Характеристики изделий из полимербетона (искусственного мрамора) в значительной степени зависят от типа используемой смолы и наполнителей. В обычных (или «тяжелых») полимербетонах в качестве минеральных наполнителей применяются щебень определенных фракций, дробленый из гранита, гравия, мрамора и др., кварцевый песок, известняк; в «легких» полимербетонах - керамзитовый щебень.
* Благодаря высокому удельному весу материал при ударе не «гудит» и не даром производит впечатление массивного, основательного и надежного натурального камня; для высотных облицовок рекомендуется использовать более тонкие панели.
Постоянство, стабильность состава и свойств материала по всему объему.
Высокие механические свойства (монолитность, твердость, прочность, стойкость к удару и изгибу, истиранию, грузоподъемность, отсутствие вздутий, расслоения, трещин), заметно превосходящие свойства природных материалов и цементных бетонов.
Устойчивость к атмосферным воздействиям (ультрафиолетовое излучение, ветровая эрозия, многократные переходы через 0С в обоих направлениях и др.) и тепловым ударам от -50 до +150оС; испытаниями подтверждена возможность многолетней эксплуатации изделий на основе полиэфирных смол в условиях российского климата; по данным независимых испытаний количество циклов морозостойкости - не менее 300.
Стойкость к воздействию химически активных жидкостей (щелочей, кислот, органических растворителей, масел, красок, моющих веществ).
Устойчивость к проникновению любых веществ, включая вредные, позволяет без больших затрат обеспечивать полный рециклинг, т.е. перерабатывать применяемые строительные и иные материалы и получать вторичные материалы).
Классический (тяжелый) полимербетон практически водонепроницаем. Высокая плотность и предельно малое количество микротрещин и микропор вкупе с химической инертностью полимербетона делают этот материал негигроскопичным и влагостойким - он не пропускает и не впитывает воду, не набухает в ней, обладает высокой гидрофобностью. Все эти характеристики объясняют, в частности, прекрасную морозоустойчивость материала.
Все посторонние загрязнения легко смываются с поверхности - сооружение, облицованное плитами из полимербетона, или изделия из него достаточно время от времени мыть для снятия атмосферных отложений.
Полимербетон на ощупь воспринимается теплым, что обуславливается его существенно более низкой теплопроводностью в сравнении с натуральным камнем. Это же свойство объясняет, почему теплая вода в сосудах из полимербетона, существенно дольше остается теплой, чем в изготовленных из других материалов.
Еще одним важным достоинством материала является его способность хорошо формоваться. При этом обеспечиваются минимальные допуски, а, следовательно, и высокая точность контуров, формуемых или отливаемых изделий.
Полимербетон характеризуется высокой способностью к гашению колебаний в широкой полосе частот промышленного, транспортного, бытового или иного происхождения.
Произвольные размеры поверхностей: до 4 м в длину и 1,4 м в ширину; типовые толщины плоских изделий - 10, 20 и 30 мм. На заказ - любые.
Простота механической обработки и монтажа (материалы достаточно легко пилить, фрезеровать, сверлить, нарезать резьбу упрочненным инструментом).
Высокое качество «естественной» полировки (при необходимости) видимых поверхностей (глубина неровностей - около 25 мкм), определяемое качеством формы (стола); возникающие в процессе эксплуатации риски и неглубокие царапины легко заполировываются.
Кромка любого профиля (при необходимости).
Хорошая плоскостность (для плоских изделий) даже при больших размерах.
Относительная простота заделки швов между смежными полимербетонными деталями; для этого используется композиция с составом, идентичным использованному при литье самих изделий, шпатели и шлифовальные инструменты; в фасадных самовентилирующихся навесных системах небольшие щели между панелями могут оставляться намеренно;
Высокая пожаробезопасность. Изделия из полимербетона могут быть отнесены к трудновозгораемым, медленно распространяющим пламя по поверхности, огнеупорным и трудногорючим. По этим параметрам изделия из полимербетонов превосходят созданные по традиционной технологии из стеклопластика вследствие более высокой концентрации минеральных наполнителей в высоконаполненных литьевых камнях.
