Как специалисты СИСТРОМ получили отличное покрытие из простых материалов

С 1991 г. НПП СИСТРОМ (Моcква) разрабатывает и поставляет на рынок новые технологии и оборудование, позволяющие превращать обычный цемент и песок в облицовочные материалы нового поколения с поверхностной структурой и прочностью мрамора.

СИСТРОМ-технология получения мрамора из бетона запатентована в России, Канаде и Чехии и удостоена не только Золотой медали Брюссельского всемирного салона изобретений (1998 г.), но и Золотых знаков качества «Российская марка», а также медали за производство высококачественной продукции (московские выставки «Отечественные стройматериалы» 2000, 2001 и 2002 гг.). Научные разработки СИСТРОМ разрушают ряд традиционных представлений о строительных изделиях. В частности, предлагается облицовочная плитка толщиной от 3 мм, имеющая глянцевую поверхность. Это достигается без термической обработки, без дополнительной полировки поверхности, без применения полимерных добавок, а также без дополнительного измельчения цемента и песка. Впервые в строительной практике компанией СИСТРОМ были применены полимерные формы для производства облицовочной плитки. В настоящее же время компания предлагает более 300 видов форм для изготовления плиток различных размеров и рисунков для выполнения облицовочных работ на фасадах и в интерьерах, мощения тротуаров и полов, а также для производства подоконников, ступеней, памятников, каминов, балясин, вазонов, заборов и других декоративных элементов и малых архитектурных форм. За 17 лет технология СИСТРОМ поставлена более чем 1400 предприятиям России и СНГ, в 35 стран мира (в числе коих — США, Голландия, Индия, Китай, Южная Корея, Египет, Малайзия, ОАЭ, Нигер, Гвинея, Саудовская Аравия, Мьянма, Иран, Монголия, ЮАР, Аргентина, Ангола). Лежащий же в основе успеха данной технологии уникальный подход состоит в организации в кратчайшие (30 дней) сроки производства высококачественного продукта — мрамора из бетона — с высоким уровнем прибыли, с минимальными вложениями, с использованием недорогого и доступного сырья (цемент и песок), с минимальным потреблением электроэнергии (0,48 кВтч на 1 м2 продукции), а также с возможностью привлечения неквалифицированных рабочих.

Как правило, под декоративными понимают бетоны, в состав которых входят декоративные белые цементы, пигменты и иногда специальные заполнители (например, мраморная крошка разных цветов). До недавнего времени чуть ли не единственной областью применения таких бетонов оставалось устройство так называемых монолитных мозаичных полов или предварительное изготовление по той же технологии плит пола (тротуара). Технология подразумевает приготовление цветного бетона с мраморной крошкой и последующую мехобработку поверхности шлифмашинами. При такой обработке затвердевшего бетона вскрывается поверхностный слой и проявляется структура мраморного заполнителя и цветной растворной части. Данный процесс занимает много времени, требует больших затрат электроэнергии, использования специального оборудования и большого расхода воды (которая, превращаясь в грязевые стоки, создает экологические проблемы). Кроме того, используемые расходные материалы — шлифовальные камни, специальные пасты и порошки — значительно повышают себестоимость готовой продукции. Что же касается достигаемого в конечном итоге качества лицевой поверхности, то, строго говоря, к мозаике такие напольные покрытия никакого отношения не имеют, однако название, как это порой бывает, закрепилось. Получаемая поверхность имеет вид шлифованного камня, декоративность которого во многом зависит от размеров, качества и количества мраморных включений. Многолетний опыт эксплуатации таких покрытий сделал общеизвестным различие прочности на истирание мраморных включений и растворной части. По причине такового различия в процессе эксплуатации пола через некоторое время в местах интенсивного прохода людей напольное покрытие становится неровным — более плотные и прочные части заполнителей начинают заметно выступать. Впрочем, самой большой проблемой данной технологии является то, что на самом деле при механической обработке бетона не удается получить лицевую поверхность, сравнимую с полированным природным камнем. Ведь по своей природе бетон является пористым материалом. Поэтому никакие механические способы обработки не позволяют создавать плотную глянцевую полированную поверхность бетонного пола. И все же эта технология, разработанная еще в начале ХХ века, остается популярной — слишком долго данный подход оставался единственно возможной недорогой альтернативой использованию природного камня и керамики.

