Еще раз о волластоните

Для природного волластонита характерна вытянутая в длину структура кристаллов, при раскалывании которых образуются зерна игольчатой формы с отчетливо выраженной пространственно-геометрической анизотропностью. �гольчатая форма зерна волластонита определяет основное направление его использования в качестве микроармирующего наполнителя. Волластонит является единственным природным чисто-белым наполнителем, имеющим форму таблитчатого столбчатого удлиненно-призматического продолговатого кристалла с отношением, в зависимости от марки, длины волокна L к его диаметру D (L/D) от 2:1 до 20:1 и более. Мировой уровень производства и потребления волластонита уже достиг в 2000 г. 700 000 т и продолжает постоянно увеличиваться. Строятся все новые предприятия по переработке волластонита и осваиваются все новые его месторождения в разных странах мира. Рынок волластонита делится на 2 сегмента — для волластонита с высоким соотношением L/D (L/D>3) и для порошкового и измельченного волластонитов с L/D<1:3. В измельченной или порошкообразной форме в изделиях волластонит является источником сразу двух компонентов (CaO и SiO2), являясь одновременно усиливающим наполнителем прежде всего в керамической и металлургической отраслях. �змельченный и порошкообразный волластонит производится и потребляется на мировом рынке в большем объеме и по более низким ценам, чем волластонит с высоким соотношением L/D. В России этот материал пока еще мало известен и только начинает завоевывать позиции на рынке сырья для различных отраслей промышленности. Это связано в том числе и с отсутствием до недавнего времени сколько-нибудь значительного производства отечественного волластонита приемлемого качества. Волластонит обладает достаточно высокой укрывистостью, т. к. его коэффициент преломления составляет 1,63—1,64, что обеспечивает возможность частичной замены им пигментной двуокиси титана. Для производства шпатлевок и ЛКМ важно, что, кроме того, волластонит обладает хорошими матирующими свойствами и невысокой (20—30 мл/100 г) маслоемкостью, — это позволяет минимизировать расход связующих компонентов и увеличить объемную концентрацию пигмента в краске. При использовании волластонита в производстве шпатлевок и ЛКМ удается обеспечивать возможность получения твердых пленок ЛКМ, т. к. твердость волластонита выше, чем у традиционно используемых при этом наполнителей (тальк, мел, каолин, слюда). Высокая износостойкость и адгезионность волластонита незаменима в красках для разметки дорог, а иглообразная форма его частиц придает любой краске и шпатлевке способность равномерно распределяться по поверхности, структурируя ее еще в процессе окрашивания за счет возникновения ориентационных эффектов. �спользование волластонита в шпатлевках и ЛКМ обеспечивает долговременную седиментационную стабильность и устойчивое поддержание вязкостных характеристик. Несколько повышенная щелочность волластонитовых суспензий в водных средах (рН 10% взвеси волластонита в воде составляет 8,5—10,5%) позволяет исключить или существенно снизить использование аммиака или других аминов в составах латексных вододисперсионных и водоэмульсионных красок, т. к. сам волластонитовый наполнитель выступает как эффективный щелочной буфер. Покрытие на основе волластонита имеет более сильную и насыщенную исходную яркость и цветность, чем при использовании краски с другими наполнителями. Кроме того, применение волластонита в ЛКМ улучшает смачивание и снижает пенообразование как в процессе производства, так и при применении красок и шпатлевок. Анализируя перспективы расширения производства и применения волластонита в промышленности строительных материалов, необходимо в первую очередь ориентироваться на многообразный ассортимент стройматериалов и изделий на основе цемента, других вяжущих веществ и твердеющих дисперсных систем, потребительские характеристики которых, как это известно из многолетнего зарубежного опыта, качественно улучшаются благодаря использованию уникальных свойств этого наполнителя. Учитывая перспективность и мировой опыт использования волластонита в различных отраслях промышленности, в настоящее время строится фабрика по выпуску волластовых концентратов на базе Синюхинского месторождения в селе Сейка Республики Алтай (ФГУП рудник «Веселый») производительностью порядка 50—60 тыс. т/г. В настоящее время для отработки режимных параметров ведения технологических процессов обогащения, электромагнитной сепарации, размола и классификации, получения опытных партий волластонита различного грансостава, исследования возможностей расширения сфер применения волластонита и опережающего маркетинга завершаются пусконаладочные работы на строящемся в г. Санкт-Петербурге опытно-промышленном производстве мощностью 1,5—2,5 тыс. т в год. Технология переработки волластонитового концентрата с получением волластонита марки «Воксил» различных фракций была разработана фирмой ООО «Нева �нжиниринг». Были проведены экспериментальные исследования по применению волластонита в производстве композиционных строительных материалов и изделий на основе цемента, которые показали, в частности, его физико-химическое сродство с цементосодержащими композициями, активную избирательную адсорбцию продуктов гидратации вяжущего, существенное влияние на реологические параметры концентрированных суспензий и паст, формирование структуры, прочностных и деформативных свойств затвердевших композитов. В современной практике строительной отрасли в целях улучшения стабильности размеров, снижения вероятности образования трещин, придания безусадочности и повышения механических эксплуатационных характеристик различных изделий и композиционных материалов, изготавливаемых на основе портландцемента, глиноземистого цемента, безводного гипса, используются различные типы армирующих и микроармирующих волокон неорганической (или органической) природы (стальное и