ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

«Производство сухих смесей для отделки стен зданий»

Рекомендуемая область пременения

Строительные организации, фирмы, занимающиеся выполнением отделочных ра-бот

Назначение, цели и задачи проекта

Основное назначение проекта - создание сухих отделочных смесей, не уступающих зарубежным аналогам. В настоящее время при выполнении отделочных работ все большее предпочтение отдается сухим смесям. Эффективность применения сухих смесей во многом зависит от экономичного потребления всех ресурсов при его производстве, в частности, за счет широкого использования местного сырья.

Широкие возможности для производства сухих известково-цементных смесей открывает использование диатомита, являющегося одновременно наполнителем сухой смеси и активной минеральной добавкой. Сырьевая база Поволжского региона позволяет наладить производство сухих смесей на основе диатомитов, имеющих обширное распространение на его территории.

Это позволит не только рационально использовать минерально-сырьевую базу региона, но и значительно снизить себестоимость сухих смесей.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

В мировой практике строительства для реставрации памятников, санирования и ремонта зданий, производства строительных и отделочных работ все большее применение находят сухие строительные смеси.

Целесообразность использования сухих смесей, как материала полной заводской готовности, подтверждена зарубежной и отечественной практикой строительства.

На месте производства работ ССС только разбавляются водой до заданных водовяжущего отношения или консистенции и употребляются в соответствии с их областью применения.

Мировой и отечественный опыт использования сухих смесей, показал их высокую эффективность и преимущества по сравнению с традиционными методами проведения работ:

повышение производительности труда в 1,5-5 раз в зависимости от вида работ, механизации, транспортировки и т.д.;

снижение материалоемкости по сравнению с традиционными технологиями в 3-10 раз в зависимости от вида работ;

стабильность составов и, как следствие, повышение качества строительных работ;

длительность срока хранения без изменения свойств и расходование по мере необходимости;

возможность транспортирования и хранения при отрицательной температуре.

Применение сухих строительных смесей позволяет проводить работы, как в толстых слоях, так и в тонких – при толщине слоя от 0,4-6 мм. Наибольший эффект от применения сухих смесей достигается при выполнении работ в тонких слоях.

Объективным показателем мирового уровня выпуска сухих смесей является их использование на душу населения. Первое место по применению сухих строительных смесей на душу населения занимает Германия (80 кг/чел), второе – Финляндия  и Швеция (60 кг/чел).

Использование сухих строительных смесей в России при осуществлении строительных и отделочных работ началось с начала 90-х годов. Однако до недавнего времени большая часть применяемых в России модифицированных сухих смесей поставлялась в готовом виде из-за рубежа.

Характерной особенностью российского рынка ССС является высокая скорость роста, причем в основном за счет российского производства. Толчок росту рынка ССС дало, прежде всего, удорожание импортной продукции. Объем выпуска модифицированных смесей с 1999 по 2002 гг. увеличился с 240 тыс.т до 850 тыс.т без учета выпуска специальных смесей (гидроизоляционных, огнеупорных и др.). За это же время число производителей увеличилось в пять раз. В то же время потенциальная потребность строительного рынка России составляет около  4 млн. т сухих смесей в год, а объемы производства пока значительно отстают от ведущих стран мира.

Ведущими зарубежными фирмами по производству сухих строительных смесей являются “Knauf”, “Babkok-BSKH”, “Sakret-Zentrale”, “Simpelkamp”, “PCI” (Германия), “Sika AG” (Швеция), “Lohja”, “Fexima” и “Raute Dry Mix” (Финляндия), “Serett”, “Super Carocol” (Франция) и др.

Наиболее широкое применение в зарубежной промышленности сухие смеси находят в штукатурных покрытиях. Ведущими фирмами – “Knauf”, “PFT”, “M-Tek” – по производству сухих штукатурных покрытий разработаны цементно-песчаные и цементно-известково-песчаные сухие смеси. Широкий ассортимент гипсовых сухих смесей, предназначенных для оштукатуривания стен и потолков, выпускает французская фирма “Lambert Industries”. В Японии выпускают гипсовую сухую смесь, состоящую из полуводного гипса и нерастворимого ангидрита. При приготовлении гипсовых растворов смеси смешивают с водой в количестве 30-50 масс.ч., содержащей замедлитель твердения, побудители твердения и полимерную добавку для повышения водостойкости покрытий.

