Вы находитесь здесь:Главная»Новости»Новости индустрии»Нанотехнология ПАВ
Вторник, 12 Декабрь 2017 08:08

Нанотехнология ПАВ

2 photo 32

А.Б. Тринкер, д.т.н.

 

70 лет назад в производстве цементов и бетонов применили ПАВ – поверхностно-активные вещества с великолепным результатом.

 Безотходного производства не существует, создание «замкнутого цикла» промышленных производственных процессов это фантастика, но осуществить эффективное практическое использование всех вредных отходов промышленности с целью защиты природы и климата это реальные достижения отечественных учёных.

 Высоко-функциональный бетон ВФБ ( High Performance Concrete ) обладающий одновременно хорошими удобо-обрабатываемостью и удобо-укладываемостью в опалубку с большим содержанием арматуры ( выше 250 кг/м3 ), имеющий высокие прочность ( B40 – В80 ), морозостойкость ( F300 – F500 ) и водонепроницаемость ( более W10 ), а так же сопутствующие свойства: низкое водопоглощение, коррозионная стойкость в разных агрессивных средах, высокая износостойкость, плотность, защиту от биологической коррозии, и низкую себестоимость – такой бетон был получен в ХХ веке. Из ВФБетона была построена Останкинская телебашня в 1963-1967 годах.

 Предпосылки возникли в 1930-х годах: поверхностно-активные вещества ПАВ были впервые исследованы советским физико-химиком академиком П.А. Ребиндером ( 1898-1972 ). Открытие им в 1928 году эффекта адсорбционного понижения прочности твёрдых тел названного «Эффектом Ребиндера» положило начало новой науке: физико-химической механике и вошло в учебники всех народов Мира, а его изобретения по коллоидной химии журналисты называют теперь «нано-технологией».

 Общеизвестно, что: «высокая подвижность и удобоукладываемость бетонной смеси ( литьевая технология ) снижает трудоёмкость работ, ускоряет темпы строительства и влияет на поверхность бетона, снижение водоцементного отношения бетона улучшает его структуру, повышает плотность, прочность, морозостойкость и следовательно долговечность» - цитата из опубликованного в 1952 году труда / 2 / по итогам массового внедрения самого первого в Мире ПАВ / 1 / в промышленном масштабе.

1 photo 343

 

Фото 1.   Первая автоматизированная установка превращения отходов производств в cупер-ЛТМ на заводе ЖБИ № 17 ( „Спецстройбетон“ ) ГМПСМ  в Москве в 1985 году для производства железобетонных забивных свай длиной от  4 до 17 метров, плит перекрытий и фундаментных блоков. В 1987 году завод ЖБИ-17 за полномасштабное внедрение в количестве 170 000 м3 бетона в год награждён Премией Совета Министров СССР.

 

Первая отечественная пластифицирующая химическая добавка Сульфитно-Спиртовая Барда ССБ ( „Инструкция“ Госстроя СССР 1951 года, № ИМ-202-51 ) с применением которой всего-то за одну пятилетку было успешно изготовлено более 4 миллионов кубометров высоко- прочного и высоко-долговечного пластифицированного бетона, это многотоннажные отходы Целлюлозно - бумажных комбинатов ЦБК которые выливали в: озёра, тайгу, реки.

 Одновременно шла работа по модифицированию ССБ электролитами, которые как комплексные добавки впервые защищал в 1955 году в своей диссертации Б.Д.Тринкер, а потом применил при возведении Останкинской телебашни, причём впервые в количестве 0,15-0,2% сухого вещества от массы цемента. Самое ценное в его «Руководстве по проектированию составов бетона» 1957 года / 3 / оказалась возможность прогнозировать свойствов бетона в конструкциях и сооружениях с применением пластификаторов, причём по простейшей методике за 1-2 дня.

