CC BY
63УДК 678.744.32
И.М. БАРАНОВ, канд. техн. наук, ООО «НТЦ ЭМИТ» (Москва)
Композиционные минералполимерные строительные материалы на основе акриловых сополимеров
Минералполимеры — это строительные материалы, которые из всего многообразия известных композиционных материалов, в том числе полимербетонов, выделяются прежде всего не только широким диапазоном своих свойств, от особо плотных с высокой прочностью и коэффициентом конструкторского качества до эластичных материалов, но и тем, что на этапе приготовления и формования не требуют сложного оборудования и специальных технологий. Например, минерал-полимеры на акриловых сополимерах отличаются от полимербетонов ещё и тем, что компоненты, входящие в их состав, кроме выполнения основных своих функций выполняют ещё и другие: дополнительно пластифицируют формовочную смесь, отверждают полимерное связующее и придают ему в отверждённом состоянии повышенную эластичность или прочность, пониженную истираемость, модифицируют структуру минеральной составляющей композита. Минералполимеры представляют собой многофазные системы с двумя или более компонентами, где разнородные компоненты при сохранении каждым из них индивидуальных свойств создают композит со свойствами отличными от свойств исходных компонентов. В этих материалах в качестве минеральной составляющей могут использоваться вяжущие вещества (гипс, магнезиальный цемент, портландцемент, шлакоще-лочной цемент и др. связующие) и инертные тонкомолотые наполнители (мел, доломитовая мука, зола ТЭЦ, метакаолин, трепел, диатомит и др). В качестве полимерного связующего в работе были выбраны эмульсии акриловых сополимеров, которые в отвержденном состоянии обладают высокой прочностью, эластичностью, водостойкостью. Они доступны, недорогие, пожаробезопасны и удобны в работе.
Однако в виду того, что акриловые сополимеры отверждаются при температуре 140—160°С, а в технологии промышленности строительных материалов применение такой температуры не практикуется, нам потребовалось для каждого разрабатываемого минералполимер-ного материала подбирать не только акриловые сополимеры, но и разрабатывать системы, отверждаю-щие эти сополимеры при комнатной температуре, которые при эксплуатации минералполимеров обеспечивали бы в зависимости от назначения материалов необходимые им показатели по прочности, эластичности, адгезии, истираемости, водостойкости, морозостойкости и др.
При разработке конкретных композиционных ми-нералполимерных материалов различного назначения были подобраны композиции и технологии их производства при использовании следующих минеральных вяжущих:
• гипсовых вяжущих веществ:
— гипсополимерный материал «СТОЛИЦА» для изготовления декоративных плит, архитектурных изделий облицовки фасадов зданий и изделий садово-парковой архитектуры [1—3, 6];
— гипсополимерный утеплитель «ТИЗОЛ» [4];
— материал для огневой защиты металлических конструкций [5, 6];
• магнезиальных вяжущих веществ:
— материал с нулевыми деформациями для устройства наливных полов [7];
• портландцемента:
— фиброцементный материал для изготовления крупноразмерных декоративно-отделочных плит «МИНЕЛИТ» [8];
— песчаный бетон, штукатурный раствор и цементный клей для ремонта элементов и пролётных конструкций мостов [6];
- пенобетон «ЭКСТРАПОР» [9, 10];
• геосинтетических шлакощелочных (алюмокремне-
щелочных) вяжущих:
- материал для изготовления декоративных плит облицовки фасадов зданий [11];
- безобжиговые керамика и пенокерамика [11-13].
Кроме перечисленных известных минералполимер-
ных композитов в последнее время разработаны и другие материалы.
Фиброцементный песчаный бетон для ремонта транспортных сооружений.
В отличие от песчаного полимербетона, который разрабатывался ранее [6] и имел марки бетона по прочности на сжатие 300 и 350, этот материал на основе эмульсии акрилового сополимера «Акрэмос 101» при подвижности формовочной смеси 10 см (осадка конуса Стройцнила) имеет марку бетона 500. Основные физико-технические свойства данного материала приведены в табл. 1.
