Лигносульфонаты для цемента и бетона — достижения и перспективы

22.05.2018 г.

Автор: д.т.н. А.Б. Тринкер В статье описывается 70-летний отечественный опыт эффективного применения многотоннажных отходов производств — лигносульфонатов ЦБК, металлургии, химических, пищевых предприятий — с получением универсальной Автор: д.т.н. А.Б. Тринкер

В статье описывается 70-летний отечественный опыт эффективного применения многотоннажных отходов производств — лигносульфонатов ЦБК, металлургии, химических, пищевых предприятий — с получением универсальной химической добавки, регулирующей и управляющей свойствами всех вяжущих. В ХХI веке Россия может стать изготовителем нано-суперпластификаторов из отечественных лигносульфонатов для всего мира.

Вспомним отечественную историю развития строительства и химии. Первый цементный завод (Щуровский) был запущен в 1920 году знаменитым впоследствии д.т.н. В. Н. Юнгом (1883-1955), заведующим кафедрой Менделеевского института, потом В. Н. Юнг создавал новые виды цементов, за плодотворную работу правительство неоднократно награждало учёного.

Годы первых Пятилеток (1928-1940) высоко подняли строительную и химическую науки России, вначале были созданы новейшие центры науки: НИИЖБ Госстроя СССР и ГИАП Минхимпрома СССР. Автор данной статьи работал в этих огромных научно-производственных НПО — кластерах, включавших тысячи учёных и производственников, и заводы, производящие оборудование и достаточное количество необходимых материалов и изделий, например: Днепродзержинский, Кемеровский, Новомосковский, Воскресенский, Новгородский, Чирчикский комбинаты, комплекс Уральских заводов — первенцы советской индустриализации 1928-1930-х  годов, которые в период Великой Отечественной войны обеспечивали страну всем необходимым. 

В СССР были построены химические комбинаты значительно большей мощности и производительности чем в Германии. Например знаменитый Bayer около города Köln имеет один филиал Leverkusen, другой  Dormagen, производящие в настоящее время силиконы, лекарства, удобрения, пестициды, пластмассы, смолы, краски. Но заводы в Германии в несколько раз меньше по объёмам производства, чем любой из перечисленных выше химкомбинатов в СССР. В Кёльне есть и другие компактные химические заводы: Höchst GmbH, Wacker Chemie AG, Carbosulf Chemische Werke GmbH, входившие во времена 3-го рейха в состав концерна I.G. Farbenindustrie AG, и производивший известный отравляющий газ «Циклон-Б».

Советский Академик П.А.Ребиндер (1898-1972) и его открытие в 1928 году эффекта адсорбционного понижения прочности твёрдых тел, названное «Эффектом Ребиндера», присутствующего в химических учебниках всего мира, положили начало новой науке — физико-химической механике, а его изобретения по коллоидной химии сегодня называют «нано-технологией». Изобретение 1930-х годов повторно «изобрели» в конце ХХ века!

Модернизация в строительном производстве 1980 годы была достигнута путём почти 95% химизации всей технологии цементов и бетонов. Всепогодное и круглогодичное строительство в критических климатических условиях СССР, на вечной мерзлоте при температурах -50°С, и в южных районах с особо жарким климатом, при температурах +55°С — а также возведение самых высотных на земле железобетонных сооружений было бы невозможно без применения химических добавок для цементов и бетонов из лигносульфонатов, многотоннажных отходов ЦБК (целлюлозно-бумажных комбинатов). ПАВ (пластификаторы) начали своё существование 70 лет назад в 1947 году — в лаборатории к.т.н. Б.Д. Тринкера (1914-2004), построившего тысячи уникальных и специальных сооружений.

Лигносульфонаты технические — для строительства самое универсальное, безвредное и доступное вещество, улучшающее текучесть и реологические свойства материалов, повышающее их прочность, долговечность и износостойкость. Снижает восприимчивость к солевой агрессии и температурным колебаниям, применяется при производстве: цемента, гипса, бетона, кирпича, керамзита, керамических изделий, ДСП, клеев и смол, красителей и пигментов. При экструзии повышается скорость производства изделий.

