Urbos.ru

Стройка и ремонт
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Сверхпрочный бетон нового поколения

Эффективные бетоны нового поколения

Бетон – один из древнейших строительных материалов. Его получают из смеси вяжущего вещества, заполнителей и специальных добавок с водой после ее формирования и твердения. Из него строили сооружения еще в Египте, Китае, Индии, Древнем Риме, начиная с 3600 г. до н.э. Однако для массового строительства бетон и железобетон стали использоваться только во второй половине XIX в. после получения портландцемента, ставшего основным вяжущим веществом для бетонных и железобетонных конструкций.

Основной тенденцией в строительстве является использование бетона с высоким пределом прочности при сжатии. В настоящее время высокопрочным считается бетон, предел прочности при сжатии которого находится выше общепринятого уровня и составляет более 60 Н/мм2. При применении обычных исходных веществ и способов укладки создаются строительные конструкции с пределом прочности при сжатии до 150 Н/мм. В наши дни ведется разработка строительных растворов и бетонов с пределом прочности до 800 Н/мм2.

Благодаря отличному соотношению прочности к объемной плотности, высокой плотности и долговечности высокопрочный бетон все чаще используется для решения различных практических задач строительства (производства неармированного бетона, железобетона и предварительно напряженного бетона).

Высокопрочным бетоном называют плотные бетоны класса прочности от C 55/67 до C 100/115, а также легкий высокопрочный бетон с классами прочности от LC 55/60 до LC 80/88.

Для производства высокопрочного бетона водоцементное отношение (отношение В/Ц) должно быть значительно ниже 0,4, за счет чего уменьшается пористость и повышается прочность матрицы цементного камня. При минимальном отношении В/Ц и низком содержании воды в смеси удобоукладываемость бетона в реальных условиях достигается лишь за счет увеличения содержания вяжущего и особенно за счет добавления пластификатора. Нижний предел водоцементного отношения определяется в настоящее время степенью достижения достаточной удобоукладываемости бетонной смеси и равен 0,20.

Зерна заполнителя должны обладать высокой прочностью и модулем упругости. Также необходимо очень хорошее сцепление между зернами заполнителя и матрицей цементного камня. Результат достигается за счет добавления пуццолановых вяжущих. Имеется положительный опыт применения базальта, диабаза и мелафира.

В качестве вяжущих могут употребляться все стандартные типы цементов. При выборе цемента следует обратить внимание на совместимость цемента и пластификатора; водопотребление или тонкость помола; характер нарастания прочности и желаемое значение конечной прочности; характер выделения тепла в процессе гидратации с учетом размеров строительной конструкции.

Чтобы получить высокую начальную прочность, используют портландцемент (допустимо и стандартный цемент). При производстве крупногабаритных элементов или при повышенной температуре окружающей среды целесообразно скомбинировать портландцемент и шлакоцемент, заменив также одну часть портландцемента на золу-унос каменного угля. Чтобы выйти на прочность выше 100 Н/куб. мм, рекомендуется применять мелкий базальтовый, габбровый или гранитный щебень. Для обеспечения достаточной удобоукладываемости бетонной смеси целесообразно соблюдать низкое водопотребление. Как правило, содержание цемента в бетонной смеси составляет от 350 кг/м3 до 500 кг/м3.

В качестве минеральных добавок при производстве высокопрочных бетонов используются микрокремнезем, зола-унос каменного угля, метакаолин, нанокремнезем (кремневая кислота) и каменная мука (кварцевая и известняковая мука).

Обязательным условием при изготовлении высокопрочных бетонов является использование пластификаторов в качестве химических добавок, в этой роли последнее время находят применение эфиры поликарбоксилата.

Главной задачей при производстве высокопрочных бетонных смесей является обеспечение достаточной удобоукладываемости бетонной смеси. Удобоукладываемость бетона проверяется в ходе соответствующих испытаний в реальных условиях (смешивание, транспортировка, укладка, последующий уход за бетоном). Для высокопрочных бетонов рекомендуются высокоподвижные смеси, они легко поддаются перекачке бетононасосом.

Благодаря относительно высокому содержанию цемента, использованию микрокремнезема и низкому водоцементному отношению высокопрочные бетоны при затвердевании характеризуются (в сравнении с традиционными бетонами): более быстрым нарастанием температуры в строительной конструкции; повышенной скоростью потребления и связывания воды в процессе гидратации; ускоренным нарастанием прочности в первые дни.

