Окрашивание бетона сегодня получило заметное распространение, и в настоящее время мировое ежегодное потребление основного красителя - природного и синтетического железоокисного пигмента (черного, коричневого, красного и желтого) - составляет более 800 тыс. т.

К 2010 г. его потребление превысит 1 млн т, причем в Западной Европе его потребление составит более 30% этого объема, в Северной Америке - чуть менее 30%, еще меньше - в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Находят применение и пигменты на основе двуокиси титана (белый), хрома (зеленый), кобальта (голубой) и углерода (глубокий черный). Органические пигменты применяются редко, т. к. не отвечают требованиям долговечности. Существуют различные отпускные формы красителей (порошок, суспензии, гранулы, компакт-пигменты), а также методы и технологии их применения.

В Европе вступил в силу новый гармонизированный стандарт на пигменты для окрашивания строительных материалов на основе цементных и известковых связующих EN 1 2878, в котором содержатся требования к характеристикам пигментов и их влиянию на свойства бетонной смеси (время схватывания, прочность на сжатие, содержание хлора, щелоче- и теплоустойчивость, долговечность, воздействие на окружающую среду) и правила проведения испытаний пигментов для установления их соответствия требованиям стандарта с обязательным привлечением независимой испытательной лаборатории.

Пигменты окрашивают только один компонент бетонной смеси - цемент. Поэтому наилучшие результаты получаются при окрашивании однородных мелкозернистых смесей. Такие смеси применяют при изготовлении бетонной черепицы, плиток мощения, брусчатки и бордюрных камней. Но в последние годы архитекторы все чаще ставят условием применения сборных и монолитных железобетонных ограждающих конструкций наличие привлекательного цвета. Зачастую в таких случаях прибегают к более известным и проверенным временем способам получения цветных поверхностей: обнажение цветных природных и искусственных заполнителей для бетона, применение цветных цементов и, наконец, самый простой способ - окрашивание бетонных конструкций фасадными красками. Все перечисленные способы имеют, кроме достоинств, и определенные недостатки: недолговечность и невыразительность, трудоемкость и т.д. Промышленность химических красителей обратила самое серьезное внимание на вызовы времени - начались поиски путей решения проблемы. Известно, что чаще всего используются гранулированные (непылящие) пигменты, которые легко транспортируются и хранятся.

Они весьма удобны в применении, но не пригодны для окрашивания крупноразмерных железобетонных конструкций.

Пигменты для крупноразмерных железобетонных конструкций должны обеспечивать более высокое качество и выразительность поверхностей, но в приемлемом диапазоне отношения цена/качество. Установлено, что выразительность окрашенной поверхности железобетонных конструкций зависит от её отражательной способности, т. е. гладкости и однородности. Поэтому бетонную смесь следует пластифицировать. На поверхности не должны образовываться высолы, которые могут испортить весь эффект окрашивания. Пигмент должен легко равномерно распределяться по всей поверхности при минимальном удельном его расходе. На европейском рынке, по данным широко известного немецкого журнала «BFT International», уже имеются комплексные пигменты, получившие название «эффект-гранулы» (например, серии Granufin*), которые достаточно успешно решают все эти проблемы.

«Эффект-гранулы» имеют существенно меньшие размеры (0,02-0,1 ц), что обеспечивает им значительно большую кроющую способность и равномерность распределения. Расход пигмента или «точка его насыщения» определены экспериментально для разных железоокисных типов, в частности для красного - 4%, черного - 5%, желтого -7-8% от веса цемента. Большая дозировка эффекта не изменяет, но заметно ухудшает экономические показатели. Для улучшения равномерности распределения пигмента по объему изделия рекомендуется производить его предварительное смешивание с инертными компонентами смеси в бетоносмесителе в течение примерно 20 сек. до введения туда цемента и воды. Так как гранулы содержат в себе некоторые водорастворимые дисперсии, важно, чтобы инертные компоненты были всё же предварительно увлажнены (до 6-8%). Содержащийся в «эффект-гранулах» пластификатор улучшает удобоукладываемость смеси и обеспечивает гладкие однородные поверхности изделий при сохранении прочности бетона на сжатие. Другой компонент гранулы блокирует и существенно ограничивает наличие открытых капиллярных пор на поверхности, уменьшая тем самым опасность образования высолов.
Известный европейский железоокисный пигмент Bayferrox® 360 отличается модным на юге Германии глубоким черным цветом с синеватым отливом, что хорошо сочетается с цветом местных заполнителей для бетона. Представлены три его разновидности: в виде порошка, в виде жидкости HS 360 F и в виде пигмента THS 360 F-BB.