Около 20 лет назад группой специалистов будущего НПП СИСТРОМ была поставлена задача расширения области применения декоративного бетона путем оптимизации его физико-механических характеристик с приближением их (и собственно внешнего вида получаемого покрытия) к показателям природного мрамора. При этом требовалось не только создать плотную глянцевую поверхность, во всем аналогичную получаемой при полировании природного камня, но и с минимальными затратами, не прибегая к использованию полимеров, дорогих компонентов, термической и механической обработки, на рядовых цементах достичь прочности мелкозернистого бетона на сжатие 100 МПа и на растяжение при изгибе более 10 МПа. В основу технологии создания глянцевой бетонной поверхности легло свойство бетона образовывать при затвердевании в контакте с поверхностью другого материала идентичную структуру. Анализ результатов многолетних исследований в области управления структурообразованием новогидратов цементного камня позволил отработать технологию, позволяющую производить бетонные изделия с глянцевой поверхностью, имитирующей полированный мрамор. В конце 80-х гг. прошлого века названными специалистами были разработаны полимерные формы с глянцевой рабочей поверхностью для производства облицовочных плиток. Полимерный материал для форм был выбран не случайно. Минимальная адгезия бетона к поверхности полимерных форм облегчает процесс распалубки, обеспечивает целостность, гладкость получаемой поверхности. К тому же, современные пластики имеют хорошие прочностные характеристики, что позволяет достигать качественной геометрии изделий. Легкие и удобные в эксплуатации полимерные формы стали открытием для строительной индустрии, их взяли на вооружение многие фирмы мира. Однако до сегодняшнего дня кассетная технология применения полимерных форм, разработанная и запатентованная СИСТРОМ, не имеет аналогов в мире. Отличительной особенностью этой технологии является одновременное формирование глянцевой лицевой поверхности плитки и обратной поверхности с небольшими сферическими углублениями, обеспечивающими лучшее сцепление при укладке. Кроме того, в кассете создается благоприятный термовлажностный режим для твердения бетона. Формы герметично соединяются, исключая потери влаги, а массивность кассеты дает возможность более полно использовать экзотермическое тепло, выделяемое при твердении бетона. Многолетний опыт эксплуатации полимерных форм показал, что их глянцевая рабочая поверхность не подвергается абразивному износу. Это было достигнуто за счет точного подбора состава мелкозернистого бетона. При этом цементная составляющая не допускает контакта частиц заполнителя с рабочей поверхностью форм. Все изделия изготавливаются лицом вниз, что дает возможность в разы повышать прочность их рабочих поверхностей. Дело в том, что при воздействии вибрации на бетонную смесь, содержащую суперпластификатор С-3, происходит частичное перераспределение компонентов смеси по толщине изделия. Тяжелые частицы песка, перемещаясь к нижнему лицевому слою, выдавливают воздух и воду в верхние слои. При этом речь не идет о недопустимом в принципе явном расслоении смеси. И, если средняя прочность бетонного изделия составляет, к примеру, 80 МПа, лицевая прочность может намного превышать этот показатель.

А как была решена вторая проблема — получение высоких показателей прочности при использовании обычного портландцемента марки 400 и стандартного песка при твердении в нормальных условиях (ведь термообработка полимерных форм исключена)? Необходимо было через 24 часа достичь прочности бетона на сжатие не менее 40 МПа, а уже в возрасте 14 суток — 100 МПа на сжатие и 10 МПа на растяжение при изгибе. Именно такая кинетика твердения бетона гарантирует качество изделий и исключает брак при распалубке. В конечном итоге именно высокая конечная прочность на сжатие и особенно связанная с ней прочность на растяжение при изгибе и открыла возможность создания тонких — толщиной до 3 мм — изделий. Решили применить, как уже было сказано, суперпластификатор С-3. Этот выбор сделан не случайно — названная добавка и по сей день остается одним из самых эффективных пластификаторов. Особенности применения С-3 изучались с 1978 г. в НИИЖБ. В результате проведенных лабораторных и промышленных испытаний удалось установить, что оптимальным является расход добавки, составляющий 0,8% от массы цемента. С увеличением же расхода добавки эффективность добавки продолжает увеличиваться, однако при этом так же резко увеличивается и эффект воздухововлечения. Смесь «закипает», и как следствие резко снижается прочность изделий. После того, как применение суперпластификатора С-3 даже в небольших дозировках произвело революционный переворот в стройиндустрии, многие ученые продолжали вести исследования, понимая, что потенциал С-3 намного выше и до конца не оценен. В 1989 г. появились работы по вяжущим низкой водопотребности (ВНВ). В результате удалось, увеличивая дозировки С-3 до 5%, использовать всю мощь суперпластификатора для достижения наименьшего водоцементного отношения и — как следствие — резкого увеличения прочности. Способ был предложен нестандартный — добавка вводилась не в смесь с водой затворения, как обычно, а в процессе предварительного совместного помола цемента и С-3 в сухом виде. Такой способ втирания добавки в цементные зерна способствует не только снижению эффекта воздухововлечения, позволяя применять большие дозировки С-3, но и доведению тонкости помола зерна цемента до достижения им удельной поверхности 7000 см2/г. Правда, при этом процесс помола затягивался на несколько часов. Прочность на сжатие бетона, приготовленного на ВНВ, действительно достигала 100 МПа. Однако, по мнению многих ученых, в большей степени на формирование структуры и достижение высоких прочностных характеристик влиял сам эффект тонкости помола цемента. Роль же суперпластификатора С-3 вообще представлялась сводимой к функции присадки, повышающей эффективность помола за счет устранения эффекта слипаемости зерен цемента (данный эффект наблюдается при превышении при помоле удельной поверхности 5000 см2/г). Поэтому дальнейшие исследования стали вестись в области разработки тонкомолотых вяжущих с использованием С-3, хотя наиболее дальновидные специалисты предупреждали, что бетоны, приготавливаемые на тонкомолотых вяжущих, представляют собой уже совсем другой материал, требующий глубоких дополнительных исследований, особенно в области долговечности и проницаемости.