Недостатком подобных бетонов по сравнению с традиционными бетонами является их более интенсивная аутогенная усадка, которая становится причиной повышенной склонности к трещинообразованию. Наиболее эффективным средством борьбы с трещинообразованием в высокопрочных бетонах, вызванным аутогенной усадкой, является внутренний уход путем введения равномерно распределенных по всему объему бетона микровключений, содержащих свободную воду.

Высокопрочные бетоны значительно быстрее набирают прочность, чем традиционные бетоны. Причиной этому служит низкое водоцементное отношение, а также более активное выделение тепла вследствие быстрой гидратации и высокого содержания цемента.

При укладке, если в бетонную смесь не добавлялся замедлитель, то следует рассчитывать на более быстрое схватывание высокопрочного бетона по сравнению с бетоном обычной прочности. Укладка высокопрочного бетона в скользящую или подъемно-передвижную опалубку возможна в том случае, если свежеприготовленная бетонная смесь имеет низкую вязкость.

Высокопрочные бетоны отличаются большей хрупкостью по сравнению с традиционными бетонами, что обусловлено их более гомогенной структурой в отличие от бетонов обычной прочности. Трещины быстро распространяются по всей структуре, что приводит к образованию плоскостных изломов и к растрескиванию зерен заполнителя.

Рекомендуемое время выдерживания внутренних строительных элементов составляет минимум 2 дня, наружных — 3 дня. Благоприятно на качестве бетона сказывается выдерживание с подводом воды, результате низкого водоцементного отношения, что может привести к образованию микротрещин. Мероприятия по выдерживанию бетона необходимо начинать проводить сразу же после его уплотнения.

Для высокопрочных бетонов характерны более низкие темпы проникновения агрессивных сред (что является преимуществом с точки зрения коррозионной защиты арматуры), и более высокая устойчивость к химическому воздействию.

Сверхэффективный (сверхпрочный) бетон имеет прочность в пределах 150-250 МПа и позволяет создавать конструкции и сооружения, отличающиеся высокой несущей способностью, тонкостью контуров и долговечностью. Термин «сверхпрочный бетон» указывает на то, что при различном использовании критерии долговечности имеют первостепенное значение и, соответственно, представляют интерес для определения прочности.

Применение высокопрочных бетонов позволяет уменьшить габариты опалубки для колонн, балок и стеновых элементов; снизить строительную толщину или увеличиить несущую способность конструкций, работающих на изгиб; создавать более изящные контуры при увеличении длины пролетов конструкций, работающих на изгиб (большепролетные мосты); сократить расходы бетона и арматуры; получить более высокую плотность, водо- и газонепроницаемость, износостойкость, стойкость к химически активным веществам, повысить коррозионную защиту арматуры.

Высокопрочные бетоны применяются при высотном строительстве, возведении мостов, облицовке водоочистных установок, устройстве промышленных напольных покрытий.

Сверхпрочный бетон: состав и приготовление своими руками

За последние несколько десятков лет в бетонной промышленности мало что изменилось. Так, в странах СНГ продолжают применять дорогостоящие пятикомпонентные бетонные изделия.

Отрицательные стороны классических бетонов:

  • дороговизна и непрактичность: расход цемента достигает 14 кг на погонный метр;
  • сложность при применении: необходима постоянная вибрация при заливке бетона; низкоскоростной набор прочности;
  • непрактичность при транспортировке: тяжелые, требуют частого перемешивания;
  • недолговечность, низкая морозостойкость.

Назначение и характеристики сверхпрочного бетона

Суперпрочные бетоны применяют прежде всего для сложных построек. Сверхпрочный бетон замечательно сочетается с арматурой: их совместное использование дает преимущество мастерам при построении железобетонных конструкций.

Характеристики жидкого сверхпрочного бетона

  • плотность от 1000 до 1400 кг/м 3 ;
  • содержит 1% или менее кислорода (O2);
  • очень малые показатели расслаивания;
  • поддержка реологических характеристик не менее 4 часов (минимум в 4 раза дольше).

Несомненным преимуществом является то, что такой раствор поддерживает свои первоначальные качества в течение 4 часов, ведь до строительного объекта дорога может занимать далеко не 1 час.

Параметры твердого суперпрочного бетона

  • высокая плотность и в то же время пористость;
  • высокая прочность;
  • термоустойчивость и водонепроницаемость;
  • впитываемость влаги менее 1%;
  • низкий процент деформации.

Однако высокая плотность сверхпрочных бетонов в связи с высоким давлением при воздействии на них влаги приводит к микроразрывам в материале.

Состав и производство своими руками бетона нового поколения

Замес бетона своими руками

Суперпрочные бетонные изделия состоят из:

  • связывающих веществ;
  • крупных наполнителей;
  • песка.

