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

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

МУ-ын мэргэшсэн инженер

Францын химич Жозеф Давидовиц анх 1975 онд байгалийн бетон буюу геополимер материал гэсэн ухагдахууныг хэрэглэжээ. Ингэхдээ байгалийн наанги шавраас метаколиныг гарган аваад түүнийгээ шүлтээр идэвхжүүлэн алюмосиликатын полимер үүссэн хэмээн тайлбарлаж байжээ. 

Тэгвэл 1950-иад оны сүүлчээр Глучовский хөрсний цемент гэдэг нэр томьёогоор дулааны боловсруулалтад оруулсан шавар болон үнс, байгалийн пуццолан, шаарга зэргийг нууцлагдмал гидравлик холбогч болгон хэрхэн ашиглаж болохыг судалж байжээ.

Харин Жозеф Давидовиц Египтийн пирамидын материалыг судалж байхдаа эртний хаадын бунхны чулуу нь бүгд байгалийн чулуу байгаагүй харин шүлтээр идэвхжүүлсэн барьцалдуулагчтай блокуудыг газар дээр нь цутгасан байж болзошгүй гэсэн таамгийг дэвшүүлсэн ажээ. Энэхүү таамгийг дэмжигч болон эсэргүүцэгч талууд аль аль нь байдаг.

Геополимер бетоныг явган хүний замын хавтан, замын хучилтын хавтан зэрэг хуурай бетон хольцыг зуурч ашигладаг бетон эдлэлд ашиглагддаг. Зураг 1. Явган замын геополимер хавтан

Дэлхий даяар жилд нийт 4 тэрбум метр куб цемент хэрэглэдэг байна. Энэ нь маш их хэмжээний хүлэмжийн хийн ялгаруулснаар барилгын салбарын нэр хүндэд сөргөөр нөлөөлдөг аж. Тэгвэл үүнийг тодорхой хэмжээгээр бууруулахын тулд Нидерланд улсын “Bosch” компани нь өөрөө нягтардаг бетоноор хийдэг тулгуур ханыг геополимер бетон ашиглан үйлдвэрлэжээ. Ингэснээрээ геополимер бетоныг их хэмжээгээр хэрэглэх боломжийг бүрдүүлээд байна. 

Зураг 2. “Bosch” компанийн геополимер бетонон тулгуур хана

Геополимер бетон нь портландцементтэй ердийн бетонтой харьцуулахад ногоон хөгжлийн тал дээр тогтвортой, эрчим хүчний хэмнэлттэй насжилт өндөртэй зэрэг хэд хэдэн давуу талтай. 

Зураг 3. Геополимер бетон нь байгаль орчинд ээлтэй бүтээгдэхүүн

Ялангуяа дэгдэмхий үнс, төмөрлөгийн үйлдвэрийн шлак, цахиурын эрдэс нунтаг зэрэг аж үйлдвэрийн хаягдал ашигладаг учраас геополимер материалыг үйлдвэрлэх үеийн хүлэмжийн хийн ялгарлыг 50-70% хүртэл хэмнэх боломжтой бөгөөд ингэснээрээ барилгын салбарын ногоон хөгжилд ихээхэн хувь нэмэр оруулж байна.

Геополимер барьцалдуулагчийг мөн шүлтээр идэвхжүүлсэн эрдсэн барьцалдуулагч материал гэж нэрлэх нь бий. Уг материалыг алюмосиликат материал буюу үндсэн орц найрлага нь цахиурын болон хөнгөн цагааны оксидыг агуулсан түүхий эдийг шүлтээр идэвхжүүлэн цементтэй ижил бүтэц үүсгэн бэхэждэг, шинж чанар бүхий бетонд ашиглах боломжтой материал буюу геополимерыг гарган авдаг байна.

Геополимер бетон нь хүчил, давсны үйлчлэлд тэсвэртэй, шахалтын бат бэх өндөртэй, ердийн бетонтой харьцуулахад галын тэсвэрлэлт өндөртэйн зэрэгцээ бэхжээд нэг хоногийн дараа өндөр бат бэхтэй бетонтой ижил бат бэхийг үзүүлдэг болохыг ХБНГУ-ын Дармштадын их сургуулийн эрдэмтэд судалгаагаар тогтоосон байна. Геополимер нь полимер материалтай ижил урт гинжин макро молекулаас бүрддэг учраас химийн бүтцийн хувьд нийлэг материалыг санагдуулдаг боловч найрлагын хувьд полимер материалтай ямар ч хамааралгүй юм. Харин Гео- гэсэн угтвар нь түүнийг эрдэс бодисоос бүрдсэн болохыг тэмдэглэнэ. 

Зураг 4. Геополимер бетоны бүтэц (Si:Al=2.81)    

Өөрөөр хэлбэл геополимер бетон нь органик бус нано бүтэцтэй байдаг учраас ультра өндөр бат бэхтэй ажээ. Жишээ нь Шотландын архитектор, доктор (Ph.D) Розин Хайд өөрийн судалгааны ажлын хүрээнд 96% нь аж үйлдвэрийн хаягдлаас бүрдсэн геополимер материал гарган авсан бөгөөд түүний шахалтын бат бэх нь 140 МПа байсан байна. Энэ нь ердийн бетонтой харьцуулахад 3-4 дахин өндөр бат бэхтэй гэсэн үг юм.

Германы эрдэмтэд мөн SiC утсархаг материал нэмснээр геополимер бетоны шахалтын бат бэхийг бүр 380 МПа хүртэл нэмэгдүүлэн хэт өндөр бат бэхтэй бетон гарган авах боломжтойг тогтоожээ. Өөрөөр хэлбэл ус-барьцалдуулагчийн харьцааг 0.15 хүртэл бууруулах боломжтой учраас геополимер бетоны талстууд нано хэмжээстэй бөгөөд уламжлалт бетоны талстуудтай харьцуулахад талст ус бага агуулдаг. Энэ нь түүнийг ультра өндөр бат бэхтэй болоход хүргэдэг байна. Нөгөө талаас барьцалдуулагч материалыг полимеризацийн процесс нь SiO4- болон  AlO4-ийн тетраэдрүүд гинжин холбоонд орсноор явагддагтай холбоотой аж. Мөн дүүргэгчийн ширхэглэлийг бүрэн бүрхсэнээр өндөр бат бэхтэй болж байгаа ажээ. Уламжлалт цементийн талст ургахдаа дүүргэгчийн гадаргуун хажууд болон тойрон ургадаг бөгөөд бүх дүүргэгчийн мөхлөгийг бүрэн бүрхдэггүй дүүргэгчийн мөхлөг болон талстын харьцах талбай нь 50% байдаг бөгөөд зарим тохиолдолд бүр 30% хүртэл байдаг байна.

Үүний зэрэгцээ галын тэсвэрлэлт нь дүүргэгч болон нэмэлтээс хамаарч 800-1200°С хүрдэг учраас сүүлийн жилүүдэд авто замын туннелийг ийм материалаар бүрдэг болжээ.

Дүүргэгчийн ширхэглэл, өнгө болон гадаргуугийн бүтцээс үл хамаарч уламжлалт бетон шиг харагддаг байна.

Зураг 5. Геополимер бетон эдлэл

Мэдээж хэрэг мөн геополимер бетонд дутагдалтай тал бий. Жишээ нь цахилгаан станцын үнс ашиглах тохиолдолд цацраг идэвхийн агууламж өндөртэй гарах нөхцөл үүсэх боломжтой. Иймээс түүхий эдийн шинжилгээ маш чухал байна.