Уникальные свойства геобетона обеспечивают ему широкий спектр применения, особенно в специальных областях, где требования к бетону очень высоки.

В 1970-х годах французский химик Джозеф Давидовиц (Joseph Davidovits) придумал геополимерную технологию. Ее суть заключается в использовании неорганических минеральных веществ: атомы углерода в трехмерной полимерной цепочке заменены на атомы кремния и алюминия. По этому принципу получают множество композитных материалов, в т.ч. геополимерные цементы и бетоны на их основе (российские инженеры предложили использование термина геобетон).

Специалисты называют геополимерную технологию технологией “нулевого километра”, - ведь практически в любой точке мира в радиусе 100-200 км можно найти материалы для производства бетона. В основе геополимерного бетона могут быть неорганические отходы индустриальных предприятий (золы-уноса, шлаки и т.п.), минеральные природные ископаемые.

Геополимерные вяжущие нередко путают с бесцементными, полученными на базе доменного гранулированного шлака. Они были известны раньше и получили широкое применение в строительстве. Чтобы объективно оценить уникальные свойства бетонов на основе геополимерных цементов, нужно различать шлакощелочную и геополимерную технологии.

При щелочной активации шлака часто используются едкие щелочи, провоцирующие образование высолов на поверхности изделий, и требующие жесткого соблюдения правил техники безопасности. В геополимерной технологии применяют безопасные, неедкие соединения, гарантирующие отсутствие высолов; добавление шлака в состав геополимерного цемента не является обязательным.

В отличие от шлакощелочных, в геополимерных бетонах, катионы щелочных металлов полностью химически связаны, то есть заключены в структуру и не могут мигрировать на поверхность и вступать в реакцию. Таким образом, обеспечивается стабильная долговечная структура материала, устойчивая к коррозии и другим агрессивным внешним воздействиям. Благодаря этому свойству, геополимерный бетон может быть использован даже для инкапсуляции радиоактивных отходов, поскольку радиоактивные катионы будут надежно «спрятаны» в его структуре.

Прочность, сроки схватывания и другие свойства обычного бетона обусловлены «природными» характеристиками портландцемента, полученными им при производстве и зависящими от качества сырья, режимов помола и обжига клинкера. Чтобы увеличить или уменьшить сроки схватывания бетона, в него необходимо вводить дорогостоящие добавки, меняющие свойства портландцемента.

В геополимерном бетоне можно достичь тех же результатов без использования добавок, проектируя различные составы геополимерного цемента, меняющие его свойства. Этот материал менее чувствителен к качеству инертных. В геобетоне примерно 50% прочности (от 28-суточного возраста) набирается в течение первых трех суток.

Правильно подобранные заполнители придают высокую стойкость материала к огню – геобетон способен выдерживать до 1200°C. Текто-алюмино-силикатный тип трехмерной структуры геополимерной сетки обеспечивает нано-пористость структуры, позволяет химически и физически связанным молекулам воды испаряться при нагревании, не закипая и не разрывая бетон изнутри.

С другой стороны, геобетон обладает высокой морозостойкостью и может применяться при температурах до - 20°C без дополнительного прогрева. С уменьшением диаметра пор температура, при которой в них замерзает даже чистая дистиллированная вода, понижается и может достигнуть уровня -40°C…-50°C. Реагент, водный щелочной раствор, действует как электролит, что также понижает температуру замерзания жидкости в структуре бетона.

Нано-пористость геополимерной структуры обеспечивает непревзойденную водонепроницаемость: большие молекулы воды не могут проникнуть внутрь геополимерной матрицы даже под давлением. Соответственно, конструкции из геобетона не требуют дополнительной защиты от воды, что снижает затраты на их производство и строительство в целом.

За счет отсутствия кальциевых соединений материал обладает высокой сульфатостойкостью и устойчивостью к различным видам солей и кислот.

На фото можно видеть образцы из геобетона и бетона на базе портландцемента, прошедшие испытание в 10-процентном растворе серной кислоты. Кубики в возрасте 28 суток погрузили в раствор кислоты и оставили на 28 суток. Обычный бетон потерял в весе 40% от 28-суточного возраста и 70% - в показателях по прочности. У геобетона вес не изменился, а набор прочности продолжался.

Часто возникает вопрос об агрессивном воздействии щелочей, участвующих в реакции, на металлическую арматуру конструкций. В геополимерных бетонах (как и в случае портландцемента при его реакции с водой) обеспечивается высокая щелочность среды, то есть происходит обратный процесс - пассивация поверхности стальной арматуры и защита ее от коррозии.

Уникальные свойства геобетона обеспечивают ему широкий спектр применения, особенно в специальных областях, где требования к бетону очень высоки. В Брисбене исключительно из геополимерного бетона построен аэропорт, в Венеции его применяют для устройства полов и реставрации памятников архитектуры, в Иркутске компания, изготавливающая купольные дома, также будет применять геополимерный бетон.

На базе геобетона специалисты разработали состав для технологии строительной печати домов с использованием 3D принтеров. Точный подбор инертных наполнителей гарантированно снизит дозировки геополимерного цемента и реагента. При этом будут обеспечены те же показатели по прочности и подвижности смесей. Полученный состав для 3D печати на 30% дешевле состава с аналогичными характеристиками на базе портландцемента.

Сдерживающими факторами массового применения геополимерного бетона в России являются небольшие объемы производства (по сравнению с производством портландцемента), а также отсутствие стандартов.

Для производства бетона на базе геополимерного цемента требуется неукоснительно соблюдать последовательность подачи материалов и время их перемешивания, что требует внесения изменений в технологическое оборудование и изменение технологических регламентов. Впрочем, уже разработаны мобильные установки, позволяющие в автоматическом режиме, производить геобетон на строительной площадке или на территории завода.

Несмотря на существующие ограничения и особенности, геобетон применяется все больше: полученный результат превосходит инвестиции в модернизацию оборудования и переквалификацию персонала, не говоря уже про экологические аспекты применения материала и возможность утилизации техногенных.