Состав сверхпрочного бетона

  • вяжущие материалы. Мастера используют портландцементы с густотой около 25% и активностью не менее М-500. Не стоит добавлять в качестве вяжущих материалов какие-либо примеси, которые способствуют ускорению застывания бетонного раствора;
  • песок – одна из важнейших частей при создании любого бетонного раствора. Для лучшей укладки смеси во время строительных работ необходимо добавить больше мелкого песка, чем крупного.
  • крупный заполнитель. В суперпрочном бетоне, как и в любом другом, крупным наполнителем выступает щебень. Однако сорт щебня необходимо тщательно подобрать, исходя из ширины бетона, а также по типу армируемых материалов. Заполнитель обязательно должен быть сухим и отвечать требованиям ГОСТа;
  • тонкомолотые добавки. Могут добавляться кремнеземная, силикатная пыли и химические пластификаторы.
  • вода – 1/2 массы всех наполнителей (100 литров на 200 кг смеси).

Собственное производство бетона нового поколения

Пропорции и состав сверхпрочного бетона зависят непосредственно от его назначения. Стандартным считаются пропорции цемента/песка/щебня – один/три/пять. Т. е. на 1 м 3 бетона приходится 1 часть цемента, 3 части песка и 5 частей щебня.

Консистенция должна получиться такой, чтобы, не прилагая особых усилий, можно было размешать раствор лопатой. При работе в условиях низких температур рекомендуется периодически подогревать раствор и воду, иначе бетонная смесь застынет.

Области применения сверхпрочного бетона

Стройматериал нового поколения можно использовать абсолютно в любом месте, где применяется обычный бетон. Например, сверхпрочный бетон используется при изготовлении наливных полов. При этом плотность таких полов возрастает более чем в два раза по сравнению с обычными. Вместе с тем, полы становятся износостойкими (их невозможно поцарапать).

Еще одним ярким примером служат бордюры на открытом воздухе из суперпрочного бетона. Такие бордюры прослужат на десятки лет дольше.

Кроме того, бетон нового поколения используют как в космической индустрии (строительство космодромов), так и в подводном мире (строительство подводных сооружений).

Читать еще:  За какое время схватывается бетон?

Несмотря на все преимущества сверхпрочного материала, многие организации и предприятия не готовы полностью переходить на его использование при строительстве помещений. Это связано с тем, что суперпрочный бетон, хоть и был подробно исследован, пока не является несомненным лидером в строительной индустрии из-за твердо устоявшихся взглядов на промышленность: использование старых методических материалов, учебников, пособий и т. п.

Эффективные бетоны нового поколения с низким удельным расходом цемента на единицу прочности

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 14.11.2014 2014-11-14

Статья просмотрена: 2252 раза

Библиографическое описание:

Мороз, М. Н. Эффективные бетоны нового поколения с низким удельным расходом цемента на единицу прочности / М. Н. Мороз, В. И. Калашников, И. В. Ерофеева. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2015. — № 6 (86). — С. 189-191. — URL: https://moluch.ru/archive/86/16218/ (дата обращения: 12.08.2021).

Какими бы хорошими и прогрессивными не были зарубежные и отечественные формообразующие технологии, используемая рецептура бетона остается старой (состава 1840–1850 г.) трехкомпонентной, включающей «цемент-песок-щебень». Старая четырехкомпонентная рецептура бетонных смесей «цемент-песок-щебень-вода» для основного количества регионов пополнилась лишь суперпластификаторами, способными существенно повысить прочность бетона. Для строительства уникальных зданий и сооружений она включает еще один компонент — микрокремнезем. Поэтому можно констатировать, что существенного изменения сухих компонентов, которые бы позволили увеличить прочность бетона в 2–3 раза (с 30–40 до 100–120 МПа) при тех же расходах цемента за 30 лет не произошло. В 1980–1985 г. мы производили бетон с суперпластификаторами марок М400–500 (иногда 600–700). И в настоящее время осуществляется выпуск бетона тех же марок или даже ниже. Если проанализировать статистику марочности выпускаемого бетона по средним городам с населением 500–700 тыс. чел., то по нашим сведениям самым востребованным является бетон М300–400. Если для отечественного строительства не нужны высокопрочные и сверхвысокопрочные бетоны нового поколения (за редким исключением), то должно быть хотя бы освоено производство высокоэкономичных бетонов общестроительного назначения нового поколения марок 150–700 с расходами цемента 150–300 кг на 1 м 3 бетона. Такие пластифицированные бетоны по нашей терминологии [1, 2, 3, 4, 5], определяющей новый состав его, должны быть порошково-активированными, многокомпонентными. К порошково-активированным бетонам относятся как высокопрочные (Rсж=100–150 МПа), сверхпрочные (Rсж150), бетоны повышенной прочности (Rсж=50–100 МПа) и бетоны общестроительного назначения (Rсж=15–50 МПа). Высокие прочности достигаются добавлением дополнительных 2–3 компонентов заданной дисперсности из горных пород.

