Использование и изготовление геополимерного бетона

Разновидности бетона

Невозможно представить современное строительство без использования такого материала, как бетон. Он широко применяется при постройке зданий, фундаментов, сооружений различной сложности. Бетон – универсальный материал, поэтому он имеет различные составы и качество.

В связи с постоянным прогрессом и развитием нанотехнологий, учеными был разработан инновационный вид бетона – геополимерный бетон. Стоимость такого материала в разы, а то и в десятки раз ниже традиционного. Благодаря своему составу он отличается своей экологичностью (в производстве используются только натуральные компоненты).

Различают следующие виды бетона:

• в зависимости от сферы использования (дорожные, звукопоглощающие, жаростойкие, декоративные, для промышленных и жилых зданий);
• в зависимости от плотности состава (особо легкий – до 500 кг/м³, легкий – 500-1800 кг/м³, тяжелый – 1800-2500 кг/м³ и особо тяжелый – свыше 2500 кг/м³);
• в зависимости от степени связуемости (гипсовый, силикатный, цементный, шлакощелочной);
• в зависимости от степени жесткости, согласно ГОСТ: сверхжесткие, жесткие и подвижные.

Свойства и структура

Геополимерный бетон по своей структуре очень похож на натуральный камень, поэтому сооружать здания из этого материала своими руками быстро и несложно. К тому же из него можно выливать различные фигуры. В настоящее время геополимер, из-за его замечательных свойств, хорошо используют в архитектуре и искусстве для создания статуй и колонн. Материал не подвержен коррозии, растрескиванию и не поддается разрушительному воздействию окружающей среды.

Ниже приведены отличия и преимущества геополимерного бетона: высокая прочность материала, низкая проницаемость (как у гранита), устойчивость к высоким температурам – негорючий материал, высокая скорость отвердевания (в 2-3 раза выше по сравнению с обычным), дешевое производство (в составе – зола), большая устойчивость к низким температурам, замораживанию и размораживанию.

Рецепт геополимерного бетона своими руками разработал ученый Эрез Эллоче из университета Луизианы.

Однако многие ученые утверждают, что он использовался еще при строительстве египетских пирамид. Ученый-химик Иосиф Давидович раскрыл и описал рецепт приготовления египетского геополимерного бетона. В его состав входили: в равных пропорциях растертые в пыль (около 5 %) ил из Нила и гравий известняка, поваренная соль, зола и дробленая известь (в небольшом количестве). При добавлении в цемент даже 1% органического связующего существенно увеличивается прочность получаемого раствора.

Так как ученые только исследуют и разрабатывают наиболее подходящий состав, точных пропорций ингредиентов в официальных документах опубликовано не было. Однако довольно большое количество “самостоятельных” строителей экспериментируют с тем, как можно изготовить геополимерный бетон из доступных компонентов своими руками. В действительности это возможно, достаточно только иметь определенные знания в области химии, физики и желание экспериментировать.

Рецепт геополимерного бетона

Этот рецепт хорошо зарекомендовал себя.

Для приготовления 1 литра смеси вам понадобятся:

1. 160 г гидроксида калия (КОН).
2. 200 г жидкого стекла 60% (K2SiO3).
3. 540 г золы (“летучая зола”).
4. 100 г воды.

Используемые инструменты и емкости:

• средства защиты от агрессивных веществ (перчатки, очки, халат, шапка, респиратор);
• емкость для смешивания ингредиентов (при смешивании раствор выделяет тепло, поэтому наиболее оптимальным вариантом будет использование стеклянной емкости);
• деревянная лопатка для размешивания (или любая палка, не вступающая в реакцию с щелочами);
• электронные весы (соблюдение правильных пропорций очень важно, для изготовления небольших порций можно использовать обычные кухонные весы);
• форма для отливания бетона (для более быстрого застывания бетона можно соорудить опалубку и протянуть в нем электролиты).

Все ингредиенты довольно легко найти в продаже. Большинство из них можно найти в сельскохозяйственных магазинах. Рассмотрим, какими свойствами должен обладать каждый из ингредиентов и какова процедура приготовления бетона своими руками.

Смешивание компонентов стоит производить аккуратно, быстро, при низкой температуре.

Гидроксид калия – гигроскопичные бесцветные кристаллы, при попадании воздуха быстро “расплываются”. Поэтому хранить нужно их во влагонепроницаемой защитной упаковке и распаковывать перед самым использованием. Компонент очень агрессивен, негативно воздействует на слизистые оболочки, кожу и все материалы органического происхождения (оставляет сильные ожоги). Особенно опасен гидроксид калия попаданием даже малейших частиц в глаза и на слизистые оболочки органов человека. Поэтому обязательно все работы с КОН необходимо проводить в специальных защитных очках и перчатках.

