Химические добавки АО «Пигмент» для строительной индустрии
Андрей Перехрест, кандидат химических наук, руководитель Научно-технического центра добавок в строительные материалы, АО «Пигмент».
Аннотация
Стратегическим вектором развития АО «Пигмент» является расширение ассортимента и увеличение объема производства химических добавок в строительные материалы. Предприятие выпускает полимерные основы добавок в строительные материалы: полиметиленнафталинсульфонаты, поликарбоксилаты, меламино-формальдегидные суперпластификаторы, ацетоно-формальдегидные суперпластификаторы, а также комплексные добавки на их основе. За последние годы на АО «Пигмент» достигнут значительный прогресс в области синтеза полимерных основ добавок и производства комплексных рецептур.
Введение
АО «Пигмент» является многопрофильным химическим предприятием, обладающим 72-летним опытом выпуска химической продукции, в т. ч. тонкого органического синтеза. Предприятие признано одним из десяти наиболее динамично развивающихся химических предприятий РФ. В настоящее время предприятие выпускает широкий ассортимент продукции: пигменты, химические добавки в строительные материалы, стирол-акриловые дисперсии, лакокрасочные материалы, сульфаминовую кислоту, красители, оптические отбеливатели, присадки к бензинам, синтетические смолы, химическое сырье. В ассортиментном портфеле предприятия более 350 видов продукции.
Основная часть
Направление «Химические добавок в строительные материалы» является стратегическим для предприятия. В настоящее время данное направление представлено следующей продукцией:
- полимерные основы добавок в строительные материалы;
- готовые выпускные формы добавок для производства товарного бетона, ЖБИ, строительных растворов на основе полимеров собственного производства;
- химические добавки для производства изделий из гипса (в т. ч. гипсокартона);
- комплексные противоморозные добавки для товарного бетона, строительных растворов;
- интенсификаторы помола цемента.
Следует особо отметить, что в последние годы научными и производственными кадрами предприятия проведен большой объем работ по расширению ассортимента полимерных основ добавок в строительные материалы, внедрению в производство синтеза инновационных полимеров. Предприятие имеет возможности для производства добавок в строительные материалы в жидком и сухом виде.
Предприятие производит следующие полимерные основы добавок в строительные материалы:
- полиметиленнафталинсульфонаты (ПНС);
- поликарбоксилаты (ПК);
- меламин-формальдегидные иономеры (МФС);
- алифатические суперпластификаторы (АФ).
Предприятие традиционно производит ПНС для разных областей применения: диспергаторы красителей, производство бетонов и т. д. С 2015 года на предприятии проведен большой объем работ по модернизации производства ПНС, увеличению мощности производства (более чем в два раза), внедрению в производство новых марок. В качестве суперпластифицирующих добавок в бетоны на территории РФ и за ее пределами отлично зарекомендовали себя: «Кратасол Экстра», «Кратасол Экстра мА» (лауреат конкурса 100 лучших товаров России 2019 года), «Кратасол Экстра мБ», «Кратасол Премиум». Следует отметить, что предприятие для разработки новых технологий использует уникальную автоматизированную лабораторную установку синтеза ПНС (рис. 2).
На предприятии разработаны и внедрены оригинальные технологии стадий синтеза ПНС: сульфирования и поликонденсации. С 2017 года на предприятии налажено серийное производство кальциевой соли ПНС для производства гипсокартона «Кратасол Гипс Са» (с содержанием остаточного формалина менее 10 ppm). Благодаря совершенствованию технологии сульфирования, подбора оптимального молекулярно-массового распределения, внедрения инновационной технологии контроля синтеза на предприятии в 2020 году разработан и внедрен в промышленное производство «Кратасол Премиум». Данный продукт обладает высоким пластифицирующим эффектом, положительно влияет на набор прочности бетона. «Кратасол Премиум» обеспечивает повышение осадки конуса бетонной смеси от 4 до 22–24 см (при дозировке 0,4–0,5% по сухому веществу от массы цемента), при этом обеспечивается прирост ранней и марочной прочности на 8–10% в сравнении с бездобавочным составом.
