Повышение долговечности тяжелого бетона химическими наномодификаторами на основе кремнийорганического полимера – метилсиликоната. Часть 1

Повышение долговечности тяжелого бетона химическими наномодификаторами на основе кремнийорганического полимера – метилсиликоната. Часть 1

В.Е. ХОВАНСКИЙ, генеральный директор ООО «НПО БЕТОХИМИКС»

Статья – об особом подходе к химической модификации тяжелого бетона авторскими продуктами от малоизвестной, но достаточно продуктивной российской компании НПО ­БЕТОХИМИКС, с описанием двух ее последних разработок в виде гидрофобизирующих наномодификаторов на основе кремнийорганики, с профессиональными рекомендациями по отбору наиболее эффективных из огромного количества химических добавок, предлагаемых отечественным рынком.

The article is about a special approach to the chemical modification of heavy concrete with author’s products from a little-known, but quite productive Russian company NPO BETOCHEMIKS, with a description of its two latest developments in the form of water-repellent nanomodifiers based on organosilicon, with professional recommendations on the selection of the most effective from a huge number of chemical additives, offered by the domestic market.

Плитка вибропрессованная на гидрофобизирующем наномодификаторе БЕТОПРЕСС ВИБРО СМ-16
Фото 1. Плитка вибропрессованная на гидрофобизирующем наномодификаторе БЕТОПРЕСС ВИБРО СМ-16. Декабрь 2016 года

Россия пока сильно отстает в области практического внедрения нанотехнологии в строительной сфере от США, Японии и некоторых стран Европы, даже несмотря на успехи в теоретических методах исследования наноструктур [11]. Но возможно изменить ситуацию, предложив строительной индустрии не один-два продукта, а сразу целую серию инновационных химических наномодификаторов, полностью готовых к применению.

Серия состоит из четырнадцати наименований, семь из которых представляют собой особую группу стабилизированных золей. Шесть – это суперпластификаторы и еще один гидрофобно-гидрофобизирущий продукт в форме суспензии. Главная цель предложения – быстрый переход от теории к практике путем внедрения отечественной нанотехнологии во все виды бетона и на любых предприятиях. Переход непосредственно связан с комплексом различных химических наномодификаторов, на разработку которых автор посвятил более десяти лет жизни.

Абсолютно все инновационные химические добавки под Товарным Знаком БЕТОПРЕСС: от крымского разработчика и производителя ООО «НПО БЕТОХИМИКС» являются полифункциональными наномодификаторами бетона (ПФНМ), с более или менее выраженными комплексами функциональных свойств. Данные химические добавки способны осаждать в щелочной среде бетонной смеси наноразмерный гидроксид железа или кремния, непосредственно из самого товарного продукта [5, c. 55].

В результате, многочисленные реакционно способные наночастицы, равномерно осажденные в массе цементного теста, в процессе гидратации цементных зерен образуют центры кристаллизации, из которых в последствии прорастает и формируется трехмерная пространственная сетка (матрица) из особых кристаллов и сетчатых полимеров. В дальнейшем полностью сформировавшаяся матрица окажет влияние на различные свойства бетона, как во время его созревания, так и в процессе долговременной эксплуатации, в прямой зависимости от предназначения того или иного модификатора [1, c. 33].

Все это можно рассматривать, как значительное инновационное открытие в отечественной строительной индустрии за последние десять лет. Оно заключается в виде промышленного и технологически доступного способа получения жидкостным синтезом наноразмерного гидроксида железа или гидроксида кремния в нужное время, в нужном количестве, при высоком качестве и непосредственно из самого товарного продукта в процессе приготовления бетонной смеси [9]. Причем, автор новаторски использовал для прохождения реакции химического осаждения нанокристаллических частиц через золь-гель метод резкий подъем рН, за счет ускорения наномодификатором гидратации цемента [8].

Все химические нанопродукты, как для интенсивного формования бетона, так и для сильно подвижных смесей, синтезированные специалистами компании «НПО БЕТОХИМИКС» под действием высокочастотного электромагнитного поля содержат в своих составах от семи до двенадцати ингредиентов, произведенных в России. Это различные ПАВ, ускорители, стабилизаторы, комплексоны, хелатные соединения, эмульгаторы, замедлители, загустители, разжижители, гидрофобизаторы, пеногасители, пептизаторы, смачиватели и т.д.

