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

Достоинством геополимерного бетона является его огнеупорность и стойкость к высокой температуре.
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.

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.

Геополимерная технология производства бетона

Сырьем для производства строительного материала является зола и шлак, запасов которых на планете много.
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».

Посмотреть «ТУ 5870—006—30993911—2014» или

Новое — это хорошо забытое старое

Появление безопасных для окружающей среды строительных материалов обусловлено загрязнениями и нелицеприятными видами полуразвалившихся старых строений.

Правительство с неохотой идет на снос старых зданий и сооружений – весь процесс демонтажа отнимает очень много времени и средств.

Работа производится в несколько этапов, которые предусматривают снос, вывоз, переработку и утилизацию отходов. С устаревшими зданиями из геополимерного бетона таких проблем можно избежать.

Строительные материалы, созданные на природной основе, не требуют дорогостоящей утилизации, что позволяет сэкономить много времени и денег.

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.

Кто строил пирамиды?

Строительство пирамиды в представлении художника

Логично предполагать, что всем рабочим нужно было где-то спать и что-то есть. Все это было доступно в специальных поселках для строителей. Останки одного из них были найдены возле трех пирамид в Гизе — египетского города на западном берегу реки Нил. Раскопки на этой территории ведутся с 1960-х годов. За все это время археологам удалось найти места захоронений архитекторов, прорабов и обычных рабочих. Их могилы сильно отличались — архитекторы, которые вносили большой вклад в проектирование пирамид, хоронились внутри гробниц. Обычные рабочие, в свою очередь, хоронились в обыкновенных могилах.

На территории поселков для строителей располагались мастерские, на которых изготовлялись инструменты. Также там были организованы места для готовки пищи для рабочих: хлебопекарные цеха, пивоварни и кладовые для сушки рыбы. Вдобавок ко всему этому, археологами были найдены места для принесения жертв покойным фараонам. Судя по всему, Древний Египет был богатым местом, потому что жители могли себе позволить приношение даже молодых животных.

Пиво считается основным алкогольным напитком Древнего Египта

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

Перед началом работы необходимо надеть средства защиты, чтобы избежать получения ожогов.
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

Готовую смесь разливают в формы, при этом отслеживая и устраняя пустоты, если таковы появляются.
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.

Пирамида Древнего Египта в разрезе

Если рассмотреть в разрезе внутреннее содержание пирамиды, то в ней легко определяется место для установки саркофага — погребальной камеры, где-то по центру пирамиды, с монтажом пяти-семи вентиляционных ходов и люков разного сечения с наклоном в 45 градусов.

Сверху саркофаг защищён навесом типа шатра из многотонных мраморных плит, который усиливает крепление и защиту саркофага от тяжести потолка, просадка кладки блоков пирамид древнего Египта сверху, в ранних проекта приводящих к её разрушению.

Работы по строительству погребальной камеры, подземных ходов, гротов, ложных ходов, шахт освещения и вентиляции, тоннелей, тупиков, антивандальных засовов, угловых креплений, систем сброса сточных вод и канализации ливневых вод — выполнялись до строительства пирамиды, так называемые нулевого цикла строительства.

Вопрос: «Как же по таким узким тоннелям заносили многотонный саркофаг?», — в корне неверен. Его устанавливали на место еще до начала строительства пирамиды в Древнем Египте, на заранее построенной мастабе или ниже её на глубине 20-60 метров!

Забальзамированное тело фараона вносили в саркофаг по коридорам уже по окончанию возведения основного здания. С ним же вносили пищу и одежду, которые могли пригодиться ему в потустороннем мире. По завершению загрузки погребальной камеры и саркофага входные и вентиляционные тоннели перекрывались гранитными многотонными плитами. В них оставлялись небольшие отверстия для прохождения воздуха и общения фараона с миром.От грабежа усыпальницы не спасали ни мраморные задвижки, ни глубокие шахты.

Всё, что строилось выше уровня мастабы типа вентиляционных шахт, выполнялось по ходу укладки каменных блоков.По сравнению с обработкой тоннелей и ходов простым медным зубилом с низким качеством поверхности, стены погребальной комнаты выполнены с особым старанием — отшлифованы и расписаны иероглифами.

Строительство пирамид Древнего Египта

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.

