Polymerbeton: složení, druhy, výhody a oblasti použití

Klasický beton, používaný především ve stavebnictví, ustupuje novým materiálům se zvýšenou pevností, odolností proti vlhkosti, odolností proti změnám teplot a dalšími výhodami. Patří sem polymerbeton, nazývaný také betonový polymer, litý kámen nebo plastbeton. Díky začlenění složek umělého pojiva do materiálu tento materiál mnohonásobně předčí beton ve všech vlastnostech. Podívejme se blíže na polymerbeton.

Složení polymerbetonu

Abychom pochopili výhody polymerbetonu oproti betonu, stačí analyzovat jeho složení. Na rozdíl od posledně jmenovaných převládají ve složení betonového polymeru různá plniva, což výrazně snižuje náklady na materiál. Jako plnivo se používají různé komponenty a kromě „klasiky“ v podobě drceného kamene a křemičitého písku to mohou být i dřevěné hobliny. Plniva mohou být tvrdá (drť, žula, křemičitý písek, jiné) a lehká (expandovaný perlit, pemza a další). Těžká plniva se používají při výstavbě těžkých nosných konstrukcí, lehká plniva se používají pro výrobu obkladů.

Pro zlepšení pevnosti a dalších vlastností se používají výztužné materiály. V podstatě se jedná o vlákna, která mají různé velikosti. Výztuž se dělí na disperzní (sklolaminát, aluminoborosilikátová vlákna) a vláknitou (ocel, sklolaminátová výztuž). První pomáhá snižovat smrštění a zvyšuje pevnost výrobků, druhý snižuje počet trhlin v materiálu.

Pro zajištění pevnosti a tažnosti materiálu se používají epoxidové, furanové a další pryskyřice. Pro zlepšení vnějšího vnímání a posílení pevnostních charakteristik se v malých množstvích přidávají tužidla, barviva a další látky.

Druhy polymerbetonu

Navzdory skutečnosti, že devět z deseti dílů polymerbetonu je plnivo, je materiál stále klasifikován podle složení polymerních přísad. Pojiva mohou být termosetová nebo termoplastická. Z nich se získají následující typy betonového polymeru:

• indekumaron;
• methylmethakrylát.

Termosetové polymery se přidávají k výrobě močovinového, fenolického, polyesterového, furanového fenolformaldehydového licího kamene. Ve stavebnictví se pro výrobu zatížených konstrukcí používají výrobky vyrobené na bázi termosetových pryskyřic. Pokud jde o polymerní beton na bázi termoplastických pojiv, je to nejlepší řešení pro výrobu dokončovacích materiálů, včetně obkladů schodů. Promluvme si samostatně o každém typu pryskyřice, jejich výhodách a nevýhodách.

Furanové pryskyřice

Jedná se o nejlevnější typ pojiva, proto mají takové výrobky příznivější cenu. Významnými zástupci těchto pryskyřic jsou FA, FAM a 4FA. Hlavními složkami produktů jsou některé přírodní kyseliny a chloridy různých kovů.

Polyesterové pryskyřice

Je to také běžný typ pryskyřice používané při výrobě licího kamene. Dělí se na polyethermaleináty a polyethermaleináty. K vytvrzení prvně jmenovaného se používá hlavně hydroperoxid isopropylbenzenu, methylethylketon a další iniciátory. Při výrobě se také používá roztok naftenátu kobaltu a další urychlovače. Methylethylketon a benzoylperoxid se používají jako tvrdidla pro polyesterakryláty.

Fenolformaldehydové pryskyřice

Tento typ pryskyřice je produktem kombinace fenolů a fenolformaldehydu. Produkty využívající jako pojivo fenolformaldehydovou pryskyřici se vyznačují vysokou odolností vůči chemickým činidlům, velkou pevností a dalšími vlastnostmi, ve kterých výrazně převyšují konkurenci.