Данные ингредиенты способны, в химически сложных нанокомплексах добавок, при нестандартно малых дозировках, иногда менее одного грамма на килограмм продукта, придать бетонным смесям и затвердевшему бетону особые свойства, необходимые для строительства или производства качественной продукции на портландцементном вяжущем [3]. Главное в химической модификации бетона – это эффективность формулы добавки, а не ее количество. Если продукт неэффективный, то сколько не увеличивай его расход – конечный результат всегда будет неизменно низким.

На отечественном рынке химических добавок в бетон давно присутствует европейская тактика по их продвижению, связанная, как с ценой, так и с самой дозировкой к массе цемента. Чтобы добиться конкурентной стоимости на свою продукцию и увеличения объемов продаж, многие компании под зарубежным флагом производят жидкие химические модификаторы более низкой концентрации путем повышения доли растворителя, каким является водопроводная вода.

Поэтому все они для достижения явного эффекта от применения предлагаемого «высококонцентрированного продукта» (так в его технической характеристике), не навязчиво рекомендуют довести максимальную дозировку до 2-х% к массе цемента! И, это еще не предел. Если дополнительно назвать подобный продукт еще и «концентратом», то можно легко расширить границы его расхода от минимума до максимума в сто раз, от 0,05 до 5-ти% и без всяких пояснений! Что полностью противоречит, как здравому смыслу, так и отечественной школе химического модифицирования бетона, не говоря уже об экономике. Ведь 5%-ный расход – это просто ничем не оправданные сверх затраты на химическую модификацию бетона, и, к тому же, непонятно с какими конечными результатами.

Как правило, самые малоэффективные химические добавки применяют или явно бесхозяйственные люди или же просто некомпетентные «специалисты». Расчет на то, что такие сверх хитрые приемы сложно распознать даже опытному технологу-профессионалу, не то, что рядовому потребителю. К примеру, производитель в техническом описании химической добавки обозначает границы дозировок по весу продукта к массе цемента от 0,2 до 2%. Но, как правило, при большой разбежке в десять раз, первоначальные 0,2% никогда в расчет не берутся, такой мизерный расход, если это не нанодобавка, не работает, а только вводит потребителя в заблуждение, при этом сама бетонная смесь данное количество рядовой химии просто не «замечает». Пользы – ноль. В тоже время продукт по своему весу за счет бесплатной воды превращается в «очень недорогой», что активно используется в рекламе.

Начало работы такого модификатора в бетоне, например при вибропрессовании, мы начнем замечать лишь от дозировки не менее 0,5%, и то, если качество воды затворения по содержанию различных солей и по жесткости будет оптимальным! А наиболее высокую прочность и эффективность от применения, здесь легко догадаться, мы получим только при наивысшей точке расхода в 2%. Но, в таком случае сама стоимость расхода, пусть и «совсем недорогой» добавки, будет настолько неподъемной для производителя, что экономически нет никакого смысла в применении такого «хитрого» продукта! И, как не странно, именно такие «недорогие» пользуются наибольшим спросом у целых армий «специалистов» по бетону или в экономике, которые охотно «клюют» на их первоначально мизерный, но совсем неработающий расход. В такой ситуации сама продажа химического продукта переходит в плоскость обычной рекламной кампании, у которой главная цель – не польза для потребителя, а банальная реализация. Поэтому, настоятельно рекомендуем более внимательно ознакомиться с рекомендациями по расходам химической добавки, которую вы приобрели и уже с ней работаете, особенно с наиболее максимальной дозировкой, на целесообразность ее применения с точки зрения экономики и эффективности.

Вот теперь возникает вопрос. Все-таки, как правильно произвести профессиональный отбор, ведь предложений достаточно много? Практически в каждом крупном городе России есть свои местные производители, не говоря уже об импорте. Все предельно просто. Этап первый: берем несколько аналогичных продуктов от разных поставщиков и по стоимости максимально допустимого расхода к цементу, выбираем наиболее экономичные. Этап второй: зная, что максимальный расход, как правило, соответствует наивысшей точке эффективности добавки, мы, непосредственно в строительной лаборатории сравниваем их на тех же условиях, но, уже, в бетонных образцах и по прочности. Все! Дальше можно выбирать по обычной схеме «цена-качество».

В данном случае качеством будет прочность, а ценой сама стоимость максимального расхода, не килограмма добавки, а именно ее расхода. В идеале побеждает тот продукт, у которого при наименьшей цене максимального расхода будет наивысшая прочность. По такой же схеме, можно сравнивать между собой на одинаковых составах бетона, как средние дозировки, от однотипных модификаторов, так и совсем мизерные. Предложенный способ выбора нужного продукта очень демократичен, прост и доступен, но химическая модификация бетона – это все же довольно сложный процесс, требующий целой системы определенных знаний, опыта и, конечно же, самого таланта к технологиям.