3. Технология производства полимербетонов
Первый этап технологии полимербетонов подготовка сырьевых компонентов. Влажность наполнителей и заполнителей полимербетонов должна быть не более 0,5 ...1 %. Это объясняется тем, что прочность и другие свойства полимербетонов резко падают при использовании влажного заполнителя: тончайший слой воды на частицах заполнителя ухудшает твердение полимерного вяжущего и снижает его адгезию к ним. Поэтому заполнители и наполнители сушат в барабанных сушилках при температуре 80...110°С и обязательно охлаждают перед дозированием до нормальной температуры.
В качестве наполнителя используют тонкомолотый андезит (0,5 м2/г), а также различные, в том числе и кварцевые, наполнители, но с обязательной модификацией их поверхности.
Синтетические смолы и отвердители перед употреблением доводят до необходимой вязкости нагревом или введением растворителей. Например, бензосульфокислоту (БСК) нагревают до плавления (35...40°С) или растворяют в спирте или ацетоне.
Приготовление полимербетонных и мастичных смесей при малой потребности производится вручную или на лабораторных смесителях. При большой потребности в смеси используют быстроходные смесители; можно также использовать стандартные растворо- и бетоносмесители. Существует несколько способов приготовления полимербетонных смесей, различающихся порядком смешения компонентов.
Наиболее эффективно раздельное получение смеси: сначала готовится связующее, а затем оно вводится в подготовленную смесь заполнителей. Связующее готовят в быстроходных смесителях или растворосмесителях. Готовую смесь сразу же загружают в бетоносмеситель, где уже находятся предварительно перемешанные и обработанные модифицирующие добавки (ПАВ или небольшим количеством связующего) заполнителя. Продолжительность перемешивания заполнителей со связующим 1,5...2 мин.
Введение части смолы (мономера) в бетоносмеситель с заполнителями имеет целью создание на поверхности заполнителей тонких пленок смолы. В этом случае при последующем введении связующего заполнитель уже не будет адсорбировать смолу из связующего и прочность контактных слоев связующего не снизится, как это имеет место при введении связующего в необработанный заполнитель.
Двухстадийное получение смеси имеет ряд преимуществ: сокращается общая длительность цикла перемешивания и уменьшается расход смолы (мономера); связующее получается более однородным по составу, и его можно подогреть или охладить в процессе приготовления с целью регулирования вязкости и жизнеспособности, а также провести вакуумирование для удаления вовлеченного воздуха и повышения прочности.
При выборе объема замеса необходимо помнить о малой жизнеспособности полимербетонных смесей и назначать его, исходя из возможности уложить смесь на место немедленно после перемешивания. В противном случае из-за большого количества теплоты, выделяющейся при взаимодействии смолы и отвердителя, может произойти быстрый саморазогрев смеси, ведущий к еще большему ускорению отверждения смолы и преждевременному схватыванию смеси.
Вследствие значительно более высокой вязкости и липкости полимербетонных смесей они требуют более интенсивных методов уплотнения (повышения частоты или амплитуды виброуплотнения, использования пригруза), чем цементно-бетонные смеси.
Чтобы беспрепятственно снимать опалубку или вынимать полимербетонные изделия из форм, используют смазочные составы. Так, при формовании изделий из полимербетона на ФАМ применяют смазку, состоящую из (% по массе): эмульсола ЭТ(А) 55...60; графитового порошка, сажи 35...40 и воды 5...10. Для эпоксидных полимербетонов эффективно смазывание щелочными водными растворами с наполнителями.
Полимербетоны и мастики могут твердеть при обычной температуре, но набор прочности в таких условиях иногда продолжается долго до 100...300 сут. Поэтому для быстрого получения материала с большой прочностью желательно прогревать полимербетон при температуре 80...100°С. Режим прогрева зависит от вида полимерного связующего. Отрицательно влияет на твердение полимербетона повышение влажности окружающей среды.
