Область применения и направления развития химических модификаторов бетона
Сообщение, сделанное руководителем НИИ ЦСМ БНТУ, кандидатом технических наук Александром Дроздом на республиканском научно-техническом семинаре "Производство железобетонных изделий. Особенности технологии, энергосбережение, контроль качества".
Химические модификаторы бетона — это вещества, которые при добавлении в небольшом (до 5%) количестве способны качественно влиять на свойства бетонной смеси и, соответственно, бетона. Сегодня невозможно представить себе ни одну из современных технологий получения бетона, работы с бетонными смесями без применения тех или иных добавок. Это и технологии укладки литых смесей, и технологии получения высокопрочных бетонов. Можно в данной связи говорить и об ускорении процесса производства железобетонных изделий, и о минимизации всех связанных с перечисленными работами затрат. С другой стороны, при всем желании сократить и минимизировать, работая с бетоном, следует, как и в медицине, руководствоваться главным принципом — "не навреди".
Бетон — не самая простая среда. Это тот материал, за которым необходимо ухаживать до тех пор, пока он не достигнет требуемого состояния. Поэтому область применения добавок чрезвычайно широка. Известны высокопрочные и самоуплотняющиеся бетоны, транспорт-бетоны.
И уж, конечно, совершенно немыслимо без использования добавок производство сухих смесей. Что же касается развития данной научно-технической отрасли, то оно идет в направлении совершенствования характеристик существующих добавок.
Например, если речь идет о группе пластифицирующих добавок, то это всем известные лигносульфанаты, которые в свое время применялись, а потом были незаслуженно забыты. Сегодня же на их базе путем их модифицирования — введения необходимых компонентов — получают качественно новые продукты. Суперпластификаторы на базе меламинов, нафталинов, в том числе известная добавка С3, — это также пластификаторы, благотворно влияющие на бетонную смесь. Появилась новая группа добавок — гиперпластификаторы. Эти добавки несколько отличаются от уже известных по механизму своего действия, но точно так же (хотя и в большей степени) уменьшают количество вводимой в бетонную смесь воды и позволяют привносить добавочные новшества в технологию бетона и железобетона.
Дальнейшее развитие идет по пути комбинирования различных видов добавок. Производитель добавок начинает все чаще и все глубже задумываться о том, какой цемент выпускается в том или ином регионе, каковы его свойства. Дело в том, что действуют добавки довольно избирательно — с различными видами цементов они взаимодействуют по-разному. В любом случае производитель подбирает такую добавку, которая на данном этапе удовлетворяла бы ее потребителя.
Какие добавки выпускаются сегодня в Беларуси?
Мозырский НПЗ выпускает добавку С3 (хотя в данном случае лучше новомосковский аналог). Есть совместное белорусско-чешское производство (добавка "Стахемент"). Недавно вышел стандарт на добавку СПС (правда, неизвестно, выпускается ли она). В числе же разрешенных к применению на территории Беларуси импортных добавок — продукция концерна Sika (Швейцария).
Да, добавки недешевы. Но недорого сегодня обойдется, пожалуй, лишь какой-либо отход. Поэтому для того, чтобы получить качественный бетон, необходимо осуществить определенные первоначальные капиталовложения. Тщательное изучение СНБ 5.03.02-03 позволяет видеть, каким большим объемом информации необходимо располагать технологу, чтобы грамотно назначать состав бетона, оперировать добавками.
Сегодня в распоряжении этого самого технолога оказываются десятки видов различных добавок. Испытать их самостоятельно на предмет сравнительного анализа он, скорее всего, просто не в состоянии. С другой стороны, технолог должен этим заниматься. Ведь сегодня начинают отменяться многие ограничения — например, ограничение по количеству цемента.