У компании «НПО БЕТОХИМИКС» свой подход к химической модификации бетонов при разработке авторских продуктов для различных технологий. Наши химические добавки, производимые в жидкой форме, начинают эффективно работать уже при 0,1% по весу товарного продукта к массе цемента, и заканчивают максимум при 0,2%. Если это наносодержащие золи, то их расход не должен превышать планку в 0,025%! Такие сверх мизерные количества химии являются подтверждением существования наномодификаторов, для которых самое главное не величина их дозировки, а эффективность формулы. А, такое значение, как 2% к цементу нам не только неизвестно, но и не совсем понятно, особенно если рассматривать через призму логистики и экономики!

Тест на подвижность товарного бетона при его приёмке
Тест на подвижность товарного бетона при его приёмке

Фото 2,3. Тест на подвижность товарного бетона при его приёмке. Фантастическая реология смеси при расходе кубовидного щебня 1400 кг на 1м3 бетона. БЕТОПРЕСС СП-4Н расход 0,7%. Июнь 2017 года

Наши наносодержащие продукты для полусухого гиперпрессования и вибропрессования жесткого бетона при максимальной дозировке в 0,2%, имеют уникальную способность повышать на 60% прочность бетонного изделия на сжатие к контрольному 28-ми суточному образцу без химии и, одновременно, сокращать само время твердения в четыре раза [1, c. 10], с 28-ми до 7-ми суток – заменяя собой довольно дорогостоящую пропарку. Наличие в полусухой бетонной смеси для вибропрессования высокодиспергированных наночастиц, выступающих в качестве центров кристаллизации новообразований, приводит к химической активации процессов гидратации и твердения цемента, повышая скорость его структурообразования в разы [4].

Очень эффективно повела себя наша брендовая гидрофобизирующая добавка для вибропрессования жесткого бетона БЕТОПРЕСС ВИБРОФИНИШ СМ-17, но только после дополнительно введенного в ее состав особого комплекса «нано». После чего у продукта появился специфический запах металла, и до этого совершенно белоснежная суспензия стала приобретать нежно кремовый цвет. Теперь она, при своем минимальном расходе в 0,1% (0,03% по сухому веществу), реально повышает прочность на сжатие вибропрессованного изделия на 40% к контрольному образцу без химии, что абсолютно невозможно для иного модификатора от любого зарубежного химического концерна, пусть даже и с мировым именем [1, c. 10]. Все происходит при одинаковом количестве цемента, нормальной температуре твердения и без особых требований к качеству воды.

Все наши продукты без всякого исключения рассчитаны только на профессиональное промышленное применение. Поэтому изготовление бетонных образцов непосредственно в лаборатории не представляется возможным. Дело в том, что сами условия лаборатории для приготовления смеси и формования бетонных изделий, например, вибропрессованием, являются не более чем кустарными, что не идет ни в какое сравнение с профессиональным перемешивающим и вибропрессующим оборудованием. Отсюда и неадекватный результат по всем показателям, особенно по объемному весу и водопоглощению, как прямое следствие недостаточно уплотненного бетонного образца. В лаборатории можно лишь подбирать составы и испытывать заводские изделия. Изготавливать сами опытные образцы требуется строго в производственных условиях. Это же относится и подвижному товарному бетону, пробы которого берут при выгрузке из миксера после его доставки, или прямо из заводского смесителя, а не пытаются вручную произвести очень похожую на него копию в помещении на столе.

Теперь о расходах. Мы, могли бы, разбавить все наши инновационные продукты водой, и снизив в несколько раз цены за килограмм, рекомендовать их максимальный расход до 2-х % к цементу или даже до 5-ти, приписав к названию волшебное слово – «концентрат». Но у нас нет желания возить такое количество воды из водопроводного крана по всей территории России, от Симферополя до Благовещенска за один килограмм привезенной воды придется выложить 45 рублей! Кстати, стоимость ее доставки, в итоге, все равно ляжет на плечи самого потребителя, что отразится и на конечном результате. За все придется заплатить, пускай даже так завуалировано. Именно поэтому явно мизерный, но в тоже время максимальный расход наших добавок является наиболее эффективным и наиболее экономичным по всем показателям, абсолютно из всех существующих предложений на рынке. Можно найти продукт с таким же малым расходом, но при этом не получить никакого существенного эффекта от его применения, кроме безвозвратно потерянных средств на его приобретение. Что довольно несложно выяснить в любой строительной лаборатории при испытании промышленных образцов.

