Бесцементный строительный материал на основе полимеркарбонатной композиции

Роль полимерных и органических систем при формировании структуры и свойств неорганических материалов исследована как в нашей стране, так и за рубежом лишь поверхностно. Это обусловлено сложностью протекающих процессов на границе раздела «органика-неорганика» и многообразием участников этого процесса.

Так, установленным фактом считается, что в процессах выветривания горных пород, кроме атмосферных факторов, деятельное участие принимают микроорганизмы. По свидетельству М.И. Гольдина [1], еще академик Б.Л. Исаченко указывал, что в кристаллах солей углекислого кальция, скапливающихся в виде горных отложений, обнаружены колонии бактерий, которые, будучи перенесены в лабораторию, продолжали геологический процесс в колбах. Обильно выделяемое ими вещество являлось центром кристаллизации растворенных в воде солей кальция. М.А. Риваденейра и др. [2] проводили эксперименты по осаждению карбоната кальция бактериями в присутствии неорганических веществ (в частности хлорида натрия). Ими идентифицированы кальцит и сфалерит в условиях разных температур и концентраций вмещающих растворов.

Под полимеркарбонатными композициями понимаются органоминеральные твердеющие составы, в которых в качестве минерального компонента используется карбонат кальция, а связующим является полимер. В таких композициях может применяться заполнитель различного происхождения или система может поризоваться одним из известных способов - газо- или пенообразованием. Полученный таким образом строительный материал можно отнести к легким бетонам, в которых основой служит полимеркарбонатное вяжущее (ПКВ), а заполнителем - легкий (органический) материал или воздух (воздушные поры). Исследования данного вопроса проводятся нами с 1993 г. [3].

На первом этапе исследований в качестве заполнителей применяли отходы деревопереработки (стружка, опилки) и переработки сельскохозяйственной продукции (лущения кукурузы и подсолнечника, а также солому). Связующим в опытных образцах был амилозоамилопектиновый полимер (ААПП), из которого готовили раствор определенной концентрации.

Изучение основных характеристик ПКВ на основе ААПП и полученного искусственного камня показало несомненную эффективность принятого технического решения и необходимость разработки технологии изготовления отделочных и теплоизоляционных изделий из этого материала.

Искусственный камень из ПКВ является композитом, представляющим собой гетерогенную систему, в которой один из компонентов - затвердевший раствор ААПП -непрерывно распределен по всему объему и является матрицей, а другой компонент (наполнитель) – карбонат - дискретно распределен в объеме композиции, упрочняет и армирует материал.

Нами было установлено, что на свойства искусственного камня из ПКВ оказывают влияние следующие факторы: водотвердое отношение, количество ААПП (концентрация раствора), наличие некоторых добавок, способ уплотнения формовочной массы, сплошность структуры получаемого композита, характер затвердевания.

Согласно полученным данным, искусственный камень из ПКВ с оптимальной концентрацией раствора ААПП обладает прочностью при сжатии до 10,0 МПа (без добавок) и 15,0-20,5 МПа (с добавками), прочностью при изгибе 1,0-2,0 МПа (без добавок) и 2,0-3,0 МПа (с добавками). В качестве добавок, значительно повышающих формуемость смеси и прочностные характеристики изделий, использовали поливинилацетатную дисперсию (ПВА), синтетический каучук стирольный (СКС-65ГП) и др. Оптимальным водотвердым отношением является 0,4.

После определения основных характеристик ПКВ провели серию экспериментов для изучения основных строительно-технических и технологических параметров изделий с легким органическим заполнителем. Образцы изготавливали способом вибропрессования формовочной смеси в стандартных формах размером 4x4x16 см с немедленной распалубкой и сушкой в течение 8 часов по режиму, близкому к естественной сушке: температура теплоносителя 45-60^oС и обдувка вентилятором. Свойства материала представлены в таблице.

Исходя из данных таблицы, можно сделать вывод о том, что на основе полимеркарбонатных композиций с использованием местного сырья и отходов различных производств возможно получение отделочных строительных плиток (средней плотностью приблизительно 700 кг/м³; пределом прочности при сжатии R_cж - 2,0-2,2 МПа, пределом прочности при изготовлении Rиз- 1,8-2,0 МПа) и теплоизоляционных плит (средней плотностью - 400 кг/м³, R_сж- 1,5 МПа, R_из~ 1,3 МПа).

Изделия из этого материала абсолютно нетоксичны и легко обрабатываются: пилятся, гвоздятся, шлифуются.

Библиографический список:

1. Гольдин М.И. Микробы меняют лицо земли. М.: Советская Россия, 1958.
2. Риваденейра М.Л. и др. Осаждение карбоната кальция Deleya halophila на среде, содержащей единственную соль NaCl//РЖХ, Биотехнология, 12, 1991. 12.97.499.
3. Технология изготовления стенового отделочного материала на основе мела (ДМК) // Информационный листок ЦНТИМ 61-93. Белгород,1993. 4 с.

А.Д. Толстой, к.т.н., 
Белгородский государственный 
технологический университет им. В.Г. Шухова