Манай улс барилгын салбарт хэрэглэдэг барилгын материалын 80 хүртэлх хувийг импортлон оруулан ирж ашигладаг байсан үе саяхан. Хүний хөгжил, сургалт судалгааны төв нь 2015 онд Барилгын яамны захиалгаар “Барилгын гол нэрийн материалын эрэлт нийлүүлэтийн судалгааны тайлан” судалгааны ажлыг гүйцэтгэсэн. Энд цемент, арматур, хөнгөн бетон, төмөр бетон эдлэл, гипсэн хавтан, шалны материал зэрэг 24 нэр төрлийн барилгын материалын эрэлт, нийлүүлэлтийн судалгааг гүйцэтгэсэн байдаг.

Энэхүү судалгааны үр дүнд барилгын материалын үйлдвэрлэлийг дэмжсэн бодлого, арга хэмжээний үр дүнд 2015-2017 онд дотоодын үйлдвэрлэл явуулж буй 10 гаруй бүтээгдэхүүн нь улсын дунджаар нийт хэрэгцээнийхээ 70 гаруй хувийг хангах бололцоотой байна гэсэн дүгнэлт гарсан ажээ. Ялангуяа цемент, төмөр бетон хийц, хөнгөн дүүргэгч материалуудын хувьд хэрэгцээгээ дотоодын үйлдвэрлэлээр бүрэн хангах бололцоотой гэж үзжээ. Зуурмаг, хөнгөн бетон, тоосгоны хувьд 90-100 хувь хангах боломжтой.

Судалгаанд багцлан авсан 24 нэр төрлийн бүтээгдэхүүний  12 бүтээгдэхүүний хувьд эрэлт хэрэгцээг 2.0-60 хувь хангаж байсан бол гэрэлтүүлэг, сангийн ган хоолой, сангийн ган холбох хэрэгсэл, обой, цахилгааны туслах хэрэгслүүдийг 100% импортоор оруулан хэрэглэж байна. Энэ нь нэгдүгээрт манайд химийн болон бусад үйлдвэрлэл хөгжөөгүй, хоёрдугаарт дотоодын үйлвэрлэл явуулахад гарах бүтээгдэхүүний үнэ нь импортын бараанаас үнэтэй тусах тул импортын барааг хэрэглэх үр дүн гарч байжээ.

Зураг 1. Полимербетон тавцан

Бетоны төрлүүд дундаас полимербетон нь нягт бүтэцтэй, өндөр бат бэхтэй, ус чийг, хүчил шүлтийн, үйлчлэлд тэсвэртэй бетон юм. Барилгын салбар нь полимер материалын хамгийн том хэрэглэгчийн нэг юм.

Полимербетон чийг нэвчүүлдэггүй, зэврэлтэд тэсвэртэй тул усан бассейн, ариутгах татуургын байгууламж, ус зайлуулах суваг, шингэн эсвэл идэмхий химийн бодис агуулсан бусад байгууламжид ашиглах боломжтой. Полимер синтезийн чиглэлээр химийн салбарт гарсан дэвшил нь олон янзын шинж чанартай материал гарган авах бараг хязгааргүй боломжийг нээж өгсөн байна. Полимерүүдийг нийлэгжүүлэх, өөрчлөн модификацид оруулах шинэ аргуудыг нээснээр шинэ төрлийн мономер ба олигомер, сополимер - блок сополимер гарган авах боломжтой болж байна.

Полимербетон нь элэгдэлд тэсвэртэй, хөлдөөлт ба гэсгээлтийн мөчлөг өндөртэй, хэт ягаан туяанд тэсвэртэйн дээр ус нэвтрүүлдэггүй, эсэргүүцэл өндөртэй материал юм. Полимербетоны гол давуу талуудад ердийн бетонтой харьцуулахад жин багатай, хатуулаг өндөртэй, суналт ба гулзайлтын бат бэх өндөртэй, химийн бодист тэсвэртэй зэрэг багтана. Мөн үүний зэрэгцээ температурын хэлбэлзэл даах чадвартай, хэв гажилтанд бага ордог, хөлддөггүй төдийгүй галд шатдаггүй зэрэг шинж чанарууд орно.