Močovinové pryskyřice

Jedná se o nejběžnější typ spojovacích prvků. Pro dodání tvrdosti výrobkům na bázi močovinové pryskyřice se používají některé kyseliny organického původu, jakož i anorganické kyseliny a soli.

Srovnání polymerbetonu a betonu

Srovnání technických vlastností betonu a polymerbetonu ukázalo, že v některých ohledech je tento polymer mnohonásobně před svým slavným rivalem. V první řadě se výzkum týkal pevnosti obou materiálů a ukázalo se, že litý kámen je asi pětkrát pevnější, což nemůže zůstat bez povšimnutí, protože životnost takového materiálu je mnohem vyšší. Kromě toho polymerbeton:

• má nejlepší výkon v odolnosti proti stlačení a ohybu;
• méně se opotřebovává, proto se doporučuje pro obklady schodišťových stupňů a jiných povrchů vystavených častému mechanickému namáhání (odolnost materiálu proti opotřebení je 10-15krát vyšší než u betonu);
• vysoká mrazuvzdornost: polymerbeton vydrží až 500 cyklů zmrazování a rozmrazování a v tomto ukazateli se blíží betonu vyztuženému vlákny vyrobenému inovativní technologií C3;
• chemická pasivita a litý kámen má vysokou odolnost vůči kyselině dusičné, sírové, čpavku a dalším chemikáliím;
• ideální dekorativní vlastnosti, které designéři využívají.

Polymerbeton je velká skupina materiálů, jejichž složení a vlastnosti se liší. Toto složení se vypočítává v závislosti na rozsahu použití polymerbetonových výrobků. Stojí za zmínku, že rozsah jejich použití je velmi široký.

Kde se polymerbeton používá v praxi?

Hlavním spotřebitelem betonového polymeru je stavebnictví, kde je široce používán. Polymerbeton je díky své pevnosti a dostupnosti nepostradatelný pro výrobu železničních pražců, které musí odolat velkému zatížení. Používá se také při konstrukci sloupů, podlahových desek, všech druhů regálů, roštů a obkladových materiálů. Jak jsme si již řekli, používá se také pro obklady betonových schodů v interiéru i exteriéru. Venkovní konstrukce z betonového polymeru se nebojí srážek, takže vydrží dlouho.

Výroba polymerbetonových trubek

Jednou z oblastí použití betonového polymeru je výroba polymerbetonových trubek. Dnes se tento materiál používá pro výrobu vysokopevnostních (50 MPa a více) trubek d=600-1200 mm odstřeďováním. Používají se v zavlažovacích systémech, protože se nebojí agresivního prostředí.

Izolace potrubí

Tuzemští vědci vynalezli unikátní typ pěnového polymerbetonu, který se dobře osvědčil při izolování potrubí topení a teplé vody. To umožnilo opustit antikorozní nátěr ocelových trubek a vnější hydroizolace.

Vzhledem k vysoké pevnosti výrobků vyrobených z monolitického polymerbetonu (2-2,5krát vyšší než u betonu) jsou široce používány pro výrobu regálů a překladů v dolech. Díky jejich používání se výrazně snížila nehodovost a lidé jsou ve větším bezpečí.

Vlastnosti výroby polymerbetonu

Navzdory rozmanitosti polymerních betonů je technologie výroby výrobků z nich podobná. Nejprve se plnivo rozdělí na frakce, promyje a vysuší. Poté se směs promíchá, ze které se následně vytvoří potřebné produkty. Předpokladem je tepelné zpracování, po kterém je každý výrobek nebo design důkladně zkontrolován. Příprava směsí probíhá při teplotě minimálně 15 stupňů, k míchání se používají míchačky betonu s nuceným chodem, přičemž samotná pojiva se připravují samostatně v turbulentních míchačkách s vysokou rychlostí.

