ЛЕКЦИЯ 1 КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

ЛЕКЦИЯ 1 КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ План лекции 1. Требования строительного комплекса к промышленности строительных материалов 2. Приоритетные направления и инновации в отрасли промышленности строительных материалов, изделий и конструкций 3. Приоритетные направления и тенденции, и инвестиционные сферы по отдельным видам продукции строительных материалов 4. Основные факторы, обеспечивающие создание новых высококачественных строительных материалов д. т. н. , профессор Братчун В. И. 1

Рекомендуемая литература 1. Кочергин С. М. Современные строительные материалы. Технологии работ / С. М. Кочергин М. : ООО Стройинформ, 2006. – 696 с. 2. Кочергин С. М. Изоляция. Материалы и технологии / С. М. Кочергин М. : – ООО Стройинформ, 2006. – 656 с. 3. Старченко О. Ю. , Гулін Д. В. Комплексні системи сухого будівництва. – Київ: ТОВ «Асм-Груп» , 2005. – 420 с. 4. Захарченко П. В. Сучасні композиційні будівельно-оздоблювальні матеріали / П. В. Захарченко, Е. М. Долгий, О. М. Гавриш, Ю. О. Галаган. – Київ: ВАТ «Майстри» , 2008. – 340 с. 5. Захарченко П. В. Сучасні композиційні будівельно-оздоблювальні матеріали / П. В. Захарченко, Е. М. Долгий, Ю. О. Галаган, О. М. Гавриш, Д. В. Гулін, О. Ю. Старченко. – Київ: «Асм-Груп» , 2005. – 512 с. 6. Рунова Р. Ф. Конструкційні матеріали нового покоління та технології їх впровадження у будівництво / Р. Ф. Рунова, В. І. Гоц, І. І. Назаренко і ін. – К. : УВПК «Екс. ОБ» . – 2008. – 360 с. 7. Братчун В. И. Модифицированные дегти и дегтебетоны повышенной долговечности / В. И. Братчун, В. А. Золотарев. – Макеевка: МОН Украины, Дон. ГАСА. – 1998. – 226 с. 8. Нанонаука и нанотехнологии в цементных материалах // Цемент ИНТЕРНЕШНЛ. – № 1. – 2008. – С. 57 -64. 9. Гусев А. И. Наноматериалы, структуры, технологии / А. И. Гусев. – М. : ФИЗМАТЛИТ, 2007. – 416 с. 10. Строительные материалы. – 2000. – № 10 (Мы красим города). 11. Яковлев А. Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий. – Л. : Химия, 1989. – 384 с. 12. Братчун В. І. Фізико-хімічна механіка будівельних матеріалів: Навчальний посібник / В. І. Братчун, В. О. Золотарьов В. О. , М. К. Пактер, В. Л. Беспалов. ISBN № 5 -7763 -0351. – Макіївка-Дон. НАБА. – 2006. – 226 с 2

Требования строительного комплекса к промышленности строительных материалов и строительной индустрии должны быть основаны на: Ш изменении структуры жилищного строительства, перехода на новые архитектурно-строительные системы, типы застроек и технологий их возведения; Ш снижении ресурсоемкости, энергетических и трудовых расходов при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений, сокращения длительности инвестиционного цикла в 2 -2, 5 раза; Ш решении задач по увеличению объемов жилищного строительства; Ш сокращении средних сроков строительства в 2 -3 раза; Ш рост производительности труда в строительстве в 3 -3, 3 раза; Ш уменьшении удельных расходов основных строительных материалов в расчете на 1 млн. грн. строительно-монтажных работ – металлопродукции, приблизительно, на 30%, цемента на 45%; прирост объемов строительства преимущественно за счет ресурсосбережения; Ш обеспечение потребности капитального и жилищного строительства в качественных, экологически чистых, современных по дизайну материалов, которые отвечают по ассортименту и номенклатуре платежносостоятельному спросу разных слоев населения как на элитное жилье, так и на качественные жилые дома для граждан с невысокими доходами. 3

Приоритетные направления и инновации в отрасли промышленности строительных материалов, изделий и конструкций: Ш Создание рациональной региональной сети торгово-комплектующих предприятий (ТКП) с сетью магазинов строительных товаров, которые создают запас строительных материалов и изделий для строительных организаций региона и повседневного хозяйственного потребления (ТКП изучает: маркетинг, пожелания населения, взгляды и интересы архитекторов и строителей; имеет связь с рекламно-издательскими фирмами, проектными организациями и др. ). Ш Повышение организационно-технического уровня промышленности строительных материалов, модернизация его производственной базы, реализация ипотечного и венчурного кредитования, привлечение в отрасль иностранных инвесторов; изготовление автоматизированных технологических комплексов, которые являются основой современного высокоэффективного, ресурсо- и энергосберегающего производства строительных материалов, изделий и конструкций, например, перевод цементных комбинатов на скоростной обжиг клинкера без вращающихся печей по схеме циклонный теплообменник → декарбонизатор → реактор кипящего слоя с использованием коксового угля и угольных брикетов, либо внедрение для производства цемента оборудования фирмы IBAU HAMBURG (Германия). 4