 В итоге дальнейшей очистки лигносульфонатов от вредных веществ, был получен ПАВ с более стабильными свойствами и меньшим содержанием редуцирующих веществ: Сульфитно-Дрожжевая Бражка / 4 / СДБ ( «Указания» Госстроя СССР 1970 года, СН 406-70 ). Было пластифицировано более 60 миллионов тонн цемента в год или 50% от всего бетона изготавливаемого отечественной промышленностью.

2 photo 32

 

Фото 2.   Простейшая технология - залог успеха: ёмкости с датчиками уровня для компонентов многотоннажных отходов :  концентрата ЛСТ ( СДБ ) и сульфата натрия СН.    Ёмкость готовой супер-ЛТМ объёмом 4 кубометра, обеспечивающая производство 2000 кубометров осободолговечного  и особопрочного бетона.

 

Параллельный этап в научно-техническом модифицировании бетонов: получение в лаборатории и применение Лигносульфонатов технических ЛСТ разных марок. Учитывая индивидуальные требования для монолитного и сборного бетона, также технологии и режимы ТВО требовалось создать гибкую и одновременно универсальную добавку.

 Помимо ССБ-СДБ-ЛСТ, применяли ещё несколько десятков других химических добавок, ускорителей, разжижителей которые вводили в бетонные смеси в количестве 3-10% и более.

 В начале 1970-х годов впервые была поставлена научно-техническая задача о производстве и применении обезвоженного то есть сухого пластификатора ЛСТ, который может храниться длительное время и при любой температуре, транспортируется на любые расстояния в герметической таре и имеет стабильные свойства.

 Как известно, ранее ССБ – СДБ – ЛСТ отпускали с ЦБК в цистернах 50% концентрации и применяли в виде раствора 10 – 15% концентрации.

 В результате НИИОКР была получена сухая ЛСТ которую обезвоживали в калориферах на ЦБК, хранили в крафт-мешках. Дополнительный – двойной эффект был получен в результате транспортирования добавки в мешках, компактном складировании и точности при дозировании. Одновременный значительный эффект: сухая ЛСТ не имеет ограничений в сроках годности и температурных параметров хранения, в отличие от раствора.

 Процесс поиска новых эффективных добавок ускорился после приезда в 1974 году из западно-германского города Heidelberg ( Гейдельберг ) двух профессоров с канистрой добавки которую они назвали: Melment ( Мельмент ) и после подробного доклада в НИИЖБ Госстроя СССР ( автор данной статьи присутствовал как секретарь секции монолитного бетона ), передали 20 литров раствора Мельмент в центральную лабораторию коррозии профессору д.т.н.В.М. Москвину, и в скором времени в Минхимпроме при помощи масс-спектрометра получили точный химический состав, как оказалось основой Мельмента была нафталино-формальдегидная смола. Чтобы получить авторское свидетельство во ВНИИГПЭ была отправлена заявка на «суперпластификатор С-3» компонентами которого являются нафталино-формальдегидная смола ( то есть Мельмент ) и советская СДБ. Пластифицирующий эффект от применения «С-3» оказался меньшим, чем Мельмент.

 При стоимости добавки СДБ = 5-10 руб/т и содержании в бетоне в количестве от 0,15% до 0,2% сухого вещества от массы цемента, «С-3» стоил 1000 руб/т и вводился в количестве в 5-6 раз большем, нетрудно подсчитать что никакой эффект от применения «С-3» не компенсирует расходы ( кстати ПЦ марки 400 тогда стоил 23 руб/т ). Кроме того нафталино-формальдегиды вызывали аллергию и астму: как пример можно привести проф-заболевание начальника лаборатории завода ЖБИ № 11 Главмоспромстройматериалы Н.Б.Варенцовой.

 В 1979 году из Японии учёные привезли ещё один «супер» на основе органических смол Майти, но меламино-формальдегидная смола была ещё более высокой стоимости и токсичности.