Дутагдалтай тал нь гэвэл ердийн бетонтой харьцуулахад барьцалдуулагчаар нийлэг материал ашигладаг тул өртөг өндөртэй, хүнд даацын эдлэл гарган авахад хүндрэлтэй, мөн цохилтын тэсвэрлэлт багатай зэрэг орно.

Сайтар угааж баяжуулсан том, жижиг  ширхэгтэй дүүргэгчийг ямар нэг полимертэй хольж, хэвлээд  дулааны боловсруулалтаар полимержүүлж  гарган авсан нягт бүтэцтэй, өндөр бат бэхтэй, ус чийг, хүчил шүлтийн, үйлчлэлд тэсвэртэй бетон юм. Гагцхүү полимер нь 1000°С-с дээш температурт зөөлөрдөг учир халаах хэрэгсэл зэрэг дулааны эх үүсвэрээс хол орших барилгын хэсэгт хэрэглэнэ.

Мэргэжлийн хүрээнд полимербетоныг (өндөр барилгад хэрэглэдэг) эрдэсийг цутган гарган авсан эрдэсбетон (ихэнхдээ тоног төхөөрөмжийн суурь, тавиурт хэрэглэдэг), урвалын идэвхит давирхайт бетон зэргээр нэрлэдэг аж.

Өөрөөр хэлбэл ердийн бетон шиг дүүргэгч ба барьцалдуулагч гэсэн үндсэн хоёр хэсгээс бүрддэг. Энгийн бетонд барьцалдуулагч нь цемент байдаг бол полимербетоны хувьд цемент ба давирхай эсвэл цэвэр давирхай байдаг байна.

Энэхүү материал нь шинж чанарын хувьд сайн байгаад зогсохгүй мөн хүрээлэн буй орчинд ээлтэй материал юм. Өөрөөр хэлбэл механик шинж чанар сайтай үрэлт, элэгдэлтэд тэсвэртэй тул удаан хугацаанд ашиглах боломжтой мөн дахин боловсруулан ашиглахад ямар ч нэмэлт материал, илүү ажиллагаа шаардлагагүй. Зөвхөн нунтаглаад дахин үйлдвэрлэлийн технологийн процесст оруулах боломжтой ногоон бүтээгдэхүүн юм.

Полимербетоны давирхайн хэмжээ, дүүргэгч материалын ширхэглэлийн бүрэлдэхүүнийг өөрчилснөөр тухайн бетоны шинж чанарыг үйлчлүүлэгчийн хүсэл сонирхолд нийцүүлэн маш нарийн тохируулах боломжтой байдаг. Өөрөөр хэлбэл бетоны найрлагыг өөрчлөн бетоны механик болон оптик шинж чанарыг сайжруулах, даацын элементэд ашиглах, гадаргууг нь толигор болгох жишээ нь өндөр барилгын ус зайлуулах хоолой нь богино хугацаанд их ус зайлуулах чадвартай байх ёстой бол машин тоног төхөөрөмжийн суурь нь гулсахгүй, бат бөх байх шаардлагыг хангах ёстой.

Полимербетонд цахиур, кварц, боржин чулуу, шохойн чулуу болон чанар сайтай материалыг дүүргэгч болгон ашигладаг.

Зураг 2. Полимербетоны дүүргэгч материалууд

Дүүргэгч нь сайн чанарын, тоос шороо болон бусад хог хаягдалгүй, хуурай байх ёстой. Эдгээр шалгуурыг биелүүлээгүй тохиолдолд полимер холбогч ба дүүргэгчийн хоорондох бат бэх чанарыг бууруулах магадлалтай байдаг байна.

Полимербетоны үйлдвэрлэлийн технологийн ерөнхий бүдүүвчийг 3 дугаар зургаар үзүүллээ.

