Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

Аспирант Ерофеева И.В., д.т.н., Калашников В.И.

ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Удельный расход цемента на единицу прочности

бетонов нового поколения

Под термином «бетоны нового поколения» (БНП) следует понимать бетоны высокой плотности с новой рецептурой и с новым структурно-топологическим строением, которые обеспечивают низкий удельный расход цемента на единицу прочности (Ц, кг/МПа) или, соответственно, высокую удельную прочность на единицу расхода цемента (R, МПа/кг). И это относится как к бетонам низких классов прочности В30-В40, так и высоких – В140-В160 и более, т.е. к ультраэффективному бетону. Для высокопластичных и самоуплотняющихся бетонов новая рецептура сухих компонентов и новое структурно-топологические строение обеспечивает в присутствии высокоэффективных суперпластификаторов высокую объемную концентрацию твердой фазы, особые реологические свойства бетонных смесей и максимальное водоредуцирующее действие.

Малые удельные расходы цемента на единицу прочности Ц, равные 2,0-5,0 кг/МПа, свойственны бетонам нового поколения различных видов: реакционно-порошковым, мелкозернистым (песчаным) и щебеночным, с тем лишь отличием, что верхние значения Ц, относятся к песчаным, которые, как известно, являются более цементоемкими. 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 [1]. А производство цемента постоянно наращивается высокими темпами, ориентируясь на производство бетонов старого поколения.

Рассмотрим расходы цемента, удельные расходы цемента на единицу прочности бетонов и прочностные показатели бетонов нового поколения (табл).

Таблица

Расходы цементов в бетонах, их прочность и удельные критерии

Ц, кг/м^3	150	216	236	299	330	390	480*	480*	327	319	319
Rсж, МПа	42	54	64	79	105	137	130	123	106	110	134
Ц, кг/МПа	3,57	3,72	3,68	3,75	3,14	2,84	3,69	3,90	3,08	2,90	2,38
R, МПа/кг	0,28	0,28	0,27	0,27	0,32	0,35	0,27	0,26	0,32	0,34	0,42

*- бетоны без использования микрокремнезема;

Из таблицы видно, что в бетонах нового поколения при расходе цемента 150 кг на кубометр бетона прочность достигает 42 МПа, т.е. бетон имеет марку М400, а при расходе цемента 236 кг/м³ получен бетон М600 из высокопластичной, а при расходе 250-300 кг/м³ из самоуплотняющихся бетонных смесей. В бетонах старого поколения с суперпластификаторами С-3, Полипласт или Суперпласт для получения бетона М600 необходимо ввести 450-500 кг цемента. Таким образом, расход цемента в бетонах старого поколения, практически, в 2 раза выше.

В высокопрочные бетонах нового поколения без использования микрокремнезема при расходе цемента 480-500 кг на 1 м³ бетона достигается его марка М1300. Такой бетон в России не изготавливается, но его можно использовать при изготовлении несущих строительных конструкций, но и при долговечных ж/б дорожных фибробетонных плит, шахт, лифтов, водопропускных колец, канализационных труб, ливневой канализации, лотков теплотрасс и т.д.

При этом снижение расхода бетона в колоннах составляет до 3-3,5 раз по сравнению с бетоном старого поколения М300 с суперпластификатором. Это дает снижение расхода цемента в 2,0-2,5 раза, снижение расхода песка в 1,4-1,8 раза, снижение расхода щебня в 3,0-3,7 раза, супер- и гиперпластификаторов в 2,0-2,5 раза. Таким образом, в указанных изделиях значимо сокращается расход дорогостоящего цемента, гиперпластификатора, и достаточно дорогого щебня.

Снижение расхода песка-заполнителя в бетонах нового поколения по сравнению с бетонами старого поколения меньшее за счет дополнительного использования в последних молотых песка или горной породы (гранита, доломита и т.п.) и очень тонкого песка.

Сверхвысокопрочные бетоны – это высокофункциональные бетоны. Их основная высокая функция определяется высокой прочностью, являющейся функцией высокой плотности, низкой пористости. Многие другие свойства являются так же функциями этих свойств. Малый массообмен со средой, низкое водопоглощение и массопоглощение агрессивных растворов, высокая водостойкость, коррозионная стойкость, водонепроницаемость, морозостойкость, низкие усадочные деформации и деформации набухания. Если следовать аксиоме об уменьшении объемов порошково-активированных бетонов в конструкциях за счет повышения прочности бетона и уменьшения массы конструкций минимум в 2 раза, то это приведет к снижению расхода цемента, песка, щебня, воды, минеральных и органических добавок в 2-2,5 раза. Высокопрочные и сверхвысокопрочные бетоны – это переход к глобальной экономике в строительстве. Но глобальная экономика определяется не только высокой экономикой в производстве бетонов, а несравненно более высокой экономикой в отраслях, сопутствующих производству бетонов [1].

Будущее бетона с суперпластификаторами на первом этапе в микротехнологиях, которые радикально улучшают реологию. Нанотехнологии в которых в бетонную смесь вводятся нанокремнеземистые пуццоланические добавки, дополнительно увеличивают содержание цементирующего вещества и прочность за счет гидросиликатного твердения с известью. Таким образом, на первом этапе в массовом строительстве будут реализовываться более доступные и экономичные микротехнологии, а для значительного повышения прочности с 100-150 МПа до 180-200 МПа и более «на помощь» придут нанотехнологии, и бетон будет изготавливаться по микронанотехнологиям.

Список литературы

1. Калашников В.И. Промышленность нерудных строительных материалов и будущее бетонов // Строительные материалы. 2008. №3. С. 20-23.