В настоящее время основная борьба на рынке строительных материалов регионов разворачивается между инофирмами, давно торгующими сухими смесями в России, и нарождающимися отечественными производителями, которые постепенно выводят свои производства на конкурентоспособный уровень качества и производительности.

Реализованы крупные проекты с иностранным участием по строительству заводов сухих смесей. В качестве примера можно привести совместное предприятие СП “ТИГИ-КНАУФ”, реализованное ОАО подмосковным заводом ТИГИ (г. Красногорск) и одним из крупнейших производителей гипсовых строительных материалов в Европе немецкой фирмой KNAUF. Компания предлагает широкую номенклатуру сухих смесей различного назначения. Сухие штукатурные смеси составляют основную долю производимых и реализуемых в России сухих строительных смесей. Среди них наибольшую популярность завоевали сухие смеси для ручного оштукатуривания “Ротбанд” и “Гольдбанд”. Компанией производятся так же сухие штукатурные смеси “Зокельпутц”, “Унтерпутц” на цементной и известково-цементной основе со специальными добавками. В последние годы комбинат “211 КЖБИ” (г. Санкт-Петербург) начал производство широкой гаммы сухих строительных смесей, организованного в сотрудничестве с фирмой “OPTIROC” (Финляндия). Технологическая линия составлена из оборудования лучших фирм Западной Европы. Сухие отделочные смеси “211 КЖБИ” производит на цементной о цементно-известковой основе.

Компания “Петромикс” (г. Санкт-Петербург) – одна из крупнейших фирм – производителей сухих строительных смесей представляет собой высокотехнологичное производство сухих строительных смесей на основе качественного отечественного сырья и рецептур с использованием компонентов ведущих европейских производителей – Bayer, Wacker, Akzo Nobel, Chrodia и др. Компания выпускает 23 наименования сухих смесей для подготовительных, ремонтных, отделочных и специальных работ.

АООТ “Опытный завод сухих смесей” (г. Москва)  выпускает более 100 рецептур смесей различного назначения, в том числе простые и модифицированные штукатурные смеси выпускаются для внутренних и наружных работ.

Нижегородская компания “ЕК-Кемикл” – один из крупных производителей на рынке сухих смесей  России и ближнего зарубежья. Занимается производством смесей на основе цементных и гипсовых вяжущих. Компания предлагает широкую номенклатуру сухих штукатурных смесей: ЕК ТТ30 – цементно-известково-песчаная смесь; ЕК ТТ50 – универсальная сухая смесь с легким наполнителем основе цемента для оштукатуривания вручную фасадов, а также стен и потолков внутри зданий в любых помещениях; ЕК ТТ80 – фасадная теплозвукоизолирующая смесь с легким наполнителем; ЕК TG30 универсальная сухая штукатурная смесь с легким наполнителем на основе гипса для оштукатуривания вручную стен и потолков внутри зданий в помещениях с нормальной влажностью, включая кухни и ванные комнаты. Выпускаемые смеси пластичны, отличаются высокой прочностью, хорошей адгезией, обладают ускоренным твердением, характеризуются легким перемешиванием раствора.

Российской фирмой ЗАО “ПИРАМИДА А” (г. Нижний Новгород) разработаны универсальные сухие штукатурные смеси “Пирамида ВК” (для отделки помещений с нормальной влажностью) и “Пирамида ВКР” (для внутренних помещений с нормальной влажностью и повышенной влажностью) на основе гипсового вяжущего с импортными полимерными добавками, обеспечивающими повышенную пластичность и адгезию.

В Челябинске (АО “Уралгипс”) и в Воскресенске Московской области (АО “Воскресенские удобрения”) имеются достаточные условия (оборудование, технология и квалифицированные специалисты) для организации производства сухих гипсовых смесей, в том числе штукатурных, по основным техническим свойствам не уступающих аналогичным сухим смесям зарубежных фирм.

