Зеленые технологии: 2 направления – снижение клинкера и альтернативные суперпластификаторы

Всем хорошо известно, насколько на Западе в моде «зеленая повестка». Несколько докладов на эту тему были озвучены на последних конференциях. В ряде работ пытались модифицировать ЛСТ за счет прививки макромономеров. Сопоставление с нормальными ПКЭ не проводилось, и, зная сложную природу ЛС, вряд ли эти добавки могут стать конкурентоспособными.

В публикациях МТУ сообщалось о синтезе ПКЭ-подобного продукта при использовании экстракта бурого угля. Полагаю, и эта работа без практического выхода, т.к. доля органического экстракта в добавке составляла всего 20%, да и бурый уголь никак нельзя отнести к возобновляемому сырью. 

Более интересна иная информация. Несколько лет назад представители НТЦ одной европейской компании сообщали о многостадийном лабораторном синтезе ПКЭ исключительно из растительного сырья. Как концепт-проект смотрелось красиво, но, было понятно, что так ПКЭ никто не будет производить. Но вот в интернете появилась информация о промышленном производстве ПКЭ с такой характеристикой: 

Вероятно, вы слышали, что природные полисахариды (различные камеди, гуар, велан, производные целлюлозы и крахмала) используют в качестве модификаторов вязкости. Правда, в большей мере, это относится к ССС. Но в последнее время появился ряд публикаций о получении на основе крахмала пластификаторов для бетонных смесей. 

Снижение чувствительности к глинам

Истощение старых источников чистых песков приводит к использованию во все возрастающих объемах песков с примесью глин, и эта проблема является общемировой. К сожалению, ПКЭ в силу особенностей своей структуры оказались чрезвычайно чувствительными к примеси глин. Например. если в случае ПНС для компенсации наличия 2,5% бентонитовой глины достаточно умеренного повышения В/Ц, то для ПКЭ одновременно приходится в несколько раз повышать дозировку самой добавки.

Исходя из постулируемого механизма инактивации ПКЭ глинами, предлагаются и методы борьбы с проблемой. Наиболее давно высказанная гипотеза – использование т.н. «жертвенных добавок». Самый простейший вариант – использование ПЭГ, который как более легкий и подвижный продукт мог бы заблокировать частицы глины. Но, увы, как сообщалось в докладе на конференции РСЕ2022, из такой смеси предпочтительно в глину интеркалируют молекулы ПКЭ.

Предложение американского специалиста вначале обрабатывать раствором ПЭГ песок и лишь потом вводить его в бетонную смесь и неудобно технически, и не подтвердилось в нашем проверочном эксперименте.

Еще более экзотические предложения, например, химически модифицировать боковые цепи ПКЭ объемными краун-эфирами хороши лишь для написания статей. Еще одна гипотеза – синтез дендримерных ПКЭ, однако категорически непонятно, почему наличие разветвления должно препятствовать боковым цепям втягиваться в межслоевое пространство глин.

Более прагматичные подходы, понятные из механизма влияния глин – это синтез ПКЭ с увеличенной плотностью заряда и с короткими боковыми цепями.

На данный момент можно сказать, что эффективность ПКЭ в таких вяжущих пропорциональна содержанию клинкерного компонента, т.е., пока это все работа на возможную перспективу.

Также сейчас интенсивно изучается возможность применения ПКЭ в шлакощелочных и геополимерных вяжущих. Из уже проведенных исследований стало ясно, что наличие щелочных активаторов требует спецструктуры ПКЭ (например, на основе МПЭГ – несовместимы), повышение молекулярной массы и плотности заряда улучшает эффективность.

Другие добавки

Противоморозные добавки (ПМД): Полагаю важным отметить, что по ПМД мы, как и раньше, лидеры разработок. В зарубежной литературе никаких инноваций нет. Норвегия продолжает продвигать свой нитрат кальция (умалчивая о наличии там солей аммония). У нас же за последние годы разработан ряд низкотемпературных комплексов, о которых докладывали на Международных конференциях. Особенно интересны комплексы с ПКЭ, поскольку с этим суперпластификатором появилась возможность создавать добавки с умеренной вязкостью даже при низких температурах.

Торкрет. В этом направлении также наметился некоторый застой. Самыми эффективными добавками остаются ускорители т.н. бесщелочного типа. Такие продукты на наш рынок поставляли европейские компании (в первую очередь, БАСФ), корейские и китайские фирмы. В нашей стране такую добавку производит компания «Полипласт». Из новинок следует отметить возможность получения такой добавки в сухом виде.

Снижающие усадку. В нашем ГОСТ 24211 нет такого подкласса добавок, но есть расширяющие добавки, основным эффектом которых названа «компенсация усадки». Не стоит путать эти два типа добавок: они совершенно разные!

Хотя снижающие усадку добавки известны давно, и производятся всеми ведущими зарубежными компаниями, у нас они пока практически не востребованы. При таком потенциале роста как обойтись без вездесущих ПКЭ?! Для придания новых свойств предлагают усложненные формулы полимеров, содержащие отщепляемые боковые группы, потенциально способные снижать влажностную усадку (т.е., по сути, это тоже амфифильные ПКЭ).

В мировом масштабе объем рынка добавок, снижающих усадку, оценивается в 239,9 млн долларов США в 2022 году и, по прогнозам, к 2028 году увеличится до 327,6 млн долларов США (т.е., ожидается среднегодовой рост в 5,3%).

Повышающие качество лицевой поверхности. Весьма специфический вид добавок, с которыми периодически можно встретиться на наших предприятиях. При рекомендованных дозировках (обычно 1 л/м3) и цене добавок их применение весьма дорогостоящее мероприятие. Насчет эффективности – трудно судить, поскольку в реальном производстве все получается иначе, чем в лаборатории. Интересно иное. В доступных документах ни одна из компаний не раскрывает состав добавок, ограничиваясь констатацией, что компоненты безвредные. По нашим анализам, добавки этого типа просто один из видов пеногасителей.

В статье используются материалы из источника:

https://concreteunion.ru/wp-content/uploads/2024/03/vovk.pdf