Такая стратегия полностью соответствует последним постановлениям Правительства РФ, Министерства строительства и ЖКХ РФ по разработке композиционных материалов. Какие проблемы необходимо решать для производства таких бетонов:

1. Производство дисперсных порошковых наполнителей (каменной муки) из местных горных пород с удельной поверхностью Sуд=3000–4000 см 2 /г;

2. Улучшение качества намывных песков, добываемых земснарядами, с отмывкой их от илистых, глинистых и пылеватых примесей на пескомойках;

3. Производство на специализированных карьерах нерудной промышленности не только щебня, но и каменной муки, тонкого дробленого песка и дробленого песка-заполнителя;

4. Наращивание производства поликарбоксилатного суперпластификатора и строительство новых заводов.

Таким образом, центр тяжести необходимо перенести на получение дополнительных сырьевых компонентов, с помощью которых можно получать бетоны с прочностью до 100–120 МПа без использования микрокремнезема, количество которого оценивается в России в объеме 150 тыс. тонн (выпуск 4–5 млн. м 3 бетона при содержании микрокремнезема 10 % от массы цемента). При осуществлении такой концепции возможна организация производства дешёвой каменной муки из горных пород непосредственно на заводах ЖБИ и ДСК с созданием отделений помола (по аналогии с заводами газобетона, газосиликата, силикатного кирпича). Такой вариант исключает зависимость заводов от поставщиков каменной муки.

Нами изучены многие молотые горные породы в качестве добавок каменной муки в бетоны. К ним относятся плотные известняки, доломитизированные известняки, доломиты, кварцевые пески и песчаники, граниты, диориты, базальты, диабазы и т. п. [3–7].

Перспективно строительство цехов по выпуску тонкого природного песка (сепарированного) и молотого песка (известняка, доломита) на базе крупных ДСК и ЖБК. Молотые пески (микрокварц) выпускаются Раменским и Люберецким ГОК, но они стоят дороже цемента. Себестоимость 1 тонны молотого кварцевого песка обходится не дороже 500–600 руб. за 1 тонну. Молотый известняк имеет себестоимость и того ниже.

Тормозом в производстве бетонов нового поколения является наличие старых бетоносмесительных узлов, рассчитанных на дозирование трех сухих компонентов бетонной смеси. В настоящее время, как указано ранее, закупаются новые технологии формования, а на бетоносмесительных узлах экономят. Необходимо переоборудование дозировочных отделений старых бетоносмесительных узлов. Прецеденты такого переоборудования по нашим рекомендациям имеются. В г. Рязани в июне-июле будет сдан в эксплуатацию новый завод ЖБИ с несколькими бункерами для дозирования 6–8 компонентов. В г. Тольятти по нашим рекомендациям на бетоносмесительном узле будет установлено 8 бункеров для компонентов бетона. Приобретены дробилка и мельница для дробления и помола известняка.

Российские технологии приготовления бетонных смесей — это в основном, технологии прошлого. В периферийных областных центрах используются пески и щебни различной влажности, которая плохо контролируется. В результате консистенция бетонной смеси и содержание воды изменчивы. Если за рубежом закупаются датчики влажности для бетоносмесителей, то они, как правило, не работают, «зарастают» бетоном. Необходимы коротковолновые датчики нового поколения, устанавливаемые вне бетоносмесителей (с обратной связью с приводным двигателем бетоносмесителя).

Много нерешенных проблем с организацией производства самоуплотняющегося бетона (СУБ). Эти бетоны являются вершиной прогресса в науке и техники бетонов на сегодняшний день. Разве они не определяют стратегию инновационного развития бетонного кластера в России? В Евросоюзе производство самоуплотняющегося бетона на заводах сборного железобетона составляет около 50 %. В нашей практике они практически не производятся. И если появляются сообщения в российской печати, то это высокопластичные бетоны, не удовлетворяющие американским нормам АSТМ или трем последним маркам СУБ Евростандарта. Без каменной муки, тонкого песка и оптимальной гранулометрии заполнителей они не могут быть получены.