Изготовлением и установкой дозировочного оборудования для порошковых пигментов занимается компания «Wurschum GmbH» (www.wuerschum.com), которая производит такое оборудование в разном исполнении: от простых установок непосредственно над отдельным бетоносмесителем до более сложных автоматизированных систем с использованием пневмоподачи для целого блока смесителей.

Фирма «Harold Scholz GmbH» разработала и поставляет составы жидких красителей, отвечающих требованиям стандарта EN 1 2878 и имеющих требуемую маркировку соответствия «СЕ». По утверждению фирмы, жидкие красители пользуются наибольшим спросом у изготовителей товарных бетонных смесей и сборного железобетона, т. к. при их применении практически отсутствует пыление, они удобнее в работе - появляется возможность использования раздаточных систем, в том числе с использованием автобетоносмесителей (см. BFT 07/2007). Для компаний, не работающих с пигментами на регулярной основе, изготовитель может предоставить в аренду мобильное дозировочное устройство на время производства цветных бетонов.

Компания «Rockwood Holdings, Inc.» (www.rpigments.com), находящаяся в Германии, приобрела производственные мощности фирмы «Elementis pic» в Северной Америке, Европе и Китае общей стоимостью $ 140 млн, что позволит ей довести свое ежегодное производство железоокисных пигментов желтого и красного цветов до размеров порядка $500 млн.

Рост спроса на пигменты и некоторые другие, производственные и экономические факторы сказывается на его продажной стоимости. Так, например, немецкая химическая группа «Lanxess AG» из Леверкузена объявила о повышении цены на все железо- и хромоокисные пигменты на 30%, а на неорганические пигменты Bayferrox и Colortherm на 5-15%.

Совершенно естественно, что изготовление качественных цветных изделий из бетона зависит и от других факторов, в том числе от вида и качества опалубки, способа уплотнения бетона, объемов бетонирования, типа цемента и вида заполнителей и т. п. Если компания-производитель бетона заинтересована в поднятии уровня своей продукции и квалификации своих специалистов, ей следует установить контакты с производителями пигментов, чтобы совместными усилиями решать все возникающие проблемы.

Получение качественной и выразительной цветной поверхности - это ещё неокончательное решение задачи. Поверхность нужно сохранить, обеспечив при этом пользователю наименее обременительные условия эксплуатации конструкции. В этом аспекте значительный интерес представляют разработки новых химических добавок - репеллентов, придающих бетонным поверхностям пыле- и грязеотталкивающие свойства. Совершенно нетрадиционный подход к вопросам создания бетонных конструкций с долговечной защитой фасадных поверхностей на основе нанотехнологии предлагают специалисты фирмы «NANO-X GmbH» из Саарбрюкена. Ими уже получены защитные материалы с совершенно удивительными свойствами. Химический процесс под названием «sol-gel» позволяет осуществлять направленный синтез нанокомпозитов и придавать бетонным поверхностям индивидуальные специфические эффекты. Такие многофункциональные защитные материалы уже появились на рынке стройматериалов. Диапазон их действия распространяется от таких защитных функций, как обеспечение легкого удаления пыли, грязи и рисунков граффити, до предотвращения появления высолов на бетонных поверхностях конструкций с фасадными красками.

Известны успешные попытки необычного применения солнечной энергии для предотвращения загрязнения изделий на основе цементных композиций с добавкой фотокатализатора в виде двуокиси титана TiO,. Воздействие солнечного облучения вызывает интенсификацию окисления органических соединений, с которыми конструкция вступает в контакт в процессе эксплуатации. Эффект уменьшения загрязнения особенно заметен в городских условиях, где TiO, в составе цемента резко снижает воздействие NO , SO, NH,, СО, летучих компонентов выхлопных газов автомобилей, хлорированных органических соединений, альдегидов и соединений ароматических поликонденсатов. Особенно эффективен процесс самоочищения в изделиях, выполненных из белого цемента.

Мировая наука и практика не стоят на месте. Несколько лет тому назад в Венгрии изобрели, и в ряде стран уже пытаются производить, новый вид бетона - светопроводящий. Введение оптических стекловолокон в сырьевую смесь и некоторые изменения в технологии позволяют получать светопрозрачные изделия из бетона, что придает этому материалу в сочетании с его окрашиванием дополнительные неожиданно привлекательные черты. Получивший название Luccon светопрозрачный бетон был использован недавно для изготовления лестничных маршей в здании строительной компании «McNamara» в Ирландии, а также для изготовления подсвеченных изнутри садовых скамеек в Сингапуре. Ограничивает использование такого привлекательного сточки зрения эстетики материала его цена (дорогие стекловолокна и сложная технология). Но изобретатель и специалисты уверены, что время его более широкого применения скоро придет.

В.П. ТРАМБОВЕЦКИЙ, канд. технических наук, НИИЖБ им. Гвоздева (НИЦ «Строительство»)

www.newchemistry.ru