 В 1985-1986 годах в Центральной Лаборатории Коррозии НИИЖБ были проведены комплексные многостадийные сравнительные испытания всех существующих химических добавок, подтвердивших наибольший экономический эффект при применении супер-ЛТМ по ТУ 480-2-4-86 на основе ЛСТ и СН - широко применявшихся с конца 1940-х годов без вредных последствий для людей и природы.

 В начальный период электролитами использовались несколько солей в том числе нитрат натрия, нитрат кальция и другие. Однако наилучшую совместимость с лигносульфонатами и главное безвредность для обслуживающего персонала и противопожарную безопастность, так же отсутствие ограничений как не вызывающий коррозию арматуры ( чем отличаются все хлориды ), одновременно обладающий самой минимальной себестоимостью был определён сульфат натрия СН / 5 /.

 Общеизвестно, что авария метромоста в Москве на Воробьёвых горах и последующий многолетний сверх-дорогостоящий ремонт с 1982 по декабрь 2002 годы произошли в результате непроверенной и неотработанной технологии применения химических добавок-ускорителей на основе хлоридов ( ХК, ННХК ), и поэтому в условиях максимально приближенных к производственным в климатических камерах „Feutron“ несколько лет в центральной лаборатории специальных и высотных сооружений и конструкций ВНИПИ Теплопроект проверяли бетон с комплексными добавками и разными электролитами, а затем с универсальным суперпластификатором ЛТМ.

 Наилучший результат среди разных модификаций лигносульфонатов и добавок из смол показал ЛТМ („Рекомендации“ Госстроя СССР 1987 ).

3 photo 6543

 

Фото 3.   Плунжерный насос, удачно переделанный под дозатор супер-ЛТМ.

 

В течение 1985 года заводом ЖБИ № 17 под научно-техническим руководством автора статьи был полностью освоен промышленный выпуск всей номенклатуры изделий: забивные сваи длиной от 4 до 17 метров, плиты покрытий и перекрытий, фундаментные блоки, дорожные плиты, товарный ( летний и зимний ) в полном объёме 170 тысяч кубометров бетона в год ( фото 1 – 4 ). Отработана технология получения ЛТМ из ЛСТ многотоннажных отходов Кондопогского ЦБК ( получаемых практически бесплатно в цистернах по 60 тонн 50% концентрации ), и сульфата натрия СН отходов Щёкинского витаминного завода Минмедбиопрома СССР, покупаемых за символическую плату 10 руб/тонна .

4 photo 6764

 

 Фото 4.  Монолитная типовая тонкостенная осободолговечная  железобетонная градирня высотой 90 м возведённая при минус 30-35 градусов Цельсия в скользящей опалубке с применением нано-супер-ЛТМ  рассчитанная на 100 лет непрерывной работы в экстремальных всепогодных температурно-влажностных условиях при температуре конденсата внутри 60-80 градусов, снаружи по погоде от плюс 50 до минус 50 градусов Цельсия

 

 Проверка всех параметров подтвердили уникальные свойства супер-ЛТМ: низкая себестоимость не сравнимая с другими добавками, получение стабильной литой ( до 22-26 см осадки стандартного конуса ) бетонной смеси в любое время года с высокими прочностью ( B30-В40 ), морозостойкостью ( F300 ) и водонепроницаемостью ( W8-W12 ) бетона всех производимых Заводом ЖБИ № 17 конструкций и бетона для монолитных сооружений. Центральная санитарно-эпидемиологическая служба гарантировала экологическую безопастность при применении супер-ЛТМ.

 «За разработку наиболее выдающихся проектов и строительство по этим проектам предприятий, зданий и сооружений» - цитата из опубликованого Постановления Правительства в августе 1987 года, за эффективное высокоприбыльное промышленное внедрение супер-ЛТМ заводу ЖБИ № 17 Главмоспромстройматериалов ( теперь „Спецстройбетон“ ) была присуждена Премия Совета Министров СССР.

 Одновременно супер-ЛТМ широко применялся для получения осободолговечного бетона в монолитном гидротехническом специальном высотном / 6 / строительстве ( фото 4 ).