На технолога ложится ответственность принятия все большего количества решений. Он должен самостоятельно подобрать состав бетона, разработать его, проверить, утвердить у главного инженера и запустить в производство. Таким образом, технолог становится главной фигурой предприятия стройиндустрии, так как от его действий в дальнейшем зависит и экономическая деятельность предприятия. (Нужно отметить, что растет и стоимость самого цемента. Если сегодня его тонна стоит 120-140 тыс. BYR, то уже можно говорить об экономической целесообразности использования добавок, так как при всей их дороговизне соответствующие необходимые вложения соизмеримы. Решать, что выгоднее, опять-таки, технологу.)
Идя навстречу имеющим место, как сегодня модно говорить, вызовам, ученые кафедры "Строительные материалы и изделия" БНТУ под руководством заведующего кафедрой Эдуарда Батяновского и Вячеслава Бабицкого разработали ряд программ. Эти программы представляются полезным подспорьем для технологов в аспекте оптимизации подбора ими тех или иных добавок. Каждый вариант привязан к конкретному предприятию — производителю цемента. В то же время программы, о которых идет речь, отлажены таким образом, что могут учитывать действие большинства добавок. Программа проектирования состава тяжелого бетона имеет дружественный интерфейс, что значительно облегчает процесс ее освоения. Выбор цемента осуществляется нажатием (кликаньем мышью) на кнопку "Цементный завод". Это вход в базу сведений обо всех цементах, выпускаемых в Беларуси — о том, насколько стабилен минералогический состав, на базе которого работает то или иное предприятие. Дело в том, что сегодня процесс освоения добавок уже находится на таком этапе, когда, используя добавку, не принимать во внимание минералогический состав цемента просто нельзя.
Программой же предусматривается корректировка минералогического состава цемента путем введения той или иной добавки.
Переходя к подбору крупного заполнителя, мы также должны иметь в виду наличие определенной гаммы разновидностей этих материалов. При этом программа может быть настроена и на определенный процент содержания песков различных фракций. То же касается собственно песка (уже как необходимой составляющей бетонной смеси) — точнее, песков и их характеристик. Таким образом, состав бетона назначается введением характеристик всех его компонентов. Раздел массива исходных данных "Класс бетона по прочности" включает даже те классы, на использование которых еще предстоит перейти. Имеют место также разделы "Подвижность бетонной смеси", "Морозостойкость", "Водонепроницаемость". При этом введены необходимые ограничения, регламентирующие назначение цемента в зависимости от желаемой, например, морозостойкости.
В разделе "Химические добавки" назначается вид добавки (например, тот или иной пластификатор) и ее дозировка. Одновременно с пластификатором может быть введен ускоритель твердения, если режим производства изделий требует именно ускоренного твердения бетона. Добавка может быть и комплексной. Воздухововлекающая же добавка вводится при необходимости получения долговечного бетона.
Дружественный интерфейс позволяет при назначении состава бетона варьировать вводимые исходные данные в зависимости от желания более или мене экономного применения добавок. Переходя же к назначению производственного состава, можно получить окончательную стоимость куба исходя из рыночной стоимости назначаемых компонентов. Варьируя те или иные показатели, можно влиять и на стоимость 1 м3. Таким образом, данная программа избавляет технолога от рутинной работы, которая вроде бы не нужна лично ему, однако очень нужна предприятию в целом, которое должно располагать тем или иным механизмом извлечения прибыли.
Сегодня изготавливается много бетонных смесей для устройства монолитных железобетонных конструкций на строительных площадках. Исходя из этого, разработана программа, в принципе, ничем не отличающаяся от вышеописанной. Разумеется, потребителя такой смеси, каковым является подрядчик, интересует, как будет протекать процесс твердения бетона и каким будет состояние конструкции на различных этапах его твердения.
Со своей стороны, подрядчик может заказать смесь с определенными свойствами. Например, такую, бетон из которой назавтра после укладки будет иметь прочность, равную 70% проектной (располагая дорогостоящей опалубкой, характеризуемой быстрой оборачиваемостью, производитель работ действует соответственно, стремясь окупить деньги, вложенные в опалубку). Зависит работа данной программы и от объема конструкции, поскольку важно учесть тепловыделение цемента, и от степени армирования конструкции, и от конструкции опалубки, и от материала палубы. Кроме того, в состав вводимых данных входит приблизительный прогноз погоды на ближайшие 2-3 дня (скорость ветра, температура воздуха). Зимнее бетонирование — это почти всегда обогрев, и его влияние также учитывает программа (следовательно, может быть подобрана и минимальная мощность обогревателей). В результате получается кривая твердения бетона в условиях, описанных выставленными исходными данными.
