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.
Экология битума
Битум - уникальный строительный материал, встречается в открытых месторождениях, расположенных в Канаде и островах Карибского бассейна. В нашей стране природный битум в небольших количествах добывают из подземных источников в Коми и Татарстане.
Природный битум, подобно глине и камню, сопровождает жизнь человека с древних времен. Уже десятки тысяч лет назад люди оценили высокие адгезионные и гидроизоляционные свойства природного битума (или «земляной (горной) смолы»). Природный битум использовали при строительстве жилья, гидроизоляции лодок, устройстве подземных хранилищ для воды.
В эпоху ранних царств Междуречья и Египта природный битум использовался для создания настоящих шедевров прикладного искусства и архитектуры. До наших дней дошли Урский штандарт, мозаичное панно из Аль-Убейда. Известна легенда о седьмом чуде света – каскадных садах Семирамиды, гидроизоляция этого сооружения была сделана из природного битума.
В первой половине 19 века первые асфальтобетонные дороги были построены в США на основе смеси природного битума и песка. Однако, готового битума в природе мало, поэтому с развитием технологий тяжелые остатки нефтепереработки, в первую очередь - гудрон стал сырьем для изготовления искусственного битума в промышленных масштабах.
Сегодня битум производят преимущественно путем окисления гудрона-тяжелого остатка вакуумной перегонки нефти. Гудрон нагревают до +250 С и продувают через него воздух в специальных колоннах- конверторах. Этот процесс называется окислением, так как кислород воздуха является инициатором изменений свойств гудрона (повышении вязкости и жесткости).
Другой способ получения битума - отгонка лёгких фракций из тяжелых остатков нефти. Так получают Остаточный битум.
Компаундированный битум получают путем смешивания тяжелых остатков нефти.
В стройиндустрии кровельный битум – универсальное сырье для создания уникального ассортимента материалов гидроизоляции: праймеров, мастик, герметиков, рулонной гидроизоляции, «жидкой резины», гибкой черепицы, фасадной плитки.
С целью улучшения эксплуатационных свойств битумов часто используют различные добавки: полимеры, масла, дегти, легкие нефтяные фракции.
В России на кровлях и фундаментах ежегодно монтируется около 480 млн квадратных метров рулонных битумных и полимерно-битумных материалов (по данным открытых источников). Сотни тысяч тонн мастик, герметиков и праймеров применяют при устройстве гидроизоляции внутренних помещений, подземных конструкций, стен и кровель.
Но возникает вопрос – насколько экологически безопасны битумные материалы? И не только сами материалы, но и их производство?
За прошедшие 100 с лишним лет битумы были хорошо изучены с точки зрения воздействия на окружающую среду и организм человека. В соответствии с ГОСТ 9548-74 нефтяные битумы являются малоопасными веществами и по степени воздействия на организм человека относятся к 4-му, самому низкому классу опасности.
Важно отметить – во всех современных гидроизоляционных материалах применяют битум, модифицированный полимерами на основе СБС-стирол-бутадиен-стирольного термоэластопласта, либо альфа-полиолефинов. За счет модификации битум становится высокоэластичным материалом, увеличивается его теплостойкость, долговечность, износостойкость, улучшаются низкотемпературные характеристики. Например, в рулонных полимерно-битумных материалах ТЕХНОНИКОЛЬ премиальных и бизнес марок: ТЕХНОЭЛАСТ и УНИФЛЕКС битум модифицирован СБС полимером.
Благодаря модификации материалы ТЕХНОЭЛАСТ сохраняют гибкость при температуре окружающего воздуха до -25 С, и обладают теплостойкостью до +100 С. Гибкость марки УНИФЛЕКС составляет – 20 С, теплостойкость +100 С. Теплостойкость отдельных битумно-полимерных материалов ТЕХНОНИКОЛЬ составляет до +140 С. Таким образом, материалы могут эксплуатироваться во всех климатических зонах Евразии: от крайнего Севера, до районов с засушливым и тропическим климатом.
