Полимерный бетон используется в конструкциях в качестве декоративного материала и для создания химически стойких полов и стен. Он представляет собой смесь на основе цемента с добавлением высокомолекулярных соединений, таких как водные дисперсии. В этих материалах использование полимеров позволяет модифицировать структуру в нужном направлении. Созданный композитный материал обладает улучшенными характеристиками механической прочности и эластичности.
Особенности материала
В таких материалах использование полимеров позволяет изменять их структуру в нужном направлении: своеобразные наросты производятся за счет свертываемости кристаллической структуры, а жесткий каркас образован минералом. Благодаря наличию полимера усиливаются в областях и определенных точках дефектные участки (например, поры и трещины).
Полимербетоны могут применяться в роли декоративных строительных материалов (в том числе цветных штукатурок и красителей, сухих смесей и имитаций натуральных камней), а также для химически стойких полов и стен. По сравнению с традиционным бетоном они имеют заметно увеличенный изгиб, растяжения, сжатия, абразивное сопротивление, уменьшенный модуль упругости, хорошую адгезию к металлу и каменным поверхностям различных конструкций.
Также полимербетон отличается лучшим сопротивлением воде, атмосфере и агрессивным средам, а также другими ценными свойствами, гарантирующими его практическое использование. При разработке состава полимербетонов, как правило, должны быть соблюдены некоторые следующие условия:
- максимальная скорость гидратации цемента;
- стабильность агрегации и благоприятные условия для формирования полимерных дисперсионных пленок;
- оптимальная корреляция между кристаллической и аморфной фазами в твердой цементной пасте, гарантирующая высокую устойчивость к хрупкому разрушению и пластическому коллапсу.
Активные компоненты
Активные компоненты полимербетонов — это органические вещества и связывающий минеральный агент, который с водой образует цементную пасту, объединяющую совокупные частицы для создания монолита. Полимерный компонент и минеральное связующее должны выбираться оптимально, чтобы получить желаемую прочность. Скорость полимерных добавок обычно составляет от 2−3% до 10−15% от массы сухого компонента.
Полимер во время удаления воды из бетона образует тонкий слой на поверхности пор, цемента и конкреций инертного материала, уменьшая его пористость: этот слой обладает хорошими адгезионными свойствами, поэтому добавленный полимер задерживает процесс упрочнения цементной пасты.
Основным требованием к добавлению полимера является задержка процесса затвердевания цементной пасты с минимально возможной скоростью. Формирования цемента образуют кристаллическую структуру коагуляции. Жесткий минеральный скелет, сформированный в соответствии с дефектами (например, порами и трещинами), укрепляется через полимер.
Были также изучены два способа смешивания полимеров: дисперсия путем шлифования и сухого смешивания. Поэтому наиболее подходящий способ смешивания подразумевает оптимальные условия для синтеза γ-оксида алюминия и идеальные проценты Psr и γ-оксида алюминия. Исследования цементной пасты на наномасштабном уровне имеют фундаментальное значение для определения механизма взаимодействия.
Затраты на производство
Поскольку полимер не является экономичным материалом, его можно компенсировать добавочными наполнителями, например, активными и инертными минералами, осадочными и кварцевыми породами, сжигаемыми глинистыми материалами, мелкозернистым гранулированным металлургическим шлаком и другими искусственными и натуральными порошковыми компонентами. Одной из тенденций в перспективе для улучшения качества продукта является добавление наноразмерных элементов, известных своим воздействием на гидратацию и упрочнение портландцемента.
На основе многолетнего наблюдения за развитием гидроабразивных машин можно констатировать тот факт, что после появления на рынке динамических головок, а затем 5-осевых голов производители сосредоточили свое внимание на улучшении существующих решений. Были проведены небольшие модификации, связанные с направляющими и приводами. Еще немного изменений произошло в области насосов высокого давления из-за появления сервонасосов на рынке. Элементы, которые до сих пор не были существенно изменены, представляют собой, например, несущие конструкции гидроабразивных машин.
Традиционная сваренная конструкция, являющаяся основой для установки направляющих рельсов, приводов и колосниковой решетки гидроабразивного станка, не является идеальным решением. Специфичность сварочного процесса вызывает напряжение в структуре, что приводит к возможным деформациям, устранение которых не является простым или дешевым. Такие структуры могут подвергаться отжигу, но из-за их больших размеров затраты на эту обработку невелики. Альтернативой отжигу являются вибрационные методы.
Прорыв здесь может быть новым подходом конструкторов и технологов, возникшим на горизонте для производства несущих конструкционных элементов машин для механической обработки. Некоторые производители думают об использовании инновационных материалов для создания своих машин, таких как полимербетон. Сама идея использования этого материала в станкостроительной промышленности не новая, она уже давно используется для изготовления фрезерных станков, петель и шлифовальных машин. В течение некоторого времени полимербетон также используется в лазерных и плазменных станках, где он работает очень хорошо.
Производители машин пытаются решить эту проблему по-разному. Некоторые из них для того, чтобы минимизировать сварочные напряжения, пытаются улучшить технологию сварки (например, при соответствующей последовательности сварки), другие идут дальше и с помощью фрезерного станка «мельница» устанавливают поверхность там, где расположены наиболее важные элементы машины (направляющие, элементы привода).