Программа "Технолог" (автор — Вячеслав Бабицкий) рассчитана в первую очередь на предприятия стройиндустрии. В нее заложена обширная номенклатура сборных железобетонных изделий, тепловых установок и технологий прогрева. С одной стороны (на входе) — нормы расхода цемента, с другой (на выходе) — расчет прочности бетона. Результаты работы программы выводятся на печать, распечатки же составляют, собственно говоря, рабочий журнал технолога. Эта же опция дает возможность снабжать выпускаемые изделия паспортами. В любом случае предприятие стройиндустрии должно исходить не из того, что оно сталкивается с необходимостью более или менее дорогих добавок, а из того, что ему необходимо реализовать свою продукцию и извлекать прибыль (как известно, потенциальные покупатели по-разному реагируют на предложение что-то приобрести. Человек с менталитетом наемного работника спрашивает: "сколько это стоит?", обладатель же бизнес-менталитета интересуется, велика ли прибыль, извлечь которую ему поможет его приобретение). Нахождению того технологического варианта, который будет равно выгоден предприятию и как производителю, и как потребителю, и способствует разработанное в БНТУ программное обеспечение.
Принявший участие в развернувшейся после презентации данного ПО дискуссии научный руководитель семинара профессор БНТУ, доктор технических наук Николай Блещик подчеркнул наличие в Беларуси явного дефицита отечественных добавок. Практически нет ускорителей твердения преднапряженного железобетона. Задача создания новых белорусских добавок — задача архиважная, и сегодня Минстройархитектуры Беларуси поддерживает заявляемую г-ном Блещиком и его коллегами по БелНИИС и БНТУ тему получения отечественных пластификаторов нового поколения.
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
Химические модификаторы бетона — это вещества, которые при добавлении в небольшом (до 5%) количестве способны качественно влиять на свойства бетонной смеси и, соответственно, бетона. Сегодня невозможно представить себе ни одну из современных технологий получения бетона, работы с бетонными смесями без применения тех или иных добавок. Это и технологии укладки литых смесей, и технологии получения высокопрочных бетонов. Можно в данной связи говорить и об ускорении процесса производства железобетонных изделий, и о минимизации всех связанных с перечисленными работами затрат. С другой стороны, при всем желании сократить и минимизировать, работая с бетоном, следует, как и в медицине, руководствоваться главным принципом — "не навреди".
Бетон — не самая простая среда. Это тот материал, за которым необходимо ухаживать до тех пор, пока он не достигнет требуемого состояния. Поэтому область применения добавок чрезвычайно широка. Известны высокопрочные и самоуплотняющиеся бетоны, транспорт-бетоны.
И уж, конечно, совершенно немыслимо без использования добавок производство сухих смесей. Что же касается развития данной научно-технической отрасли, то оно идет в направлении совершенствования характеристик существующих добавок.
Например, если речь идет о группе пластифицирующих добавок, то это всем известные лигносульфанаты, которые в свое время применялись, а потом были незаслуженно забыты. Сегодня же на их базе путем их модифицирования — введения необходимых компонентов — получают качественно новые продукты. Суперпластификаторы на базе меламинов, нафталинов, в том числе известная добавка С3, — это также пластификаторы, благотворно влияющие на бетонную смесь. Появилась новая группа добавок — гиперпластификаторы. Эти добавки несколько отличаются от уже известных по механизму своего действия, но точно так же (хотя и в большей степени) уменьшают количество вводимой в бетонную смесь воды и позволяют привносить добавочные новшества в технологию бетона и железобетона.