Тугоплавкое геосинтетическое алюмокремнещелочное связующее для возврата отходов производства базальто-волокнистых плит в виде брикетов в основное производство.
Данная работа выполнялась для завода базальтово-локнистых плит ООО «ИЗОМИН» (г. Ступино, Московская обл.), где отходы производства, включающие: отсевы базальтового и доломитового щебня, отсевы кокса, корольки, пыль с электрофильтров и от резки плит, обрезки и некондиционные плиты, ежедневно вывозились на свалку. Было предложено названные отходы использовать путём брикетирования и направления отходосодержащих брикетов в основное производство базальтоволокнистого утеплителя. Чтобы не нарушать отработанный режим плавки шихты в печи технологической линии требовалось обеспечить огнестойкость брикетов не ниже 1250°С. Жидкое стекло, выбранное в качестве связующего, такую температуру плавления брикетов не могло обеспечить. Поэтому разрабатывали специальное связующее на основе жидкого стекла с добавками золы ТЭС, трепела, комплексного отвердителя жидкого стекла и регулятора скорости твердения материала в количествах, чтобы при твердении брикетов жидкое стекло с названными добавками образовывало тугоплавкие алюмосиликаты. Брикеты на разработанном связующем изготавливали по рецептурам, включающим: в брикетах на щебне - отсевы базальта, отсевы доломита, корольки, пыль, золу, трепел, жидкое стекло, комплексный отвердитель жидкого стекла, регулятор скорости твердения, воду; в брикетах
на коксе — отсевы кокса, пыль, золу, трепел, жидкое стекло, комплексный отвердитель жидкого стекла, регулятор скорости твердения, воду. Разработанные варианты бетонной смеси имели низкое содержание воды (11,8—17,9) и полужёсткую консистенцию. Кроме того. бетонная смесь как со щебнем, так и с коксом несколько разжижается при интенсивном перемешивании в ктиваторе-смесителе и хорошо укладывается в форму. Бетонная смесь твердеет в течение 45—60 мин, а брикеты после расформовки имеют прочность не менее 0,5 МПа и загружаются в печь после непродолжительного хранения в цехе.
Композиционный геосинтетический минералполимер-ный материал для устройства оснований автодорог с использованием остатков от сжигания бытовых отходов.
Вяжущее для названного материала разрабатывалось в инициативном порядке для решения проблемы утилизации золошлаковых отходов с токсичными веществами мусоросжигающих заводов г. Москвы путём использования этих отходов в композиционном минералполи-мербетоне на алюмокремнещелочном вяжущем при устройстве оснований автодорог. Выбор алюмокремне-щелочного вяжущего для приготовления минералполи-мербетона с названными отходами предопределился по сравнению с портландцементом не только более высокой надёжностью блокирования в бетоне токсичных веществ, содержащихся в отходах, этим связующим, но и тем, что при твердении алюмокремнещелочного вяжущего и формирования новообразований используется химическая активность некоторых составляющих самих токсичных веществ (щелочей, извести и др.), об-
Таблица 1
Наименование показателей Значения
Предел прочности при изгибе в сухом и водонасыщенном состоянии, МПа 17,2 / 16,7
Предел прочности при сжатии в сухом и водонасыщенном состоянии, МПа 55,3 / 51,2
Коэффициент размягчения 0,93
Водопоглощение, % 4,2
Морозостойкость, цикл 300
ладающих вяжущими свойствами. Кроме того, тяжёлые металлы, содержащиеся в золошлаковых отходах в оксидной форме, в составе алюмокремнещелочного вяжущего при его твердении связываются путём образования нерастворимых кремнещелочных продуктов.
Составы, ориентировочная стоимость компонентов 1 м3 бетона, свойства бетонной смеси и материалов приведены в табл. 2.