Выпускаемые АО “Уралгипс” сухие штукатурные смеси состоят из гипсового вяжущего ГЗ и комплексной добавки, перемешанных в соотношении 19:1. Многофункциональная добавка готовится в заводских условиях путем предварительного измельчения простых эфиров целлюлозы, поверхностно-активных веществ и специального минерального наполнителя. Все материалы, используемые для приготовления такой добавки, отечественного производства.

С 2000 г. введены в строй десятки производств в различных регионах России, в том числе ОАО “КСК Ржевский” (Тверская область), “Кубанский гипс Кнауф” (Краснодарский край), ОАО “Сода” (Республика Башкортостан), ООО “Сартэксим” (Саратовская область).

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Как отмечалось ранее,  часть сухих смесей выпускается с применением импортных составляющих, что неизбежно ведет к удорожанию сухих смесей. Поэтому перспективным направлением при производстве сухих смесей является использование смешанных вяжущих, модифицированных тонкомолотыми дисперсными наполнителям на основе местных мягких и рыхлых пород. В связи с этим представляет интерес использование диатомита, имеющего широкое распространение в Поволжском регионе.

Принцип действия предлагаемого технического решения заключается в повышении активности поверхности наполнителя за счет его термической активации, увеличении дисперсности вяжущего, а также введение в рецептуру смеси модифицирующих добавок.

 Известно, что поверхность дисперсных материалов отличается от объема повышенным энергетическим потенциалом, наличием избыточной поверхностной энергии, и многие процессы протекают самопроизвольно именно на ее активных центрах. Поэтому активные центры поверхности наполнителей в первую очередь будут обуславливать их реакционную способность и влияние на процессы взаимодействия в системе “вяжущее-наполнитель”. Характер энергетической неоднородности поверхности материала определяет ее химические свойства, конкретизируя при этом спектр активных поверхностных центров. Состав и реакционная способность поверхности твердого вещества зависит от формы и размера частиц образца, пористости, структурной и кристаллографической модификации, природы и содержания примесей в объеме и на поверхности, температуры активации и т.п.

Нами предложено с целью повышения поверхностной активности диатомита проводить его обжиг при температуре 600-800^оС.При исследовании распределения активных центров на поверхности наполнителя использовали донорно-акцепторную модель строения твердого тела, представленную в виде спектра распределения центров адсорбции (РЦА). Исследования производились индикаторным методом в области бренстедовских кислотных (рКа от 0 до 7) и основных (рКа от 7 до 13), а также льюисовский кислотных (рКа >13) центров.

На рис.1 представлены кривые распределения центров адсорбции на поверхности диатомита в естественном состоянии и диатомита, подвергнутого термической обработке при температуре t=700⁰С, построенные в координатах:

q_рКа=F(рКа),

где  q_рКа – содержание активных центров, эквивалентное количеству адсорбированного индикатора определенной кислотной силы – рКа.

Рис.1. Распределение кислотно-основных центров на поверхности наполнителя сухой смеси:

1- необожженный диатомит; 2 – диатомит, подвергнутый термической обработке при t=7000С.

Результаты исследований свидетельствуют о значительном различии в активности поверхности обожженного и необожженного диатомита, характеризующимся не только количеством центров адсорбции различных типов, но и суммарным содержанием центров адсорбции. Воздействие температурного фактора привело к изменению энергетического состояния поверхности материала, проявившееся в изменении распределения центров адсорбции. Число бренстедовских и льюисовских кислотных центров на поверхности термически обработанного диатомита превышает число таких же центров на поверхности необожженного диатомита. Так, количество активных центров при рКа от 0 до 7 и рКа>13 на поверхности обожженного диатомита составило 2,435х10^-5моль/г, в то время как на поверхности необожженного диатомита - 1,678х10^-5 моль/г. В области основных бренстедовских центров при рКа=7,3 и рКа=8,8 наблюдалось некоторое снижение числа активных центров на поверхности термически обработанного диатомита.

Изменение поверхностной активности диатомита в результате термообработки привело к повышению прочности при сжатии известково-диатомитовых композиции.