Зураг 3. Полимербетон эдлэл үйлдвэрлэх технологийн бүдүүвч

Полимербетон нь дүүргэгч ба барьцалдуулагчаас бүрдэнэ. Дүүргэгч материалыг тэжээгүүрээс (1) элаватораар (2) шигшүүрт (3) өгч ширхэглэлийн бүрэлдэхүүнээр ангилна. Шигшүүрээс зөөгүүрээр (4) бункерт (5) өгнө. Эрдэс нунтагийг мөн ангилаад бункерт (6), (7) өгнө. Түүхий эдийг тугнуураар (8) тугнаад туузан зөөгүүрээр (9) элеваторт (10) өгнө. Түүхий эдийн хольцыг элеватороор дамжуулан холигчид (11) өгч сайтар хольсоны дараа хольцын бункерт (12) өгнө. Эндээс гинжин зөөгүүрээр (13) хэвлэгчийн тэжээгүүрт (14) дамжуулна. Хэвлэгчид (15) холимгийг өгч хэвэнд цутгана. Үүний дараа зөөгүүрээр (16) дамжуулан доргиурт ширээнд өгч нягтруулна. Үүний дараа хэвнээс нь салгаад (19) зөөгүүрээр (18) агуулахын өрөгч машинд (20) өгнө. Өрөгч машин нь бэлэн бүтээгдхүүнийг поддон (21) дээр өрж хадгална.

Полимербетонд термопластик полимер ашигладаг. Гэхдээ ихэвчлэн терморецетик давирхайг дулааны өндөр тогтвортой байдал, олон төрлийн химийн бодист тэсвэртэй тул үндсэн полимер бүрэлдэхүүн хэсэг болгон ашигладаг.

Бидний таницуулж буй цонхны тавцангийн хувьд ПН-1 маркын полиэфирын давирхайг ашиглах бөгөөд үндсэн шинж чанарыг нь дараах хүснэгтээр үзүүллээ.

1 дүгээр хүснэгт

ПН-1 маркын полиэфирын давирхайн үндсэн шинж чанар

Полимер бетон эдлэл гарган авахад найрлагыг сонгохдоо бат бэхийн хамгийн их байхаар харин полимер материалын агууламж хамгийн бага байхаар гүйцэтгэнэ. Найрлагыг сонгохдоо дараах зүйлийг анхаарна. Үүнд:

-          Полимер барьцалдуулагчийн агуулгыг аль болох бага хэмжээнд барих;

-    Нарийн ширхэгтэй дүүргэгчийн ширхэглэлийн бүрэлдэхүүнийг хамгийн оновчтой байдлаар ашиглах;

Полимер бетон хольц нь тодорхой хөдөлгөөнтэй байх ёстой бөгөөд ингэснээр цутгаж, нягтруулах боломжтой болно. Полимер бетоны найрлагыг гурван үе шаттайгаар тодорхойлно.

⮚      Эхний шатад полимер холбогч бодисын найрлагыг туршилтаар сонгох;

⮚      Хоёр дахь шатанд дүүргэгч фракцын хоорондох хэмжээ, харьцааг сонгох, дүүргэгч ба тусгай нэмэлтийг сонгох;

⮚      Гурав дахь шатанд хольцын найрлагыг туршилтаар тодорхойлно.

Туршилт-онолын үндсэн дээр хийсэн сонголт нь полимерийн хамгийн бага зарцуулалттай эдийн засгийн үр ашигтай найрлага сонгох боломжийг олгодог байна. Бэхжүүлэгч (гипериз) хэмжээ нь давирхайн жингийн 2-4% байдаг бол бэхжилтийг түргэсгэгч нь давирхайн массын 7-9% байх нь зохимжтой байдаг байна. Дараагийн хүснэгтэд Монгол орны элс түүхий эдийг ашиглаад гарган авах боломжтой полимербетоны найрлагыг үзүүллээ.