Разработкой их и исследованием усиленно занималась и занимается коллектив нашей кафедры «Технология строительных материалов и деревообработки». Нами разработаны не только высокопрочные и сверхпрочные бетоны и фибробетоны (в том числе соответствующие зарубежным «High Performant Concrete»), но и бетоны общестроительного назначения с прочностью 30–60 МПа [8–11]. Имеется и промышленная реализация в г. Красноярске [2]. Различия между порошково-активированными высокопрочными бетонами и бетонами общестроительного назначения с прочностью 30–60 МПа исчезают, если сравнивать их по величине обобщающего экономического, технического и экологического критерия — удельного расхода цемента на единицу прочности бетона при сжатии , кг/МПа. Какие бы научные исследования не проводились с целью создания эффективных бетонов, оценочным критерием должен стать удельный расход цемента на единицу прочности. Он должен быть не выше 4–5 кг/МПа [3–4, 6, 9, 10]. Если это сверхпрочный бетон с Rсж=150 МПа, то расход цемента должен быть не выше 600 кг на 1 м 3 бетона. Если это бетон с прочностью 40 МПа, то расход цемента не должен превышать 200 кг на 1 м 3 бетона. Получение таких значений и дальнейшее снижение его в перспективе должно быть стратегическим направлением инновационных технологий.

1. Калашников В. И. Терминология науки о бетоне нового поколения. Строительные материалы. 2011. № 3. С. 103–106.

2. Суздальцев О. В., Дрянин Р. А., Калашников В. И. О терминологии защитно-отделочных и архитектурно-декоративных бетонов нового поколения. Новый университет. Серия: Технические науки. 2014. № 5–6 (27–28). С. 43–46.

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

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

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

6. Калашников В. И., Тараканов О. В., Кузнецов Ю. С., Володин В. М., Белякова Е. А. Бетоны нового поколения на основе сухих тонкозернисто-порошковых смесей. Инженерно-строительный журнал. 2012. № 8 (34). С. 47–53.

7. Калашников В. И., Тараканов О. В., Белякова Е. А., Мороз М. Н. Новые направления использования зол ТЭЦ в порошково-активированных бетонах нового поколения. Региональная архитектура и строительство. 2013. № 3. С. 22–27.

8. Калашников В. И., Демьянова В. С., Володин В. М., Гусев А. Д. Ресурсосберегающие порошковые фибробетоны с использованием техногенных отходов. Строительные материалы. 2012. № 8. С. 52–53.

9. Калашников В. И., Ананьев С. В. Высокопрочные и особовысокопрочные бетоны с дисперсным армированием. Строительные материалы. 2009. № 6. С. 59–61.

10. Калашников В. И., Хвастунов А. В., Хвастунов В. Л. Физико-механические и гигрометрические свойства порошково-активированных высокопрочных щебеночных бетонов и фибробетонов с низким удельным расходом цемента на единичу прочности. Научно-технический вестник Поволжья. 2011. № 5. С. 161–164.

11. Калашников В. И., Скачков Ю. П., Ананьев С. В., Троянов И. Ю. Геометрические параметры фибры для высокопрочных бетонов. Региональная архитектура и строительство. 2011. № 1. С. 27–33.

[1] Работа выполнена 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)

Инженеры разработали бетон нового поколения для Крайнего Севера

Инженеры Учебного военного центра Дальневосточного федерального университета совместно с коллегами из Казанского государственного архитектурно-строительного университета разработали новый вид бетона с повышенной ранней прочностью, благодаря которому темпы бетонирования строительных конструкций могут быть увеличены в три-четыре раза. Бетон не растрескивается, не пропускает воду, устойчив к морозу и подходит для возведения сооружений на Дальнем Востоке и в условиях Крайнего Севера. Статья об этом опубликована в ведущем мировом журнале по строительному материаловедению Construction and Building Materials.

Читать еще:  Гидроизоляционная краска для бетона

Марочная прочность нового бетона — показатель, который достигается через 28 дней после заливки, — возросла в 2,7–3,3 раза (B60) по сравнению с традиционными бетонными смесями из аналогичных компонентов. Морозостойкость в три раза — F600 вместо F200. Водонепроницаемость (давление, под которым в бетон проникает вода) более чем в четыре раза— W18 вместо W4.

Новый бетон экологичнее традиционных образцов. При его заливке не требуется термовлажностная (паром и температурой) обработка, а значит, связанные с этим этапом строительства выбросы тепла в атмосферу отсутствуют. Энергозатраты ниже до 70%.