Еще одна линейка наносодержащих инновационных добавок нового поколения из серии БЕТОПРЕСС – это суперпластификаторы, разработанные на основе модифицированного нами же лигносульфоната для товарного бетона и ЖБИ, которая также содержит в себе стабилизированный золь наноразмерного гидроксида железа, а в некоторых и в комплексе с монодисперсными кристаллическими наночастицами кремния. Вся линейка представлена в жидкой форме и ее легко можно отнести к экологически безопасным продуктам, в отличие от нафталинформальдегида. В данных продуктах принято, не смотря на то, в каком они виде – сухом или жидком и как практиковалось еще в советское время определять границы дозировок, ориентируясь только на содержание сухих веществ.

Для примера, расход довольно известного с середины 80-тых годов прошлого столетия, нафталинформальдегидного Суперпластификатора С-3 был официально рекомендован коллективом разработчиков в пределах от 0,4% до 0,8% по сухому веществу. Он до сих пор пользуется большим спросом и часто производится под разными товарными знаками. Но и на нем пытаются спекулировать предприимчивые люди, пользуясь полной неосведомленностью своих клиентов. Предлагая С-3, они рекомендуют его расход всего в 1% по весу добавки в жидкой форме как вполне достаточный, что естественно ниже рекомендованного минимума в пересчете на сухое вещество, а то, что такое количество будет не эффективно, сознательно умалчивается! Зато за килограмм уж очень «не дорого»! Для сравнения расход нашего Суперпластификатора СП-4Н граничит в своих дозировках от 0,14% до 0,28% по сухому или от 0,4% до 0,8% в жидкой форме. Однако по факту сравнительных испытаний он всегда показывает более высокие результаты чем С-3, даже не смотря на ощутимую разницу минимальных и максимальных расходов более чем в 2,8 раза! Так, наш продукт в отличие от С-3 является химическим наноактиватором процессов гидратации и твердения цемента, обладающим способностью при одинаковом расходе воды и вяжущего вещества увеличивать на 30-40% прочность на сжатие тяжелого бетона или строительного раствора к контрольному без химии. Инновационный нанопродукт ПФНМ СП-4Н по эффекту повышения прочности бетона и по реально мизерным дозировкам может спокойно соперничать с поликарбоксилатами.

Такие продукты, как всем нам давно известные суперпластификаторы, имеют определенные нюансы в своей классификации напрямую связанные с количеством их расхода и которые доступны для понимания лишь узкому кругу настоящих профессионалов. Данные химические добавки могут эффективно работать как суперпластификаторы лишь от их среднего расхода и выше, но в рекомендуемых пределах. Например: С-3 от 0,6 до 0,8%, СП-4Н от 0,21 до 0,28%.

При минимальных дозировках, и не доходя до величины среднего, они по количеству редукции воды и по довольно низкой эффективности из-за малого расхода могут соответствовать по всем свойствам только лишь действию не продуктивного пластификатора, но уж точно не суперпластификатора. Поэтому маркетинговый ход с предложением приобрести «недорогой» суперпластификатор, в виде растворенного в большом количестве воды продукта и с начальным его расходом 0,2%, который просто не работает, – тот же рекламный трюк, как и в случае с пресловутым «концентратом»! Здесь срабатывает принцип лишь бы продать.

Наша компания разрабатывает и производит на основе последних достижений в физической, коллоидной химии и химии высокомолекулярных соединений, непосредственно из российского сырья, очень достойные профессиональные продукты именно нового поколения, а не давно устаревший «хитрый» товар под новым броским названием. Поэтому, самый максимально эффективный расход наших добавок может быть даже ниже самого минимального от любого иного производителя, что свидетельствует о их эксклюзивности.

К примеру, нанопродукт ЭЛЛАСТ при своем максимальном расходе 0,025%, кроме многих комплексных свойств, таких как повышение прочности, изменение реологии смеси, ускорение твердения готовых покрытий и изделий, создает еще и идеально гладкую поверхность у затвердевшего бетона без прилипания, вплоть до глянца, который зависит только от качества самих пластиковых форм или опалубки и без всяких разделительных смазок. Другой продукт из этой же группы золей, наномодификатор ВИБРО, предназначен для производства особо прочных товарных бетонов, который кроме комплексных свойств, перечисленных выше и при таком же расходе в 0,025%, обладает эксклюзивным качеством воздействия на твердеющий бетон. Таким свойством, как постоянный процесс твердения бетона при температуре от ноля градусов включительно и выше, до достижения им сверхпрочности во времени, что очень важно при глубинном подземном бетонировании, где температура земляного или скального грунта часто не повышается более чем на 1-2 градуса выше ноля.


