
• Эпоксидные матрицы, в том числе модифицированные фурановыми смолами;
• Метакрилатные и поливинилацетатные полимеры;
• Фурфуролацетоновая матрица, или сокращенно ФАМ;
• Полиэфирная и полимочевинная смола.

В состав фурфуролацетоновых смол входят летучие вещества с очень неприятным запахом, способные вызывать удушье и головную боль, которые являются выраженными канцерогенами. Поэтому их используют только для получения полимербетона, консервации стальных конструкций трубопроводов и систем коммуникаций. Для жилых помещений чаще всего используются полимербетоны, в состав которых входят полиэфирные смолы, эпоксидные и метакрилатные олигомеры.

В составе полимербетона содержание смолы относительно небольшое, от 10 до 15%. Остальное представляет собой минеральный наполнитель – крошка из мрамора, молотая зола, дробленые доломиты, кальциты, гранулированный вермикулит, клинкер и обычный портландцемент. Достаточно редко в составе полимербетона используется смола с органическим наполнителем на основе модифицированных древесных волокон в смеси с рубленым базальтовым волокном.

Зачем менять обычный цементный раствор на полимербетон

Современные марки бетона на основе цемента и песка хорошо работают в огромных массивах, там, где статическая нагрузка постоянна и нет ударов, вибраций или сложных изгибающих моментов или сил кручения. Во всех остальных случаях приходится вводить в состав специальные добавки, использовать армирование дорогостоящим металлом, делать многослойные конструкции или полностью заменять цементные бетоны металлом или полимербетонами. В отдельных вариантах технологически проще отлить часть строительной конструкции из полимербетона, чем использовать армированный железобетон. Например, при строительстве продуктопроводов.

Если сравнивать характеристики полимербетонов с обычным бетоном, можно назвать пять преимуществ использования полимеров:

• В 3-4 раза выше прочность на изгиб, кручение и знакопеременную динамическую нагрузку. Смола в составе полимербетона заставляет материал вести себя подобно металлу;
• Наличие в составе полимеров обеспечивает низкое водопоглощение и высокую морозостойкость полимербетонных конструкций;
• Полимербетоны определенных марок, имеющие в составе тонкодисперсные частицы, обладают низкой теплопроводностью, при необходимости их можно использовать без утеплителя даже при изготовлении полов и перекрытий цокольного этажа, подвальных помещений;
• Хорошая обрабатываемость резкой, сверлением, без риска накола или образования трещин;
• Эпоксидные смолы в составе полимербетонов делают их инертными к химически активным веществам, органическим растворителям, бензину, маслу, хлорированным углеводородам, горячей и морской воде. В кораблестроении из полимербетонов изготавливают облицовку, полы, пайолы, защитные панели и элементы палубы.

Например, при изготовлении трубопровода используют полимербетон с добавкой поливинилового спирта или жидкого стекла. Спирт в составе бетона улучшает смачиваемость цементных зерен, удаляет воздух из межзернового пространства и помогает процессу гидратации. После отливки трубопровода за счет интенсивного связывания воды внутренняя поверхность бетонной трубы быстро пересыхает и покрывается трещинами. Чтобы сделать ее прочной, твердой и износостойкой, бетон обрабатывают жидким раствором полистирола в стироле. В результате получается поверхность, не уступающая по характеристикам и стойкости чугуну.

Сегодня стоимость полимербетона еще достаточно высока, поэтому о полной замене цемента в составе материала речи не идет, но по мере разработки новых смол перспектива перехода на полимербетон становится все более реальной.

Особенности применения различных марок полимербетонов

Большинство людей удивится, узнав, какое количество бытовых предметов по своему составу являются полимербетоном. Например, из полиэфирной смолы и наполнителя из тонкоизмельченного природного камня – габро, базальта, мрамора, кальцита изготавливаются искусственные камни, скульптуры, элементы декора и облицовочной плитки для отделки под камень. Из недорогого по составу полимерного бетона отливают столешницы и подоконники под камень, стоимость аналогичного изделия из природного мрамора или гранита будет стоить в 2-3 раза дороже.

Из эпоксидных полимерных бетонов изготавливают элементы коммуникаций – трубы, баки, колодцы, водосборные лотки и даже целые коллекторы. С помощью литья из полимерцемента можно достаточно просто отремонтировать бетонные несущие конструкции, заделать стяжку и восстановить герметичность емкости. Полимербетоны, в составе которых включена эпоксидная смола, обладают исключительно высокой адгезией, поэтому их часто используют для восстановления дыр и стыков бетонных панелей в высотках.

Из метакрилата с наполнителем из молотого стеклянного порошка и мраморной пыли удается получить настолько высококачественную имитацию природного камня, что подобный материал позаимствовали и используют для работ профессиональные реставраторы. В состав можно ввести крупные гранулы мрамора или кальцита. На основе полимербетонов изготавливаются все полимерные штукатурки, шпаклевки, плиточные клеи, затирки, то есть практически все материалы для декоративной отделки домов.

Отдельно необходимо вспомнить о наливных полах. В этом случае вместо стеклянного наполнителя применяется измельченный в пыль кварцевый песок. Наиболее дорогие марки, в состав которых входит модифицированный метакрилат принудительного отверждения, после застывания дают идеально гладкую поверхность, по прочности превосходящую цементную стяжку.

Как сделать простейший полимербетон в домашних условиях

Для того чтобы приготовить полимербетон своими руками, потребуются два компонента, смола и наполнитель. Для простейшего варианта полимербетона можно использовать эпоксидный клей или смолу, отвердитель и наполнитель. Лучше всего в составе материала использовать цемент, промытый и высушенный речной песок или гранитную пыль, которой можно разжиться в любой мастерской по изготовлению памятников.

Смолу разбавляют ацетоном или спирт-ацетоновой смесью. Различные марки эпоксидной смолы требуют свою марку растворителя, поэтому для приготовления полимербетона необходимо подобрать разбавитель. В смолу добавляют отвердитель, размешивают и в состав добавляют разбавитель. Через 10 мин в клеевую массу можно добавлять небольшими порциями наполнитель. Еще через 3-10 мин перемешивания полимербетон будет готов к использованию.

Заключение

Аналогичным образом можно приготовить полимербетон на основе ПВА, акриловой смолы и песка, масляной краски и цементного наполнителя. Наконец, можно ввести в состав смесь для наливных полов, что позволит использовать материал для отливки деталей для отделки потолков и стен, колонн, лепнины, пилястров. В любом случае такой состав обойдется дешевле, а качество изделий будет не хуже, чем у покупных вариантов.