5

6

7

Ш Развитие международной кооперации в проектировании, строительстве и реконструкции объектов отрасли строительных материалов и изделий. Ш Создание и массовое строительство мелких и средних предприятий, которые должны строиться на модульной основе; Ш Повышение наукоемкости, она в промышленности строительных материалов в 2 -3 раза ниже, чем, например, в тяжелой промышленности; особенно отстают конструкторская и экспериментальная базы. Повышение наукоемкости отрасли стройиндустрии должно состояться за счет технической оснащенности науки, широкого использования отраслевых и территориальных баз и банка данных с их последовательным объединением в единую информационно-вычислительную сеть; компьютеризация исследований; создание гибких структур и бесструктурных исследовательских организаций, используя постоянный и переменный состав научно-исследовательских коллективов; привлечение в качестве соисполнителей конкретных специалистов, а не организаций. 8

Важной задачей является преобразовывание отраслевой науки в постоянный источник научно-технических достижений, чтобы вывести промышленность строительных материалов на мировой уровень, их ускоренное внедрение и тиражирование на предприятиях отрасли. Ш Привлечение в эксплуатацию мелких и средних месторождений, которые ориентованы на небольшие предприятия. Приоритетное использование техногенного сырья, включение ее в балансы сырьевых ресурсов; Ш Ускоренная разведка и подготовка к эксплуатации месторождений в регионах, которые имеют дефицит в минеральном сырье, а также уникальных видов, которые определяют научно-технический прогресс в соответствующих производствах той или другой группы строительных материалов и конструкций. Ш Переход от наращивания абсолютных объемов производства к росту показателей качества выпускаемой продукции за счет, как совершенствования традиционных видов, так и разработки и внедрения изделий и материалов с заданными свойствами для потребителей; Ш Обеспечение экологической чистоты, безопасности, гигиеничности, комфортности и эстетической ценности продукции; 9

Приоритетными направлениями в инновационных и инвестиционных сферах по отдельным видам продукции промышленности строительных материалов, как примеры, являются: В производстве цемента: объем производства цемента в 2010 году составил 2, 5 млрд. т. (ежегодный прирост до 200 млн. т). Расход топлива сократился с 7 ГДж/т клинкера до 3, 7 ГДж/т. Производительность печи с пятициклонным башенным кальцинатором-подогревателем Т=880 -1100 С составляет 6000 -12000 т/сут. Длины вращающихся печей 45 -65 м при производстве цемента сухим способом: Ш создание новых типов минеральных вяжущих и цемента, которые не нуждаются в тепловой обработке при производстве бетонных конструкций и изделий; например, сверхбыстротвердеющий цемент (Jet -cement) – получают смешиванием обычного портландцемента и 5 -30% галагеналюмината кальция. Ш разработка составов многокомпонентных цементов и сухих смесей с активными химическими и другими модифицирующими добавками. 10

Сверхбыстротвердеющий портландцемент «Jet -цемент» – получают смешиванием портландцемента и 5 -30% галогеналюмината кальция с общей формулой 11 Са. О∙ 7 Al 2 O 3∙Cа. X 2 (C 11 A 7 F 2) где Х – галогены (F, Сl, Br и I) М 400, М 500 в возрасте 12 ч Rсж=15 -18 МПа, после 24 ч Rсж=22 -29 МПа, через 7 суток – Rсж=35 -45 МПа. Бетонирование в зимних условиях, для выполнения ремонтных работ, для устройства взлетно-посадочных полос. 11

Алинитовый портландцемент получают по низкотемпературной солевой технологией; в традиционную шихту вводят 10 -12 % Са. Сl 2 или Mg. Сl 2. Клинкерообразование происходит при Т=1000 -1200°С. Области применения – гидротехническое строительство, цементирование скважин, зимнее бетонирование. 12

Вяжущие вещества низкой водопотребности (ВНВ), получают совместным помолом (механохической активацией) портландцемента и суперпластификатора С-3 (S 1, 2=480 -520 м 2/кг) Нг=16%. ВНВ – 100 (без минеральных добавок), ВНВ – 30 М 1000, М 900 до М 400, F>500 циклов. Производство высокопрочных бетонов классов В 50 -В 70, изготовление сборных бетонных и железобетонных тонкостенных изделий. 13

14

В производстве теплоизоляционных материалов: ь организация новых мощностей по производству высокоэффективных видов теплоизоляционных материалов широкой номенклатуры на основе стекловолокна, перлита, базальта, диатомита, пеностекла и вторичных материалов на основе ресурсо- и энергосберегающих технологий; ь разработка и изготовление прогрессивного отечественного технологического оборудования для производства теплоизоляционных материалов, в том числе высокоэффективных плавильных печных агрегатов для производства изделий из минеральной ваты; ь создание автоматизированного оборудования для упаковки теплоизоляционных материалов. 15