повышение долговечности тяжелого бетона БЕТОПРЕСС ВИБРОФИНИШ СМ-17
Фото 4. БЕТОПРЕСС ВИБРОФИНИШ СМ-17 готов к отгрузке. При самом максимальном расходе этого кубика хватит на 500 тонн цемента!

Сегодня потребители химических добавок серии БЕТОПРЕСС – профессионалы, которые без строительной лаборатории не работают, но таких по-настоящему грамотных, к сожалению, не так уж много. Остальные, ведущие бизнес в «слепую», не беря в расчет эффективность продукта, ориентируются только на стоимость килограмма добавки при закупке, не обращая внимания на величину его максимального расхода к цементу, по которому можно четко выявить «хитрый» продукт.

Данные производители, как товарного бетона, так и ЖБИ, включая вибропрессованную продукцию, практикуют политику приобретения самой «недорогой» химии, ошибочно считая, что они на этом неплохо экономят, но, по конечному результату своей деятельности, наоборот, теряют при закупке цемента, которого для получения проектной прочности требуется намного больше. В масштабе страны, это просто колоссальные потери.

Истинную стоимость, а точнее себестоимость химической добавки в тяжелом бетоне, невозможно определить отдельно от бетонной смеси просто сравнивая цены за килограмм, Только – по конечному результату и в купе со всеми ингредиентами готового бетона. Себестоимость бетонной смеси на очень дорогой за килограмм комплексной добавке при достаточно мизерном расходе и высоким эффектом в результате значительной экономии цемента будет гораздо ниже. И это при одинаковой подвижности и прочности. Не говоря уже о качестве и особых свойствах бетона и самой смеси. На себестоимость бетонной смеси может также положительно повлиять такое свойство добавки, как повышение прочности бетона без редукции воды, только за счёт работы химии. В этом случае не потребуется заменять сниженное количество бесплатной воды инертными материалами, для восстановления объема смеси, которые все же стоят денег.

Появление у тяжелых бетонов дополнительно многих функциональных свойств за счет применения более дорогих, но довольно экономичных многоцелевых комплексных добавок типа ПФМ реально увеличило срок эксплуатации сооружений, зданий, фундаментов, мостов, дорог, плотин, бассейнов, каналов, пирсов, молов, причалов, волнорезов и всевозможных изделий дорожной группы. А самое эффективное из них – это целенаправленное структурирование капиллярной пористости цементного камня для придания ему долговечности, морозостойкости и водостойкости [2, c. 5-9].

Введение «НПО БЕТОХИМИКС» в промышленное производство двух новых инновационных разработок в виде стабилизированных золей, обладающих всеми признаками нанодобавок, – воздухововлекающих регуляторов реологии бетонной смеси послужило поводом к написанию данной статьи. Их основой является кремнийорганический продукт ГКЖ-11 (­метилсиликонат – силиконовый полимер), который в комплексе с целым рядом химических ингредиентов в виде ПАВ, хелатных комплексов и полидентатных лигандов, под действием воды и извести, образующейся при гидратации цемента, подвергается гидролитической поликонденсации с осаждением монодисперсных кристаллических наночастиц кремния [10].

Таким образом, при максимальном расходе нанопродукта в 4,25 грамма по сухому веществу (0,00425%) на 100 килограмм цемента через образовавшиеся центры кристаллизации при осаждении наночастиц формируется трехмерная матрица из кристаллов по типу кремнийорганического полимера [1. c, 33]. Кристаллы берут на себя основное свойство силиконовой жидкости – менять за счет поверхностных явлений полярность минеральных компонентов бетонной смеси, включая цементный камень, на не полярность, физически присущую только органическим материалам. В результате мы получаем гидрофобизированный бетон как внутри, так и по наружности с увеличенной морозостойкостью при достаточно мизерном расходе наномодификатора. Реальная экономия цемента составит не менее 15% [4, c. 19-20, 25].

В заключение первой части статьи, об отечественных наномодификаторах хочется сказать, что не нужны нам никакие «европы» и «америки», с их хитрыми продуктами, мы сами в состоянии разрабатывать и производить другие, более хорошие и из российского сырья, которым просто не будет равных. Подробней о гидрофобизирующих наномодификаторах в ее второй части. Публикация планируется в журнале «­Технологии Бетонов» № 6, 2022.

https://betohimiks.ru
https://betopres.ru
info@betohimiks.ru
+7 (978) 284-74-55
Адрес производства: 295001, РФ, Республика Крым, г. Симферополь, ул. Крылова, 155 А