ЧТО ЖЕ БУДЕТ ДАЛЬШЕ? (ЦЕМЕНТНАЯ ЭКСТРУЗИЯ)

Василик П.Г., ООО «Еврохим-1 Функциональные Добавки»

В данной статье мы порассуждаем на тему, каким образом строительные материалы, добавки и технологии дня сегодняшнего можно адаптировать и применить в дне завтрашнем.
Психологические фазы развития кризиса хорошо изучены. Одной из них является непринятие новой реальности. Изменения, которые происходят на наших глазах, носят фундаментальный характер, а осознание, что фантастика пришла в нашу жизнь, пока носит только поверхностный характер. Это наблюдается при общении с ведущими специалистами строительной отрасли, технологами, предпринимателями. Электромобили и 3D-принтинг уже не являются игрушками, а элементы народного хозяйства.
В этой связи технологии, обеспечивающие быстроту возведения зданий и минимизацию трудозатрат (выраженную в сокращении человеко-часов) - это то, что будет развиваться быстрыми темпами уже в ближайшее десятилетие.
При этом неизбежные климатические изменения с каждым годом ужесточают государственное регулирование выбросов в атмосферу, что в свою очередь может кардинально изменить подходы и в строительстве, и в проектировании зданий. Это приведет к появлению доли малоэтажного домостроения, возведенного по технологии 3D-печати на основе гипсо-цементно-пуццоланового или гипсового вяжущего в зависимости от климатической зоны.
Почему? Расход условного топлива на производство гипса в 3-5 раз меньше, чем у цемента. Дома по каркасным технологиям, обладая низкой инерционностью, менее комфортны для проживания при значительных суточных колебаниях температур, имеющих место на большей части территории РФ. А дома из керамических изделий — это намного больше человекочасов на возведение.

Рисунок 1. 3D-печать здания

3D-печать - это трехмерная экструзия.
Какие требования предъявляются к растворам по экструзии?
1. Материал после фильеры должен сохранять заданную геометрию, несмотря на внутренние напряжения, гравитацию.
2. Быстрое твердение, быстрый набор конструктивной прочности, чтобы выдерживать последующие слои.
Что же мы уже можем предложить будущему?
Уже сегодня имеется широкий ассортимент эфиров целлюлозы Южнокорейской фирмы Lotte Fine Chemicals (в недавнем прошлом Samsung Fine Chemicals) торговой марки Mecellose для экструзии цементных и керамических изделий.

Рисунок 2. Экструзия цементных и керамических изделий.

Эфиры целлюлозы в данном случае выступают и как лубрикант - смазка для снижения сдвиговых напряжений при прохождении раствора через фильеру - формирующую головку экструдера, и как фиксатор линейных размеров после выхода раствора - за счет высокой тиксотропности. Эти материалы широко применяются при производстве керамических катализаторов и цементных тонкостенных изделий. но могут также подойти к рассматриваемой технологии 3D печати.
Другим перспективным направлением представляется использование модифицированных бентонитовых глин. Фирма BYK Chemie производит бентонитовые глины марки Optibent. Это вскрытые глины с высокой скоростью набора консистенции. За счет пластинчатой структуры они также выступают как смазка и как ассоциативный загуститель. Существуют Optibent с различным уровнем дополнительной химической модификацией, как с повышенной тиксотропностью (Optibet 987, 1056 для цементных плиточных клеёв классов C0TE), так и, например, гидрофобные (Optibent NT10 используется в полимерных и цементных шпатлевках). В исследуемой технологии данные добавки, в зависимости от модификации, не только позволят снизить себестоимость смеси, но и получить дополнительные свойства.
И конечно большим подспорьем в исследуемом составе будет дьютановая камедь фирмы CP Kelko - Kelco-Crete. Это также ассоциативный загуститель с очень низкой дозировкой и высоким откликом на снятие сдвига. Келко-крет широко применяется в производстве самовыравнивающихся полов. При расходе 0,03-0,05% по воде он полностью позволяет стабилизировать высокоподвижные системы. При этом дьютан очень мало влияет на гидратацию, что позволяет более точно подбирать рецептуру и получать более высокую раннюю прочность.
Также стоит обратить внимание, что растворы и Optibent, и Kelco-Crete не меняют своей вязкости в зависимости от температуры.