Дальнейшее развитие идет по пути комбинирования различных видов добавок. Производитель добавок начинает все чаще и все глубже задумываться о том, какой цемент выпускается в том или ином регионе, каковы его свойства. Дело в том, что действуют добавки довольно избирательно — с различными видами цементов они взаимодействуют по-разному. В любом случае производитель подбирает такую добавку, которая на данном этапе удовлетворяла бы ее потребителя.
Какие добавки выпускаются сегодня в Беларуси?
Мозырский НПЗ выпускает добавку С3 (хотя в данном случае лучше новомосковский аналог). Есть совместное белорусско-чешское производство (добавка "Стахемент"). Недавно вышел стандарт на добавку СПС (правда, неизвестно, выпускается ли она). В числе же разрешенных к применению на территории Беларуси импортных добавок — продукция концерна Sika (Швейцария).
Да, добавки недешевы. Но недорого сегодня обойдется, пожалуй, лишь какой-либо отход. Поэтому для того, чтобы получить качественный бетон, необходимо осуществить определенные первоначальные капиталовложения. Тщательное изучение СНБ 5.03.02-03 позволяет видеть, каким большим объемом информации необходимо располагать технологу, чтобы грамотно назначать состав бетона, оперировать добавками.
Сегодня в распоряжении этого самого технолога оказываются десятки видов различных добавок. Испытать их самостоятельно на предмет сравнительного анализа он, скорее всего, просто не в состоянии. С другой стороны, технолог должен этим заниматься. Ведь сегодня начинают отменяться многие ограничения — например, ограничение по количеству цемента.
На технолога ложится ответственность принятия все большего количества решений. Он должен самостоятельно подобрать состав бетона, разработать его, проверить, утвердить у главного инженера и запустить в производство. Таким образом, технолог становится главной фигурой предприятия стройиндустрии, так как от его действий в дальнейшем зависит и экономическая деятельность предприятия. (Нужно отметить, что растет и стоимость самого цемента. Если сегодня его тонна стоит 120-140 тыс. BYR, то уже можно говорить об экономической целесообразности использования добавок, так как при всей их дороговизне соответствующие необходимые вложения соизмеримы. Решать, что выгоднее, опять-таки, технологу.)
Идя навстречу имеющим место, как сегодня модно говорить, вызовам, ученые кафедры "Строительные материалы и изделия" БНТУ под руководством заведующего кафедрой Эдуарда Батяновского и Вячеслава Бабицкого разработали ряд программ. Эти программы представляются полезным подспорьем для технологов в аспекте оптимизации подбора ими тех или иных добавок. Каждый вариант привязан к конкретному предприятию — производителю цемента. В то же время программы, о которых идет речь, отлажены таким образом, что могут учитывать действие большинства добавок. Программа проектирования состава тяжелого бетона имеет дружественный интерфейс, что значительно облегчает процесс ее освоения. Выбор цемента осуществляется нажатием (кликаньем мышью) на кнопку "Цементный завод". Это вход в базу сведений обо всех цементах, выпускаемых в Беларуси — о том, насколько стабилен минералогический состав, на базе которого работает то или иное предприятие. Дело в том, что сегодня процесс освоения добавок уже находится на таком этапе, когда, используя добавку, не принимать во внимание минералогический состав цемента просто нельзя.
Программой же предусматривается корректировка минералогического состава цемента путем введения той или иной добавки.
Переходя к подбору крупного заполнителя, мы также должны иметь в виду наличие определенной гаммы разновидностей этих материалов. При этом программа может быть настроена и на определенный процент содержания песков различных фракций. То же касается собственно песка (уже как необходимой составляющей бетонной смеси) — точнее, песков и их характеристик. Таким образом, состав бетона назначается введением характеристик всех его компонентов. Раздел массива исходных данных "Класс бетона по прочности" включает даже те классы, на использование которых еще предстоит перейти. Имеют место также разделы "Подвижность бетонной смеси", "Морозостойкость", "Водонепроницаемость". При этом введены необходимые ограничения, регламентирующие назначение цемента в зависимости от желаемой, например, морозостойкости.