Увеличение температуры обжига до 7000С способствовало повышению прочностных характеристик до Rсж=4,38 МПа. Однако наибольший эффект был достигнут при термообработке диатомита при температуре t=9000С. Значение предела прочности при сжатии составило Rсж=5,1 МПа. При температуре обжига 7000С и 9000С диатомит приобретает ярко оранжевый оттенок, что позволяет разнообразить цветовую гамму отделочного слоя без введения пигментов. Однако с точки зрения энергозатрат более целесообразна термообработка наполнителя сухой смеси при t=7000С.

С целью повышения дисперсности вяжущего (извести) нами предложено проводить гашение в присутствии добавки суперпластификатора С-3. При гашении извести СаО в воду затворения предлагается вводить добавку С-3 в количестве   0,7% от массы СаО.  Выявлено, что введение суперпластификатора С-3 в воду гашения способствовало увеличению процентного содержания частиц размером 0-4 мкм. Максимальный размер частиц составил 17 мкм.

Увеличение дисперсности частиц извести Са(ОН)2 способствовало возрастанию прочности при сжатии известково-диатомитовых составов. В возрасте 28 суток воздушно-сухого твердения прочность при сжатии образцов состава известь:диатомит 1:3  при введение в воду гашения добавки С-3 в количестве 0,7% от массы извести составила Rсж=1,5 МПа.

Введение в рецептуру смеси добавки Al2(SO4)3 способствует росту прочностных характеристик известково-диатомитовых композиций в ранние сроки твердения. В возрасте 14 суток прочность при сжатии состава с добавкой сульфата алюминия составила Rсж=0,38 МПа, в то время как прочность при сжатии контрольного состава (без добавки) – Rсж=0,25 МПа. Спустя 14 суток наблюдался интенсивный рост прочности при сжатии, которая в возрасте 28 суток составила для контрольного состава – Rсж=0,9 МПа, а для образцов, содержащих сульфат алюминия, Rсж=1,9 МПа. Термическая активация диатомита позволила значительно ускорить процесс структурообразования в начальный период твердения. В возрасте 7 суток прочность при сжатии состава на основе диатомита, термически обработанного при t=7000С, составила Rсж=1,8 МПа, что существенно превышает прочность при сжатии образцов на основе необожженного диатомита не только на данном этапе твердения (Rсж=0,22 МПа), но и в возрасте 90 суток (Rсж=1,55 МПа).

Наиболее оптимальным является введение в рецептуру смеси добавки сульфата алюминия в количестве 5% от массы сухих компонентов.

Рецептура смеси

По результатам исследований оптимальной является сухая смесь с содержанием компонентов по массе, %: гидратная известь, гашеная водой с добавкой С-3 – 23,56; диатомит, термически обработанный при температуре t=7000С – 70,69; добавка сульфат алюминия Al2(SO4)3 – 4,71; добавки метилцеллюлозы МЦ-С - 0,57; редиспергируемый порошок Rhoximat PAV 29 – 0,47.

Технология производства сухой отделочной смеси

Технология производства сухой отделочной смеси состоит из трех составных частей:

подготовка исходных материалов;

приготовление смесей;

отпуск готовой продукции.

Технологическая линия по производству сухой смеси включает следующие технологические модули:

модуль приема, подготовки, термической обработки и помола диатомита;

модуль приёма, гашения, просева извести;

смесительный модуль, имеющий в своем составе линию дозирования и перемешивания составляющих компонентов сухой смеси (гидратная известь и диатомит), а также добавок;

модуль упаковки и выдачи готовой продукции.

Комовую негашеную известь со склада направляют в дробилку и измельчают до частиц размером 5-10 мм. Для дробления извести применяют ударно-центробежные дробилки, работающие в замкнутом цикле с ситами. Известь гасят в порошок совместно с суперпластификатором С-3 в специальных гасильных аппаратах (гидраторах) непрерывного действия. После гашения продукт направляют в воздушный сепаратор для отделения непогасившихся зерен, которые подвергают тонкому измельчению и снова подают в силосы на вторичное гашение.

Дробление диатомита предусматривается в валковой дробилке, затем производится обжиг во вращающихся или шахтных печах.