Směsi se zhutňují pomocí vibračních plošin při 250-300 otáčkách za minutu s amplitudou 2-4 mm po dobu dvou minut nebo déle (v závislosti na technologii). Síla produktu se získává v přírodních podmínkách po dobu 28-30 dní, přičemž teplota by neměla být nižší než 15 stupňů a vlhkost vzduchu by měla být v rozmezí 60-70%. Pro urychlení procesu lze použít aerodynamické pece nebo komory s parními zapisovači (teplota +80°C). V tomto případě je důležitá rychlost nárůstu a poklesu teploty, aby se zabránilo vzniku trhlin.

Co říkají cizinci?

Ve skutečnosti nejen ruští výrobci vyrábějí výrobky z polymerního betonu. Ve francouzské společnosti Perodo funguje poloautomatická linka na výrobu obkladových materiálů na bázi litého kamene. Japonská společnost Mechan resin concrete industry vyrábí polymerbetonové studny pro kabelové kanály, jiní japonští výrobci vyrábějí spolehlivé trubky z polymerového betonu vyztužené skelnými vlákny. Stranou nezůstali ani Němci z firmy Graletbeton, kteří zvládli výrobu stěnových bloků, panelů a dalších výrobků na bázi jemnozrnného betonového polymeru.

Zvláštní pozornost si v tomto směru zaslouží aktivity amerických firem, které si osvojily i výrobu polymerbetonových výrobků. Zejména firma Amoco techet vyrábí trubky d=300-3000 mm a tloušťku stěny 10 mm. Používají se v tlakových rozvodech včetně úpraven pracujících s nebezpečnými médii. Společnost Bondait zahájila výrobu odolných dokončovacích desek a stěnových panelů, kde se jako výplň používají přírodní produkty – rýžové slupky, piliny a další. V jedné z amerických laboratoří byly vyvinuty žáruvzdorné polymerbetonové trubky pro použití v geotermálních instalacích.

Polymerní betony jsou moderní betony vyvinuté za účelem snížení nebo úplného odstranění nevýhod tradičních cementových betonů, včetně:

• nízká plasticita ve srovnání s jinými stavebními materiály;
• blednutí v průběhu času v důsledku obsahu rozpustných solí v materiálu;
• relativní křehkost (při silném stlačení se mohou tvořit trhliny);
• slabá pevnost v tahu (při nadměrném zatížení se v produktu mohou tvořit trhliny a dokonce může prasknout);
• znečištění životního prostředí jak při výrobě hlavní složky – cementu, tak i při samotné výrobě betonu;
• neatraktivní šedá barva, která v mnoha případech vyžaduje natření nebo pokrytí (zdobení) výrobků.

V konvenčních betonech jsou minerálními pojivovými složkami silikát a cement. Pro výrobu polymerbetonu jsou ze směsi zcela nebo částečně vyloučeny. Místo cementu se do směsi přidávají polymery.

Požadavky GOST

Hlavní požadavky na výrobu polymerbetonu se odrážejí v GOST 27006-2019, která specifikuje, jak se vybírají počáteční složení, a GOST 7473-2010, která upravuje složení směsí a poskytuje TU (technické podmínky) pro výrobu a také popisuje metody zkoušení betonu.

Při výběru kompozitní polymerní výztuže použité pro výztuž před litím použijte GOST 31938-2012.

Druhy polymerbetonu

Polymerní betony se dělí na:

P-betony (polymer) — jedná se o speciální betony, které byly vyrobeny s polymerními přísadami nebo na bázi polymerů. Dělí se na následující typy:

• MPB – minerálně-polymerní betony. Vyrábějí se z minerálních plniv, ale jsou ošetřeny polymery.
• PNB — beton plněný polymery. Během jejich výroby se přidávají polymerní plniva spolu s minerálními plnivy.
• MB — modifikovaný beton. Roztok obsahuje malé polymerní přísady.
• FB — vláknobeton. FB je vyztužen skelnými vlákny nebo polymerními vlákny a používá se také ocelová výztuž.