2 дугаар хүснэгт

1 полимер бетонд орох материалын орц

Полимербетоны дундаж нягтыг тооцон гаргахад 1397.62 болж байна.

ОХУ-ын ПН-1 маркийн давирхай нь полиэфирийн давирхай юм. Энэхүү давирхай нь олон атомт спирт болон хоёр суурьт ханаагүй органик хүчил эсвэл тэдгээрийн ангидридийн поликонденсацийн урвалаар гарган авсан полиэфирмалейны бүтээгдэхүүн юм. ПН-1 маркийн давирхайг малейны хүчил болон диэтиленгликолийн поликонденсацаар гарган авдаг байна.

n(HO-CH_2-CH_2-O-CH_2-CH_2-OH) + n(HOOCCH=CH-COOH) →

H-[-O-CH_2-CH_2-O-CH_2-CH_2-O-OC-CH =CH-CO-]

n-OH + (2n-1)H_2 O.

Энэхүү урвалын үр дүнд үүссэн ханаагүй полиэфирмалейны давирхай нь олигомер байна.

Урвалын идэвхийг нь бууруулж, уян хатан чанарыг нэмэгдүүлэхийн тулд хоёр суурьт фталейны хүчил, өөхний болон тосны хүчил гэх мэтийг нэмдэг байна. Полиэфирийн давирхайн хатуурах буюу бэхжих процесс нь халаалтын үед полиэфирмалейнатуудын шингэн мономертой сополимержих урвалын дүнд эсвэл бэхжилтийг түргэсгэгч нэмэлтүүдийн нөлөөгөөр явагддаг. ПН-1 маркийн давирхайнд ашиглах мономероор стиролыг авдаг бөгөөд энэ нь мөн уусгагчийн үүргийг гүйцэтгэдэг байна.

Бэхжилтийг түргэсгэгч материалын оролцоотойгоор ханаагүй полиэфир нь стиролд уусаж хатуу полимерийг үүсгэдэг байна. Сополимеризацийн урвалын үр дүнд мономерийн молекулууд нь полиэфирийн “Сүлжигдэх холбоос”-той шугаман гинж үүсгэнэ. Энэ урвалын дүнд  полиэфирийн давирхай хатууран бэхжиж орон зайд тодорхой эзэлхүүнтэй эдлэл бий болно. Полиэфирмалейн нь дуропластик буюу дулааны үйлчлэлд бэхэждэг материал юм.

Дараах бодисуудыг бэхжүүлэгч болон бэхжилтийг идэвхжүүлэгч болгон ашигладаг байна. Үүнд: гипериз (изопропилбензолийн гидропероксид), диметилфталатын метил этил кетоны хэт исэл, стиролт кобальтын октоатын уусмал, циклогексаны хэт исэл, бензойлын хэт исэл гэх мэт ордог байна.

Стиролт кобальт нафтенатын буюу диметиланилинын 10%-ийн уусмалыг бэхжилтийг түргэсгэгч болгон ашигладаг.

Найрлагандаа стирол агуулсан полиэфирийн давирхайг полимержилтийн урвалд оруулах үед бэхжилт түргэсгэгчтэй ашигласан тохиолдолд зуурамтгай чанар нь хэт хурдан өсөх хандлагатай байдаг байна. Энэ үзэгдлийг буруулахын тулд гидрохинон, хингидрон болон бусад тусгай ингибторыг урвалын явцад нэмж өгнө.

Учир нь давирхай нь шингэн чанараа хязгаарлагдмал хугацаанд л хадгалдаг байна. Энэ нь давирхайн найрлага, бэхжүүлэгч болон түргэсгэчийн хмэжээнээс хамаарч хэдэн минутаас хэдэн цагийн хооронд үргэлжилдэг байна.