 Конструкции и сооружения получены высшего качества и многократно были испытаны на долговечность.

 Не останавливаясь на достигнутом, в 1986 году на более мощном Краснопресненском заводе ЖБК ДСК № 1 Главмосстроя, автором статьи была смонтирована и запущена самая большая в СССР установка с 12-кубовой рабочей ёмкостью, из расчёта на полную производительность завода равную 600 тысяч кубометров бетона в год ( фото 5 - 6 ). Была отработана технология приёма порошкообразного сульфата натрия СН поставляемого с Волгодонского химического комбината Минхимпрома СССР в 60-тонных цистернах: многотоннажные отходы производства моющих средств стиральных порошков от которых завод был рад избавиться, так как был вынужден сбрасывать свои ежедневные отходы непосредственно в Волгу.

5 photo 4565

 

Фото 5.   Узел приготовления нано-супер-ЛТМ  Краснопресненского Завода ЖБК  ДСК-1  ГМС  с  первым нано-структурным гомогенизатором РПА,  что на порядок уменьшило дозировку  ПАВ увеличив пластификацию и значительно повысив эффективность.

 

 Для лучшего ускоренного перемешивания при приготовлении супер-ЛТМ автором статьи был смонтирован РПА-гомогенизатор и впервые в Москве: нанотехнология была промышленно применена для строительного производства. Нано-супер-ЛТМ / 7 / использовали в 1986 году на всех восьми конвейерных линиях производящих наружные стеновые панели с гибкими связями, панели кровли, перегородки и другие конструкции, получив большие экономические эффекты, а автор технологии получил серебряную медаль ВДНХ СССР только в 1990 году.

 За пятилетку с 1985 по 1990 годы супер-ЛТМ успешно применён в специальном высотном строительстве СССР, в монолитном и сборном домостроении Москвы, причём высокий экономический эффект получен в широком диапазоне технологий: при возведении высотных градирен и труб, на агрегатно-поточных, конвейерных и кассетных линиях, при производстве многопустотных настилов перекрытий с преднапряжённой арматурой и жёсткостью бетонной смеси 20-40 секунд ( ЗЖБИ-5, ЗЖБИ-6, ЗЖБИ-8 ГМПСМ, при сокращённом – около 5 час и сверх-жёстком режимах тепловой обработки при 90 градусов Цельсия ( Комбинат ЖБК-9 ГМПСМ ), по литьевой технологии в кассеты высотой 4 метра ( Тушинский ЗЖБК ДСК-1 ГМС ). Отработаны технологии применения нано-супер-ЛТМ на прокатных станах ДСК-3 с керамзитобетоном, в пропарочных камерах с острым и глухим паром, с конвективным и контактным электроразогревом, ..…

6 photo 65532

 

Фото 6.   Наружные трёхслойные стеновые панели с гибкими связями, производимые с  нано-супер-ЛТМ на восьми конвейерных линиях  КрЗЖБК с 1986 года, проверенные на долговечность в естественных условиях эксплуатации Москвы

 

Необходимо отметить: все химические добавки на основе лигносульфонатов и сульфата натрия – абсолютно безвредные ; в отличие от химических добавок на основе полимерных смол ( меламино- нафталино-формальдегидные и др. ) вызывающие в случаях редкого применения аллергию, если чаще применять астму и т.д. Известно, что СДБ успешно заменяет мыло, а сульфат натрия простейший и доступный ускоритель твердения, все компоненты супер-ЛТМ неагрессивные для человеческого организма. Лигносульфонаты - отходы производства Целлюлозно-Бумажных Комбинатов самые многотоннажные, особенно перспективны в связи с их доступностью, распространённостью и способностью к совершенству для современных исследователей имеющих модерновое лабораторное оборудование.

