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.
Качественный подход
Инновационные технологии позволяют ускорить дорожное строительство и повысить сроки службы асфальтобетонного покрытия. Однако их масштабному внедрению мешают устаревшие нормативы.
Премьер-министр РФ Дмитрий Медведев порекомендовал регионам активнее внедрять в дорожное строительство новые технологии. С этим предложением он выступил на прошлой неделе в Екатеринбурге на совещании по вопросам реализации национального проекта «Безопасные и качественные автомобильные дороги». По его словам, в этом году на эту программу из федерального бюджета было выделено 110 млрд рублей. Однако ряд регионов страны (Приморье, Чукотка, Крым) освоили менее трети предоставленных средств.
Глава российского правительства также предложил наращивать в дорожной отрасли долю контрактов на принципах полного жизненного цикла. «Это мировая практика, она позволяет существенно улучшить качество работ и обеспечить последующий мониторинг. Она, конечно, дисциплинирует подрядчиков, которые не заинтересованы в том, чтобы свой брак постоянно переделывать. К концу 2019 года на принципах жизненного цикла в России должен заключаться каждый 10-й контракт на дорожные работы, то есть 10%. Пока удалось достичь показателя приблизительно 7%, поэтому нужно с подготовкой этих документов в целом ряде регионов поторопиться», – подчеркнул Дмитрий Медведев.
Экспериментальный образец
Стоит отметить, что Петербург и Москва в нацпроекте «Безопасные и качественные автомобильные дороги» не участвуют. В соседней Ленобласти на данный момент по годовому плану данная программа реализована приблизительно на 70%. Параллельно идет подготовка проектов, которые должны стартовать в 2020-м. В целом же в Петербурге и Ленобласти власти стараются активно заниматься ремонтом и строительством дорог и вне федеральных программ. Особое внимание чиновники сейчас уделяют качеству проводимых работ. Многие крупные подрядные организации обоих регионов на своих объектах стараются задействовать инновационные технологии, в том числе и собственные. Правда, чаще всего пока в качестве эксперимента или теста.
В частности, компания «ВАД» совместно с «Газпромнефть – Битумные материалы» летом этого года на тестовом участке в Ленобласти задействовала в работе технологию нанесения защитно-восстанавливающего состава «Брит» (ЗВС-Р) на дорожное покрытие. Этот продукт изготавливается на основе раствора битумно-полимерного вяжущего вещества в органических растворителях и восстанавливает поверхностную структуру асфальтобетона, эффективно защищая его покрытие. Предполагается, что использование ЗВС-Р на автомобильных дорогах поможет продлить срок службы асфальтобетонного покрытия на два-три года и снизит затраты на обеспечение межремонтного периода.
Также этим летом компания «ДСК АБЗ-Дорстрой» уложила километровый экспериментальный участок асфальта на трассе Огоньки – Стрельцово – Толоконниково в Ленобласти, по методу объемного проектирования. В данной технологии был использован ЩМА-19 (щебеночно-мастичный асфальт), а не ЩМА-20, требуемый по ГОСТу. Новая смесь призвана помочь снизить колееобразование, возникающее из-за высокой интенсивности движения на дорогах. Отмечается, что срок эксплуатации дорожных одежд с использованием данного материала в полтора-два раза выше, чем у традиционных смесей.
Необходима актуализация
По мнению первого заместителя директора компании «Стройтех» Сергея Ивашова, качественное строительство дорог невозможно без актуализации действующих государственных стандартов. В настоящее время они меняются, но недостаточно быстро, не успевая за появлением все новых технологий, начиная от проектирования, заканчивая повседневной эксплуатацией дорог. Также необходимо своевременно обновлять различные подзаконные акты.
«Другая боль дорожников – это конкурсы. Сейчас заказчику требуется выбрать подрядчика с наибольшим снижением начальной максимальной цены. При этом демпингующая организация – не обязательно «Рога и копыта». Минимизирование цены приводит к тому, что работы выполняются некачественно, а иногда и вовсе не могут быть завершены. Соответственно, проект остается нереализованным, а проведение дополнительного конкурса требует дополнительных средств и времени. Необходимо отходить от проведения аукционов к прямым договорам, но для этого необходимо существенно менять все законодательство», – полагает Сергей Ивашов.
Мнение
Максим Хрипунов, директор Департамента «3D-системы автоматического управления TOPCON» ООО «Геостройизыскания»:
– В настоящее время при проектировании и строительстве активно применяются различные сканирующие системы, предназначенные для оперативного сбора данных, на основе которых создаются проекты. Получение реальных данных о поверхности дороги входит в часть задач системного рабочего процесса, включающего работу системы 3D на асфальтоукладчиках и дорожных фрезах. Преимущества такой технологии: быстрый сбор большого количества данных; четко спрогнозированное использование времени, оборудования и материалов; проектирование с учетом всех требований и критериев; выполнение работ по фрезерованию и укладке; работа с переменным слоем; интеллектуальное уплотнение.
