CC BY
41РАЗДЕЛ 3.
СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ УДК 667.622.11 Павлуненко Л.Е., к.т.н.
Полтавский университет экономики и торговли
ПИГМЕНТЫ ДЛЯ БЕТОНА: СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЖЕЛЕЗООКИСНЫХ ПИГМЕНТОВ, РЕАЛИЗУЕМЫХ В УКРАИНЕ
Представлен химический состав и некоторые технические характеристики природных и синтетических железоокисных пигментов отечественного и зарубежного производства, применяемых для окрашивания цемента, используемого при изготовлении цветного бетона, тротуарной и фасадной плитки, малых архитектурных форм, цементно-песчаной черепицы. Проведен анализ основных свойств: красящей способности, укрывистости, маслоемкости, светостойкости, водоцементного отношения. Сделаны выводы относительно экономичности и безопасности железоокисных пигментов украинских, российских, немецких и китайских производителей.
железоокисные пигменты, пигменты для бетона
Введение
Тенденция использования цветных строительных материалов создает добавочную ценность изделиям из бетона, тротуарной и фасадной плитке, малым архитектурным формам и цементно-песчаной черепице.
Возрастающая потребность ведет к расширению рынка строительных пигментов. В настоящее время на рынке химической продукции Украины предлагается большое количество железоокисных пигментов, преимущественно зарубежного производства (Германии, Китая, Чехии, Англии, России). Зачастую торгующие организации с целью продвижения своего товара заявляют лишь о положительных свойствах реализуемой продукции, умалчивая о ее недостатках или проводя рекламу своей продукции, умышленно занижают показатели товара-конкурента.
Анализ публикаций
Пигменты, используемые для окрашивания цемента, должны легко рассеиваться между мелкодисперсными частицами материалов, а также быть стойкими к природным условиям, прежде всего светостойкими и нерастворимыми в воде, обладать определенной термической и химической стойкостью (к действию солей, слабых кислот и щелочей), что обусловливается их химическим составом. Требования к пигментам, применяемым для окрашивания строительных материалов, зафиксированы в нормативных документах [1-3].
Самым распространенным типом неорганических пигментов, используемых для окрашивания строительных материалов, является окись железа (пигмент железоокисный).
Неорганические пигменты на ее основе широко распространены, экономичны, долговечны, обладают антикоррозионными свойствами, не оказывают значительного влияния на экологию, безопасны для здоровья. Помимо минеральных (рудных) окисей железа, также используются синтетические.
Синтетические железоокисные пигменты обеспечивают хорошую насыщенность и равномерность цвета, и, обычно, имеют четыре базовых цвета: желтый пигмент, черный пигмент и два оттенка красного пигмента (с оттенком желтого или голубого). Желтый железооксидный пигмент также используется в качестве сырья для синтеза синтетического красного железооксидного пигмента [4-6].
Основанием для проведения исследований послужили противоречивые сведения торгующих организаций о свойствах, реализуемых в Украине железоокисных пигментов, предназначенных для окрашивания строительных материалов, в том числе и бетона.
Особенно часто реализаторами дорогостоящей продукции европейского производства, проводится ее сравнение с китайскими аналогами, которые, по мнению потребителей, удачно сочетают цену и качество [7].
Цель и постановка задач
Цель проводимых исследований - сравнительный анализ основных технических показателей железоокисных пигментов отечественных и зарубежных производителей, реализуемых в Украине.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
во-первых, рассмотрены химический состав и основные свойства (красящая способность, укрывистость, маслоемкость, светостойкость, водоцементное отношение) красных и желтых железоокисных пигментов;
во-вторых, в процессе обобщения материалов отмечена зависимость между свойствами пигментов и факторами их формирующими.
Объектом исследования являлась продукция пяти предприятий-производителей железоокисных пигментов.
Производители Украины представлены двумя предприятиями: ПАО «Сумыхимпром» желтый пигмент - Марка Ж-1) и ЗАО «Крымский ТИТАН» (красный пигмент - Марка К-1). Для сравнительного анализа были отобраны пигменты трех зарубежных производителей: Германии (фирма Bayer, марки Bayferrox®: - 110, 130, 503 -красные и 420, 920, 960 - желтые), Китая («JECO PIGMENTS», марки: S110-190 (красные) и S313 (желтый)), России (компания «Ярославский пигмент»).
Следует отметить, что рассматриваемые пигменты относятся к синтетическим, за исключением продукции компании «Ярославский пигмент». Выпускаемые названным российским производителем пигменты являются железооксидными.