Например, эффективным материалом является универсальный теплоизоляционный экструдированный пенополистирол Sobra ISOL имеет прочную, цельную микроструктуру, представляющую собой массу закрытых ячеек с межмолекулярными химическими связями. Его ячейки закрыты и не проницаемы (не имеют микропор), проникновение газа и воды из одной ячейки в другую невозможно (рис. 1, 2). Геометрические размеры плит – Sobra ISOL: длина – 1250 мм; ширина – 600 мм; толщина от 25 до 100 мм. Свойства Sobra ISOL приведены в табл. 1. 16

Таблица 1 Физико-механические свойства Sobra ISOL № п/п Показатель Численное значение 1. Плотность, кг/м 3 30 -40 2. Предел прочности при сжатии (при 10% линейной деформации), МПа, не меньше 0, 34 3. Предел прочности при изгибе, МПа, не меньше 0, 3 4. Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии при температуре 25 5 С, Вт/м К, не больше 0, 028 5. Водопоглощение, % по объему, не больше 0, 05 6. Температура применения, С -50 … +75 17

Внешний вид теплоизоляционного материала Sobra ISOL Текстура Sobra ISOL 18

В производстве кровельных, гидроизоляционных и полимерных строительных материалов: § изменение в структуре производства кровельных и гидроизоляционных материалов, и повышения качества продукции с целью обеспечения в 2 -3 раза долговечности, морозостойкости и эффективности за счет использования битумополимерных, эластомерных материалов на основе атмосфероустойчивых каучуков, полимерных мастик (например «Еврорубероид» , «Ондулин» , битумополимерный материал ГМП, резинобитумные ковры фирмы «Icopal» , сполиизол, сполипласт, сполиэласт, металлочерепица, профнастилы, еврошифер, прозрачные кровельные материалы из поликарбоната, полимерпесчаная черепица и др. ) с целью устройства однослойных кровельных покрытий; 19

§например, для повышения долговечности бетонных и железобетонных изделий следует применять кремнийорганические материалы: метилсиликонаты и этилсиликонаты натрия ГКЖ-10 и ГКЖ-11 - соответственно, а также полиэтиленгидросилоксан – ГКЖ-94. Кремнийорганические соединения наносятся на поверхность изделия, конструкции из раствора толуола или воды; осаждаясь на поверхности бетона, стенках пор и капилляров, адсорбируются, а затем химически взаимодействуют с гидроксильными группами, оксидами и гидроксидами металлов, входящих в состав минералов цементного камня. Образуется тончайшая пленка, в которой силоксановая связь кремнийкислород ориентирована к поверхности цементного камня, а органический радикал - в противоположную сторону – наружу. Такая ориентация и создает водоотталкивание. Введение ГКЖ-94 позволяет гидрофобизировать стенки пор цементного камня. 20

полиэтиленгидросилоксан Основные эффекты Ш несмачиваемость поверхности; Ш гидрофобизация бетона, вследствие чего снижается скорость капиллярного подсоса в него влаги; Ш воздухововлечение (газ-водород); Ш расширение производства экологически чистых и долговечных покрытий полов (бесшовные, полимерные, наливные, теплые, линолеумные, ковровые и др. ), новых видов герметиков, пенопластов, пластиковых труб и фасонных изделий, отделочных и изоляционных материалов. 21

Стандартные требования для вулканизированных резиновых листов, используемых для получения однослойных кровельных мембран, согласно ASTMD-4637 для не усиленных РКГЭМ (класс «U» ) и усиленных тканями, класс «SR» (расположенными в толще листа) приведены в таблице Таблица класс «U» не усиленные класс «SR» , усиленные тканями Показатель Метод. испытания 1 2 3 4 Условная прочность при растяжении, МПа, не менее ASTMD-751 9, 0 – Предел прочности при разрыве полоски шириной 25 мм, МПа, не менее ASTMD-412 – 40 Относительное удлинение при разрыве полоски шириной 25 мм, %, не менее ASTMD-751 Сопротивление раздиру, к. Н/м, не менее ASTMD-624 26 Сопротивление раздиру, Н, на образец ASTMD-751 – толщина мембраны 1, 11 мм-223 Н Температура хрупкости, °С, не выше ASTMD-2137 – 60 1· 10– 7 1· 10– 4 40 40 168 50 20 Озоностойкость Концентрация озона, % Температура, °С Время, ч ASTMD-1149* 250 22

Продолжение таблицы Удлинение, % трещины не образуются Физико-механические свойства после ускоренного термического старения по режиму 28 суток при 115°С Условная прочность при растяжении, МПа, не менее 8, 0 Относительное удлинение при разрыве, %, не менее 200 Облучение в аппарате искусственной погоды «Ксенотест» с ксеноновым излучателем при температуре черной панели 80°С в течение 4000 ч. После облучения образец растягивается на 10% Усадка после термического старения по режиму 28 суток при 115°С, %, не более не должно быть обнаружено трещин при 7 -ми кратном увеличении 1, 0 23