Галын аюул болон дэлбэрэх аюулаас хамгаалж урьдчилан сэргийлэхийн тулд бэхжүүлэгч болон бэхжилтийг түргэсгэгчийг хооронд нь хольж болохгүй. Иймээс эдгээр нэмэлтийг нэг нэгээр нь дараалуулж давирхайн дээр нэмэх бөгөөд эхлээд бэхжүүлэгчийг дараа нь бэхжилтийг түргэсгэгч бодисыг нэмнэ.

ПН-1 полиэфирийн давирхайтай барьцалдуулагчийн ерөнхий найрлагыг үзүүлбэл:

⮚      ПН-1 давирхай–100%;

⮚      гипериз – 3-4%;

⮚      стиролт нафтенат кобальтын 10%-ын уусмал – 8%.

Ихэвчлэн гипериз (изопропилбензолийн гидропероксид)-ийг бэхжүүлэгч буюу хатууруулагч бодис болгон ашигладаг.

Гипериз нь тунгалаг тослог шингэн бөгөөд тод шар өнгөтэй, хүчтэй үнэртэй бодис юм.

Изопропилбензолын гидропероксид нь тэсрэх шинжтэй бодис юм. Хар тугалганы исэл ба янз бүрийн хүчилтэй харилцан үйлчлэлцэх үед гипериз нь хурдан задардаг. 

Тэсэрч дэлбэрэх аюулаас хамгаалахын тулд бэхжүүлэлтийг түргэсгэгчтэй хэт ойрхон хадгалахгүй мөн бэхжүүлэлтийг түргэсгэгч бодис нафтенат кобальтын уусмалтай дангаар нь хольж болохгүй.

Дээрх найрлагаар полимербетон эдлэл гарган авах технологийн бүдүүвчийг доорх 4 дүгээр зургаар үзүүллээ.

4 дүгээр зураг. Полимербетон эдлэл үйлдвэрлэх цехийн технологийн бүдүүвч

Полимербетон гарган авах холимгийг цутгуурын машины холигчид гарган авна. Цутгуурын машинаас гарсан массыг шууд хэвлээд өнхөрүүштэй дамжуулагчаар зөөвөрлөнө. Полиэфирийн давирхайг холигчид өгөхөөс өмнө цутгуурын машиныг 50-60°С-ийн температуртай болтол халаана.

Полимербетоныг хэвлэхдээ бетоны хольцыг өнгөлж тосолсон ган хэвтээ хэвэнд цутгана. Ган хэвийг тосолсоноор эдлэлийн гадаргууд нэмэлт боловсруулалт хийх шаардлагаггүй болно. Тосолгооны материалаар өнгөлгөөний паст эсвэл цагаан лавыг гар аргаар түрхэж хэрэглэнэ.

Хэвийг өнгөлж, тосолгооны материал түрхсэний дараа гелькоутын хэсэгт шилжүүлнэ. Гелькоутыг хэвэнд хийсний дараа хэвийг цутгуурын машинд шилжүүлнэ. Ингээд цутгуурын машинд полимербетоны зуурмагийг хэвэнд цутгасны дараа доргиурт тавцанг ажиллуулна.  Нягтруулсан хольцыг өнхрүүлэгтэй дамжуулагчаар полимержилтын камерт өгч 80°C-ийн температурт 45 минут барина. Дулааны боловсруулалт хийсний дараа бүтээгдэхүүнийг хэвнээс салгаж аваад эцсийн бүтээгдэхүүний агуулахад хүргэдэг.

Салгасан хэвийг цэвэрлэж, тослоод өнхрүүлэгтэй дамжуулагчаар  дахин гелькоут түрхэх хэсэгт нийлүүлнэ. Уг цех нь дулааны боловсруулалтын камертай тул бүтэн жил буюу 12 сар ажиллах боломжтой байна.

Г.Саран, ШУТИС-ийн Материал судлалын төвийн захирал, доктор (Ph.D), дэд профессор

Р.Долгоржав, ШУТИС, Хэрэглээний шинжлэх ухааны сургуулийн ХИС-ын багш, МУ-ын мэргэшсэн инженер