стекловолокно, асбест, полипропилен, целлюлоза, полиамидные волокна и др.). Целесообразность и необходимость армирования материалов на основе портландцемента и других минеральных вяжущих определяется хрупкостью этих материалов и их низкой прочностью на растяжение. Основными требованиями, предъявляемыми к армирующим волокнам, являются их прочность на растяжение, изгиб, сжатие, ударную стойкость, жесткость и эластичность. Всем этим требованиям удовлетворяет волластонит. Механические характеристики армированного композита связаны с поверхностью раздела «волокно волластонита — цементная матрица». Свойства цементосодержащих композиционных материалов, армированных волластонитом, характеризуются и определяются параметрами контактной зоны, которые зависят от характеристик волокна, а также от некоторых других параметров, связанных с составом рецептуры конкретной смеси и совместимостью волластонитовых волокон с этим составом, их связью с минеральным вяжущим и однородностью распределения игольчатых частиц волластонита в объеме композиционного материала. Таким образом, микроармирующие свойства волластонита в сочетании с комплексом других уникальных особенностей этого материала, обеспечивающие безусадочность изготавливаемых с его применением композитов, могут оказаться особенно востребованными при производстве сухих строительных смесей (ССС) различного назначения, при твердении которых проблема деформации стоит особенно остро. Как известно, для приготовления ССС обычно используются различные виды минеральных вяжущих веществ, природные и искусственные наполнители и заполнители строго фиксированной и оптимизированной дисперсности, полимерные связующие, а также химические добавки, модифицирующие и регулирующие эксплуатационные свойства получаемых композиций. Современные модифицированные сухие смеси представляют собой порошкообразные полимерминеральные композиции, физико-химические процессы в которых при их затвердевании обусловлены взаимодействиями в системе «минеральное вяжущее — полимерное связующее — наполнитель — минеральные добавки — вода». Традиционным направлением является производство сухих строительных смесей определенного назначения: кладочно-монтажные и штукатурные растворы, грунтовки и шпатлевки, гидроизоляционные, декоративные и огнеупорные составы, ровнители для полов, плиточные клеи и др. Опыты с волластонитом убедительно доказывают его положительное влияние на все основные свойства сухих строительных смесей в процессе их применения. Кристаллы волластонита, имеющие игольчатую форму с плоскостями, обладающими некоторой шероховатостью, образуют вокруг себя, если говорить образно, некие ассоциаты («домены») из окружающих материалов, составляющих матрицу основного состава ССС, снижая этим самым степень их подвижности относительно друг друга, поэтому резко уменьшаются процессы усадки, например при сушке и эксплуатации этих материалов. По этой же причине применение волластонита в составах, используемых для огнезащиты конструкций и кабелей, позволяет избежать отслаивания этих покрытий при высоких температурах из-за резкого снижения степени их усадки и растрескивания. В настоящее время разработан ряд рецептур сухих смесей, предназначенных для ремонта и отделки помещений. В состав этих смесей входят портландцемент, тонкодисперсные минеральные наполнители, волластонит и модифицирующие добавки водорастворимых высокополимеров. Все сырьевые компоненты представляют собой экологически чистые материалы. Волластонитсодержащие сухие смеси рекомендуются для ремонтных и отделочных работ по любым основаниям: бетону, кирпичу, штукатурке, гипсокартону, асбестоцементу и т. д. �спользование этих смесей позволяет производить заделку трещин, щелей и выбоин в стенах и потолках, грунтовку и шпатлевку стен и потолков под окраску или наклейку обоев и декоративных пленок, реставрацию рельефных элементов отделки помещений (карнизов, потолочных розеток, лепнины), укладку стеновых и половых плиток различного типа, шпатлевку полов, то есть полностью осуществлять все ремонтные и отделочные работы на объектах ССС одного производителя. Широкий спектр применения данных смесей обусловлен, главным образом, присутствием в их составе волластонита. В среднем содержание добавки волластонита в рецептурах ССС составляет около 5—10% от их веса, варьируясь в некоторых пределах в зависимости от назначения и вида материала. В затворенном виде они весьма пластичны, легко наносятся и имеют хорошую адгезию к различным поверхностям. Волластонит повышает водоудерживающую способность затворенных смесей, усиливает их структурообразование и уменьшает, а в ряде случаев полностью ликвидирует усадку при твердении. Обладая хорошими адсорбционными свойствами, он снижает выколообразование, что особенно важно при применении декоративных, окрашенных минеральными и органическими пигментами смесей. Микроармирующие свойства волластонита и высокая адгезия его к поверхностям обеспечивает повышенные прочностные показатели отвержденных ССС и величину прочности сцепления его с поверхностью. Сухие строительные смеси, содержащие волластонит, достаточно атмосферо- и морозоустойчивы, что позволяет успешно применять их для наружных ремонтных и отделочных работ, а также для проведения ремонта фасадов. Оптимальные дозировки его крупных игольчатых фракций эффективно влияют на параметры технологических процессов, в основе которых лежат реологические свойства (пластичность, текучесть) сырьевых композиций, существенно повышают формоустойчивость «сырых» полуфабрикатов и сопротивляемость затвердевших изделий изгибающим и растягивающим нагрузкам. Вышеприведенные представления о роли и механизме взаимодействия волластонита как в цементосодержащих стройматериалах, так и в лакокрасочных композициях соответствуют теоретическим и практическим представлениям современного материаловедения строительных материалов и физико-химическим основам теории неорганических полимеров и вяжущих веществ.