Технологию производства нового бетона можно внедрить на заводах с минимальными затратами. «Проектируя состав нового бетона, мы применяли фундаментальные принципы современной науки геоники (геомиметики), которая изучает природоподобие строительных материалов. Ее основы разработаны профессором Валерием Лесовиком из Белгородского государственного технологического университета, членом-корреспондентом Российской академии архитектуры и строительных наук. На текущем этапе инженерам не удалось достичь той же прочности бетона, какой обладают, например, горные конгломераты и песчаники. Прочность этих природных камней в десятки раз выше, хотя они имеют аналогичный бетону состав и структуру. Наша задача в том, чтобы, применяя новые технологии, приблизить прочность новых строительных материалов к прочности природных. Уже сейчас мы можем создавать бетоны в несколько раз прочнее тех, которые получают по старым технологиям», — рассказал подполковник Роман Федюк, доцент Учебного военного центра ДВФУ, победитель XIII Всероссийского конкурса «Инженер года» 2018.

Инженер добавил, что для производства бетона подбирались наиболее подходящие по химическому составу и физико-механическим характеристикам компоненты. Этого соответствия, согласно принципам геоники, можно добиться, если щебень, песок, цемент и вода — все традиционные компоненты бетона — одинакового геологического происхождения, получены в одной географической области. Таким образом, компоненты для смеси экономически выгодно добывать в том регионе, где будет производиться бетон.

В производстве нового бетона инженеры отказались от излишнего применения воды. Обычно ее добавляют, чтобы обеспечить текучесть бетонной смеси. Однако при высыхании вода провоцирует трещины и снижение прочности бетона. В новом составе всю дополнительную воду заменили на суперпластификаторы пятого поколения. Эти вещества заставляют молекулы бетонной смеси отталкиваться друг от друга, в результате ее текучесть, удобоукладываемость и другие полезные для строителей качества возрастают.

Технология производства нового бетона включает в себя еще один важный этап — механо-химическую активацию: компоненты бетона на высокой скорости смешиваются и измельчаются в роторно-пульсационном аппарате — специальной бетономешалке. Благодаря измельчению частиц бетона на выходе получается большее количество искусственного камня из единицы объема смеси. Ранняя прочность нового бетона — это качество смеси, позволяющая уже через 3–7 дней снимать опалубку с залитых конструкций и применять ее на новых этапах заливочных работ. Для достижения марочной прочности новому бетону, как обычно, требуется 28 дней.

Роман Федюк отметил, что в настоящее время бетон, обладающий такой же ранней прочностью, как у новой разработанной смеси, производить на заводах традиционными способами экономически и экологически невыгодно. Для этого в смесь нужно будет добавлять большее количество более высокомарочного, дорогого цемента, производство которого — номер два в мире по степени загазованности.

Состав нового бетона разработан в процессе межвузовского сотрудничества между ДВФУ и КГАСУ. В проекте принял участие заведующий кафедрой «Технология строительного производства» КГАСУ Руслан Ибрагимов.

БЕТОНЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ч.1

В.И. Калашников,

С.В. Ананьев,

Ю.С. Кузнецов,

В.Л. Хвастунов,

М.Н. Мороз

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

бетоны нового поколения с низким удельным расходом

цемента на единицу прочности

1. Малоцементные пластифицированные бетоны с оптимальным соотношением молотых, очень мелких и средних песков в реологической матрице

Прогресс в технике высокопрочного бетона 70-80 г.г. ХХ века с прочностью на сжатие 50-70 МПа из жестких бетонных смесей переместился в область особовысокопрочных и сверхпрочных бетонов с прочностью на сжатие 100-200 МПа из нерасслаивающихся жидкотекучих бетонных смесей, с уменьшением предела текучести на 4-5 порядков по сравнению с уплотненными жесткими смесями. Этому способствовали три революционных этапа в эволюции бетона: изобретение супер- и гиперпластификаторов (СП и ГП), тонкой и прочной фибры и плотных микропуццоланических добавок – микрокремнеземов (МК). Наиболее важное преимущество таких бетонов состоит в достижении ими прочности, превышающей в 1,5-1,6 раза прочность цементного камня из литой суперпластифицированной цементной суспензии с гиперпластификатором. Достижение низкой пористости, высокой прочности, равной 140-150 МПа, с обеспечением значительной трещиностойкости, малой усадки (хотя расход цемента достигает 600-700 кг/м 3 ) такого композиционного материала, в котором отсутствует свободная известь, открывает значительные перспективы для производства малоцементных щебеночных бетонов марок 200-500 с использованием принципов создания высокопрочных бетонов. Это чрезвычайно актуально для России, в которой высокопрочные и особовысокопрочные бетоны классов В100-120, практически не востребованы.

