Свойства геополимерного бетона

Геополимерный бетон — строительный материал, созданный на основе веществ и компонентов природного происхождения. Именно он считается сегодня одним из безопасных и экологически чистых строительных материалов. Об этом гласит приставка «гео» в его названии. Выведя формулу геополимера, ученые согласились с тем фактором, что бетонный материал на его основе — инновационный продукт в масштабах всего строительства. Однако упоминания о геополимерном бетоне известны еще со времен древних цивилизаций. По утверждению некоторых ученых, именно он мог быть применен как основной строительный блок в возведении египетских пирамид.

Геополимерный бетон не только экологически чистый материал, но еще и очень долговечный.

Бетонный плацдарм для науки

Впервые понятие «геополимер» было введено в 1978 году профессором-химиком Джозефом Давидовичем. Анализируя химический состав блоков, из которых были построены древнеегипетские пирамиды, он выдвинул гипотезу, что они изготовлены из полимерного бетона.

В состав геополимерного бетона входят только натуральные компоненты: зола, вода, жидкое стекло, шлак.

Объясняя теорию профессора Давидовича, следует вспомнить, из чего изготавливается бетон. Технология приготовления несложна даже для жителей древних цивилизаций. Мягкая порода, например, известняк, тщательно высушивалась, освобождаясь, таким образом, от влаги. Климат Египта, где дождевые осадки могут выпадать раз в пять лет, позволял произвести обезвоживание вещества естественным путем. Готовый сухой порошок известняка затем заливался водой и перемешивался. В состав смеси можно было добавить любой мелкий камень, например, щебень. При окончательном высыхании раствор затвердевал и превращался в бетонный каменный блок.

В данном случае научная теория Джозефа Давидовича могла себя полностью подтвердить, поскольку изготовление бетона из натуральных компонентов могло производиться вплоть на самой пирамиде. То есть смешивать порошок с водой вручную можно было в примитивной деревянной опалубке, возведенной специально для этого на фундаменте будущего строения. После застывания бетона опалубку снимали и переходили к следующей. Так, блок за блоком, рос монолит всей пирамиды.

Состав и свойства природного бетона

Схема опалубки для геополимерных блоков.

Современная разработка состава геополимерной бетонной смеси была произведена несколькими десятилетиями позже после введения профессором Давидовичем понятия «геополимер». Профессор Луизианского технологического университета Эрез Эллоч совместно с группой ученых озвучил миру полный состав бетонного геополимера. Это следующие натуральные компоненты природного происхождения:

• летучая зола уноса, она же зольная пыль;
• жидкое стекло;
• шлак;
• 45% КОН (гидроксид калия);
• вода.

Шлак в составе полимера придает бетонной смеси высокую прочность, однако не защищает от появления трещин при усадке. Поэтому его необходимо наполовину смешивать с летучей золой в пропорциях 1:1, тогда состав приобретет необходимые укрепляющие свойства. В связи с добавлением в состав полимерного бетона шлака такой состав получил второе название шлакощелочной. Это объясняется происходящим при производстве полимеризационным процессом, в котором алюминиевые силикаты вступают в реакцию со щелочью.

Промышленный способ изготовления природного бетона заключается в смешивании при низкой температуре всех необходимых его элементов в точных пропорциях. Это позволяет приобрести монолиту такие физические свойства, как:

Окончательное затвердевание геополимерного бетона происходит через 28 дней.

• антикоррозийная устойчивость;
• огнеупорность высокого уровня (выдержка до 1316 градусов);
• устойчивость к сжатию и растяжению;
• низкая отзывчивость на различные кислоты и другие воздействия агрессивных сред;
• маленький уровень усадки;
• небольшой объем выделения газов, создающих парниковый эффект, с поверхности каменных пород;
• низкая паропроницаемость;
• легкость и податливость при применении механического воздействия (даже алмазными кругами).

Вышеприведенные свойства геополимерного бетона в процессе его исследований сравнивались с иными видами стандартных бетонных материалов.

Помимо этого, природный вид бетона имеет маленький удельный вес по сравнению с обычным монолитом и высокую безопасность за счет низкого содержания токсичных веществ.

Это лишний раз может убедить применять его в любом виде строительства и промышленности.

Преимущества геополимерных блоков.

При изготовлении геополимерного блока используется измельченная древесина. Ее сильно вымачивают в воде и обрабатывают озонатором. Обработанную древесину добавляют в бетономешалку к бетонному раствору и уже готовой геополимерной массой заливают в опалубку-электрод. В такой опалубке в течение часа на нее воздействует через преобразователь ток. Когда блок затвердевает, становится однородного цвета, опалубку с него снимают. После полного затвердевания готовый геобетон цвет не меняет.

Узнав подробнее о полезных физико-химических качествах геополимера, ученые на мировом уровне продолжают их совершенствовать, чтобы в полной мере использовать их в жилищном, транспортном и промышленном строительстве. Тем более что этот экологически чистый материал еще достаточно дешев и может изготавливаться за счет отходов промышленного производства. Что, в свою очередь, в положительном ключе сказывается на экологической ситуации.

Хитрости самостоятельного приготовления

Поскольку инновационный минимум разработок в сфере применения природного бетона еще не достиг своего максимума и исследования в этой сфере продолжают вести, то данных о точных пропорциях используемых материалов в составе не обнародовано. Однако многие специалисты строительных профессий самостоятельно экспериментируют над созданием собственного материала.

В качестве полимерного компонента можно использовать обычный клей ПВА.

Создать геополимерный бетон своими руками можно при условии хорошей базы химико-физических знаний, возможности достать необходимые вещества и возможности производить эксперименты путем проб и ошибок. Рецепт для самостоятельного приготовления 0,4 л состава следующий:

• 300 г зольной пыли;
• 300 г шлака;
• 80 г 45% КОН;
• 100 г жидкого стекла (K2SiO3, 60,8% воды);
• 52 г воды.

Необходимо создать температуру затвердевания будущего бетона 80 градусов. За день при такой температуре состав затвердевает на 110 МПа, всего уходит на процесс застывания 7-10 дней. Для сравнения, у обычного бетона это занимает до 28 календарных дней.

Самостоятельно природные бетонные составы изготавливаются аналогично приготовлению стандартного бетона. В бетономешалку заливается небольшое количество того цемента, который предназначен для изготовления геобетона, и вода. Затем в равных пропорциях добавляется зольная пыль и шлак. Вся масса тщательно перемешивается. Далее очередь полимерных материалов. Вся масса снова мешается до полной готовности. В качестве полимерного компонента может служить всем известный ПВА особой консистенции или водорастворимые смолы. Поливиниловый спирт, входящий в ПВА, послужит для состава эмульгатором, т. е. вяжущим компонентом.

При изготовлении геобетона своими руками можно последовать совету добавлять в приготовляемый бетонный состав органические полимерные добавки количеством не более 20% от общей массы цемента. При введении в смесь водорастворимых смол, например эпоксидной или полиамидной, с последующим введением полиэтилен-полиаминового отвердителя, геополимерный бетон выйдет лучшего качества.