Все эти операции вызывают значительное увеличение издержек производства, что напрямую отражается на конечной цене устройства. Здесь также следует отметить, что минимизация отрицательного воздействия напряжений без отжига всей структуры возможна только на определенном уровне.
Полимербетон, также называемый смолистым бетоном, представляет собой строительный композит, в котором традиционное цементное связующее было заменено двухкомпонентной химически отверждаемой синтетической смолой. Наполнителями в этом случае являются песчано-гравийное соединение и кварцевый порошок, базальт или гранитный укус.
Свойства полимербетона
Исключая гидравлическое минеральное связующее, полимербетон характеризуется высокой механической прочностью и химической стойкостью ко многим агрессивным веществам. Характерной особенностью смоляного бетона по сравнению с традиционным бетоном является то, что его параметры прочности очень часто схожи с параметрами агрегатов нативных пород, которые использовались в процессе производства.
Параметры прочности полимербетона менее благоприятны по сравнению со сталью и чугуном, которые при меньшем модуле приводят к тому, что для получения соответствующей статической жесткости полимерных бетонных конструкций они должны быть надлежащим образом спроектированы.
Определенно лучшие свойства полимерного бетона видны при демпфирующих вибрациях. Логарифмический декремент демпфирования в 7—10 раз больше, чем для чугуна, и в 10—15 раз больше, чем для стали. В то же время, когда вибрации в полимерном бетонном корпусе практически отсутствуют, в чугуне они все еще находятся на высоком уровне.
Особенностью каждого строительного материала являются также коэффициенты проницаемости и теплового расширения. Полимербетон по отношению к стали и чугуну имеет более высокий коэффициент теплового расширения, достигающий 12—20 мкм/(кгК) при 10 мкм/(кгК) для чугуна и 12 мкм/(кгК) для стали. Но из-за того, что полимерный бетон имеет очень низкий коэффициент теплопроводности (1,3—2,0 Вт/(мК)), а чугун и сталь — 50 Вт/(мК), полимерный бетонный будет подвергаться меньшей деформации.
Принимая во внимание дорогостоящий аспект, полимербетон по объему является самым дешевым материалом — 2,56 EUR/дм3. Придется платить больше за сталь — 5,11 EUR/дм3 и чугун — 7,67 EUR/дм3. Но учитывая, что должен использоваться более жесткий полимерный бетон, конечная стоимость такой конструкции будет выше.
Создание и применение
При наличии необходимых знаний и соответствующих материалов можно приготовить полимерный бетон своими руками. Но следует учесть, что определенного рецепта приготовления такого бетона не существует, баланс компонентов определяется исходя из практических экспериментов.
Сама технология бетонного полимера достаточно проста. В бетономешалку заливаются вода и небольшое количество цемента. Затем в равных количествах добавляются шлак и зольная пыль. Все компоненты тщательно перемешиваются.
В качестве полимерной добавки подойдет жидкое стекло, клей ПВА, различные водорастворимые смолы. Клей ПВА можно применять в любом количестве, так как это отличный наполнитель, обладающий хорошей вязкостью. Его добавление в бетонный раствор значительно улучшает параметры стойкости готовой конструкции и уменьшает процент усадки. Соотношение между полимерами и вяжущими средствами может составлять от 5:1 до 12:1.
В случае полимерного бетона, применяемого в качестве стройматериала для производства цистерн (тел водоструйных станков), его важными преимуществами будут:
общая герметичность;- большая устойчивость к тепловым факторам;
- отличная способность к влажным вибрациям (благодаря смолам, содержащимся в материале);
- высокая устойчивость к царапинам, благодаря чему полибетон не отслаивается, не обрывается и не требует технического обслуживания, что снижает эксплуатационные расходы;
- хорошая адгезия к основным конструкционным материалам, например, стали (легкое крепление монтажных кронштейнов);
- возможность получения очень гладких поверхностей (эстетичный вид);
- способность разрабатывать привлекательные долговечные цветовые решения (в соответствии с палитрой RAL цвета не теряют цвет в течение очень длительного периода времени и устойчивы к ультрафиолетовым лучам);
- очень короткое время для достижения сборочной и эксплуатационной эффективности;
- большая легкость обработки с помощью сверл и алмазных пил;
- достигает абразивности (сравним с гранитом).
Полимербетон не лишен недостатков, которые также следует учитывать при его применении. Менее выгодными аспектами материала являются:
- риск межмолекулярной коррозии;
- высокая стоимость исполнения;
- визуально массовое строительство;
- трудности, связанные с транспортировкой оборудования или отсутствием таких возможностей.
Вышеупомянутые признаки означают, что потенциал такого бетона в виде строительного материала при производстве элементов гидроабразивной резки очень велик.
Определенный барьер для разработки технологий полимерного бетона для производства компонентов этого типа машин может быть издержками их производства. Этот процесс требует создания формы. Стоимость ее зависит от размера и сложности производимого элемента. В случае производства водоструйной ванны это является серьезным расходом. Тем не менее такая форма используется много раз, а затраты на производство ванны должны уменьшаться по мере увеличения количества произведенных изделий.