 Созданный в Москве в начале 1980-х годов аппарат РПА для особотонкого измельчения нескольких компонентов разной консистенции, не смешиваемых в обычных миксерах, применялся на заводах сборного железобетона для получения высококачественной смазки для форм. Смазку по разработанной автором статьи технологии готовили также из отходов производства пищевой промышленности – органических жиров, это тоже отечественная нано-технология.

 Роторно-Пульсационный Аппарат РПА ( фото 7 ) позволяет за короткий промежуток времени при минимальных энергетических затратах перемешать компоненты и получить высоко-гомогенный состав на молекулярном уровне, то есть нано-материал. При помощи РПА на основе супер-ЛТМ получили новое вещество с уникальными свойствами: суперпластификатор нового поколения нано-супер-ЛТМ, с помощью которого успешно промышленно получили и применили всепогодные самоуплотняющиеся бетоны и строительные композиты. Нанотехнология активированных строительных материалов и композитов, наномодификаторы на основе ЛТМ привели к созданию индустрии наноносителей улучшающих экологию.

7 photo 98987

 

Фото 7.   Роторно-нульсационный аппарат марки  РПА-15. Предназначен для приготовления высокодиспергированных, гомогенизированных жидких эмульсий и суспензий, многокомпонентных составов из трудносмешиваемых веществ

Габаритные размеры РПА-15, мм :
- длина 640,
- ширина 390,
- высота 470.
Масса 70 кг.

 

 РПА с помощью которого получили нано-супер-ЛТМ это ещё один шаг в будущее, который в ХХ1 веке необходимо продолжить устанавливая последовательно: РПА и сушильный калорифер на ЦБК и применяя для приготовления бетона сухой нано-супер-ЛТМ ( фото 8 ) можно добиться получения значительной дополнительной ( от суммарного исходного достижения ) экономической прибыли.

 Всего за пятилетку (по 1989 год ) с примене­нием нано-супер-ЛТМ было изготовлено более двадцати миллионов кубометров бетона, что позволило получить огром­ный экономический производственно-подтверждённый эффект за счёт:

1. Экономии цемента от 8 до 15 %.

2. Повышения удобоуклады­ваемости бетонной смеси - применения литьевой технологии ( сни­жение трудозатрат и электро-энергии ).

3. Повышения срока служ­бы, долговечности строительных сооружений и конструкций.

4. Сокращения срока ТВО и расходов на обогрев бетона.

5. Утилизации-использования многотоннажных отходов индустрии.

 Это была новая отечествен­ная промышленная сверхвысокоприбыльная технология, которая в те­чении 1960-1980-х годов доведена до 90% химизации технологии всего производства бетона в СССР с одновременной утилизацией-использованием многотоннажных ежедневных отходов разных производств загрязняюших нашу отечественную природу.

 В 1970-1980-е годы невоз­можно было представить, что до Великой Отечественной войны не существовала индустрия химических добавок в СССР ( и во всём мире ) и невозможно было возводить уникальные промышленные специальные долговечные железобетонные сооружения.

 Наука должна работать для производства, что и доказали учёные.

817868768

82879696

Фото 8.  Результат многолетних научных и практических работ автора статьи : cухой нано-супер-ЛТМ.

 

 Библиография:

Тринкер Б.Д., Номер патента 87043: Способ приготовления пластимента для бетонов и катализатора для размола цементного клинкера, заявлено 24.12.1948 , опубликовано 01.01.1950: „Предметом изобретения является способ приготовления пластимента, применяемого в качестве пластификатора для бетонов или в качестве катализатора для размола цементного клинкера“.

Тринкер Б.Д. Применение пластифицированного цемента и пластифицирующих добавок к бетону, Минстроймаш, НИИС, Госстройиздат, Москва-Ленинград, 1952, стр. 1 – 60.

Тринкер Б.Д. Руководство по проектированию и подбору состава гидротехнического и обычного бетона, Министерство строительства РСФСР, НИИC, Москва, 1957.

Тринкер Б.Д. Указания по применению бетона с добавкой концентратов сульфитно-дрожжевой бражки СН 406-70, Госстрой СССР, 1970, стр. 1 – 18.

