Polymerbeton (minerální litina) je moderní kompozitní materiál, který se skládá z vytvrditelné organické matrice a anorganické výztuže. Je ideálním materiálem pro interiérové i exteriérové použití, splňujícím nejvyšší nároky na odolnost a dlouhou životnost. Způsob výroby se liší od výroby běžných cementových betonů tím, že se jako pojivo využívá reaktivní pryskyřice. Vznikne tak materiál s vyšší pevností, což umožňuje výrobu tenčích a tím i lehčích elementů. Zásadní výhodou je dokonale hladký a bezpórovitý povrch, který zůstane nezměněn po mnoho let, na rozdíl od cementového betonu, který má tendenci se vymývat a praskat po mrazech.
Složení a vlastnosti polymerbetonu
Polymerbeton je ekologicky šetrný výrobek, jehož asi 80 % tvoří přírodní minerální plnivo různé zrnitosti, spojené pojivem z reaktivní pryskyřice. Toto pojivo po vytvrzení z výrobku nemůže unikat, což znamená, že polymerbeton je možné na konci životnosti výrobku recyklovat a použít například ve stavebnictví.
Klíčové vlastnosti
- Nenasákavost: Nasákavost polymerbetonu je méně než 0,5 %, což zajišťuje mrazuvzdornost.
- Struktura materiálu: Na rozdíl od běžného betonu je polymerbeton neporézní materiál s uzavřenou strukturou.
- Životnost: Životnost polymerbetonu je výrazně delší než životnost běžného betonu.
- Recyklovatelnost: Polymerbeton je materiál zcela neškodný pro životní prostředí. Rozdrcený polymerbeton se využívá jako stavební materiál.
- Váha a odolnost: Polymerbeton umožňuje výrobu elementů, které jsou o 75 % lehčí než výrobky z betonu, při zachování vysoké pevnosti.
- Vysoká schopnost tlumení nárazů: Vibrace tlumí až 10x lépe než litina.
- Vysoké mechanické pevnosti: Vysoká statická i dynamická tuhost.
- Odolnost proti abrazivním a agresivním médiím: Chemická odolnost.
- Konstrukční variabilita a rozměrová přesnost.
- Výborná přilnavost k tradičním konstrukčním materiálům (ocel, beton, sklo, keramika).
Plnivo tvoří zhruba 80 % celkového objemu. Jsou používány přírodní nebo umělé materiály o různé zrnitosti. Mezi plnivem a matricí nesmí nikdy dojít k žádné chemické reakci. Jako příměsi plniva je možné použít moučky (filery). K utvoření odlitku s dobrými technickými parametry je nutná kompaktní struktura s co nejhrubšími zrny. Dutiny, které vzniknou, jsou vyplněny pojivem a jemnějšími částicemi. Matrice je většinou dvoukomponentní a je tvořena pryskyřicí a vytvrzovacím prostředkem. Nejčastěji používanou pryskyřicí je epoxid. Pro epoxidovou pryskyřici je na rozdíl od metacrylátové a nenasycené polyesterové pryskyřice typické menší objemové smrštění a delší doba zpracovatelnosti.
Aplikace a typy polymerbetonu
Polymerbeton se používá v řadě odvětví, a to zejména ve strojírenství a stavebnictví. První pokusy o používání polymerbetonu ve strojírenském průmyslu se datují od 70. let 20. století, i přes počáteční nedůvěru. Ve stavebnictví se polymerbeton používá například pro fasádní systémy, svrchní vrstvy průmyslových podlah a pro opravy povrchu cementových betonů narušených korozí v kombinaci s vyšším obsahem pryskyřičného pojiva. Široká škála výrobků zahrnuje několikakilogramové až tunové díly.
Použití polymermalt a polymerbetonových povlaků
- Polymermalty: Používají se jako výplň prasklin a výtluků betonových podlah skladů, dílen, garáží, expedičních ramp. Dále se polymermalta používá k zalévání kotev a podlévání aretačních ploten strojů nebo mostových ložisek. Polymermalty se nejčastěji aplikují ve vrstvě od 1 do 6 mm, obvyklá vrstva je 3 mm.
- Polymerbetonové povlaky: Používají se k potahům velmi namáhaných podlah garáží, servisů, dílen a skladů.
Typy polymerbetonu dle namáhání
- Polymerbetony pro lehké namáhání (pochůznost, paletové a kolové vozíky atp.) se provádějí ve vrstvě od 3 do 7 mm. Obvyklá aplikační vrstva je cca 5 mm.