На фото №1 — строительство уникального инженерного сооружения, дымовой трубы высотой 330 метров на Экибастузской ГРЭС № 1, выполненной в скользящей опалубке, разработанной В.О. Гидроспецстрой (главный конструктор М.М.Тринкер). Впервые в мире строительство уникального сооружения происходило круглогодично: летом 1978 года при температуре + 55°С, зимой 1978/1979 при температуре -40°С. Автор технологии и бетона А.Б. Тринкер.

На фото №2 — одно из уникальных высотных сооружений энергетической системы страны, построенное с ПАВ, ТЭЦ-25 Мосэнерго. Особо тонкостенная оболочка градирни рассчитана на 100 лет работы при градиенте температур: внутри +40-60°С, снаружи от -50°С до +50°С. Справа главный технолог Минэнерго СССР А.Б. Тринкер, слева директор станции, 1977 год. 

В ХХ веке человечество терпело многомиллиардные убытки от всех видов коррозии, в связи с недолговечностью бетона в атмосферных и агрессивных средах, и только грамотное применение химических добавок обеспечило 100% первичную защиту конструкций и сооружений. Научная система особо тонкого дисперсного измельчения материалов академика П.А. Ребиндера была успешно продолжена и модернизирована его учеником в коллоидной химии Б.Д. Тринкером, который впервые изучил и применил в 1950-е годы химические добавки в микродозах. В 1970-е годы он добился практической наноиндустрии при химизации строительства, используя отходы производств, так как в основе теории влияния ПАВ является химическое диспергирование и пептизация флокул цемента, с уменьшением В/Ц.

Впервые в мировой истории опыт сверхвысотного строительства был получен в СССР при возведении Останкинской телебашни высотой 540 метров, до сих пор самого высокого северного сооружения. Необходимо уточнить, все высотные сооружения из металла — Эйфелева башня в Париже, Шуховская башня в Москве — красят, а все небоскрёбы защищают своё бетонное ядро жёсткости металлом-стеклом-силиконом. Однако железобетонный ствол Останкинской телебашни никогда не красили – такой вот вечный отечественный бетон!  Все технологические подготовительные мероприятия перед возведением в рекордно сжатые сроки (1963-1967 гг.) были проведены при строительстве в 1956-1963 годах на первых дымовых трубах высотой 250 и 320 метров Запорожской и Углегорской ГРЭС.

Весь комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ выполнил Б.Д. Тринкер, в 1960 году (через 5 лет после смерти д.т.н. В.Н. Юнга) по итогам своих работ ученый опубликовал книгу «Поверхностно-активные гидрофильные вещества и электролиты в бетонах» которая прорубила широкую дорогу массовому применению многотоннажных отходов производств целлюлозно-бумажных комбинатов — лигносульфонатов технических ССБ-СДБ-ЛСТ-ЛТМ.

В 2000 году во время пожара в течении двух суток на высотах 300-420 метров на Останкинской башне температура достигала 1000 градусов, но башня не рухнула, как предсказывали газеты ФРГ, хотя истользовался нежаростойкий портландский цемент. Как пишет в своей монографии "Жаростойкие бетоны" к.т.н. К.Д. Некрасов: «Бетон на портландском цементе при температуре выше 300 градусов распадается на составляющие минералы, арматура, расширяясь, неуправляемо деформируется, бетон рассыпается в прах...».

Даже бетон на высокоалюминатном, то есть жаростойком (содержание Al2O3 60-70%) цементе значительно уменьшает свою прочность при температурах выше 600 градусов — Б.Д. Тринкер ещё в 1950-е годы доказал необходимость применения для подобных уникальных высотных и специальных сооружений низкоалюминатных  ( Al2O3 не более 8% ) или сульфатостойких (содержание Al2O3 не более 5%) цементов.

Б.Д. Тринкер на строительстве Останкинской телебашни

Поверхностно-активные вещества ПАВ из многотоннажных отходов ЦБК, лигносульфонатов технических (лигнинов), т.е. отечественые химические многофункциональные добавки для цементов и бетонов в последние годы в России были дополнительно исследованы, практически подтвердив свою универсальность, стабильность и эффективность. Лигносульфонаты технические можно успешно и прибыльно использовать при производстве: цементов, в монолитном и сборном строительстве из тяжёлого и лёгкого бетона, производстве кирпичей, керамики, керамзита, практически для всех видов вяжущих. В настоящее время есть возможность оснастить отечественные лаборатории современным оборудованием, например, на основе SIMS:  анализатор-масс-спектрометр решает многие проблемы, недоступные учёным ХХ века.