Мы считаем, что четвертым революционным этапом в технологии высокопрочных бетонов, являются реакционно-активные и реологически-активные минеральные порошки, в частности, каменная мука из молотых горных пород, без наличия которой в структуре реологической матрицы невозможно получение бетонов класса В120-150 и более из самоуплотняющихся бетонных смесей. Некоторые материаловеды не соглашаются с таким категоричным утверждением, но без каменной муки эффективные бетоны не будут изготавливаться в будущем вообще.

Это касается и бетонов, изготавливаемых из малопластичных, полужестких и жестких смесей для заводской технологии производства сборного железобетона. В бетонах повышенных марок до М600 и рядовых менее М400, по нашим исследованиям, содержание каменной муки доходит до 100% и более от массы цемента, а по объему – 110-120% с уменьшением расхода цемента до 150-200 кг/м 3 . Каменная мука или просто минеральные дисперсные наполнители издавна добавлялись в цементы и бетоны в количестве 10-30% при замене цемента без снижения прочности бетона и для улучшения отдельных свойств последнего. В высокопрочных бетонах с гиперпластификаторами при малых расходах цемента каменная мука добавляется нами к цементу в соотношении по массе 1:1,75÷1:2, а по абсолютному объему 1:2-1:2,5. Это уже не добавка, а преобладающий составной компонент вяжущего, определяющий реологию бетонов с СП и водоредуцирующий эффект в них. Важным реологическим компонентом щебеночных бетонов является очень мелкий песок фракции 0,1-0,6 мм, который заполняет пустоты в среднем или крупном песке. В бетонах без СП и ГП каменная мука и очень мелкий песок в таком количестве существенно понижают их прочностные показатели. Без каменной муки в пластифицированных бетонах невозможно новое качественное и количественное изменение структуры и значительный «скачок» прочности их.

Сухие реакционно-порошковые смеси, состоящие из цемента, МК, каменной муки и очень мелкого песка, из которых можно изготавливать высокопрочные (ВПБ) и особовысокопрочные бетоны (ОВБ), согласно нашим исследованиям [1], безусловно, в будущем станут бетонами нового поколения, когда материаловеды освоят технологию их производства, а конструкторы – методы их применения в конструкциях. Если говорить о настоящем времени, то сухие реакционно-порошковые бетонные смеси (СРПБС) – это не просто готовые смеси для высокопрочных бетонов, это самый эффективный вид композиционного вяжущего (цементирующая связка) для различного вида бетонов. В наибольшей степени, это композиционное вяжущее необходимо для бетонов марок М100-М600, производство которых в России достигает 98%. Можно с уверенностью утверждать, что в будущем цементное вяжущее будет заменяться на более прочное, более трещиностойкое сухое реакционно-порошковое вяжущее (СРПВ), исходя из целого ряда позитивных факторов. Сферы применения СРПБС и результаты использования их изложены в [1]. Однако, более поздние экспериментальные работы кафедры ТБКиВ позволили получить за счет изменения рецептуры уникальные бетоны нового поколения с высокими технико-экономическими показателями без использования нанометрических частиц микрокремнезема. Необходимо отметить, что мы не обнаружили сообщений ни в отечественной, ни в иностранной литературе о подобных бетонах.

В связи с этим не следует искать прорывных технологий в производстве бетона, в виде нанотехнологий. Прорывные микротехнологии бетонов уже «лежат на поверхности» с наивысшей технико-экономической эффективностью за всю историю развития бетона и дожидаются своей реализации.

Очень будет жаль тех материальных средств, потраченных на «прорывные нанотехнологии» для модификации наночастицами высокодефектных (макродефектных) бетонов «пробивными» специалистами, оставив вне внимания разработанные технологии малодефектных (нано- и микродефектных) высокопрочных, особовысокопрочных бетонов с повышенными расходами цементов и рядовых бетонов марок 200-500 с расходами цемента 150-210 кг/м 3 с использованием основных революционных достижений в эволюции бетонов.

Если говорить о выборе базового материала, следуя ТЭО нанотехнологий, рассмотренного в работе [2], то для бетонов базовой оценкой являются реакционно-порошковые и щебеночные бетоны нового поколения классов В120-150 с каменной мукой, плотными пуццоланическими добавками и с СП и ГП. Для цементов базовой оценкой их прочности в тесте нормальной густоты являются цементные реакционно-порошковые смеси для порошковых бетонов с низким удельным расходом цемента на единицу прочности, равным 3-5 кг/МПа, водопоглощением по массе 0,5-1,0%!, морозостойкостью более 1000 циклов.

Строящиеся цементные заводы должны своевременно изменить свои приоритеты и не только производить портландцемент для широкого потребителя в больших объемах, но и запланировать производство СРПБС с установкой помольных линий. В структуре цементного завода для этого имеется все необходимое: сушильное оборудование, отходящие газы, помольное оборудование, силосные склады, упаковочные линии.