- Polymerbetony pro střední namáhání (pojízdnost osobním autem, vysokozdvižným vozíkem atp.) se provádějí ve vrstvě od 7 do 12 mm. Obvyklá aplikační vrstva polymerbetonu je cca 10 mm.
- Polymerbetony pro těžké namáhání (pojízdnost nákladním autem atp.) se provádějí ve vrstvě od 15 do 25 mm. Obvyklá aplikační vrstva polymerbetonu je cca 20 mm.
- Polymerbetony pro velmi těžké namáhání (pojízdnost kamiony, těžkými stavebními stroji atp.) se provádějí ve vrstvě od 15 do 25 mm. Obvyklá aplikační vrstva polymerbetonu je cca 20 mm. Spotřeba polymerbetonové směsi je pak cca 37 kg/m2. Do aplikované vrstvy polymerbetonu je vložena armovací kari síť.
Příprava podkladu a aplikace
Aby vytvrzené polymermalty, případně polymerbetony, vykazovaly optimální užitné vlastnosti, musí být mimo jiné aplikovány na betonové podklady předepsaných parametrů. Betonový podklad musí být suchý, vyzrálý nejméně 28 dní, musí být izolován proti vlivům spodní vlhkosti nebo podsklepený. Vlhkost podkladu by měla být maximálně 50 % rel. Povrch musí být zatažen dřevěným nebo plstěným hladítkem, nesmí být kletován, ani poprašován cementem. Před vlastní pokládkou musí být povrch velmi dobře zameten. Je vhodné použít výkonný průmyslový vysavač pro odstranění prachu.
Čtěte také: Složení betonu
Je-li povrch podkladu poškozený (drolení, koroze, vystouplé cementové mléko apod.), příp. znečištěný naftou, oleji, asfaltem nebo jinými separátory, musí se provádět přebroušení, otryskání pískem nebo ocelovými kuličkami případně jiný ověřený, resp. vyhovující způsob.
Penetrace podkladu
Vyhovuje-li podkladový beton všem požadovaným parametrům, provádí se minimálně 24 hodin před vlastním kladením penetrace podkladu. Smyslem penetrace je zejména zpevnit povrch betonu a vybudovat přechodový můstek mezi podkladem a užitnou vrstvou.
Mísení a zpracování
Pro interiéry i exteriéry je typickým představitelem kvalitního pojiva s výbornými mechanickými vlastnostmi Polycol® 117 vytvrzovaný tvrdidlem Polycol® 593 v poměru 100:50 hmotnostních dílů. Mísení obou reaktivních složek probíhá cca 2 až 3 minuty pomocí vhodného mechanického míchadla.
Při požadavku na provedení barevné polymermalty, resp. polymerbetony lze pojivo obarvit kolorovací pastou nebo použít práškové anorganické pigmenty. Mísení pojiva a plniva se provádí v míchačkách s oběžnými lopatkami v pevném bubnu za postupného vnášení plniva tak dlouho, dokud není zřejmé, že pojivo dokonale smočilo veškeré vnesené plnivo. Při zpracování menších množství je možné používat i ruční míchací zařízení s vhodným vřetenem. Použití jiného typu plniva doporučujeme předem ověřit nebo konzultovat s výrobcem.
Přidání tvrdidla mimo stanovený mísicí poměr vede vždy ke zhoršení mechanických parametrů výsledné kompozice. Tato změna mechanických parametrů probíhá jak při podtužení (nedostatek tvrdidla), tak při přetužení (přebytek tvrdidla) kompozice.
Čtěte také: Betonová dlažba Brož
Aplikační balíčky
- Polymerbetonový komplet: Souprava obsahuje epoxidové pojivo Polycol® 117 vytvrzované tvrdidlem Polycol® 593 v poměru 100:50 hmotnostních dílů. K pojivu je přidáno přírodní nebo obarvené plnivo dle potřeb zákazníka. Souprava obsahuje 1,5 kg epoxidové pryskyřice, 0,75 kg tvrdidla a 16 kg přírodních nebo obarvených písků. Z této soupravy je možné vyrobit potah tloušťky 1 cm na ploše 1 metr čtvereční.
- Polymermaltový komplet: Souprava obsahuje epoxidové pojivo Polycol® 117 vytvrzované tvrdidlem Polycol® 593 v poměru 100:50 hmotnostních dílů. K pojivu je přidáno přírodní křemenné plnivo. Souprava obsahuje 2 kg epoxidového pojiva, 1 kg tvrdidla a 15 kg přírodních písků. Souprava obsahuje 10 litrů polymermalty.