АО «Пигмент» производит поликарбоксилатные основы добавок в бетоны с 2017 года. Значительные инвестиции были осуществлены в данное направление в период 2018–2021 гг., что позволило расширить ассортимент продукции, увеличить мощность производства более чем на 250%. В настоящее время предприятие производит водоредуцирующие поликарбоксилаты («Кратасол Flowcast», «Кратасол Flowcast NP»), поликарбоксилаты, регулирующие сохранность подвижности бетонной смеси («Кратасол Flowret» марки А, Б, В; «Кратасол Flowret Next»). Инсталляция высокоавтоматизированных современных схем синтеза, которые спроектированы с учетом собственного опыта, а также консультаций иностранных партнеров, позволяет гарантировать стабильность качества выпускаемой продукции. Следует отметить, что на предприятии создан парк емкостей хранения и усреднения выпускаемых поликарбоксилатов. Имеющийся ассортимент добавок позволяет конструировать добавки в зависимости от требуемых свойств бетонной смеси, бетона, особенностей используемых материалов. Так, сочетание поликарбоксилатов различной архитектуры, модификаторов, пеногасителей позволило получить комплексную водоредуцирующую добавку, обеспечивающую сохранность подвижности бетонной смеси на уровне 4 часов (рис. 1)
Рис. 1. Кинетика изменения подвижности бетонной смеси контрольного состава и бетонной смеси на основе «Кратасол ПК» марка Б (добавка на основе поликарбоксилатов «ТМ Кратасол»). При получении бетонной смеси использованы следующие материалы: цемент ПЦ 500 ДОН («Азия Цемент») — 350 кг/м3, гранитный щебень фракции 5–20 мм — 1050 кг/м3, песок (модуль крупности — 2,2) — 850 кг/м3. Температура бетонной смеси во время испытаний 24–26 оС
При этом значительный водоредуцирующий эффект гарантирует высокие прочностные показатели бетона в различные сроки твердения (рис. 2).
Рис. 2. Прочностные показатели бетона в различные сроки твердения на основе бездобавочного состава и состава на основе «Кратасол ПК» марка Б
Следует отметить, что накопленный опыт синтеза полимерных основ добавок в бетоны, создания рецептур готовых выпускных форм позволяет оперативно решать задачи производителей бетона. На рис. 3 представлен пример решения задачи обеспечения сохранности подвижности бетонной смеси при использовании мелкого песка (модуль крупности — 1,1).
Рис. 3. Кинетика изменения осадки конуса бетонной смеси на основе поликарбоксилатной добавки (распространенной на рынке РФ) и «Кратасол ПК» марка Б. Бетонная смесь получена на основе цемента ЦЕМ I 42,5 Н («Азия Цемент»), мелкого песка (модуль крупности — 1,1), гранитного щебня (фракция — 5–20 мм). Температура бетонной смеси во время проведения испытаний — 26–28 оС
АО «Пигмент» с 2015 года выпускает меламино-формальдегидный суперпластификатор «Кратасол МФС». Данный суперпластификатор является активным структурообразователем бетона, что обеспечивает высокие значения ранней и марочной прочности бетона, отсутствие воздухововлечения в бетонную смесь, высокое качество поверхности бетона на основе «Кратасол МФС» (рис. 4).
Рис. 4. Кинетика набора прочности бетона на основе «Кратасол МФС» (синий цвет) и аналога (красный цвет)
АО «Пигмент» наряду с возможностями по синтезу полимерных основ добавок в строительные материалы имеет большой опыт разработки и внедрения готовых выпускных форм на основе полимеров собственного синтеза. Так, при использовании системы «Кратасол ПФМ» и «Аэромикс» проведено строительство аэродрома в Сабуровке Саратовской области, при строительстве Амурского газоперерабатывающего завода использованы добавки «Кратасол ПФМ», «Кратасол УТ», «Кратасол Крио П», при строительстве стадиона «Ростов Арена» использована добавка «Кратасол Экстра» (фундаментные железобетонные плиты, балки для перекрытия трибун, железобетонная чаша стадиона), при строительстве жилых районов «Крутые Ключи» и «Кошелев Парк» в городе Самаре использованы добавки «Кратасол ПФМ», «Кратамикс», «Кратамикс Крио».
Особое внимание предприятие уделяет развитию направления по интенсификации помола цемента. С 2016 года предприятие выпускает интенсификаторы помола «ТМ Кратацем». Интенсификаторы помола «Кратацем» — комплексные продукты на основе поверхностно-активных веществ, иономерных полимеров собственного синтеза, модификаторов. Применение интенсификаторов помола «Кратацем» позволяет повысить производительность цементных мельниц на 10–30%, повысить текучесть цемента (соответственно увеличить скорость погрузки, выгрузки цемента, производительность линий упаковки цемента), повысить раннюю и марочную прочность цемента, снизить энергетические затраты на помол цемента на 10–20%. Технические специалисты АО «Пигмент» имеют опыт совместного со специалистами цементных заводов подбора оптимальной рецептуры интенсификатора помола цемента.