Рулонные материалы гидроизоляции ТЕХНОНИКОЛЬ производятся на прочной основе (полиэфир, стеклоткань или стеклохолст), которая повышает сопротивляемость материала к механическим нагрузкам и снижает риск его повреждения. На поверхность материалов верхнего слоя (марки К) нанесена минеральная посыпка для защиты от ультрафиолета.
Срок эксплуатации битумно-полимерных материалов Корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ составляет 40 лет и более (материалы бизнес- класса) при условии правильного монтажа, эксплуатации и обслуживания.
Корпорация ТЕХНОНИКОЛЬ сегодня экспортирует из России более 50 млн м2 рулонных битумно-полимерных мембран в различные страны мира, в том числе, в государства с очень жесткими экологическими требованиями (Скандинавия, Западная Европа, США). При этом материалы для внешнего и внутреннего рынка РФ часто отличаются лишь маркировкой - принципиальной разницы в составе большинства продукции нет.
Еще один показатель экологичности стройматериалов – возможность их эффективной утилизации и вторичной переработки. Отработавшие свой срок битумно-полимерные материалы успешно перерабатываются на специальных установках и в последующем используются как добавки при изготовлении различных стройматериалов с битумным вяжущим.
Однако в современном мире недостаточно произвести экологически безопасный продукт. Само производство также должно быть максимально безопасным и эффективным с точки зрения потребления ресурсов и защиты окружающей среды.
Каких результатов удалось достичь предприятиям направления «Битумные материалы и гранулы» ТЕХНОНИКОЛЬ за прошедшие несколько лет?
Все заводы данного направления в 2020 году сократили выбросы СО2 (углекислого газа) на 17%, снизили потребление электроэнергии на 6%, водопотребление почти на 9%. В целом за 5 лет водопотребление сократилось на 42%. И в прошедшем году отмечен самый низкий за пять лет объем потребления воды.
За счет замены воздушных компрессоров на более эффективные (с инверторной технологией) и установки частотных преобразователей на электродвигатели с 2016 по 2020 годы удалось сократить потребление электроэнергии на 10%.
В этом году на предприятиях компании ТЕХНОНИКОЛЬ реализуются проекты по сокращению выбросов пыли. Система пылеподавления состоит из генераторов водяного тумана, которые создают в разгрузочных зонах плотную водяную завесу из мельчайших капель. В результате система позволяет снизить уровень запыленности на 80%.
Отдельно стоит отметить успехи предприятия «ТехноНИКОЛЬ-Выборг», которое ежегодно перерабатывает до 5000 тонн в год вторичных полимерных модификаторов. Также «ТН-Выборг» стало первым предприятием ТЕХНОНИКОЛЬ, которое внедрило плазмокаталитическую установку очистки газов «PLAZKAT» российского производства.
Специалисты компании поработали и над снижением уровня шума работающего оборудования – для этого агрегаты завода в Выборге были покрыты специальным шумоизолирующим составом.
Компания методично двигается к цели – стать мировым лидером в производстве не только экологически безопасных материалов, но и обеспечить максимальную чистоту самого производства.
Стальные конструкции: основные тренды 2021 года
Сегодня состояние рынка стальных конструкций волнует не только непосредственных участников отрасли, но и потребителей. Выросшие цены на металл повлияли на состояние всей строительной отрасли, коснулось это и частных лиц. Поэтому состояние рынка стальных конструкций волнует все мировое сообщество. Ассоциация развития стального строительства продолжает знакомить вас с перспективами развития отрасли и возможностями применения металлоконструкций.
"Сегодня стальное строительство - одно из самых перспективных направлений строительной отрасли. Потенциал использования металла огромен. Это особенно актуально в условиях мирового кризиса, поскольку сталь имеет ряд преимуществ перед другими конструкциями. Потребность в строительстве общественных зданий, школьных и дошкольных учреждений, объектов культуры и спорта, коммерческих зданий и сооружений, складских и сельхоз помещений различного назначения, объектов жилого строительства и медицинских учреждений остается на прежнем уровне несмотря на экономические спады. Поэтому главный тренд 2021 года, который, мы уверены, сохранится и в последующие годы - это массовое расширение и углубление применения металлоконструкций по всем направлениям", - говорит глава АРСС Александр Данилов.