В настоящее время разрабатываются составы и технологии получения следующих минералполимерных материалов:
• цементополимерный материал для устройства бетонных наливных полов;
• цементополимерный материал для ремонта гидротехнических сооружений;
• минералполимерный материал на алюмокремнеще-лочном вяжущем для устройства полов в специальных промышленных зданиях;
Таблица 2
Наименование компонентов, показателей стоимости, свойств бетонной смеси и материалов Значения показателей расхода компонентов в кг/м3, стоимости, свойств бетонной смеси и материалов
Рядовой бетон на золошлаковых отходах Композиционный бетон на золошлаковых отходах Бетон на портландцементе
Портландцемент М400 - - 350
Золошлаки от сжигания мусора 400 400 -
Зола-унос ТЭС: кислая / основная 400 /- 400 / 340 -
Трепел в композиции с золой: кислой / основной - / - - / 60 -
Активизатор твердения 20 20 -
Акриловое полимерное связующее - 20-30 -
Пластификатор 4 4 4
Песок 400 400 600
Щебень - - 1100
Общая стоимость материалов, р/м3 568 2168 / 2988 3426
Удобоукладываемость формовочной смеси, см ОК 5-6 5-6 -
Время затвердевания, мин 100-120 60-80 >120
Плотность бетона, кг/м3 1300-1600 1300-1600 2200-2300
Предел прочности при сжатии образцов после 28 сут твердения в нормальных условиях, МПа 3,5-4 4-6,5
Предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов, твердевших 28 сут, МПа / по СНиП 2.05.02-85* 2,5-3,1 / 2-6 3,3-5,4 / 2-6 - / 4-7,5
Коэффициент размягчения / по СНиП 2.05.02-85* 0,72 / 0,7 0,81 / 0,7 -
Водопоглощение, % 15 11 -
Применение в соответствии со СНиП 2.05.02-85* Для устройства оснований автодорог V категории Для устройства оснований автодорог IV категории Для устройства оснований автодорог I - III категорий
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МИНЕРАЛПОЛИМЕРНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ
ГИПСОВЫЕ МАГНЕЗИАЛЬНЫЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ ТОНКОМОЛОТЫЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ ДОБАВКИ
БЕТОН, РАСТВОР
ИЗДЕЛИЯ ИЗ ЗАТВЕРДЕВШИХ МОНОМИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ, БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ПЕСЧАНОГО, ЛЕГКОГО И ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА,ПОКРЫТИЯ АВТОДОРОГ
_МИНЕРАЛПОЛИМЕРНЫЙ КОМПОЗИТ_
ИЗДЕЛИЯ ПОДЗЕМНЫХ И ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ, ПОКРЫТИЯ АВТОДОРОГ, ДЕКОРАТИВНЫЕ ПОЛЫ ПРОМЗДАНИЙ, ПОЛЫ СПЕЦПРОМЗДАНИЙ, ДР. ИЗДЕЛИЯ С ПОВЫШЕННОЙ ВОДОНЕПРОНИЦАЕМОСТЬЮ И МОРОЗОСТОЙКОСТЬЮ, ШТУКАТУРКИ, ШПАТЛЕВКИ
ЗАПОЛНИТЕЛИ
ПРИРОДНЫЕ (ЩЕБЕНЬ, ПЕСОК) ИССКУСТВЕННЫЕ (КЕРАМЗИТ И ДР.) ЗОЛОШЛАКИ ОТ СЖИГАНИЯ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ ДОБАВКА, НЕЙТРАЛИЗУЮЩАЯ ЗОЛОШЛАКИ
ПЛАСТИФИКАТОР
ПОЛИМЕРНАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ
ВОДНАЯ ЭМУЛЬСИЯ АКРИЛОВЫХ СОПОЛИМЕРОВ ОТВЕРДИТЕЛЬ
Рис. 1. Схема классификации составов композиционных минералполимерных строительных материалов
КОМПОЗИЦИОННЫЕ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИЕ МИНЕРАЛПОЛИМЕРНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
I "
АЛЮМОСИЛИКАТНАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ
3
к и
3
4 о
ш 3
3
к и к
и <
о <
и <
н ш
я 3
Я ©
Рч
о
ш
я
СИЛИКАТНАТРИЕВАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ
ч ш н К
ч
Рч
ш Я н о
я
ш Ч
Рч
ш я