Konzistence a plnění
Polymermalty s nízkým plněním mají tekutou až kašovitou konzistenci, a proto práce s touto hmotou vyžaduje více zkušenosti. Polymermalty jsou vlévány do hlubokých prasklin, pracovních spár nebo kotevních vývrtů. Jsou jimi podlévány aretované mostní plotny, plotny stabilních jeřábových konstrukcí a kovoobráběcích strojů. Pro tyto aplikace se používají písky s úzkou frakcí zrnitosti, nejčastěji od 0,1 do 1 mm. Užší a čistší frakce, například 0,4 - 0,8 mm nebo 0,3 - 0,6 mm, umožňují vyšší plnění. Přidáním písku je kompozice zlevňována, zahuštěna a je zvětšen její objem. Mírně nižší nebo vyšší plnění pískem se realizuje v závislosti na konkrétní aplikaci. Rozpočet se vztahuje na tloušťku povlaku 1 mm.
| Typ materiálu | Množství písku na 1 kg směsi epoxidu s tvrdidlem | Konzistence | Frakce písku | Hustota (při frakci 0,4 - 0,8 mm) |
|---|---|---|---|---|
| Velmi tekuté polymermalty | 0,5 až 1,5 kg | Tekutá až kašovitá | 0,1 - 1 mm (úzká frakce) | 1 kg pojiva + 0,5 kg písku: 1,21 kg/l 1 kg pojiva + 1,0 kg písku: 1,46 kg/l |
| Polymermalty (kašovitá) | 1 až 5 kg | Kašovitá | 0,1 - 1 mm (větší zrna = snazší uhlazení, menší zrna = nižší pohyblivost) | 1 kg pojiva + 1,0 kg písku: 1,46 kg/l 1 kg pojiva + 5,0 kg písku: 1,81 kg/l |
| Polymerbetony pro ruční hlazení | 5 až 10 kg | 0,1 - 2 mm (široká frakce) | 1 kg pojiva + 7,0 kg písku: 1,73 kg/l | |
| Polymerbetony pro strojní hlazení | 10 až 15 kg | Minimalizovaná mezerovitost ("skládané písky") | 1 kg pojiva + 10 kg písku: 1,66 kg/l 1 kg pojiva + 15 kg písku: 1,58 kg/l |
S přibývajícím plněním klesají mechanické parametry polymermaltového a polymerbetonového povlaku. Kompozice s jedním dílem písku je pevnější než kompozice s pěti díly písku. Kompozice s pěti díly písku je pevnější než kompozice s deseti díly písku. Kompozice s deseti díly písku je pevnější než kompozice s patnácti díly písku.
Aplikační teplota a doba zpracovatelnosti
Nejnižší doporučená prováděcí teplota je 15 °C při použití standardního tvrdidla Polycol® 593. U tvrdidla Polycol® 553 je nejnižší prováděcí teplota 5 °C. Použití jiných tvrdidel je třeba předem konzultovat s pracovníky obchodního oddělení výrobce. Optimální pokládku polymerbetonových kompozic je mezi 15 a 20 °C.
Vždy si připravujte jen takové množství kompozice, které jste schopni při 20 °C zpracovat do cca půl hodiny. Tímto údajem není myšlena doba po zamísení v obalu, ale doba úpravy hmoty na podlaze nebo podložce. Doba v obalu je významně kratší a je závislá na množství hmoty v obalu a okolní teplotě vzduchu. Podlaha od natužené kompozice odebírá reakční teplo a tím prodlužuje dobu zpracování. Příliš studená podlaha je schopna významně prodloužit celý proces zesítění a následné pochůznosti a pojízdnosti. Tím se též posunuje doba potřebná pro výsledné vytvrzení a související plné mechanické a chemické užívání.
Vliv teploty na vytvrzování
Rychlost vytvrzování je závislá na třech teplotách: teplotě vzduchu, teplotě podkladu a teplotě vlastních složek kompozice. Vzhledem k tomu, že teplotu vzduchu a teplotu podkladu lze regulovat jen obtížně, je možné si prodloužit dobu zpracování jen chladnými surovinami. Po smísení všech složek je nutné co nejrychleji hmotu rozprostřít na plochu, nenechávat ji v nádobě a provést její uhlazení.
Čtěte také: Půjčovna pil na beton – vyplatí se?