Мембрана ЕPDM Мембрана ЕПДМ компании Firestone весит менее 1, 4 кг на м 2, при этом она обладает высокой прочностью при растяжении р=10 МПа, относительным удлинением 400%, водопоглощением – 0, 15%, гибкостью на стержне d=5 мм – минус 60 С. Благодаря высокой эластичности способна переносить значительные деформации зданий. Мембрана ЕПДМ стойка к большим перепадам температур (от -40 С до 100 С и к длительному воздействию озона, при отсутствии каких-либо признаков старения). Мембраны ЕПДМ компании Firestone могут быть самых различных размеров до 15 метров в ширину. Благодаря этому можно сделать оптимальный выбор для зданий любого размера или конфигурации. 24

Однослойное кровельное покрытие фирмы Icopal: Icopal Mono. Polar Чешуйчатая посыпка Резинобитумная масса Опорный полиэфирный слой Резинобитумная масса R = Слой для выравнивания давления с полосами T = наплавляемый всплошную резинобитумный слой 25

26

В производстве стеновых материалов: Ш обновление основных фондов, замена устаревшего и физически изношенного оборудования за счет внедрения в производство современного высокомощного оборудования для выпуска широкой номенклатуры эффективного керамического кирпича, изделий из ячеистого бетона, цементно-песчаных стеновых блоков и других современных стеновых материалов; Ш расширение использования в строительной практике теплоэффективных ограждающих конструкций на основе современных утеплителей, пористой керамики, изделий из гипса и ячеистого бетонов, а также отделочных изделий на основе бетонов, керамики и естественного камня; Ш производство многофункциональных стеклопакетов – теплозвукоизолирующих с регулируемым светопрониканием. 27

В настоящее время 76% потребления энергии в жилом секторе приходится на отопление. Существуют следующие способы повышения энергоэффективности зданий: §уменьшение теплопотерь через внешние стены; §минимизация «мостиков холода» : §повышение герметичности зданий; §увеличение КПД систем отопления; §улучшение управления и регулирования систем отопления; §использование накопленного в зданиях тепла; §избежание летнего перегрева; § использование возобновляемой энергии (например, солнечные системы). Самый экономичный и наиболее простой путь повышения энергоэффективности здания – это повышение эффективности внешней оболочки здания (его стен), т. е. реализация трех первых пунктов, приведенных выше. 28

Здания, построенные из газобетонных блоков (в Европе ежегодный объем использования составляет 50 млн. м 3, в США 120 млн. м 3) отличаются экологичностью, высокими теплоизоляционными свойствами, экономичностью, технологичностью, пожаробезопасностью (табл. ). Таблица Материалы для стен Сравнительные характеристики стеновых материалов кирпич глиняный полнотелый кирпич глиняный кирпич полнотелый с силикатпустотностью ный 20% ячеистый бетон автоклавный Плотность, кг/м 3 1700 1400 1800 600 500 Теплопроводность, Вт/(м К) 0, 81 0, 64 0, 87 0, 19 0, 16 Толщина стены, м (при Rтр=3, 15) 2, 5 1, 95 2, 7 0, 6 0, 5 4250 2730 4860 360 250 Масса 1 м 2 стены, кг 29

Газобетонные блоки автоклавного твердения YTONG*, выпускаемые немецкой компанией «Xella» более чем в тридцати странах мира, обладают комбинацией свойств, которую не превосходит никакой другой строительный материал с однородной структурой. Особенности материала этой марки позволяют возводить из блоков YTONG* энергосберегающие дома с однослойными (без дополнительного утепления) стенами, полностью отвечающие требованиям, предъявляемым к теплоизоляционным характеристикам ограждающих конструкций жилых и общественных зданий, и позволяют отказаться от традиционных изоляционных материалов, требующих больших затрат. После интенсивных разработок в Центре исследований и технологий компании «Xella» удалось достичь теплопроводности блоков YTONG* λ=0, 08 Вт /(м·К) при соблюдении всех важных характеристик, как, например, плотность, прочность при сжатии и усадка (В 20, D 300). Компании «Xella» первой удалось скомбинировать высокие теплоизоляционные свойства ячеистого бетона и высокую прочность при сжатии. Из этого продукта в Германии, Австрии и других странах строят двух- и трехэтажные здания. 30

Благодаря материалу YTONG* выполняются и другие важные требования по сохранению тепла в здании, например минимизация (мостиков холода), появляющихся при соприкосновении конструкций из разных строительных материалов. В зимний период в области (мостиков холода) понижается температура поверхности здания. Если температура падает ниже 12, 6°С образуется талая вода (конденсат) и, как следствие, возникает, опасность образования плесени. Блоки укладываются не на обычные кладочные растворы, а на тонкослойные клеевые составы, обеспечивающие толщину швов всего 1 мм. Проблема потери тепла вследствие толстых кладочных швов исчезает. Вследствие кладки блоков на тонкошовный раствор снижается теплопроводность стены более чем на 25%, значительно сокращается расход кладочного раствора. Еще одним преимуществом укладки блоков YTONG* на тонкошовный раствор является заметное ускорение строительного процесса. 31