н
чО
§
н Я
Рч
о и
о ^
эластичный водостойкий негорючий материал
КЛЕИ, ЗАМАЗКИ ЩЕЛОЧЕКИСЛОТО-СТОЙКИЕ
основные оксиды окислосодержащей вяжущей системы
X
X
sio2 -а1203 -№20 -
I I —
X
X
алюмокремнещелочное вяжущее
КЛЕИ, ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЕ ИЗДЕЛИЯ, СКУЛЬПТУРА, ЖАРОСТОЙКИЙ ЯЧЕИСТЫЙ БЕТОН, БЕЗОБЖИГОВЫЕ КЕРАМИКА И ПЕНОКЕРАМИКА
"I—
=п
=п
=п
п=
=п
=п
ЗАПОЛНИТЕЛИ
р
я «
нк на ел
я д
н , У н уи
я ^
са 53 Д
в о
тв о
и
кой
ПОЛИМЕРНАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ
л е т
и д
р е в т о
ПЛАСТИФИКАТОР
эластичный минералполимерный материал
ШПАТЛЕВКИ, ШТУКАТУРКИ, НАЛИВНЫЕ ПОЛЫ И КРОВЛИ
бетон на геосинтетическом алюмокремнещелочном минералполимерном вяжущем
РАЗЛИЧНЫЕ ВЫСОКОПРОЧНЫЕ ВОДОСТОЙКИЕ ИЗДЕЛИЯ, ПОЛЫ СПЕЦПРОМЗДАНИЙ И ГОРЯЧИХ ЦЕХОВ, ПОКРЫТИЯ АВТОДОРОГ, ПЛИТЫ ВРЕМЕННЫХ ДОРОГ,
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ДОРОЖНЫЕ БАРЬЕРЫ, БОРДЮРНЫЙ КАМЕНЬ
Рис. 2. Схема классификации составов геосинтетических минералполимерных строительных материалов.
• эластичный и водостойкий материал на основе жидкого стекла;
• полимерминеральные эластичные материалы:
— гидроизоляционные штукатурки;
— материал для устройства эластичных наливных полов;
— материал для устройства наливной гидроизоляции кровли.
По результатам проведенных исследований ниже приводится следующая информация о названных разрабатываемых материалах.
Цементополимерный материал для устройства бетонных наливных полов.
Материал разрабатывается с целью упрощения применяющихся в настоящее время технологий устройства бетонных полов, улучшения эксплуатационных свойств и повышения их долговечности. При этом используются пластичные бетонные смеси с рецептурой, включающей: портландцемент; противоу-садочную добавку; песок (щебень); полимерное связующее с комплексным отвердителем, повышающее вязкость бетона и обеспечивающее низкие показатели его по истираемости и водопоглощению; пластификатор; пеногаситель; дисперсное волокно и воду с добавлением пигментов. Такое бетонное покрытие пола не потребует гидроизоляции его от бетонного основания.
Цементополимерный материал для ремонта гидротехнических сооружений.
При разработке этого материала в качестве основы был взят песчаный полимербетон, который разрабатывался для ремонта мостов и других транспортных сооружений [6]. В качестве основной задачи по доработке данного бетона входила задача корректировки его рецептуры с целью увеличению липкости бетонной смеси, повышения адгезии ремонтного материала к поверхности ремонтируемого бетона, а также улучшения его эксплуатационной стойкости по отношению к агрессивному воздействию воды и природных факторов, в первую очередь в зоне переменного уровня воды. Разработанная рецептура ремонтного материала включает: портландцемент; противоусадочную добавку; песок (щебень); тонкомолотый компонент; полимерное связующее с комплексным отвердителем, повышающее липкость бетонной смеси, адгезию затвердевшего бетона, его водостойкость и морозостойкость; пластификатор; дисперсное волокно и воду. Работа выполняется для ЗАО ПКП «ТРАУФ», г. Москва, которое занимается производством сухих смесей для ремонта гидротехнических объектов.
Минералполимерный материал на алюмокремнеще-лочном вяжущем для устройства полов в специальных промышленных зданиях.