V chladných obdobích je situace obrácená. Teplota vzduchu a podkladu může být v nočních hodinách až nevhodná, neboť teploty začnou klesat pod 10 °C a reakce se významně zpomaluje, až se může zastavit. Z tohoto důvodu je dobré mít pryskyřici, tvrdidlo a písky uskladněné v teple. Po smísení všech složek vzniklou hmotu chvíli nechte v nádobě, aby částečně naskočila reakce epoxidu s tvrdidlem. Tuto hmotu pak opět co nejrychleji rozprostřete na plochu a proveďte její uhlazení. S ohledem na to, že aplikace polymerbetonů vyžaduje určitou zpracovatelskou zručnost, zkušenost a návyky, je potřeba posoudit doby a teploty individuálně pro konkrétní pokládku.
Doba vytvrzení a zatížení
Polymermalty a polymerbetony z Polycolu® 117 jsou při 20 °C pochůzné prakticky za 24 hodin. Plnému zatížení lze takto připravené podlahy vystavit za 7 dní při 20 °C. Při normální teplotě je druhý den povlak pochůzný a plné mechanické parametry a zesítění pojivové kompozice dosahuje po sedmi dnech.
Ochrana před vodou a chemikáliemi
Pokud do nedostatečně vytvrzené kompozice vnikne voda, dochází k emulgaci ještě nezesítěné pryskyřice a kompozice většinou nerovnoměrně zbělá. Tato barevná změna vede k pohledovému znehodnocení povlakové vrstvy. Z tohoto důvodu provádějte exteriérové aplikace vždy za takového počasí, kdy nehrozí, že do čerstvě nataženého povlaku naprší. Stupeň zesítění, kdy již k poškození nedochází, je individuální a závisí na teplotě, podkladu a prostředí. Za normálních podmínek je to 24 hodin. Při interiérových aplikacích je možné namočení podlahy opět závislé na teplotě podkladu a prostoru a celkovému zesítění kompozice. Například voda z kapajících radiátorů, armatur nebo rozvodů do ještě nezesítěné kompozice znehodnocuje vzhled aplikovaného povlaku. Z výše uvedených důvodů doporučujeme plochy chemicky (voda, saponáty, desinfekce atd.) namáhat až po 7 dnech. Pokud bude povlak předčasně vystaven působení stojaté vody, může dojít ke změně odstínu, a to zejména u tmavých barevných provedení a za nízkých teplot.
Odlišnosti polymerbetonu od klasického betonu
Hlavní rozdíl mezi betonem a polymerbetonem spočívá v pojivu, respektive v chemické reakci při výrobě. Zatímco u klasického betonu vše pohromadě drží cement, u polymerbetonu je to většinou reaktivní pryskyřice.
Tabulka srovnání betonu a polymerbetonu
| Vlastnost | Klasický beton (např. FASERFIX) | Polymerbeton |
|---|---|---|
| Pojivo | Cement | Reaktivní pryskyřice (většinou epoxid) |
| Pevnost | Srovnatelná, některé typy dosahují vyšší pevnosti než norma (C35/45) | Srovnatelná s klasickým betonem, vyšší pevnost než běžné cementové betony |
| Tloušťka stěn | Robustní boční stěny (minimálně 30 mm) | Mnohem tenčí stěny (např. s vystupujícím žebrováním) |
| Náklady na obetonávku | Důkladnější betonáž může být dražší | Vyžaduje pečlivější obetonávku |
| Ekologické vlastnosti | Kladná energetická bilance, lokální dostupnost surovin, vyztužení čedičovými vlákny, kompletně recyklovatelný (sorbent, surovina pro druhovýrobu) | Asi 80% přírodní minerální plnivo, pojivo nemůže po vytvrzení unikat, recyklovatelný (stavební materiál) |
| Odolnost vůči teplotám | Vyšší (některé typy žlabů se svou třídou nehořlavosti mohou blížit betonu) | Obecně méně odolný vůči extrémním teplotám (>80°C) |
| Mrazuvzdornost a chemická odolnost | Velmi vysoká (u moderních žlabů FASERFIX) | Velmi vysoká (odolnost běžným rozmrazovacím prostředkům či mořské vodě) |
| Povrch | Má tendenci se vymývat a praskat po mrazech | Dokonale hladký a bezpórovitý, zůstává nezměněn po mnoho let |
| Nasákavost | Vyšší než polymerbeton | Méně než 0,5 % |
| Schopnost tlumení vibrací | Nižší než polymerbeton | Výborná (až 10x lépe než litina) |
| Přilnavost | Výborná k tradičním stavebním materiálům |
Inovativní využití odpadních materiálů v polymerbetonu
V rámci výzkumu byla experimentálně prověřena možnost využití čtyř druhů odpadních skel jako náhrady za běžně využívané plnivo (křemičitý písek ISG A1 DORSILIT) do polymerbetonu (PC) využitelného především v oblasti sanace betonových konstrukcí. Jako polymerní pojivo byla použita epoxidová pryskyřice s označením EP1. Epoxidové pryskyřice patří mezi jedny z nejlepších polymerních pojiv využívaných pro přípravu polymerbetonu (PC). Vyznačují se vysokým stupněm plnění, dobrými fyzikálně-mechanickými vlastnosti, trvanlivostí a chemickou odolností.