PCB (polymercementový beton) se vyrábějí na bázi cementu. Při jejich výrobě se jako přísady používají organokřemičité sloučeniny nebo ve vodě rozpustné oligomery. Dále se přidávají polymery a vodní emulze (polyvinylacetát a podobné), rozpustné epoxidové pryskyřice atd.

PSIB (polymersilikátový beton) – jedná se o kyselinovzdorné betony používané především ve výstavbě průmyslových podniků (chemický průmysl, hutnictví atd.). Hlavní složkou při výrobě PSIB je tekuté sklo. Během výrobního procesu se do tekutého skla přidávají polymery. Pro dosažení nepropustnosti kyselin a jejich roztoků přes PSIB se do směsi přidávají oligomery, například furylalkohol.

BP (betonové polymery) se vyrábějí na bázi cementu. BP se získává v několika fázích:

• nalijte roztok a počkejte, až ztvrdne;
• pomocí horkovzdušných pistolí se vytvrzený materiál nakonec vysuší;
• impregnujte již suchý beton oligomery nebo monomery;
• Po impregnaci se provádí radiační nebo termokatalytická polymerace impregnačního materiálu v betonové konstrukci.

Impregnací monomery nebo oligomery získáme BP, jehož pevnost a hustota jsou výrazně vyšší než u původního cementového betonu.

PSB (polymerní síra nebo sírový beton) se získávají přidáním modifikačních materiálů do roztavené síry. Do roztoku se také přidávají buď minerální, nebo neminerální plniva bez přidání vody nebo pojiv.

Výroba polymerbetonu

Pro výrobu polymerbetonu se jako základ používají syntetické pryskyřice nebo monomery (nízkomolekulární látky). Do základu se přidávají plniva a kamenivo vyrobené z chemicky odolných materiálů. Během výroby se do směsi nepřidává ani voda, ani pojiva.

Podmíněně polymerní typy betonu jsou také ty, které jsou impregnovány sírou, protože jejich pevnost je výrazně nižší než u jiných typů polymerního betonu. Výroba betonu impregnovaného sírou je udržována díky následujícím faktorům:

• síra je o řád nižší v ceně ve srovnání s monomery;
• Proces impregnace je ve srovnání s jinými typy polymerbetonu jednoduchý.

Při výrobě plnohodnotných polymerbetonů se používají nejméně tři frakce plniv a kameniva, a to:

• plniva s částicemi menšími než 0.15 mm (jemně dispergovaná);
• písek jako plnivo o velikosti zrna nejvýše 5 mm;
• drcený kámen ne větší než 50 mm.

Polymerní roztoky se připravují bez drceného kamene.

Tmely se připravují pouze z plniv (jemná frakce).

Děláte si vlastní ruce

Polymerbeton se zpravidla vyrábí v továrnách, ale v případě potřeby jej lze vyrobit i samostatně, zejména polymercementový beton (PCB).

Pro výrobu DPS si vezměte plnivo z velkých frakcí. Může to být písek, drcený kámen, hrubě drcené rozbité sklo.

Je lepší použít jemnější plnivo, jemnější mletí sníží konečné náklady. Jako plnivo lze použít křemen, andezit nebo běžně dostupné grafitové prášky.

Jako pojivo můžete použít polymerní pryskyřici z níže uvedeného seznamu:

• nenasycený polyester;
• furanic;
• epoxid;
• močovino-formaldehyd.

Je důležité, aby se: Podíl pryskyřice v roztoku je přibližně 5 %.

Budete také potřebovat tvrdidla, změkčovadla, barviva, modifikační přísady, separační prostředek pro formy a gelcoat pro vnější nátěr. To vše je komerčně dostupné.

V domácích podmínkách je problematická výroba desek plošných spojů kontinuální technologií jako ve výrobě, ale je docela možné použít periodickou technologii.

Je důležité, aby se: Použité nádoby by měly být omyty po každém dokončeném cyklu.