Материал разрабатывается путём введения специально разработанной полимерной композиции в состав безобжиговой керамики, получаемой на основе шлако-щелочных (алюмокремнещелочных) вяжущих, что позволит использовать его при устройстве полов в горячих цехах и зданиях химических производств.
Рецептура материала включает: кислую алюмоси-ликатную золу-унос ТЭС или метакаолин с добавлением трепела, диатомита и др. пуццолановых добавок; натриевое жидкое стекло; комплексный отвер-дитель жидкого стекла; полимерное связующее со своим отвердителем; дисперсно-армирующее волокно; воду.
Эластичный и водостойкий материал на основе жидкого стекла.
Целесообразность и актуальность начатой работы по разработке технологии производства названного материала диктуются тем, что нами в инициативном
порядке впервые были получены образцы эластичного, водостойкого и негорючего материала из жидкого стекла.
Полимерминеральные эластичные материалы.
Материалы имеют высокую эластичность и водостойкость, водопоглощение их составляет не более 1—2 %. Конкретные показатели для каждого материала эластичной группы полимерминералов зависят от свойств подобранных полимерных составляющих, вида тонкомолотого инертного наполнителя и его содержания, а у материала для наливных полов ещё и от содержания мелкой фракции щебня. Разрабатываемые материалы затвердевают в течение 1,5—2 ч., а затем должны высохнуть до начала эксплуатации.
На рис. 1 и 2 представлены схемы классификации составов композиционных минералполимерных и геосинтетических минералполимерных строительных материалов.
Ключевые слова: минералполимер, композиционный материал, акриловый сополимер
Список литературы
1. Баранов И.М. Новые композиционные гипсовые материалы для облицовки фасадов зданий // Строительные материалы. 2006. № 7. С. 4—5.
2. Баранов И.М. Облицовочные изделия на основе композиционных гипсополимерных вяжущих // Жилищное строительство. 2008. № 7. С. 30—31.
3. Ферронская А.В., Коровяков В.Ф., Баранов И.М., Бурьянов А.Ф. и др. Гипс в малоэтажном строительстве. М.: Изд. строительных вузов, 2008. 240 с.
4. Успенский Д.Д., Баранов И.М., Поляничев В.Н. Новый эффективный утеплитель из полимергипса // Строительные материалы. 1996. № 10. С. 14—15.
5. Лунин Е.М., Баранов И.М. Новый композиционный фибропенополимергипсовый конструкционно-огнезащитный материал металлических конструкций // Сб. докладов международной научно-практической конференции «Гипс, его исследование и применение». Красково, 2005. С. 5.
6. Баранов И.М. Композиционные гипсополимерные материалы // Строительные материалы. 2008. № 8. С. 25-29.
7. Баранов И.М. Достоинства ипроблемы магнезиальных полов // Строительные материалы. 2012. № 1. С. 4-6.
8. Лунин Е.М., Баранов И.М. Фиброцементные крупноразмерные декоративно-отделочные плиты «МИНЕЛИТ» для облицовки фасадов зданий // Строительные материалы. 2004. № 7. С. 14-15.
9. Баранов И.М. Прочность неавтоклавного пенобетона и возможные пути ее повышения // Строительные материалы. 2008. № 1. С. 26-30.
10. Баранов И.М. Способ получения сырьевой смеси для изготовления неавтоклавного пенобетона. Патент РФ, № 2197451, 2001.
11. Баранов И.М., Разумовский С.А., Хундиашвили А.Д. Керамическая безобжиговая композиция, облицовочный материал и ячеистый бетон на её основе. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке № 2009146862 от 17.12.2009.
12. Баранов И.М., Разумовский С.А., Хундиашвили А.Д. Ячеистый бетон наоснове керамической безобжиговой композиции. Патент РФ, № 2440941, 2009.
13. Баранов И.М. Пенобетон неавтоклавный на золосиликатном вяжущем // Строительные материалы. 2009. № 8. С. 28-29.
14. Баранов И.М. Получение, свойства и производство безобжиговой пенокерамики // Строительные материалы. 2011. № 10. С. 74-77.
