Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

Д.т.н., Калашников В.И.

ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Бетоны нового поколения как фактор глобальной экономики в строительстве и в сопредельных областях (Часть 1)

 
В настоящее время в России строительство зданий и сооружений осуществляется из бетонных несущих изделий с классом бетона по прочности В 10-В 35, что соответствует марке бетона по прочности на осевое сжатие 150-450 (15,0-45,0 МПа). За последние 20 лет ситуация в создании бетонов более высоких классов конструкционного назначения мало изменилась, несмотря на повышение этажности зданий, если не принимать во внимание возведение уникальных зданий и сооружений в столице России г. Москвы и крупных городах России. Революционные этапы на пути эволюционного развития бетона и железобетона: изобретение супер- и гиперпластификаторов (СП и ГП), дисперсной арматуры (фибры) и новых плотных искусственных пуццоланических добавок, микрокремнеземов и дегидратированных каолинов, позволяющих изготавливать бетоны нового поколения XXІ века с классами по прочности В 100-140 МПа, далеко не реализованы в России. Также в России не реализовано использование молотых горных пород и кварцевой муки, еще одного, как мы считаем, революционного этапа для существенного улучшения реологии бетонных смесей с СП. Последним революционным этапом в технике бетона мы считаем использование очень мелких природных песков для улучшения гранулометрии щебеночно-песчаной смеси с основной фракцией частиц 0,1÷0,5-0,16÷0,63 мм. По-прежнему, как и 20 лет назад, массовое строительство ориентировано на использование материалоемких бетонов низких марок М150-М500. Отставание от передовых стран разительно и с каждым годом оно нарастает большими темпами.
Мы удивляемся уникальными зарубежными зданиями-небоскребами из высокопрочного и особовысокопрочного бетона высотой до 500-800 м, однопролетным вантовым мостам пролетом 1500-2000 м, нефтяным и газовым платформам из бетона классов В 100- В 120 для добычи нефти в морских шельфах и др. сооружениям, возведенных не из стали, а из железобетона.
Железобетонные конструкции из щебеночных и бесщебеночных порошковых высокопрочных и особовысокопрочных бетонов с дисперсным армированием или комбинированным дисперсно-стержневым армированием имеют в 4-5 раз большую прочность на осевое растяжение, в 10-20 раз более высокую ударную прочность, что определяет повышенную надежность при возведении сейсмостойких зданий и сооружений или конструкций, эксплуатируемых при воздействии динамических нагрузок (мосты, дороги, аэродромы и т.д.). Высокопрочный и особовысокопрочный бетон имеет сверхнизкую пористость и вследствие этого обладает высокой водонепроницаемостью (более W 20), морозостойкостью (более F 1000), стойкостью к сульфатной, магнезиальной, хлорной, карбонатной коррозии, долговременной стойкостью к морской воде, насыщенной хлоридами металлов.
Трудно переоценить значительные технико-экономические преимущества от использования высокопрочного и особовысокопрочного бетона, и особенно, при строительстве зданий и сооружений из монолитного бетона.
Основным преимуществом высокопрочных и особовысокопрочных бетонов является высокая текучесть их бетонных смесей, определяющая самоуплотняемость смесей для изготовления конструкций. Самоуплот- няющиеся бетонные смеси самонивелируются с образованием горизонтальной поверхности без механического уплотнения или с незначительным вибрационным уплотнением. Низкий предел текучести дисперсной матрицы смесей, равный 5-10 Па, позволяет самопроизвольному стоксковскому удалению воздушных пузырьков. Производительность труда при изготовлении конструкций из самоуплотняющихся бетонных смесей существенно повышается за счет снижения трудоемкости бетонирования, улучшения условий труда.
Переход на строительство из бетона нового поколения – важнейшая народно-хозяйственная проблема, решение которой существенно изменит экономику строительства, архитектуру зданий и сооружений с высокоэстетичным формообразованием, преобразованием массивных, материалоемких конструкций в ажурные, легкие, надежные и долговечные. Фундаментальность научной проблемы определяется наукоемкостью при создании нового конструкционного материала. В ней реализованы: 
- реология многокомпонентных водно-дисперсных систем, непосредственно связанная с физико-химией агрегативно-устойчивых, предельно-концентрированных дисперсных систем;
- электрокинетические явления на границе раздела фаз, определяющие  поверхностные заряды частиц различного минералогического состава в воде с перезарядкой поверхности при адсорбции СП, в том числе с перезарядкой поверхности кислых пород под действием гидролизной извести клинкера и адсорбцией катиона Са2+ на отрицательно-заряженных поверхностях;
- химия реакционных процессов, механизмы гидратации и твердения цемента как полиминерального соединения, включающего более 20 элементов Периодической таблицы Д.И. Мендилеева;
- законы механики разрушения хрупких материалов и более дуктильных дисперсно-армированных композиционных материалов. 
Технология производства высокопрочных дисперсно-армированных бетонов нового поколения с СП и ГП, каменной мукой и плотными пуццоланами, является более наукоемкой, нежели традиционная, которая лишь частично улучшает технические свойства бетонов в течение последних 30-40 лет. Экономике бетона за счет снижения расхода портландцемента на 10-30% в бетоне посвящены многие научные статьи, но они не касаются реализации глобальной экономики строительства из железобетона, когда значительно уменьшаются расходы всех компонентов бетона.