Жидкое стекло (метасиликат калия) представляет собой также гигроскопичные бесцветные кристаллы. Это неорганическое соединение, смесь щелочного калия и метакремниевой кислоты. Данный компонент можно без проблем приобрести в сельскохозяйственных магазинах, так как метасиликат калия активно применяют для удобрения различных культур.

Летучая зола представляет собой золу, уносимую из топки продуктами сгорания твердого топлива. Учеными доказано, что увеличение содержания в бетоне золы до 75% улучшает прочность и долговечность сооружений. Золу можно без проблем приобрести в сельскохозяйственном магазине. Однако это вещество вызывает много опасений из-за своей экологичности.

Охлажденную воду, можно и комнатной температуры, следует аккуратно и быстро влить в смешанный порошок, состоящий из всех ингредиентов. Не забывайте постоянно интенсивно помешивать раствор до получения однородной массы. При смешивании отмечается нагрев смеси и выделение небольшого количества углекислого газа.

Если произвести тепловую обработку полученного раствора, то состав при 80 градусах Цельсия за день отвердеет до 110 мПа. Если же раствор оставить застывать без тепловой обработки, то отвердевание до 100 мПа достигается за 7-10 дней. Для застывания обычного бетонного раствора до такого состояния понадобится целый месяц. Ели нужно замедлить скорость схватывания состава, применяют вещество под названием декагидрат тетрабората.

В итоге, благодаря химическим процессам, мы получаем очень крепкий монолит, который по своим свойствам и параметрам имеет прочность гранита, а также во много раз превосходит обычный портландцемент.

Еще одним плюсом производства геополимерного бетона является его состав. Делая бетон своими руками, вы тем самым очищаете окружающую среду от отходов разнообразных отраслей промышленности и сельского хозяйства, которые практически не перерабатываются и не утилизируются. Данные отходы наносят огромный ущерб окружающей среде и экологии в целом. Поэтому сырье для производства такого бетона значительно дешевле обычного.

Геополимер обладает очень хорошими и полезными качествами. Он очень устойчив к коррозии, выделяет и проводит в десяток раз меньше газов, способствующих возникновению “парникового эффекта”. Геополимерный бетон имеет высокую прочность при растяжении и сжатии, а, что самое главное, огнеупорность данного материала составляет более 1000 градусов.

Известные рецепты геополимерного материала

Также широко используется рецепт приготовления геополимерного бетона своими руками с использованием водорастворимых смол и поливинилового спирта. Чтобы такая смесь отвечала всем заявленным требованиям, масса полимерных органических добавок должна составлять не менее 1/5 всей массы цемента. В качестве отвердителя в таком растворе используется полиэтилен-полиаминовый отвердитель. Приготавливаются такие растворы аналогично обычным смесям из цемента. В емкость или бетономешалку закладываем воду со специальным цементом, предназначенным для производства геополимерного бетона. После этого в смесь добавляются полимерные компоненты и все смешивается до полной готовности. Изготовление требует точного соблюдения рецепта.

Для более быстрого схватывания геополимерного бетона используют специальную опалубку с электродами. Размер ее может быть любой, но удобнее использовать емкость объемом 1 м³. После перемешивания смесь следует залить в пространство между опалубкой с электродами и оставить на час. Тем временем от автономного электрогенератора через преобразователь электрического тока воздействуют на раствор. После затвердения можно доставать полученный фрагмент и приступать к изготовлению нового.

В различных источниках имеются упоминания о изготовлении геобетона своими руками из различных материалов и веществ. Наиболее часто используют глину, гипс и известь. Для замедления схватывания гипса применяют водный раствор костного клея, щелок и гашеную известь. Введение 1% такого вещества от массы бетона увеличивает срок схватывания раствора на целый час.

Очень часто в качестве вяжущих материалов используют такие органические вещества, как битум, деготь, белок, яйца и навоз. Эти материалы способны переходить в твердое и малопластичное состояние в процессе поликонденсации и полимеризации. Такие продукты экологически безопасны и имеют высокую прочность при растяжении, менее хрупкие. Данные методы и материалы использовались еще нашими предками при строительстве домов и сооружений.

Для использования предложенного рецепта в строительстве домов и других жилых помещений и его удешевления в раствор “подмешивают” древесину или древесные опилки. Древесина перед использованием тщательно очищается и измельчается, хорошо вымачивается в воде или специальном растворе. После обработки озонатором полученную массу смешивают с компонентами смеси и закладывают в бетономешалку. Вместо древесины можно использовать измельченный гравий или щебень. После приготовления полученную смесь заливают в форму и оставляют до полного застывания.

Наука не стоит на месте, и ученые упорно трудятся над созданием особого рецепта геополимерного бетона, который поразит всех своими свойствами и способами применения. Секрет производства уже почти раскрыт. Осталось подождать год-два, и геополимерный бетон заполонит улицы нашей страны. В домашних же условиях производство геополимерного бетона своими руками – довольно трудоемкий и кропотливый процесс.