Заключение
Таким образом, за последние пять лет АО «Пигмент» достигло значительного прогресса в разработке, внедрении в производство полимерных основ добавок в строительные материалы, разработке и внедрении готовых выпускных форм добавок в бетоны, строительные растворы. Следует особо отметить успешную реализацию проекта по крупномасштабному производству поликарбоксилатов. При этом предприятие продолжает активно развивать направление «Производство добавок в строительные материалы». Так, с 2022 года планируется внедрение в производство химических добавок для сухих строительных смесей - сухих форм поликарбоксилатов (два базовых продукта), редиспергируемых полимерных порошков (три базовых продукта). Собственный научно-технический центр имеет обширный опыт решения сложных задач производителей строительных материалов. Также активно продолжаются работы по разработке поликарбоксилатных добавок. В 2022 году планируется внедрение в производство двух новых полимеров.
Неровностей больше нет
В массовом и индивидуальном строительстве и при ремонте помещений все активнее становятся востребованными быстротвердеющие наливные полы.
Для укладки напольного покрытия почти всегда требуется наличие ровного основания. Однако в силу различных причин таким оно может быть не всегда. До недавнего времени избавляли от неровностей оснований только стяжки. Но сейчас все более активно используются быстротвердеющие наливные полы.
В отличие от классических ровнителей (бетонных и цементных стяжек), наливные полы – самовыравнивающиеся. То есть нет необходимости вручную тщательно выравнивать их по поверхности. Наливные полы служат базовым основанием для линолеума, ламината, паркета и т. д. Применяются как в массовом, так и индивидуальном жилищном строительстве.
Наливные полы, как отмечают в компании Kiilto, различаются в зависимости от напольного покрытия, которое планируется укладывать в дальнейшем. Соответственно, они имеют и разный состав. Есть чисто гипсовые – мягкие, предназначенные для укладки листовых материалов сверху, есть цементные – более прочные, подходящие для укладки паркета, паркетной доски и др. Есть комплексные ровнители – более универсальные, пригодные практически под любые напольные покрытия. Чаще всего они используются для укладки гибких материалов или ламината.
По словам руководителя направления «Стройматериалы» компании «Леруа Мерлен» Алексея Шамова, наливной пол чаще применяют для создания выравнивающего слоя толщиной до 5 см. При этом в инструкции к данному материалу может быть указана допустимая толщина слоя от 0,3–2 мм до 100 мм. Однако это не означает, что он подходит для укладки толстым слоем в 10 см. Это значит, что при заделывании трещины в поверхности наливной пол может проникать на большую глубину. Кроме того, создание толстого слоя наливного пола экономически невыгодно и технологически очень сложно.
Как сообщили в Kiilto, чтобы добиться идеального покрытия, необходимо знать прочность и влажность основания. По прочности оно не должно быть слабее ровнителя, который планируется использовать.
По мнению экспертов, чаще всего к неудовлетворительному результату использования наливных полов приводит не их качество, а распространенные ошибки при укладке. Так, эти материалы очень требовательны к точности пропорций при смешивании с водой. При переливе воды весь наполнитель опускается вниз, а наверху остается одна вода. В этом случае пол будет сохнуть очень долго и потрескается. Также необходимо тщательно грунтовать основание в тех местах, где будет задействован материал.
«При большой площади заливки необходимо разделять участки на секции и устанавливать мини-опалубку, которая зонирует поверхность. Если этого не сделать, то при большом объеме площадей можно не успеть залить весь пол целиком. Может сложиться ситуация, при которой часть пола высохла, а другая только начала сохнуть. Однако в Интернете можно найти все необходимые инструкции, и создание качественного выравнивающего слоя вполне доступно даже людям без опыта», – резюмирует Алексей Шамов.
Бетонные предпочтения
По оценке экспертов, в СЗФО в строительной отрасли наиболее востребованы добавки в бетон на основе поликарбоксилатов.
Они эффективно повышают качество бетонной смеси и снижают объемы задействованного
цемента.
В настоящее время добавки в бетон имеют сотни разновидностей. При необходимости они улучшают характеристики бетонной смеси. В СЗФО производители бетона чаще всего задействуют в продукции добавки на основе поликарбоксилатов. Именно они, взаимодействуя с другими компонентами бетонной смеси, обеспечивают наиболее высокие качественные характеристики итогового продукта.
Ориентация под спрос
По словам руководителя направления «Добавки в бетон» Корпорации ТехноНИКОЛЬ Василия Шрамко, для ответа на вопрос о предпочтениях потребителей добавок в бетон необходимо рассматривать каждый сегмент рынка отдельно. «Остановимся, пожалуй, на самом массовом – это пластификаторы. Так, например, в СЗФО и ЦФО порядка 65% всего объема добавок приходится на товарный бетон с повышенными требованиями к сохраняемости подвижности. С этой задачей наилучшим образом справляются добавки на основе смеси поликарбоксилатов и технических лигносульфонатов (ЛСТ), находящиеся в среднем ценовом диапазоне», – отмечает он.