Roztok se připravuje v kbelíku nebo betonové míchačce. Licí forma je vyrobena ze skelných vláken, silikonu, kovu. Pro snížení nákladů můžete použít dřevotřísku, OSB desky nebo starou překližku.

1. Forma, do které se bude plnit náplň, se potře mazivem.
2. Důkladným smícháním výše uvedených složek v betonové míchačce nebo stavební míchačce v kbelíku se připraví kompozitní směs.
3. Kompozitní směs se umístí do formy.
4. Současně se na separační pastu nanese tenká vrstva gelcoatu.
5. Směs umístěná do formy se podrobí vibračnímu zhutňování po dobu dvou minut. Nejlepší je to provést pomocí vibračního stolu.

V továrnách se pro rychlejší vytvrzení forma s roztokem po vibrátoru umístí do tepelné pece. Doma je docela možné počkat na vytvrzení v přírodních podmínkách a poté produkt z formy vyjmout.

Rozsah a vlastnosti aplikace

Polymerbetony mají vysokou hustotu. Životnost konstrukcí a konstrukčních prvků z nich vyrobených je mnohem delší než u stejných konstrukcí a prvků vyrobených z tradičních druhů betonu. Polymerbetony odolávají nejméně 400 cyklům mrazu a rozmrazování a jsou odolné vůči jakýmkoli povětrnostním podmínkám v jakémkoli klimatu.

Polymerbeton má dobrou přilnavost a konstrukce rychle získává zpět svůj původní vzhled.

OpravitBěhem provozu výrobky z tohoto materiálu nepraskají, nedrolí se, tj. nehroutí se. Zároveň je samotný materiál nejen vhodný k opravě, ale také se snadno opravuje ve srovnání s tradičním cementobetonem. Oprava se provádí vyplněním poškozených míst směsí stejného složení, jaké bylo použito při lití konstrukce.

BudovaTyto vlastnosti materiálu určily hlavní směr jeho použití – stavebnictví. Polymerbeton se používá k lití monolitických stěn budov a při stavbě mostů a nadjezdů, stal se nepostradatelným ve všech oblastech stavebnictví.

architekturaPolymerbeton našel široké uplatnění mezi architekty a dává jim možnost vytvářet budovy a stavby s krásnými prvky. Sochaři ho také využívají k odlévání figur a sochařských kompozic.

Vytvořená polymerní náhrada cementobetonu má vyšší hustotu. Dokonce i výrobky složitých tvarů (s ohyby, vybouleními, vzorovanými prvky) slouží o řád déle.

Díky těmto vlastnostem byl polymerbeton označen jako „architektonický beton“.

Výhody a nevýhody

Mezi nepopiratelné výhody polymerbetonu patří:

• vysoká pevnost, nízká hmotnost, vysoká odolnost proti nárazu, zvýšená elasticita ve srovnání s cementobetonem;
• vynikající udržovatelnost;
• ve srovnání s neplastickým cementobetonem má polymerbeton vysokou plasticitu;
• odolnost vůči teplotním změnám, změně klimatu a přírodním katastrofám;
• odolává vystavení chemickým činidlům, což vedlo k jeho použití v chemickém průmyslu a metalurgii;
• možnost použití barviv v roztoku, což dává produktům různé barvy a odstíny;
• nalitá směs rychle tvrdne;
• Povrch získaný po vytvrzení má hustou a hladkou strukturu.

Hlavní nevýhody polymerbetonu:

• roztok obsahuje drahé složky, především pryskyřice, které výrazně zvyšují cenu;
• Na rozdíl od tradičního cementobetonu není polymerbeton snadno dostupný v každém regionu.

Zdroje informací:

1. [url] GOST 27006-2019
2. [url] GOST 7473-2010
3. [url] GOST 31938-2012.

• Struskovo-alkalický beton: typy, složení a použití
• Pískový asfaltový beton
• Kyselinovzdorný beton (cement): složení podle GOST, příprava
• Monolitický beton
• Vodotěsný beton