По экологичности ячеистый бетон стоит в одном ряду с деревом и камнем, он «дышит» , регулируя влажность в помещении. Материал не гниет и не горит, в отличие от дерева. Здания из ячеистого бетона обладают хорошим коэффициентом звукоизоляции и звукопоглощения. Создается микроклимат в помещении, близкий к микроклимату в деревянных домах; в жару в них прохладно, а зимой тепло и уютно. При строительстве снижается трудоемкость кладки (вместо 15 -20 кирпичей массой 80 кг) укладывается 1 блок массой 15 кг. Высокое качество поверхностей позволяет снизить расходы на проведение отделочных работ – можно ограничиться шпатлевкой внутренней поверхности стен, избавившись от необходимости выравнивания штукатуркой. 32

Ячеистый бетон технологичный материал, он легко пилится, режется, строгается и сверлится. Это позволяет изготавливать блоки различной конфигурации, обрабатывать поверхность, прорезать каналы и отверстия под розетки, электропроводку, трубопроводы. Ячеистый бетон негорючий материал. Для крепления между собой используется клей – сухая цементо-полиминеральная многокомпонентная смесь. Толщина слоя от 2 до 8 мм. Применение таких материалов целесообразно потому, что расход тепловой энергии на отопление многоквартирных жилых домов в Украине составляет от 350 -600 к. Вт ч/м 2 в год, в Швеции и Финляндии для отопления таких же домов расходуется 135 -150 к. Вт ч/м 2 в год. В связи с этим диапазон эффективных теплоизоляционных материалов расширяется: пенополистирол, пенополиуретан, стекловолокно, минеральная вата и материалы с плотностью 200 -300 кг/м 3 с коэффициентом теплопроводности менее 1 Вт/(м С); перлитопластбетон, пеногипс, стеклопор, полистиролбетон и легкие бетоны с 0 до 400 кг/м 3, с коэффициентом теплопроводности от 0, 08 до 0, 15 Вт/(м С). 33

В производстве бетонных и железобетонных изделий: Ш расширение объемов производства сухих растворных и бетонных строительных смесей на основе гипсовых, цементных и комбинированных вяжущих веществ (типа «Ротбанд» , «Гольдбанд» , «Перфилкс» ; «НР-старт» , «Ceresitе и др. ); Ш синтез и применение в растворных и бетонных смесях высокоэффективных пластифицирующих разжижителей (например, на основе акрилатной и поликарбоксилатной природы); Ш производство многокомпонентных специальных самоуплотняющихся бетонов высокой функциональности (high-performance-concrete или ultra-high performance), которые модифицированы суперпластификаторами, органо-минеральными комплексами, полимерной и металлической фиброй, и др. с пределом прочности при сжатии 150 -280 МПа и при изгибе 15 -50 МПа; Ш разработка и производство высокоэффективных сухих смесей для выполнения ремонтных работ. 34

В производстве лакокрасочных материалов уменьшение доли масляных красок; увеличение объемом производства прогрессивных, экологически полноценных лакокрасочных материалов и, прежде всего, водоразбавляемых, порошковых; расширение гаммы специальных лакокрасочных материалов (противокоррозионных, термостойких, биостойких и др. ); – повышение гигиенических свойств; обеспечение воздухопроницаемости; пожаростойкости и взрывоопасности во время эксплуатации; обеспечение скорости формирования структуры покрытия в течение 30 -60 минут. Самыми эффективными лакокрасочными материалами с точки зрения обеспечения производительности труда, долговечности покрытий (срок службы до 30 лет) и экологической безопасности являются воднодисперсионные акриловые краски. 35

Полиакрилаты – под этим названием объединяются полимерные производные акриловой СН 2=СН – СООН и метакриловой СН 2 – С(СН 3) – СООН кислот. В качестве пленкообразователей применяют полимеры и сополимеры на основе сложных эфиров, амидов и нитрилов этих кислот: полиакрилат полиакрилонитрил Отверждают сиккативами, полиизоцианатами полиакриламид полиметакрилат 36

На основе акриловых дисперсий изготавливается 70% всех выпускаемых в Европе красок. Для лакокрасочных целей обычно используют анионостабилизованные водные дисперсии с содержанием полимера 45 -55%. Стабильность таких дисперсий (латексов) достигается применением ионогенных ПАВ, например, соли жирных кислот, алкил (арил) сульфаты, алкил (арил) сольфонаты. В качестве защитных коллоидов чаще применяют поливиниловый спирт , метилцеллюлозу, карбоксилметилцеллюлозу 37

Принципиальная рецептура воднодисперсионной акриловой краски, ч (масс. ): Водная дисперсия пленкообразователя, 50%-ная 40 -50 Пластификатор 0 -10 Пигменты 20 -25 Наполнители 8 -10 Диспергатор (полифосфаты, лецитин) 0, 3 -0, 5 Эмульгатор (соли жирных кислот и др. ПАВ) 0, 3 -0, 5 Защитный коллоид и загуститель (карбоксилметилцеллюлоза, ПВС и др. ) 0, 5 -1, 0 Антисептики (пентахлорфенолят натрия) 0, 3 -0, 5 Противокоррозионные вещества (нитрит натрия) 0 -0, 2 Пеногасители 0, 5 -1, 0 Антиосадители (бентонит, аэросил) 0 -3, 0 Буферные вещества 0 -0, 1 Антифризы (этиленгликоль) 0 -3, 0 Вода 20 -25 38