С руководителем Ассоциации согласны и другие эксперты отрасли. Рост потребления стали в строительстве имеет широкие перспективы. По оценке директора ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко Ивана Ведякова, росту применения металлоконструкций во многом будет способствовать реализация масштабных государственных инфраструктурных проектов. "Одним из ведущих трендов 2021 года я бы назвал рост цен на металл. Это сопровождалось увеличением спроса на него. В России сейчас строится много домов из монолитного железобетона, что сопряжено с повышенным расходом арматуры, которая за последние несколько месяцев подорожала в два раза. Еще сильнее возросли цены на балку, что стало серьезной проблемой для производителей металлоконструкций. Новые своды правил, утвержденные в 2020-2021 гг., способствуют расширению использования металла в строительстве. После принятия СП
«Защита зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения» проектировщики начали перестраховываться, закладывая в проекты больше металла", - отметил Иван Ведяков. Еще одной проблемой эксперт назвал проект нового ГОСТа по строительной стали, из которого металлурги хотят убрать некоторые требования к прокату. Если он будет утвержден в таком виде, строителям самим придется подтверждать перед Главгосэкспертизой характеристики стальной продукции, что потребует дополнительных затрат.
Еще одним общемировым трендом, за которым следует и Россия, можно назвать высотное строительство. В условиях дорожающих цен на землю девелоперам выгоднее строить многоэтажные здания и небоскребы. Возведение таких объектов чаще всего используется с применением стальных конструкций.
"Накопленный опыт позволяет говорить об эффективности использования сталей повышенной прочности. Современные производители стали, в том числе в РФ, способны обеспечить строительство конструкций с пределами текучести до 900 МПа. А современные нормы РФ позволяют делать расчеты конструкций с самыми высокими пределами текучести. запроектировать без применения сталежелезобетонных конструкций. Комбинирование высокопрочных сталей и бетонов позволяет сооружать уникальные здания со сравнительно компактными поперечными сечениями. Применение сталежелезобетонных конструкций вместо «традиционных» (в которых стальная и железобетонная часть работают раздельно) позволяет снизить металлоемкость конструкций перекрытий на 14-26% в зависимости от пролета. То есть в полной массе здания – экономия может составить 8,8-16,4% веса конструкций. Кроме того, мировые тренды использования комбинированных конструкций показывают, что потребление стали для колонн, перекрытий многоэтажных зданий будут только расти. Поэтому важно совершенствовать нормативные документы в этом направлении, проводить экспериментальные исследования новых форм конструкций", - пояснят к.т.н., заведующий лабораторией высотных зданий и сооружений ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко Денис Конин.
Также, по прогнозам участников рынка, сталь будет шире применяться не только в уже освоенных инфраструктурном и нежилом строительстве, но и в относительно новом сегменте жилого строительства.
"Жилая недвижимость сейчас строится в основном с применением арматуры, но на примере других стран мы видим потенциал для металлоконструкций. В России есть запрос на скорость, экологичность и качество строительства, которые не всегда может гарантировать монолит. С другой стороны, согласно нацпроекту «Жильё и городская среда» к 2030 г. в сегменте массового жилого строительства должно возводиться 80 млн м² ежегодно (сейчас менее 50 млн м² в год). При сегодняшних технологиях монолитного и панельного домостроения, равно как и имеющихся производственных мощностях, — достижение цели кажется затруднительным. В свою очередь, современные технологии и решения в области стального строительства, а также накопленный профессиональный опыт, позволят обеспечить достижение заявленных целей", - говорит начальник управления по развитию стального строительства «Северстали» Роман Сенаторов.
В сфере индивидуального жилого строительства уверенно растёт количество проектов по технологии лёгких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК). Этот сегмент будет развиваться и дальше, особенно благодаря расширенной в 2021 г. программе льготного ипотечного кредитования.