Процесс приготовления сухой смеси заключается в совместном смешивании отдозированных компонентов в смесительном модуле. Для смешивания возможно применение смесителей как циклического, так и непрерывного типа гравитационного или принудительного действия. Введение сухих порошкообразных добавок производится на стадии перемешивания сухой смеси в смесителе.

Из смесительного модуля готовая смесь поступает в модуль упаковки и выдачи, где предусматривается ее дозирование и расфасовка. Упакованные мешки транспортером отправляются на склад готовой продукции.

Готовая продукция упаковывается бумажные трёх-, четырёхслойные клапанные мешки с полиэтиленовым пакетом – вкладышем, исключающим попадание влаги и посторонних примесей. Сухая смесь упаковывается в мешки емкостью от 5 до 50 кг. Хранение и транспортирование сухой смеси допускается при положительных и отрицательных температурах при относительной влажности воздуха не более 70%. Срок хранения сухой смеси 6 месяцев со дня изготовления. Перевозка сухой смеси должна осуществляться любым видом транспорта в крытых транспортных средствах в соответствии с правилами перевозки грузов, действующих на соответствующем виде транспорта.

Сухая отделочная смесь рекомендуется к использованию преимущественно крупными потребителями, специализирующихся на отделке общественных зданий и ремонте офисных помещений (с расфасовкой сухой смеси по 25 и 50 кг). Также возможна поставка сухой смеси для частных лиц–потребителей (с расфасовкой сухой смеси по 1, 5 и 10 кг) используемых для отделки интерьеров жилых, дачных и подсобных помещений.

Таблица Технологические и эксплуатационные свойства отделочных составов

Таблица 3

Технологические и эксплуатационные свойства отделочных составов

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Проект предусматривает использование местных сырьевых ресурсов, что значительно снижает транспортные расходы. По данным геолого-поисковых работ, кремнистые породы в пределах Поволжья имеют обширное распространение. Из числа известных обнажений диатомита обследованы три участка: Ахматовский, Серманский и Коржевский. Большая часть поверхности районов занята кремнистыми палеогеновыми отложениями, образующими многочисленные месторождения диатомита. Глубина залегания диатомита 0,5-30 м. Мощность диатомита по обнажениям 7-20 м. Достаточные запасы кремнистых пород позволяют организовать производство эффективных сухих строительных смесей на территории Поволжья.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Калькуляция себестоимости изготовления сухой отделочной смеси по предлагаемой технологии представлена в таблице. Стоимость материалов, используемых при производстве сухой смеси принята по реальным ценам 2004 года. Отделочный состав на основе сухой смеси опробован в лабораторных и производственных условиях.

Таблица 2

Новые потребительские свойства продукции

Новые потребительские свойства продукции приведены в таблице. Техно-логические и эксплуатационные свойств разработанной сухой смеси сравнивали со свойствами цементноизвестково-песчаной сухой смеси ЕК ТТ30, произведен-ной компанией “ЕК-Кемикл”.
Разработанный состав образует на поверхности покрытие, обладающее вы-сокой декоративной выразительностью. Введение пигмента, декоративной крошки в рецептуру смеси позволяет разнообразить оттенки и фактуру покрытий.
Дпоолнительные данные содержатся в таблице "Технологические и эксплуатационные свойства отделочных составов" в разделе "Описание предлагаемого процесса"

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Известь должна быть апктивностью 71-84%, удельной поверхностью 10000 см2/г. Плотность диатомита в куске должно составлять 490-580 кг/м3, насыпная плотность 280-310 кг/м3, средняя плотность в рыхлом состоянии 320-400 кг/м3.

Стадия и уровень разработки

Выполнены научно-исследовательские работы, разработана рецептура сме-си, изготовлен опытный образец. Разработаны технологическая схема производ-ства сухой отделочной смеси и временные технические условия на изготовление и применение сухой смеси.
Трудности в технологии отсутствуют. Для производства применяется оте-чественное оборудование.

Предлагаемые инвестиции

20 млн. руб.

Рынки сбыта

Поволжский регион - Пензенская, Ульяновская, Саратовская, Саранская, Самар-ская, Тамбовская области.

Возможность и эффективность импортозамещения

Сведения остуствуют

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

24

Дата поступления материала

16.11.2006