Тринкер А.Б. Опыт производства бетонных работ при возведении специальных высотных сооружений в условиях cухого и жаркого климата, журнал «Специальные строительные работы», № 11, 1979, стр. 3 – 9.

Тринкер А.Б. Единая система скоростного бетонирования высотных сооружений, журнал «Бетон и железобетон», № 12, 1983, стр. 20 – 21.

7. Тринкер А.Б. Экономия цемента в сборном и монолитном

 бетоне и железобетоне, журнал «Строительные материалы»,

 № 12, 1992, стр. 17 – 19.

 

 Аннотация: решая проблемы качества бетона и экологии, отечественная наука 70 лет эффективно использует отходы химических, металлургических, медико-биологических, пищевых производств в строительстве одновременно улучшая окружающую природную среду, а в начале ХХ1 века получило название нанотехнология. Изобретённый 70 лет назад первый пластификатор позволил получить сверх-прочный и сверх-долговечный бетон, из которого построена самая высокая в мире Останкинская башня, которая успешно выдержала 1000-градусный пожар в 2000 году, хотя применён был рядовой портланский цемент. Данный уникальный пример научных исследований быстро и успешно претворённый в производстве, позволил в ХХ1 веке построить небоскрёбы из железобетона.

 Ключевые слова: поверхностно-активные вещества, модифицирование бетона, нанотехнология, бетонная смесь, наука применённая в производстве, многотоннажные отходы производств, экология, двойная прибыль.

 

 Nanotechnology of surface active substance

 

 Summary: solving problems of quality of concrete and ecology, the domestic science of 70 years effectively uses waste of chemical, metallurgical, medicobiological, food productions in construction at the same time improving the surrounding environment, and at the beginning of ХХ1 of a century received the name nanotechnology. The first softener invented 70 years ago allowed to receive heavy-duty and super and durable concrete of which the highest is constructed in the world the Ostankino tower which successfully sustained the 1000-degree fire in 2000 though ordinary portlansky cement was applied.

This unique example of scientific research quickly and successfully realized in production, allowed to construct in XX1 a century skyscrapers of reinforced concrete.

Keywords: surface active substance, concrete modifying, nanotechnology, concrete mix, science, large-tonnage waste of productions, the ecology, double profit applied in production.

Прочитано 753 раз

Похожие материалы (по тегу)

Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии
 

Энциклопедическое издание о дорожной отрасли «Дороги, мосты и тоннели России»

Книга-1

Спецвыпуск к X Съезду РСС

coverrss

 

Дорожное строительство

 № 4/2017

Cover DS-4-2017 4-1

КАТАЛОГ Выставки-презентации

Вакансии

Партнеры

RSS logo

Logo 179 179

neftNNF2018 179x179

at18 200x200 promo atm18pYBOS

Banner 200

179х179 GKH

 crk

 

179-179navystavke

PP 100х100 белый

КВА100х100

 

 

 

 

Реклама

1111Банер5

123 банер 179х179-01

Black Horse Logo пример

 

 

 

 

  

 

Ближайшие выставки

23.01.2018

«Строительство и архитектура – 2018»

30.01.2018

Выставка металлообработки и сварки 2018

05.02.2018

Ежегодная февральская образовательная программа Международной ассоциации специалистов горизонтального направленного бурения (МАС ГНБ)

06.02.2018

Aquatherm Moscow 2018

06.02.2018

АгроФарм-2018

14.02.2018

"СтройУрал - 2018"

15.02.2018

СТРОЙЭКСПО-2018 г. Ставрополь

21.02.2018

Технический Форум "Обустройство нефтегазовых месторождений"

26.02.2018

3-я Международная строительная выставка CITY BUILD RUSSIA

27.02.2018

10-я международная специализированная выставка «ПОЛИУРЕТАНЭКС»

Посмотреть все события

Форма входа

Подписка

 

 

facebook-Logo

Посещение