Твердение полимербетонов сопровождается усадкой вследствие уменьшения объема полимерного связующего при перегруппировке его молекулярной структуры (укрупнении молекул и образовании пространственных сетчатых связей). У чистых полимерных связующих усадка достигает больших значений: 1...2% для эпоксидных смол, 7...9% для полиэфирных. Снижают усадку введением наполнителей и заполнителей, т. е. уменьшением доли полимера в объеме полимербетона. Так, у полимербетонов на полиэфирных смолах усадка составляет 0,3...0,5%, у полимербетонов на мономере ФА 0,1 ...0,2, а у эпоксидных полимербетонов - 0,05...0,1 % (т. е. величины более низкие, чем у обычных бетонов).
Для снижения расхода полимера и повышения механических свойств полимербетона используют так называемую каркасную технологию, сущность которой заключается в раздельном формировании макро- и микроструктурных элементов полимербетона с последующим их объединением в единой структуре.
В соответствии с этой технологией гранулы крупного заполнителя предварительно обрабатывают связующим (клеящим веществом) и укладывают в форму или опалубку. В результате твердения клеящего вещества образуется каркас будущего полимербетона в виде затвердевшего крупнопористого бетона. Расход клеящих веществ составляет 0,1...1,0% от массы заполнителя. В качестве клеящего вещества могут быть использованы различные органические (например, латексы СК, ПВА дисперсия и т. п.) и неорганические (жидкое стекло, цемент и т. п.) вяжущие. Пустоты в образовавшемся каркасе заполняются полимерным связующим оптимального состава. Для заполнения можно использовать метод вакуумирования или повышенного давления.
Каркасная технология позволяет снизить на 10 -15% расход полимерного связующего с обеспечением повышенных физико-механических свойств бетона. При формовании полимербетона на легких пористых и полых заполнителях каркасная технология исключает необходимость пригруза и интенсивного виброуплотнения смеси.
4. Рациональные области применения полимербетонов
4.1 Применение полимербетонов в жилищном и гражданском строительстве
Используемые в жилищном и гражданском строительстве полимербетоны в первую очередь должны обладать высокими декоративными и эстетическими качествами, атмосферостойкостью, сопротивляемостью истиранию и в значительно меньшей степени высокой стойкостью к растворам кислот и другим агрессивным продуктам, характерным для промышленных предприятий.
Исходя из этого, предъявляются особые требования к заполнителям, мономерам и олигомерам. Так, фурановые смолы имеют чёрный цвет и возможность получения полимербетонов с яркой цветовой гаммой на этих смолах практически исключается. Применение базальта и других горных пород, имеющих чёрный цвет, в качестве наполнителей и заполнителей также затрудняет получение высококачественных декоративных полимербетонов. В некоторых случаях даже неправильно выбранная отверждающая система может снизить ожидаемый декоративный эффект.
При изготовлении декоративного полимерраствора или полимербетона, обладающего особыми свойствами, следует особое внимание уделять выбору заполнителей.
1. При изготовлении элементов из полимерного (искусственного) мрамора определяющими моментами являются не только уровень технических свойств материала, но (что самое существенное) и привлекательность внешнего вида. Принятая во многих случаях формула толщина стенки - для наиболее крупнозернистой фракции теряет свою обязательность, поскольку абсолютно невозможно использовать фракции с размером гранул около 6 мм для изготовления полимермрамора, даже если средняя толщина стенок может составить около 20 мм. Это происходит по следующим причинам:
при изготовлении полимермрамора раствор подвергается пигментации красителями; важно путём добавления красителей добиться создания равномерной фактуры мрамора, обладающей определённым эстетическим воздействием, причём отдельные фракции заполнителя не должны просматриваться; чем больше размер отдельных гранул заполнителя, тем выше опасность, что они будут выделяться на поверхности материала, особенно если выбранный для раствора основной цвет отличается от естественного цвета заполнителей; часто для искусственного мрамора выбирают светлые тона, однако, более доступны заполнители коричневых или серых тонов, вследствие чего проблема возникает довольно часто;