В ХХI веке в России с сожалением констатируется факт отсутствия книг и мемориалов о достижениях отечественных учёных, создавших основы технологии бетонов будущего для всего мира и построивших самые уникальные сооружения из железобетона — причем строительство сопровождалось улучшением экологии страны за счет утилизации отходов целлюлозно-бумажного производства. Наоборот, на Западе почти ежегодно (!) публикуются толстые фолианты о «достижениях» нобелевского лауреата 1918 года, изобретателя самых первых в мире боевых отравляющих веществ Фрица Хабера ( Fritz Haber, 1868-1934 ), который впервые применил их в 1915 году против людей. Сегодня в ФРГ работают институт названный его именем Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft в Берлине и Мюнхене, его заводы в Кёльне.  

Всемирные законы, открытые впервые 90 лет назад отечественным учёным П.А. Ребиндером, и определённые тогда как физическая химия, теперь называются „Interfase“ по-английски и „Schnittstelle“ по-немецки. В Дубае, ОАЭ, на берегу круглогодично  тёплого  Персидского залива в 2010 году был построен самый высокий в мире небоскрёб «Башня  Халифа» (Burj  Khalifa in Dubai, U.A.E.), высотой 828 метров. Проект американского архитектурное бюро, строила южнокорейская компания. В отчёте фирмы указано: «Специально для «Бурдж-Халифа» была разработана особая марка бетона, которая выдерживает температуру до +50 °C. Бетонную смесь укладывали только ночью, в бетонную смесь добавляли лёд», «строительство Бурдж-Халифа заняло 6 лет, чтобы закончить, используя 22 миллиона человеко-часов. Были наняты более чем 30 локальных подрядчиков и 12 000 рабочих из 100 стран».                          

Можно кратко констатировать — нашли чем хвастать, и одновременно задать вопрос, где взяли лёд при 50 градусах жары? Надо сказать, самый «холодный» период в январе-феврале в Дубае температура не опускается ниже +16-20°С и влажность для бетона благоприятная — 90%. И тем не менее, применение даже последних «достижений» ХХI века в строительстве (суперпластификаторы «очередного» придуманного поколения, лёд в бетонной смеси, бетонирование только ночью и только 2 раза в неделю) и логистики (миксеры, бетононасосы) не гарантировало темпы строительства и качество бетона иностранных фирм. А ровно 40 лет назад на возведении Экибастузской ГРЭС № 1 климат был катастрофический: летом +55°С с 15-20% влажностью, зимой -50°С, со штормовыми ветрами, сносившими башенные краны. Однако мы построили дымовые трубы: вначале в 1979 году 330-метровую, а в 1986 году — 420-метровую, которая и сегодня в „Guinness World Records“.

Последние годы в Россию интенсивно импортируют много химических добавок (супер-пластификаторы, гипер-пластификаторы, и т.д. и т.п.), которые являются продуктами химических заводов иностранных фирм, изготовлены из полимеров и сложных органических соединений (нафталины, меламины, формальдегиды, карбоксилаты, силиконы, фенилы). Они на порядок дороже отечественных пластификаторов, имеют ограничения и вредны для людей при использовании.

При этом отечественные материалы уже 70 лет успешно применяются без вредных последствий. Они имеют ТУ (технические условия), согласованные санитарно-эпидемиологическими службами, и уже давно раскрыт точный химический состав компонентов, а иностранцы — все держат в тайне! Надо также учитывать, что потребители иностранных технологий и материалов дают работу иностранным учёным, инженерам, рабочим. 2017 год был объявлен «Годом Экологии в России», в числе приоритетных задач: «Совершенствование управления отходами» — следовательно, необходимо создавать безотходные и замкнутые технологии, которые начал разрабатывать 70 лет назад учёный Б.Д. Тринкер.

Россия с ХХ века является подтверждённой законодательницей мод в технологии бетонов и всепогодного строительства с применением многотоннажных отходов производств. Научно-практические достижения отечественных учёных ХХ века по производству вечного бетона одновременно успешны с точки зрения экологии, экономии, техники безопастности, ресурсосбережению. Учёным современной России необходимо их совершенствовать и применять.

д.т.н. А.Б. ТРИНКЕР