Методика исследования
Соответствие пигментов требованиям нормативных документов подтверждается внутризаводским контролем производства и последующей сертификацией уполномоченным органом. В связи с этим, анализ технических характеристик названных выше марок пигментов проводился на основании изучения и обобщения информации, отраженной в сертификатах соответствия.
Поскольку рассматриваемые марки пигментов предназначены для реализации в Украине, за основу были взяты требования к их соответствующим видам, изложенные в действующей на ее территории нормативной документации, а также в европейском стандарте EN 12 878 «Пигменты для окрашивания строительных материалов на цементном и известковом вяжущем».
Результаты и их анализ
Исследуемые показатели технических характеристик желтых и красных железоокисных пигментов отечественного и зарубежного производства размещены в табл. 1 и 2.
В соответствии с требованиями действующей нормативной документацией, массовая доля соединений железа в пересчете на Fe2O3 в образцах железоокисных пигментов, в зависимости от происхождения и марки, должна находиться в пределах: для желтых пигментов 85-87%, для красных - 93,5 - 97% [1-3].
По названному показателю все образцы соответствуют требованиям действующей нормативной документации. Минимальное количество оксида железа в составе образцов желтых пигментов обнаружено в российской продукции (до 87%), максимальное - в пигментах Bayferrox® (Германия). Содержание Fe2O3 в составе образцов красных пигментов выше и в среднем во всех образцах составляет около 96% [8].
Содержание оксида железа косвенно указывает на количество в красителе посторонних примесей (оксидов кварца, алюминия, водорастворимых солей, соединений свинца, меди, мышьяка, цинка и т.п.), которые могут ухудшить параметры окрашенного материала и уменьшить срок его службы.
Дисперсность пигмента влияет на все его основные свойства. Чем меньше частицы (до определенной степени), тем выше укрывистость и красящая способность пигмента [4].
Величина частиц рассматриваемых образцов желтых железоокисных пигментов колеблется в пределах 0,1-0,8 мкм (табл.1). Самый тонкий помол может быть получен при использовании технологий отечественных и немецких производителей. Следует отметить, что форма зерен у пигментов БауГегтох® - призматическая, а у пигментов производства «Сумыхимпром» - игольчатая. Однако величина остатка после мокрого просеивания отечественного образца марки Ж-1 составляет 0,3% (табл.1), что соответствует показателям пигмента марки Ж-2 [1], выпуск которой предприятием в настоящее время не производится.
Таблица 1
Технические характеристики желтых железоокисных пигментов_
Фирма - производитель
Показатели ПАО «Сумыхимпром» Украина «Bayer» Германия «JECO PIGMENTS» Китай «Ярославский пигмент» Россия
Массовая доля
соединений железа в 86,7 86-87 86 85
пересчете на Бе203 ,%
Остаток на сите с сеткой 0,3 0,05* 0,3 0,2
№0063, % (не более)
Дисперсность, мкм 0,10,8 0,10,7 - 0,25
Укрывистость, г/м2 20,0 - 23,3 20,0
Маслоемкость, г/100г 35 35- 25 35-
пигмента (не более) 40 60
рН водной суспензии 3,57,0 3,57,5 3,57,0 6,07,0
* Остаток на сите с сеткой №0045
Частицы красного пигмента имеют сферическую форму и существенно больший разброс дисперсности. Так, частицы немецкого красного пигмента не превышают 0,17 мкм, при этом остаток после просеивания на сите №0045 составляет максимум 0,06%. Дисперсность частиц ярославского красного пигмента может составлять до 30 мкм, а остаток на сите № 0063 - 0,2% (табл.2). Следовательно, для получения одинаковой интенсивности окрашивания изделий, российских пигментов необходимо использовать больше, чем пигментов других производителей.
Необходимо отметить, что в практике зарубежных производителей тонкость помола пигмента после мокрого просева оценивается по остатку в процентах на стандартных ситах с размером ячеек 0,045 мм. Отечественные и российские производители проводят контроль названного показателя, используя сита с размером ячеек 0,063 мм. Чем меньше размер отверстия сита, используемого для определения дисперсности пигмента, тем выше его качество.
Свойство пигмента передавать при смешивании другому материалу свой цвет характеризуется красящей способностью. От нее зависит количество пигментов, которое необходимо добавить в состав, чтобы получить окрашенный материал требуемого цвета и оттенка. Для сравниваемых пигментов трех производителей этот показатель находится в пределах 95-105%, что удовлетворяет современным требованиям к пигментам согласно DIN EN12878 [6]. Немного ниже показатели пигментов, производимых «JECO PIGMENTS» - 98-102%. Следовательно, расход китайских пигментов будет выше.
