Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

Д.т.н., проф. Калашников В.И.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Как изготовить бетоны нового поколения?

В теории отсутствуют принципы подбора самоуплотняющихся бетонных смесей с раплывом конуса 55-60 см для получения особовысокопрочных фибробетонов. Не изучены необходимые реотехнологические свойства бетонных смесей.

Для получения высокопрочных (ВПБ) и особовысокопрочных бетонов из литых бетонных смесей необходимо выполнять следующие условия:

1. Кардинальное повышение прочности бетонов с суперпластификаторами от марки 1000 до марки 1500-2000 при активности цемента 500-550 достигается рационально подобранным составом и многокомпонентностью бетона.

2. Улучшение реологии путем существенного разжижения цементно-водной матрицы обеспечивается использованием эффективных супер- и гиперпластификторов и значительным водопонижением в бетонных смесях.

3. Использование эффективных супер- и гиперпластификаторов для повышения прочности бетонов рационных составах, содержащих 400-500 кг цемента, является условием необходимым, но недостаточным вследствие ограниченного содержания цементно-водной матрицы, определяющей реологию гравитационного течения щебеночных бетонных смесей.

4. Для увеличения объема тонкодисперсной реологической матрицы в бетонных смесях необходимо добавлять к цементу значительное количество каменной муки, повышая ее долю до 50-70% и более к массе цемента.

5. Каменная мука должна быть реологически-активной в суспензии с суперпластификатором и обеспечивать более высокую гравитационную растекаемость (текучесть под действием собственного веса), чем цементная суспензия. Реологические свойства такой суспензии должны обеспечивать высокий водоредуцирующий индекс при водопонижении с сохранением текучести. Водоредуцирующий индекс ВИ в пластифицированной суспензии каменной муки, должен быть не менее 2,0-2,2.

6. Реализация более высокой прочности за счет синтеза дополнительного количества гидросиликатов в структуре бетона достигается добавками активного микрокремнезема (МК), микрометакаолина (ММК) или кислой золы мультициклонов (с минимальным количеством несгоревших остатков), доля которых составляет 10-30% и зависит от содержания портландцемента.

7. Увеличение количества портландцемента для высокопрочных бетонов на 20-30%, по сравнению с общепринятыми расходами 500-600 кг для марок 400-500 неизбежно. В связи с этим при расходах цемента 600-700 кг, каменной муки 300-500 кг и микрокремнезема 100-200 кг на 1 м³ бетонной смеси общая масса минерально-портландцементного порошка составит 1000-1100 кг, а песка и щебня 1200-1300 кг. Таким образом, высокопрочные и особовысокопрочные бетоны всегда должны быть малопесчаными и малощебетночными, т.е. с «плавающей» структурой песка в дисперсной матрице и щебня в зернисто-дисперсной матрице.

8. Структура и топология высокопрочного и особовысокопрочного бетона (ОВПБ) отличается от структуры обычного бетона превращением доли зернисто-щебеночной компоненты обычных бетонов в дисперсную компоненту ВПБ и ОВПБ. Такое изменение структуры состава бетонной смеси обеспечивает не только значительное снижение сопротивления свободному перемещению частиц песка и щебня в реологических матрицах с различными масштабными уровнями, но и высокую плотность дисперсной матрицы с незначительными усадочными деформациями и ползучестью под нагрузкой.

9. Важными критериями состава структуры и топологии бетонных смесей для ВПБ и ОВПБ являются критерии избытка абсолютного объема реологической дисперсной матрицы над объемом песка и избытка - абсолютного объема реологической цементно-минерально-песчаной матрицы над объемом щебня . При этом должен находится в пределах 3,0- 3,5 , а 2,3-2,5. В бетонах высокой прочности с содержанием МК до 30-35%, подвергаемых продолжительной тепловой обработке, может повышаться до 3,8-4,0, – до 3,0-3,5.

10. Каменная мука для изготовления ВПБ и ОВПБ должна изготавливаться из прочных и плотных горных пород для исключения капиллярного поглощения раствора СП и обезвоживания бетонной смеси в процессе ее приготовления и укладки.

11. Приготовление качественных бетонных смесей связано с правильно выбранной процедурой смешения компонентов и высокоинтенсивным перемешиванием компонентов.

12. Для получения пропаренных изделий с более высокой прочностью (200-250 МПа) долю МК можно увеличить до 30% и использовать кварцевую муку. В этом случае могут быть использованы жесткие режимы тепловой обработки (до 90-95^оС) с большой продолжительностью изотермии (до 24-36 часов).

Топологическая структура высокопрочных и особо высокопрочных бетонов принципиально должна отличаться от структуры бетонов общего назначения марок 300-600, имеющих компактную упаковку зерен песка в цементом тесте и зерен щебня в цементно-песчанном растворе. В этой структуре принцип непрерывной гранулометрии щебня, «незыблемый» для традиционных бетонов, не является столь решающим. Иными словами, бетон должен быть с «плавающей» структурой песка и щебня, т.е. малопесчаным и малощебеночным.