Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

К.т.н., Мороз М.Н., д.т.н., Калашников В.И.

ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Эффективные высокопрочные бетоны нового поколения

Последние десятилетия ХХ и первое десятилетие ХХI века ознаменовались значительными исследованиями в области получения бетонов нового поколения. Такие бетоны, с одной стороны, обладают множеством функций, с другой стороны, эти функции являются чрезвычайно высокими. Бетоны отличаются высокими прочностными показателями при действии всех видов нагрузок, трещиностойкостью, водонепроницаемостью, коррозионной стойкостью ко многим видам газовых и жидких ингредиентов, низкой ползучестью и усадкой и т.п. Такие бетоны являются многокомпонентными для достижения очень высокой плотности, которая определяет указанные высокие функции бетонов [1, 2].

Анализ технико-экономического сравнения бетонов, производимых в России, по показателю удельного расхода цемента Ц, введенного нами ранее, свидетельствует о больших расходах цемента как для тяжелых бетонов классов В15-В40, так и для В50-В60, равных Ц = 8-12 кг/МПа. Так, если традиционный бетон марки М600 изготавливают при расходе цемента 600 кг на один кубометр бетона из виброуплотняемых бетонных смесей, то удельный расход цемента на единицу прочности будет Ц = 600 кг/60 МПа = 10 кг/МПа. Если бетон с прочностью 60 МПа (М600) изготавливается с гиперпластификатором, то расход цемента может быть снижен до 460-480 кг/м³ при условии сохранения той же пластичности. В этом случае, удельный расход снизится до 8 кг/МПа. Если говорить о пластифицированных бетонах классов В70-В80 с современными гиперпластификаторами (ГП) и микрокремнеземом (МК) с содержанием его 10% от массы цемента, которые выпускаются эпизодически, то удельный расход хотя существенно снижается до Ц = 6-7 кг/МПа, но значительно уступает по расходу цемента в бетонах развитых стран.

Причина таких перерасходов цемента связано с использованием устаревших рецептур бетонов, в которых не могут полностью реализоваться пластифицирующие свойства ни слабых, ни средних, ни сильных суперпластификаторов (СП), ни гиперпластификаторов всех поколений, из-за малого содержания дисперсной фазы. Исходя из положений физикохимии и реологии минеральных дисперсных систем, реализация высоких пластифицирующих свойств суперпластификаторов, как анионактивных диспергаторов, возможна только в дисперсных системах, максимальный размер частиц дисперсной фазы которых, по крайней мере, не превышает 100мкм. К таким системам относятся цементные суспензии или композиционные цементно-минерально-водные дисперсии, являющиеся реологической матрицей порошковых бетонов.

Порошковые бетоны – это самые прочные бетоны будущего, в которых отсутствуют большие поверхности раздела между цементирующей матрицей и заполнителем и наполнителем [3, 4]. Они, к сожалению, не осваиваются в России, как особые специфические бетоны для создания более эффективных фибробетонов. В бетонных смесях для песчаных и щебеночных бетонах нового поколения пластифицирующей матрицей служит порошковая тонкозернисто-дисперсная минерально-цементная смесь, в которую с недостатком помещены песчаные или песчано-щебеночные заполнители оптимальной гранулометрии. Объем порошковой или реакционно-порошковой матрицы в различных бетонах нового поколения заполнителей должно быть не менее 45-65%. В такой матрице в присутствии СП и ГП осуществляется структурно-топологический переход из состояния геля в состояние золя за счет иммобилизации свободной воды из межагрегатного (межкластерного) пространства и перехода части физически-связанной (адсорбционной) воды в свободное состояние.

Снижение избытка воды в водно-цементно-минеральной матрице – стратегическое направление в приближении прочности затвердевшей матрицы к прочности мелкого и крупного заполнителя, к получению, как бетонов с классами по прочности В15-В60, так и высокопрочных и сверхвысокопрочных бетонов классов В80-В160 с 5 кг/МПа. Концепция снижения расхода цемента в полной мере соответствует глобальной стратегии уменьшения эмиссии углекислого газа при производстве портландцемента, которая оценивается в количестве более 5% от всех выбросов СО₂ в мире.

Работа выполняется при поддержке Стипендии Президента РФ молодым ученым и аспирантам, осуществляющим перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики (СП-89.2015.1).

Литература:

1. Калашников В.И. Как превратить бетоны старого поколения в высокоэффективные бетоны нового поколения // Бетон и железобетон. 2012. № 1. С. 82.

2. Калашников В.И. Основные принципы создания высокопрочных и особовысокопрочных бетонов // Популярное бетоноведение. 2008. № 3. С. 102.

3. Калашников В.И. Что такое порошково-активированный бетон нового поколения // Строительные материалы. 2012. № 10. С. 70-71.

4. Калашников В.И. Терминология науки о бетоне нового поколения // Строительные материалы. 2011. № 3. С. 103-106.