Таблица 2
Технические характеристики красных железоокисных пигментов_
Показатели Фирма - производитель
ЗАО «Крымский ТИТАН» (Украина) «Bayer» Германия «JECO PIGMENTS» Китай « Ярославский пигмент» Россия
Массовая доля соединений железа в пересчете на Те203 ,% 96,296,5 94-97 96,0 96,5 -97, 0
Остаток на сите с сеткой №0063, % (не более) 0,01 0,06* 0,3* 0,2
Дисперсность, мкм 13-15 не более 0,17 0,250,35 30
Укрывистость, г/м2 6 6 10-13 7
Маслоемкость, г/100г пигмента (не более) 21 25 15-25 50
рН водной суспензии 7 4-8 4-7 6-8
* Остаток на сите с сеткой №0045
Способность красителя делать невидимым цвет поверхности характеризует показатель укрывистости, выражаемый в граммах. Для немецких пигментов названный показатель составляет около 6 г/м2. Для продукции отечественного, российского и китайского производства показатели разнятся в зависимости от цвета пигмента в среднем составляют: для красного пигмента: 6, 7 и 11,5 г/м2, а для желтого - 20, 20 и 23,3 г/м2, соответственно. Значения рассматриваемых показателей в нормативных документах, действующих в Украине не должны превышать для красных пигментов 7 г/м2, а для желтых - 20 г/м2 [1-3]. Выявленные расхождения свидетельствуют о невысоком качестве продукции «JECO PIGMENTS». В целом, более экономичными могут быть признаны красные железоокисные пигменты, а в частности - пигменты немецкого производства.
Следующий анализируемый показатель - маслоемкость, характеризующий способность частиц пигмента удерживать на своей поверхности определенное количество масла (от 40 до 100 г) на 100 г пигмента. Поскольку стоимость связующего масла (олифы) обычно выше, чем пигмента, более экономичны пигменты с малой маслоемкостью.
Маслоемкость рассматриваемых красных пигментов в среднем на 10 единиц ниже маслоемкости желтых. Самые высокие значения названного показателя у продукции «Ярославского пигмента»: до 60 г на 100 г пигмента для желтых и до 50 г на 100 г пигмента - у красных. Однако заявленные в сертификате качества показатели находятся в пределах нормы [1,3]. Стабильностью и невысокой маслоемкостью характеризуются китайские пигменты.
Водоцементное отношение является важной характеристикой при производстве цементных изделий. Повышение водоцементного отношения негативно сказывается на таких свойствах бетона, как прочность, пластичность, цветовая насыщенность, время высыхания и твердения, пористость, происходит ухудшение лицевой поверхности изделий. Водоцементное отношение увеличивается за счет наличия примесей, имеющих склонность к набуханию, излишнему диспергированию частиц пигмента и формы его зерен. Так желтые железооксидные пигменты игольчатой структуры могут абсорбировать большее количество воды на своей поверхности. Но этот эффект проявляется лишь при превышении рекомендуемого уровня пигментирования, т.е. белее 4 - 5%.
Наличие в составе китайских и российских пигментов водорастворимых солей и примесей приводит к увеличению воды затворения, а также появлению на поверхности
выцветов и пятен, что ухудшает их поверхностные свойства (за счет повышение пористости, снижение прочности, отшелушивания и т.п.) и отрицательно сказывается на декоративных качествах материала.
В сертификатах соответствия всех производителей заявлена максимальная светостойкость изготовленных ими пигментов - 8 балов из 8 по шкале BWS. Сертификат на продукцию ПАО «Сумыхимпром» дает потребителям гарантию устойчивости к свету на 30 лет [8].
Данных об атмосферостойкости пигментов нет, по причине умалчивания этих показателей производителями.
Нормативными документами предусмотрено значение рН для желтых пигментов 4-7, для красных - 6-8 единиц [1-3].
Все рассматриваемые марки железоокисных пигментов производства Германии и Китая, а также желтый пигмент производства ПАО «Сумыхимпром» характеризуются пониженной кислотностью. При выборе пигмента, следует учитывать, что при низком значении рН он вступает в реакцию кислотно-основного взаимодействия с продуктами гидратации портландцемента при его твердении, так как цементное тесто имеет щелочную реакцию среды (рН 9,5-11), что приводит к обесцвечиванию смеси и сокращению времени использования готовой продукции.