Сергей Луценко, генеральный директор компании «Дорианс»:
– Сейчас все говорят о необходимости применения BIM-технологий при проектировании дорог. Эту позицию мы поддерживаем и в своих проектах задействуем информационное моделирование. Но в целом, чтобы эти технологии действительно показали свою эффективность, важно их задействовать всем, а не только проектировщикам. Сейчас, к сожалению, они почти не используются при согласовании с заказчиками, представителями ресурсоснабжающих организаций и др. В частности, специалист может с помощью BIM быстро подготовить проект, но далее экспертиза все равно от него попросит чертежи в PDF-файле. С одной стороны, мы внедряем прогрессивную программу, с другой – барьеры для ее эффективного использования сохраняются.
Михаил Смирнов, продакт-менеджер направления «Ремонт бетона» подразделения строительной химии Master Builders Solutions концерна BASF:
– Пока, на наш взгляд, распространение инновационных технологий в дорожной отрасли идет достаточно медленно. Несмотря на их очевидные плюсы, производителям все еще приходится убеждать дорожников, что подобные подходы оправдывают свою стоимость. В целом же решений, способных обеспечить быстрый и качественный ремонт мостов и дорог, на рынке достаточно много. Но хотелось бы отметить, что ставка должна делаться на комплексное использование существующих решений. В частности, составы для ремонта бетона, его вторичной защиты и гидроизоляции необходимо подбирать с учетом индивидуальных особенностей объекта.
Купол как уникальная конструкция
Лаборатория деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство» совместно с ООО «ЦНИПС ЛДК» разрабатывает проекты большепролетных каркасов покрытия из клееных деревянных конструкций (КДК). По их проектам построено более 10 аквапарков по всей России. Крупнейший из них – аквапарк «Питерлэнд» в парке 300-летия Санкт-Петербурга. Об особенностях проекта «Строительному Еженедельнику» рассказал заведующий лабораторией деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Александр Погорельцев:
– В бассейнах и аквапарках КДК имеют преимущества перед конструкциями из металла или железобетона. Для них хлорирование или озонирование воды создает агрессивную среду, нейтральную для древесины.
В ТРК «Питерлэнд» смонтирован ребристый купол диаметром 90 м и высотой 45 м. Особенности конструкций связаны в основном с его габаритами. В плане меридиональные ребра купола опираются с шагом 14,5 м на нижнее железобетонное кольцо и на стальное верхнее кольцо диаметром 5 м. Основные ребра длиной около 60 м выполнены в виде серповидных сборных ферм и сами по себе являются уникальными в части принятых конструктивных решений, изготовления, сборки и монтажа. На эти ребра с шагом 6 м опираются девять криволинейных кольцевых элементов, из которых два – верхний и нижний – являются опорами для 60 промежуточных меридиональных ребер. Нижний кольцевой элемент выполнен в виде горизонтальной фермы, воспринимающей реакции опор от промежуточных ребер и нагрузки от кольцевой технологической площадки. Остальные кольца являются распорками между меридиональными ребрами для обеспечения их устойчивости.
В конструкции купола реализованы основные принципы «системы ЦНИИСК», все основные узлы и стыки поясов серповидных ребер выполнены на наклонно вклеенных стержнях и V-образных анкерах. Это уникальная система узловых соединений, основанная на вклеивании в древесину арматурных стержней периодического профиля. Россия обладает приоритетом в области подобных узловых соединений деревянных конструкций.
Все жесткие стыки ребер и соединения закладных деталей со стержнями, вклеенными на заводе и на монтаже, выполнены ручной сваркой. Экспериментальные исследования, проведенные в ЦНИИСК с целью оценки влияния сварки на соединения, показали, что существующий «психологический» барьер при сварке деревянных конструкций успешно преодолевается. При соблюдении нескольких рекомендаций сварка практически не сказывается на несущей способности соединений.
Меридиональные ребра состоят из четырех отправочных блоков полной заводской готовности, соединяемых на монтаже жесткими стыками на сварке. Все блоки по торцам снабжены выпусками V-образных анкеров и закладными деталями.
Проблемы допусков по длине для меридиональных ребер решены с помощью зазоров около 40 мм между торцами поясов, заполняемых полимербетоном после сварки V-образных анкеров и стальных полос. Этим достигается плотный контакт по площадкам сжатия.
Треугольная решетка меридиональных ребер включает горизонтальные и вертикальные элементы. Горизонтальные соединены с поясами на цилиндрических нагелях и шпильках, а вертикальные – с усилием растяжения до 40 т – путем сварки выпусков вклеенных стержней и закладных деталей на раскосах.
Сборка и монтаж меридиональных ребер производились в три этапа: сначала на жестком горизонтальном стенде производилась предварительная сборка блоков в проектных габаритах, затем окончательная сборка в вертикальном стальном стенде с последующей установкой блоков в проектное положение.
Из-за кризиса 2008 года после монтажа каркаса купола строительство было приостановлено – и возобновлено только в 2011 году. В результате влажность древесины, не защищенной от атмосферных осадков, значительно превысила величину равновесной влажности, соответствующей условиям эксплуатации. Быстрое завершение строительства и ввод в эксплуатацию могли привести к неравномерной усушке древесины и, как следствие, к появлению значительных трещин и расслоений. Разработанные в ЦНИИСК рекомендации по обеспечению температурно-влажностного режима при завершении строительства позволили избежать этих проблем.