Рисунок 3. Полы

Итак, раствор мы выдавили, что же со схватыванием и твердением?
Чтобы высокоактивные гипсовые шламы не схватывались в смесителях при производстве гипсокартона и пазогребневых плит применяют полипептидные замедлители - Plast Retard PE, L, Hycon R7200. Эти продукты, в отличии от кислот, замедляют именно начало схватывания, не увеличивая раздвижку между началом и концом. Это важно и для производства гипсокартона, так как сердечник должен схватиться до захода листа в сушило, и для пустотелых, и пазогребневых плит - при этом возрастает оборачиваемость форм. В этих технологиях замедлителя очень мало, только для того, чтобы сократить количество остановок линий на чистку смесителей и для времени формирования изделия. Так как процесс формирования единой матрицы здесь гетерогенный и гетерофазный, то можно активизировать систему как за счет зародышеобразователей - субстрата для начала роста кристаллов, так и за счет привычных солей - поставщиков дополнительных ионов. В качестве зародышеобразователей для гипса выступает стабилизированный тонкомолотый двуводный первичный или вторичный гипс, а для цемента - искусственно синтезированный (немецкой фирмой BASF) гидросиликат кальция Hycon S 3200 F, S 6100 F.
Данные продукты позволяют сместить начало схватывания. Двуводный гипс в комбинации с винной кислотой позволяет увеличить временной интервал между началом и концом схватывания в гипсовых штукатурках. Hycon S 3200 F и S 6100 F были созданы для замены системы глиноземистый цемент + карбонат лития в быстрых цементных составах. Используя набор из замедлителя, зародышеобразователя и ускорителя, технологи на высокоскоростных линиях (50 м/мин и выше!) по производству гипсокартона достигают поразительной точности в регулировке кинетики гидратации.
А что у нас с прочностью?
В 2009 году при исследовании различных типов Melflux - поликарбоксилатных пластификаторов немецкой фирмы BASF Construction Solution, в рецептурах с альфа-гипсом Самарского гипсового комбината, были получены удивительные результаты. При концентрациях, намного превышающих рекомендуемые, при медленном твердении были получены прочности от 60 до 85 МПа. При этом образцы получились практически с нулевыми показателями по водопоглощению и с коэффициентом размягчения близким 1.
Кроме того, если при применении поликабоксилатов в производстве самовыравнивающихся полов (высокоподвижных составов) на основе комплексного вяжущего, производители ССС, как правило, редко изучают вопрос влияния на гидратацию и на дефектность кристаллов, то при экструзии или 3D-принтинге необходимо использовать только продукты, которые сами по себе не несут отрицательного влияния в процесс формирования матрицы, такие как Melfux 5581 F или новый Melflux 5691, которые позволяют и на Г-3 получать полы с высокой подвижностью (140-150 мм из кольца 30х50 мм) и прочностью М150.
Об этом смело можно говорить ввиду того, что полы на гипсо-цеметно-пуццолановом вяжущем популярны пока только в России, и до недавнего времени только у нас знали эти рецептуры. Поликарбоксилаты, созданные специально для производства гипсокартона оказались очень чувствительны к глине с высоким катионным зарядом, извечным спутником месторождений гипса, да и ввиду падения стоимости газа на данный момент поставляются только в США.
Можем ли мы гарантировать обещанные свойства смеси во времени?
К сожалению, ввиду того, что вяжущие во времени меняют свой фазовый состав, да и появляющиеся кристаллогидраты привносят изменения, а сроки схватывания и твердения при данной технологии очень важны, то возможно замедлители и ускорители будут подаваться к смеси отдельно.
Можем ли регулировать открытую пористость, соотношение крупных и мелких пор, влиять на водостойкость?
Уже сегодня комбинируя анионногенные (Esapon 1214, ASKO 93) и неионногенные (Esapon 1850, Tecpor MTZ, Genapol PF 80) ПАВ можно регулировать и кратность пены, и размер пор, а с помощью комбинации газообразователей и пеногасителей (Vinapor 9010 F) контролировать и открытую пористость. Водостойкость повышается и за счет введения силан-силоксановых гидрофобизаторов (сегодня на рынке есть и сухие продукты – Silres Powder S), и за счет повышения плотности системы и уменьшения водопоглощения (кальматация пор и т.д.)
А что с ползучестью, наблюдаемой при увлажнении гипсовых изделий?
Эта проблема решается с помощью системы - полимерное волокно длиной 0,5-3,25 мм (FPAC 236/040, Panacea 3,25 мм) + редиспергируемый порошок Vinnapas немецкой фирмы Wacker-Chemie. При этом можно использовать как жесткий полимер Vinnapas 5005N, который широко применяется в плиточных клеях и шпатлевках и позволяет получить хорошую адгезию и когезию после теплового хранения, так и жесткие гидрофобные порошки Vinnapas 8034H и 8031 H. Несмотря на более чем 20-летнюю историю, Vinnapas 8034 H продолжает быть лидером среди гидрофобных жестких порошков с максимальной гидрофобностью.
Заключение.
Таким образом, мы можем создать высокоплотную и высокопрочную ограждающую поверхность и пенобетон с регулируемыми показателями, меняя только некоторые химические добавки, не меняя или незначительно меняя минеральные компоненты уже в смесителе перед головкой экструдера непосредственно при формировании ограждающей конструкции.
Уже сегодня мы можем предложить технологические решения и создавать материалы с заданной структурой. Мы приглашаем всех творческих людей присоединиться к очень интересной задаче - создавать будущее!