Технологический процесс производства воднодисперсионных красок состоит из следующих основных операций (рис. ): • приготовление смеси, используемой для диспергирования пигмента; • изготовление водных паст пигментов, т. е. диспергирование пигментов в полуфабрикаты; • смешение пигментных паст с водной дисперсией пленкообразователя; • типизация краски и расфасовка. Рис. Технологическая схема производства воднодисперсионных красок с применением краскотерочных машин: 1 – емкость-хранилище для латекса; 2 – мерник; 3 – смеситель для совмещения латекса с пигментными пастами; 4 – замесочная машина; 5 – насосы; 6 – краскотерочная машина; 7 – одновалковая машина с фильтрующим брусом; 8 – смеситель для приготовления полуфабриката; 9 – типизатор; 10 – дозатор 39

40

Разнообразие тары по оформлению и массе ЛКМ. В настоящее время ЗАО «Лакма» (г. Киев) открыло цех по производству литаграфированной тары объемом банок от 0, 5 л до 20 л. Красочный текст наносится на банку (СП «Хим. Пак, г. Коростене, ЗАО Лакма» ) 41

В переработке техногенного сырья в строительные материалы Накопленный опыт в странах СНГ, Германии, США, Китая, Франции и др. однозначно свидетельствует о том, что техногенные месторождения металлургических шлаков, пород шахтных отвалов, зол-уноса ТЭЦ, золошлаковых смесей, породы от обогащения угля, фусов, кислых смолок и др. могут успешно использоваться для функционирования строительного комплекса, например, для производства бетонных и растворных смесей в качестве заполнителей, местных малоактивных минеральных и органических вяжущих. Экономическая целесообразность, например обусловлена тем, что строительные материалы, которые получены из шлаков (шлаковая пемза, гранулированный доменный шлак, минеральная вата, щебень, песок, малоактивные минеральные вяжущие вещества и др. ) на 20 -50% дешевле, чем из минерального сырья. Удельные капитальные расходы на производство 1 м 3 щебня из шлака в 3 раза меньше, чем из гранита. Часть вторичных ресурсов должна быть увеличена к объемам, которые обеспечат до 2010 года замену первичных ресурсов на 18 -20%. 42

Ярким примером эффективности использования отходов промышленности является разработанный на кафедре технологий строительных материалов, изделий и автомобильных дорог Дон. НАСА дегтеполимербетон с комплексно-модифицированной микроструктурой, который в своем составе содержит следующие вторичные ресурсы: отсевом поливинилхлорида модифицирован дорожный деготь; в качестве минерального порошка используется шлам нейтрализации сталепроволочно-канатных заводов, которые механоактивированы полимерсодержащими отходами производства эпоксидных смол (ПОЭС). Важнейшим компонентом асфальтового и дёгтевого бетона является минеральный порошок, который переводит органическое вяжущее в адсорбционно-сольватное состояние, увеличивает поверхность контактирования между частицами структурообразующих мезо- и макроструктур, повышает теплостойкость битума и дёгтя, снижает скольжение колеса автомобиля при торможении автомобильного транспорта, повышает адгезию и когезию вяжущего, а также плотность минерального остова асфальто- и дёгтебетонов. 43

Общий вид цеха пресс-фильтров обезвоживания шламов нейтрализации Харцызского сталепроволочно-канатного завода Общий вид отвала кека в цехе пресс-фильтров Харцызского сталепроволочно-канатного завода 44

При механохимической активации ШН в среде ПОЭС реакционная способность шламов нейтрализации возрастает вследствие образования на поверхности ШН свободных радикалов. В свою очередь, при механических воздействиях на эпоксидный олигомер (ЭО), который содержится в ПОЭС, из-за неравномерного распределения внутренних напряжений или локализации энергии удара на отдельных участках цепи ЭО возникают критические напряжения и происходит разрыв ковалентных связей в молекуле олигомера, что также приводит к образованию активных частиц: свободных радикалов, ионов или ион-радикалов. При этом механодеструкция эпоксидной смолы происходит, прежде всего, по связям С–Н, С–О, С 6 Н 5–СН 3, у которых энергия диссоциации составляет 348, 352 и 264 к. Дж/моль соответственно. Так, энергия связи С–С в пересчете на механическую работу составляет 6· 10– 2 эрг, что примерно равно работе силы 6· 10– 9 кг, действующей на пути 1· 10– 11 м, и ничтожно мала по сравнению с энергией, затрачиваемой при самых мягких условиях механоактивации ШН в среде ПОЭС. 45