Выводы
Приведенные выше результаты исследования позволяют констатировать, что пигменты компании «Bayer» (Германия) по совокупности показателей заслуженно признаны лучшими. По уровню технических характеристик им не уступают пигменты ЗАО «Крымский ТИТАН». Незначительно отличаются по свойствам и пигменты второго отечественного производителя - ПАО «Сумы-химпром». Основные показатели свойств продукции «Ярославского пигмента» также находятся в полном соответствии с требованиями действующих в Украине нормативных документов, однако предполагают больший расход при их использовании
Идентичные по цветовым характеристикам пигменты «JECO PIGMENTS», качественно незначительно отличаются от украинских и российских пигментов, характеризуются такой же интенсивностью окраски и оттенком. Установлено, что пигменты китайского производителя являются менее экономичными, так как обладают более низкой окрашивающей способностью и высоким значением показателя укрывистости, что позволяет предположить больший расход материала. В свою очередь, использование большого количества пигмента, может привести к увеличению доли мелкой фракции, а, следовательно, росту водопотребности бетонной смеси и к ухудшению технологических свойств бетона (снижению прочности, морозостойкости и т.д.). Выявленные недостатки производитель компенсирует более низким уровнем цен.
Основываясь на заключениях, отраженных в сертификатах соответствия, можно утверждать, что рассматриваемые пигменты не являются токсичными и не раздражают кожу и слизистую оболочку человека, а также не наносят вреда организмам, обитающим в водной среде благодаря своей нерастворимости. Однако в китайских и российских пигментах косвенным путем (по содержанию оксида железа) установлено наличие примесей (которыми могут являться соединения свинца, меди, мышьяка, цинка), следовательно, возможно предположить проявление некоторой токсичности по отношению к человеку (например, в виде аллергических реакций).
Список литературы
1. Пигмент желтый железноокисный. Технические условия : ГОСТ18172-80 [Действующий с 01.01.81]. - М. : Издательство стандартов, 1987. - 10 с. -(Межгосударственный стандарт).
2. Пигмент красный железоокисный : ТУ 2322-166-05011907-98 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.ntcp.ru/work/library/5048/6019.
3. Пигмент красный железоокидный : ТУ У 6-05766356.034 - 96 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.ntcp.ru/work/library/5048/4487.
4. Беленький Е.Ф. Химия и технология пигментов / Беленький Е.Ф., Рискин И.В. -Изд-е 4-е перераб и доп. - Л. : Химия, 1987 - 200 с.
5. Пигменты для бетона [Электронный ресурс]. - Режим доступа к статье: http://www.gis-pigment.com/about/.
6. Окрашивание бетона [Электронный ресурс]. - Ланксесс Дойчланд ГМБХ, 2008. -Режим доступа к статье: http://www.geogips.ru/images/pigment/.
7. Сравнительный анализ пигментов «Bayferrox» (Германия) с пигментами производства Китая по основным характеристикам [Электронный ресурс]. - Режим доступа к статье: http://www.informes.ru/information/.
8. Сертификаты соответствия [Электронный ресурс]. - Режим доступа к сертификатам: http://www.tsvebet.kiev.ua .
УДК 519.8 + 666.9
Сироджа И.Б. , Федоркин С.И. , Любомирский Н.В. , Лукьянченко М.А. , Зевриев Т.Я.
Национальная академия природоохранного и курортного строительства
ЗНАНИЕОРИЕНТИРОВАННАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЭМПИРИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОМПОЗИТОВ
На основе использования нового концептуального и теоретического базиса инженерии квантов знаний (ИКЗ) в искусственном интеллекте разработана знаниеориентированная методология компьютерного обнаружения эмпирических закономерностей в любых предметных областях путём интеллектуальной обработки экспериментальных данных. Методология впервые успешно применена в исследованиях прочности образцов строительных композитов на основе механоактивированного сырья, активация которого осуществлена воздействием ультразвуковой кавитации. Развёрнуто очередное исследование закономерностей формирования физико-механических свойств карбонизированных материалов на основе извести в зависимости от качества исходных компонентов и технологических факторов процесса карбонизации.
Эмпирическая закономерность на знаниях, база квантов знаний, активация вещества. структурообразование строительных композитов, ультразвуковая кавитация, карбонизация
Введение. Анализ публикаций
В работах [1 - 5] по инженерии квантов знаний (ИКЗ) разработана методология знаниеориентированного принятия идентификационных и прогнозных решений в комплексных условиях многокритериальности, неопределенности и риска. Она определила научный базис построения новых информационных систем (технологий) для решения важной проблемы компьютерного обнаружения эмпирических закономерностей путём интеллектуальной обработки экспериментальных данных с обучением на прецедентах в различных предметных областях [1 - 3, 5]. В отличие от существующих подходов [6 - 8] знаниеориентированная методология использует модели непрерывной и дискретной математики и обеспечивает принятие эффективного решения о наличии либо отсутствии в массиве экспериментальных данных интересуемой целевой закономерности Уц в аналитической форме Уц = Т(Х). Эта форма явно отражает причинно-следственное