Достоинства

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

• Сохранением габаритов изделий, контактирующих с раствором, при выполнении строительных работ.
• Незначительной усадкой, обеспечивающей сокращение строительного цикла за счёт выполнения отделки сразу после возведения стен.
• Повышенной устойчивостью к воздействию сжимающих усилий, что позволяет возводить объекты увеличенной этажности.
• Стойкостью к воздействию колебаний температуры с сохранением целостности при глубоком замораживания и многократном оттаивании.
• Уменьшенной концентрацией выделяемых парниковых газов. Если сравнивать структуру нового стройматериала, то она напоминает таковую натурального камня, благодаря чему имеет более высокие свойства, чем обычный раствор
• Устойчивостью при контакте с агрессивными жидкостями и химическими веществами.
• Пожарной безопасностью, позволяющей полимербетону сохранять целостность и структуру при температуре более 900 градусов.
• Пониженным коэффициентом паропроницаемости, который аналогичен натуральному камню.
• Возможностью резки и обработки с использованием ручного механизированного инструмента, оснащенного алмазным рабочим органом.
• Высокой экологичностью, безопасностью для окружающих, связанной с отсутствием в составе токсических веществ.
• Применение в процессе производства промышленных отходов, что положительно влияет на экологическую ситуацию региона.
• Ускоренным твердением состава, срок высыхания которого в 2 раза меньше, чем у традиционного бетона.
• Доступной ценой, позволяющей заказчикам со средним доходом приобретать материал, и осуществлять строительство с применением геополимерного бетона.
• Возможностью изготовить геополимерный бетон своими руками с применением доступных ингредиентов.
• Устойчивостью к воздействию коррозионных процессов, постепенно разрушающих обычный железобетон. Если имеются все необходимые составляющие и инструменты, можно и самому приготовить геополимерный бетон
• Улучшенными теплосберегающими свойствами, позволяющими обеспечить комфортный температурный режим помещения.
• Небольшой плотностью, облегчающей транспортировку материала и выполнение работ, связанных с кладкой.

Комплекс положительных характеристик значительно отличает полибетон от стандартного бетонного раствора.

Свойства

Историческая справка

Как мы уже говорили, этот материал является инновационным. Однако существует доказательство того, что его использовали несколько тысяч лет назад при строительстве египетских пирамид. Разумеется, речь идет лишь о схожей технологии.

Блоки, из которых строили пирамиды, состояли из следующих компонентов: ила из реки Нил, известняка, гравия, поверенной соли, золы и дробленой извести. В результате они смогли простоять столько времени, не покрывшись трещинами. При этом на них не образовался так называемый «загар» (любой естественный камень покрывается им с течением времени).

Достоинства

Теперь настало время познакомиться с достоинствами этого ноу-хау:

• . Даже резка железобетона алмазными кругами с трудом справится со своей задачей.
• Продолжительный срок жизни
  . Значительно выше, чем у его предка.
• Очень низкая усадка в процессе высыхания
  .
• Высокая прочность на сжатие
  . Это позволяет выдерживать колоссальные нагрузки.
• Устойчивость к практически любым кислотам
  .
• Технология полимерного бетона солидно отличается от всех известных
  . Дело в том, что при его производстве используются исключительно экологически чистое сырье.

• Полимер бетонные изделия имеют низкую степень выделения парниковых газов.
• Спокойно выдерживает температурные перепады
  . Он сохраняет все свои свойства даже при нагревании до 1300 градусов.
• Не истирается со временем и не крошится
  .

Среди всего этого многообразия преимуществ затесался и один недостаток – высокая цена. Однако в будущем наверняка ситуация изменится. Дело в том, что это новая технология, а значит, в течение некоторого времени её стоимость будет значительно снижена.

Технические характеристики

Бешеный рост популярности связан с тем, что полимерцементный бетон обладает очень высокими характеристиками, которые оставляют не у дел всех его основных конкурентов. Ознакомимся и с ними:

Также стоит представить вашему вниманию и химическую стойкость к различным веществам:

Из данных этой таблицы видно, что данный материал отвечает всем нормам химической стойкости. Значит, полимерная защита бетонных полов несет в себе высокую эффективность. Поэтому эту технологию довольно часто применяют в промышленности.