При измельчении ШН в среде ЭО олигомер сорбируется как на поверхности частиц ШН, так и проникает внутрь зародышевых микротрещин, способствуя диспергированию частиц (эффект Ребиндера). Образующиеся адсорбционносольватные слои ЭО на поверхности ШН препятствуют сцеплению активированных частиц МП в агрегаты. Взаимодействие между катионами кальция, содержащимися в ШН и ЭО, может идти также по донорно-акцепторному механизму. Кроме того, возможна сшивка макромолекул по эпоксигруппам или по внутренним спиртовым группам. Концентрация ПОЭС на поверхности ШН будет оптимальной, когда адгезия их к поверхности частиц шлама нейтрализации максимальна. 46

Шлам нейтрализации – гетерогенная полидисперсная система, представленная жидкой (вода) и твёрдой фазой: кусочки недожога извести (Са. СО 3) размером (0, 5 -15, 0)· 10– 2 м, частички гидроксидов железа размером 1· 10– 6 – 1 -10– 5 м, кристаллы двуводного гипса. Средний химический состав ШН следующий, % по массе: оксид железа 30± 5; оксид кальция 25± 5; сульфаты 18± 5; хлориды – до 1; потери прокаливании до 27%; р. Н=6 -8; влажность кека 50 -60%. Методом рентгенографического анализа в составе шлама нейтрализации зарегистрированы такие кристаллические фазы: двуводный гипс (7, 52; 4, 26; 3, 03; 2, 82; 2, 00; 2, 08 Å); кальцит (3, 03; 2, 44; 2, 32; 2, 07; 1, 91; 1, 85 Å); гематит (3, 65; 2, 51; 2, 16; 1, 92 Å); гётит (4, 16; 2, 65; 2, 42; 2, 34; 1, 70 Å); гидросульфоферрит кальция (9, 92; 5, 44; 3, 87; 2, 81; 2, 49 Å). Двуводный гипс в составе шлама нейтрализации находится в виде тонких игл призматической формы длиной (8 -10)· 10– 5 м. Микроскопические исследования показывают, что иглы гипса соприкасаются одной из сторон с гелевидной фазой, представленной такими железистыми минералами: гётитом (HFe. O 2), лепидокритом (Fe. O(OH)), лимонитом (Fe 2 O 3·n. H 2 O). 47

Высушенный и измельченный ШН характеризуется следующими свойствами: удельная поверхность – 560 м 2/кг; плотность – 3460 кг/м 3; средняя плотность под нагрузкой 40 МПа – 2290 кг/м 3; пористость – 66%; дёгтеёмкость – 92%. По показателям дёгтеёмкости и пористости ШН не отвечает требованиям ДСТУ Б. В. 2. 7 -27, поэтому его подвергали механоактивации ПОЭС. Предел прочности при сжатии дёгтеполимербетона в зависимости от концентрации полимерсодержащих отходов производства эпоксидных смол на поверхности частиц ШН имеет экстремум при двухпроцентной массовой концентрации ПОЭС. Как показывают электронномикроскопические исследования, при данной концентрации ПОЭС на поверхности частиц ШН формируется слой модификатора, полностью насыщающий поверхность МП. 48

9 12 7 14 1 13 2 15 3 4 5 ОН 8 6 ОН ОН 11 16 10 Рис. 1. Предполагаемая схема формирования межфазного контактного слоя в системе «дегтеполивинилхлоридное вяжущее – активированный олигомером минеральный порошок» : 1 – частица минерального порошка; 2, 3, 4 – структурированный, диффузный и объемный слои вяжущего соответственно; 5 – полярное вещество дегтя; 6 – альфа-фракция; 7 – бета-фракция; 8 – ассоциативный комплекс; 9 – кристалл полициклического углеводорода; 10, 11 – фрагменты коагуляционной и конденсационной структур; 12 – слой олигомера – активатора поверхности МП; 13 – пора, заполненная олигомером; 14 – фрагмент полимерной сетки; 15, 16 – фрагменты структур с аутогезионными взаимодействиями 49

Диаграмма предела прочности при сжатии дёгтеполимербетона (тип В) на дёгтеполивинилхлоридном вяжущем (дёготь с 1, 5% ОПВХ), А, Б, В – соответственно при 0°С, 20°С, 50°С: 1, 2, 3, 4 – минеральный порошок – ШН, активированный 0, 5%, 1%, 2% и 3% ПОЭС соответственно. 50

Электронные микрофотографии активированного КФ-МТ известнякового минерального порошка (х900): а, б, в – массовая концентрация КФ-МТ на поверхности ИМП 0, 25%, 0, 5% и 1, 25% соответственно 51

Электронные микрофотографии дёгтеполимерных вяжущих веществ (х3000) состава: а – дёготь с 1, 5% ПВХ, минеральный порошок известняковый не активирован; б – дёготь с 1, 5% ПВХ, минеральный порошок известняковый активирован 0, 5% КФ-МТ 52

Изменение мощности теплового потока Q для системы «шлам нейтрализации – эпоксидиановая смола» в изотермическом режиме от времени . 53