При этом, добавляет эксперт, эффективность поликарбоксилатных основ прямо пропорциональна качеству заполнителей, применяемых для производства бетона. При этом в ЦФО и СЗФО достаточно широко представлены именно качественные материалы. Исходя из этого, использование достаточно дорогих поликарбоксилатов здесь не только эффективно, но и экономически целесообразно.
Схожие выводы делает и руководитель научно-технического центра компании «Полипласт Северо-Запад» Игорь Коваль. Он отмечает, что для наиболее используемых товарных бетонов классов В25-В30 востребованы добавки-пластификаторы различных типов, обеспечивающие базовые с точки зрения строителей показатели в смеси, а затем в бетоне конструкций. По словам эксперта, в нашем регионе строители чаще всего используют поликарбоксилаты без ЛСТ или с ограниченным использованием ЛСТ. Такие добавки обладают отличными показателями по сохраняемости смеси не менее 120–180 минут в пределах ОК (осадка конусов) на уровне 16–20см.
«Среди востребованных добавок "Полипласт Северо-Запад" можно отметить "Линамикс ПК тип 2" (№ 800), "Линамикс ПК тип 1" (№ 814), изготовленные на поликарбоксилатах собственного синтеза. Следует отметить, что наш холдинг не стремится в угоду конъюнктуре рынка часто изменять названия собственных продуктов. Под традиционными торговыми наименованиями, например, "Линамикс ПК тип 2" или "Линамикс ПК тип 1", в настоящее время представлены абсолютно новые продукты на новейшем поколении поликарбоксилатов со структурообразующими присадками, решающие все перечисленные технические задачи», – добавил Игорь Коваль.
И все же экономия
Руководитель направления «Добавки в бетон» по СЗФО строительного подразделения Master Builders Solutions концерна BASF Дмитрий Рыжов считает: говорить о том, что строители выбирают добавки, не совсем корректно. Обычно речь идет о выборе завода поставщика бетона, который уже сам определяет поставщика добавок. Зачастую рядовые строители даже не знают всех возможностей современной строительной химии и не вдаются в подробности состава бетона. Основной фактор – цена «куба» бетонной смеси.
По его мнению, если говорить про российские заводы товарного бетона в целом, то там по-прежнему преобладают дешевые продукты на основе лигносульфонатов и «нафталинов». «Эффективность их работы зачастую вызывает нарекания у строителей, но низкая цена не позволяет отказаться от их применения. Тем не менее все больше и больше предприятий начинают применять добавки на поликарбоксилатах и полиарилатах. Применение современной химии на предприятиях железобетонных изделий позволяет не только снизить расход цемента при сохранении темпа набора прочности, но и добиться хорошей поверхности получаемых изделий», – говорит Дмитрий Рыжов.
В перспективе, считает Игорь Коваль, спрос на те или иные добавки во многом будет зависеть от общего состояния экономики. В частности, от того, смогут ли застройщики позволить себе вместо массовых В25-В30 использовать высококачественные бетоны повышенных классов В40-В50. При этом, по его мнению, с учетом современных требований по долговечности конструкций переход на эти виды бетонов в перспективе в любом случае неизбежен.
«Добавки для ответственных железобетонных конструкций будут выпускаться, безусловно, на основе поликарбоксилатов без лигносульфонатов, для сектора с меньшей ответственностью, возможно, останутся добавки, содержащие ЛСТ. К тому же продукты на новых пластификаторах уже обеспечивают существенно лучшую категорию поверхности до А1/А2, что немаловажно с потребительской и эстетической точек зрения. Я также надеюсь на повышение стабильности и качества поставляемого на рынок цемента, потому что скачки его минералогического состава и технологических свойств вызывают серьезные проблемы с сохраняемостью смесей, появлением трещин, неполучением параметров морозостойкости дорожных и аэродромных бетонов. В целом это основная проблема современных потребителей цемента – и нас в том числе», – сообщил Игорь Коваль.
Мнение
Василий Шрамко, руководитель направления «Добавки в бетон» Корпорации ТехноНИКОЛЬ:
– В ряде российских регионов ситуация с заполнителями бетонной смеси сильно отличается от сложившейся в СЗФО и ЦФО. Зачастую в виде крупного заполнителя у них используется щебень известковых пород и песок с модулем крупности 1,5 и ниже. Для сравнения: средний показатель модуля крупности песков по ЦФО и СЗФО составляет 2,2–2,3. Кроме того, стоимость «куба» бетона в других регионах заметно ниже. В таких условиях производители бетона отдают предпочтение дешевому классу добавок на основе ЛСТ и полинафталинметиленсульфоната натрия, поскольку эта группа пластификаторов гораздо менее прихотлива к качеству заполнителей.