Při použití epoxidové pryskyřice jako pojiva do polymerbetonu (PC) lze využít jako plniva i různé odpadní materiály, jako např. odpady z výroby textilií. Dále lze pomocí epoxidové pryskyřice zakomponovat do PC i různá přírodní vlákna vznikající jako organický odpad v zemědělství, a to např. kokosová vlákna a vlákna z cukrové třtiny.
Testování odpadního skla
Jako referenční plnivo byl použit běžně využívaný sušený křemičitý písek DOSRILIT označován jako ISG A1, o zrnitosti 0,1-1,5 mm, s optimálním (kulatým) tvarem zrna. Křemičitý písek o dané zrnitosti umožňuje v systémech s polymerními pryskyřicemi dosažení vyšší hustoty než jednotlivé frakce, čímž se snižuje spotřeba pryskyřice a zvyšuje se pevnost výsledného produktu. Tento písek byl dodán v požadované frakci a nebylo potřeba ho nijak dále upravovat na rozdíl od použitého odpadního skla.
Odpadní skla, která byla v rámci výzkumu testována, zahrnovala autosklo, obalové sklo, sklo z již nefunkčních deskových solárních panelů QS Solar a vnější sklo z trubicových solárních panelů. Vnější světlé sklo bylo použito především z estetického důvodu, protože použitá epoxidová pryskyřice EP1 byla bílé barvy. Vnitřní trubicové sklo bylo před drcením odmaštěno v rozpouštědle (Perchlorethylen) a následně promyto vodou a sušeno. Autosklo bylo zbaveno bezpečnostní transparentní folie.
Po vysušení byly všechny typy odpadního skla pomlety v kulovém mlýně a následně roztříděny pomocí sítového rozboru na zrnitost, jakou vykazoval referenční písek DORSILIT.
Výsledky testů mechanických a chemických vlastností
Stanovení objemové hmotnosti, pevnosti v tlaku a tahu za ohybu polymerizovaly v silikonových formách. Poměr pojivo:plnivo byl u všech vzorků 1:3,4 a odformování bylo možné provádět po 24 hod. Výsledky ukázaly, že nejvyšší hodnoty pevnosti v tahu za ohybu i pevnosti v tlaku byly dosaženy u vzorku PC, kde byl jako plnivo použit křemičitý písek ISG A1 DORSILIT. DORSILIT se vyznačuje optimálním kulatým tvarem zrna, je zbaven všech nečistot a je speciálně navržen a odzkoušen jako plnivo do epoxidové pryskyřice, což pravděpodobně vedlo k nejlepším mechanickým vlastnostem referenčního vzorku.
Hodnoty pevností PC-REF nebyly dosaženy u žádného ze vzorků PC s obsahem odpadního skla. Avšak nejblíže k těmto hodnotám se přiblížil PC, kde bylo jako plnivo použito autosklo a obalové sklo, kde pevnost v tahu byla vyšší než 20 N‧mm-2 a pevnost v tlaku se pohybovala kolem 80 N‧mm-2.
Nejhorší chemickou odolnost vykazoval vzorek PC s obsahem obalového skla, který se v 10% roztoku NaOH rozpadl. Silná barevná změna nastala u vzorků, které byly ponořeny do piva a vína, kdy vzorky značně ztmavly. Ani jedna z receptur nevykazovala dostatečnou odolnost vůči 30% H2SO4 a acetonu, kdy nejhorší odolnost vykazoval opět vzorek PC s obalovým sklem. Hodnoty tepelné odolnosti vzorků PC s odpadním sklem jsou velice obdobné jako u referenčních vzorků.
Přes pokles mechanických vlastností při náhradě křemenného písku odpadním sklem jsou výsledné mechanické vlastnosti stále vysoko nad mechanickými vlastnostmi běžných betonů (autosklo, obalové sklo), nebo přinejmenším na jejich úrovni (QS solar, trubice). Nadstandardní je ve srovnání s betonem i jejich chemická odolnost, a to prakticky ke všem testovaným médiím.
tags: #polymerbeton #informace