Специалисты же СИСТРОМ, будучи глубоко убежденными в том, что не предварительный совместный помол цемента и С-3, а сам по себе С-3 является основным инструментом, позволяющим радикально снижать водопотребность бетона и тем самым резко повышать прочностные показатели, продолжали дальнейшие исследования. В начале 90-х гг. ими были получены первые положительные результаты в области технологии применения суперпластификатора С-3 с повышенными дозировками, при которых не наблюдалось эффекта закипания смеси. На обычных цементах без предварительного помола водоцементное отношение в смеси мелкозернистого бетона составило 0,2 на абсолютно сухих песках. Общеизвестно, что при таком низком водоцементном отношении смесь обычно находится в полусухом сыпучем состоянии и пригодна в переработку только методом вибропрессования. Однако в описываемом случае смесь при воздействии на нее вибрации обладала высокой пластичностью и хорошей удобоукладываемостью. Общеизвестна и эмпирическая формула, связывающая предел прочности бетона на сжатие в возрасте 28 суток с активностью цемента, коэффициентом учета качества заполнителей и цементоводным отношением (в ходе экспериментов СИСТРОМ активность цемента составляла 400 кг/см2, коэффициент учета принимался равным 0,6 для рядовых заполнителей). Полученные результаты превзошли все ожидания. Испытания бетонных образцов, изготовленных по технологии СИСТРОМ, проводила лаборатория комплексного контроля качества строительства ГУП «НИИМосстрой». Прочность на сжатие в среднем составила 107,6 МПа, на растяжение при изгибе — 17,6 МПа. Еще недавно считалось, что прочность бетона на растяжение при изгибе практически не может превышать 6,0 МПа, а следовательно, и в расчет данная характеристика не принималась. Особо необходимо отметить характер кинетики нарастания прочности бетона. В суточном возрасте бетон при комнатной температуре набирал прочность 60 МПа, а в возрасте 14 суток прочность достигала максимального значения 100 МПа и практически не отличалась от прочности в 28-суточном возрасте. Таким образом, была решена вторая основная задача — задача разработки технологии получения прочности бетона 100 МПа на рядовом портландцементе марки М400 с применением только суперпластификатора С-3. Другие физико-механические характеристики такого бетона также оказались очень высокими — морозостойкость более F500, истираемость менее 0,4, водопоглощение менее 3%. Вообще-то С-3 всегда способствует процессу воздухововлечения в бетон, и в данном случае в структуре бетона также имелось достаточное количество мелких замкнутых сферических воздушных пор, однако на прочность это не влияло. Более того, такое количество свободного резервного пространства обеспечивает возможность своего рода маневра — релаксирования напряжения в бетоне при замерзании механически связанной воды. А в сочетании с высокопрочным каркасом бетона это является залогом высокой морозостойкости и долговечности, что и показали результаты испытаний.

Итак, самым важным является то, что задача производства искусственного мрамора из бетона была решена не любой ценой, а при очень жестких исходных данных. О материалах сказано выше, оборудование же — бетоносмеситель принудительного действия и стандартная виброплощадка. Поэтому с таким энтузиазмом данный подход был принят производственниками.

По информации НПП СИСТРОМ подготовил Сергей ЗОЛОТОВ