Ч 103, кг/м 3 1 2 3 t, C Зависимость средней плотности мелкозернистого дёгтебетона от температуры уплотнения t: 1 – дёгтебетон на каменноугольном дёгте вязкостью МП – известняковый, не активирован; 2 – дёгтеполимербетон на ДПВ (каменноугольный дёготь вязкостью с 1, 5% ОПВХ), МП – известняковый, не активирован; 3 – дёгтеполимербетон на ДПВ (каменноугольный дёготь вязкостью с 1, 5% ОПВХ), МП из ШН, активирован 2% мас. полимерсодержащим отходом производства эпоксидных смол 54

Физико-механические свойства мелкозернистого бетона (тип В) № п/ п Состав дёгтевяжущего и асфальтовяжущего вещества в бетоне 1. Каменноугольный дёготь вязкостью ; МП из ШН, не ктивирован; 0, 95 содержание яжущего – 13, 3% 2. Каменноугольный дёготь вязкостью МП из ШН, не активирован; содержание вяжущего – 14% H, % W, % Предел прочности при сжатии, МПа, при Квд 0°С 20°С 50°С 2, 8 2, 9 1, 5 0, 4 0, 23 7, 25 0 0, 12 17, 6 4, 5 1, 1 0, 7 16, 0 3. Каменноугольный дёготь вязкостью ; МП известняковый, не активирован; содержание вяжущего – 7, 7% 0, 83 3, 6 10, 4 3, 9 1, 0 0, 74 10, 4 4. Битум БНД 40/60; МП из ШН, не активирован; содержание вяжущего – 13% 0 1, 2 6, 9 2, 8 1, 0 0, 71 6, 9 5. Дёгтеполивинилхлоридное вяжущее (каменноугольный дёготь вязкостью с 1, 5% ОПВХ); МП из ШН, активирован 2% ПОЭС; содержание вяжущего – 7, 5% 0 2, 8 9, 0 4, 1 1, 6 1, 0 5, 3 6. Битум БНД 40/60; МП из ШН, активирован 2% ПОЭС; содержание вяжущего – 7, 2% 0, 8 1, 4 8, 5 6, 0 2, 1 1, 0 4, 0 55

Значения показателей, характеризующих сдвигоустойчивость дёгтебетонов по Маршаллу (температура испытания 60°С) Индекс бетона Состав дёгтевяжущего вещества в мелкозернистом бетоне (тип В) Условная пластичность, 1/10 мм Устойчивость, Р, Н Условная жесткость, А, Н/мм 1 Вяжущее – каменноугольный дёготь вязкостью ; МП известняковый, не активирован 33 18234 5325 2 Вяжущее ДПВ (каменноугольный дёготь вязкостью с 1, 5% ОПВХ); МП из ШН, активирован 2% мас. ПОЭС 22 22870 10395 56

Основные факторы, обеспечивающие создание новых высококачественных строительных материалов Строительные материалы должны обладать рядом показателей функционального назначения, которые предопределяют их конкурентоспособность. К таким показателям относятся: Ш надежность; Ш долговечность; Ш эстетичность и архитектурная выразительность; Ш ремонтопригодность; Ш возможность утилизации (повторного использования); Ш экологическая, пожарная и экономическая безопасность. Качество – многогранная проблема, которая обеспечивается постоянным совершенствованием технологий и мастерства исполнителей. В соответствии с СТ ИСО 8402 -89 качество – «совокупность свойств и характеристик изделия или услуги, обеспечивающих удовлетворение обусловленных и предлагаемых потребностей» . 57

Факторы, предопределяющие высокое качество строительных материалов 1. Строгое соблюдение технологии производства, предусмотренное неукоснительным выполнением нормативных документов. 2. Моральная ответственность за порученное дело исполнителей, чувство долга, уважительное отношение к потребителю. Это тесно связано с воспитанием, культурным уровнем, мировоззрением, гуманизмом. 3. Факторы третьей группы определяются межгосударственными и международными связями, соглашениями, сотрудничеством. 58

Таким образом, комплекс мероприятий , обеспечивающий качество выпускаемой продукции с учетом ее назначения и условий эксплуатации: строгое соблюдение технологии; Ш сертификация качества и управление качеством; Ш совершенствование технологий с учетом механизации, автоматизации, компьютеризации производственных процессов; Ш использование новейших достижений науки; Ш снижение доли ручного труда и человеческого фактора в рабочих операциях и передача этих функций высокопроизводительным точным механизмам; Ш совершенствование профессиональных знаний и навыков сотрудников и рабочих; Ш тесное сотрудничество производственников и ученых; Ш повышение заинтересованности и ответственности в необходимости внедрения новых технологий путем финансирования научноисследовательских работ и оперативного использования результатов этих работ в производстве; Ш современный менеджмент, базирующийся не только на профессионализме, но и на нравственности. Мощным эффективным средством повышения качества является сертификация в соответствии с ИСО 9000: 2000; ИСО 9001: 2000; ИСО 9004: 2000 и ИСО 1002. 59