В разделе "Химические добавки" назначается вид добавки (например, тот или иной пластификатор) и ее дозировка. Одновременно с пластификатором может быть введен ускоритель твердения, если режим производства изделий требует именно ускоренного твердения бетона. Добавка может быть и комплексной. Воздухововлекающая же добавка вводится при необходимости получения долговечного бетона.
Дружественный интерфейс позволяет при назначении состава бетона варьировать вводимые исходные данные в зависимости от желания более или мене экономного применения добавок. Переходя же к назначению производственного состава, можно получить окончательную стоимость куба исходя из рыночной стоимости назначаемых компонентов. Варьируя те или иные показатели, можно влиять и на стоимость 1 м3. Таким образом, данная программа избавляет технолога от рутинной работы, которая вроде бы не нужна лично ему, однако очень нужна предприятию в целом, которое должно располагать тем или иным механизмом извлечения прибыли.
Сегодня изготавливается много бетонных смесей для устройства монолитных железобетонных конструкций на строительных площадках. Исходя из этого, разработана программа, в принципе, ничем не отличающаяся от вышеописанной. Разумеется, потребителя такой смеси, каковым является подрядчик, интересует, как будет протекать процесс твердения бетона и каким будет состояние конструкции на различных этапах его твердения.
Со своей стороны, подрядчик может заказать смесь с определенными свойствами. Например, такую, бетон из которой назавтра после укладки будет иметь прочность, равную 70% проектной (располагая дорогостоящей опалубкой, характеризуемой быстрой оборачиваемостью, производитель работ действует соответственно, стремясь окупить деньги, вложенные в опалубку). Зависит работа данной программы и от объема конструкции, поскольку важно учесть тепловыделение цемента, и от степени армирования конструкции, и от конструкции опалубки, и от материала палубы. Кроме того, в состав вводимых данных входит приблизительный прогноз погоды на ближайшие 2-3 дня (скорость ветра, температура воздуха). Зимнее бетонирование — это почти всегда обогрев, и его влияние также учитывает программа (следовательно, может быть подобрана и минимальная мощность обогревателей). В результате получается кривая твердения бетона в условиях, описанных выставленными исходными данными.
Программа "Технолог" (автор — Вячеслав Бабицкий) рассчитана в первую очередь на предприятия стройиндустрии. В нее заложена обширная номенклатура сборных железобетонных изделий, тепловых установок и технологий прогрева. С одной стороны (на входе) — нормы расхода цемента, с другой (на выходе) — расчет прочности бетона. Результаты работы программы выводятся на печать, распечатки же составляют, собственно говоря, рабочий журнал технолога. Эта же опция дает возможность снабжать выпускаемые изделия паспортами. В любом случае предприятие стройиндустрии должно исходить не из того, что оно сталкивается с необходимостью более или менее дорогих добавок, а из того, что ему необходимо реализовать свою продукцию и извлекать прибыль (как известно, потенциальные покупатели по-разному реагируют на предложение что-то приобрести. Человек с менталитетом наемного работника спрашивает: "сколько это стоит?", обладатель же бизнес-менталитета интересуется, велика ли прибыль, извлечь которую ему поможет его приобретение). Нахождению того технологического варианта, который будет равно выгоден предприятию и как производителю, и как потребителю, и способствует разработанное в БНТУ программное обеспечение.
Принявший участие в развернувшейся после презентации данного ПО дискуссии научный руководитель семинара профессор БНТУ, доктор технических наук Николай Блещик подчеркнул наличие в Беларуси явного дефицита отечественных добавок. Практически нет ускорителей твердения преднапряженного железобетона. Задача создания новых белорусских добавок — задача архиважная, и сегодня Минстройархитектуры Беларуси поддерживает заявляемую г-ном Блещиком и его коллегами по БелНИИС и БНТУ тему получения отечественных пластификаторов нового поколения.
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 44 за 2004 год в рубрике бетон