Сухие реакционно-порошковые смеси должны изготавливаться, как минимум, четырехкомпонентными: цемент, гиперпластификатор, дисперсный молотый наполнитель в виде каменной муки, тонкозернистый песок. В отдельных случаях должен использоваться микрокремнезем в количестве 5-25% к массе цемента.

Читать еще:  Заливка бетона зимой добавки

Чем обусловлена высокая эффективность СРПБС по сравнению с портландцементами, даже высоких марок М550-600 Д0, которые практически не выпускаются в России? Во-первых, в обеспечении высокой текучести и взвешивающей способности, позволяющей не расслаиваться щебеночным бетонам. Во-вторых – в сбалансированности состава, при котором портландит силикатных клинкерных минералов связывается микрокремнеземом тончайшими частицами кремнеземсодержащих реакционно-активных горных пород. При этом «балластный» гидроксид кальция замещается в порах цементного камня высокопрочными гидросиликатами кальция.

Выбор молотого кварцевого песка или горных пород, содержащих кварц или кремнеземсодержащие стекла, наиболее желателен. Тончайшие частицы таких пород связываются с известью в ранние сроки, а более крупные – в поздние сроки твердения, что снижает долю стехиометрически необходимого микрокремнезема или вообще способствуют исключению его. Крупнокристаллический портландит превращается в нанометрический гидросиликат кальция. Молотые известняки, обладающие реологической активностью, но не реагирующие с известью, менее предпочтительны, особенно, для высокопрочных бетонов.

Химико-минералогический диапазон состава, используемой каменной муки, достаточно широк и требование сочетания в ней реакционно-химической и реологической активности может быть необязательным. Для бетонов марок М800-1000, мука может быть лишь реологически активной, например, из плотных и прочных известняков, доломитизированных известняков или доломитов. Для бетонов более высоких марок, хорошее сочетание реакционно-химической и реологической активности, выявлено нами в базальтовой, кварцево-дацитовой, гранитной, андезитовой муке и в ряде других молотых горных пород. Особое положение в ряду активностей занимает молотый кварцевый песок (наиболее распространенная порода во многих регионах), который в индивидуальном виде не обладает реологической активностью, но кардинально повышает ее в смеси с цементом в суспензиях с СП. Реологическая активность молотого кварцевого песка и других кислых пород «пробуждается» в смеси с цементом или с известью в результате перезарядки поверхности с отрицательной на положительную. Механизм перезарядки поверхности дисперсного кварца катионом кальция был выявлен нами в 80-х годах. Поэтому разработанная нами методика тестирования реологической активности каменной муки, предусматривает сравнение текучестей пластифицированных цементной суспензии и суспензий смешанного порошка из муки и цемента, взятых в соотношении 1:1÷1:2, при одинаковых дозировках гиперпластификатора. При этом определяется количество воды затворения.

Показателем реологической активности является водоредуцирующий эффект, вычисленный по водосодержанию контрольного и пластифицированных составов при одинаковых текучестях или одинаковых расплывах смеси из конуса Хагерманна (расплыв 25-30 см) или из цилиндра диаметром 50 мм и высотой 50 мм (расплыв 150±10 мм). Более высокий водоредуцирующий эффект суспензии на основе смеси цемента и муки по сравнению с цементной, является основным критерием, обеспечивающим получение высокопрочных бетонов. При этом суспензии должны обладать тиксотропным ресурсом продолжительного растекания (установленного нами в 80-х годах), не образовывать на поверхности розлива выступов и впадин, а капли суспензии, нанесенные на поверхность розлива, должны втягиваться в объемную фазу без образования полусферических или шаровых сегментных выступов [3].

Высокопрочные щебеночные бетоны М1000-М1500 получены нами из пластичных и жестких бетонных смесей. Более перспективно использование сухой реакционно-порошковой смеси для получения бетонов как высоких, так и низких марок.

Как указано выше в России 98-99% выпускаемых бетонов имеют марку до М500. Удельный расход цемента (Цуд) на единицу прочности в них более 8-10 кг/МПа. При изготовлении «тощих» бетонов на мелких песках Цуд достигает 10-12 кг и никакие гиперпластификаторы в этом случае не снижают его. В разработанных нами бетонах Цуд не превышает 4,5-5,0 кг/МПа и понижается до 3,5 !

При производстве бетонов для заводской технологии сборного железобетона то соотношение компонентов в бетонных смесях, уплотняемых механическими способами различной интенсивности, должно радикально меняться в сравнении с соотношением компонентов в высокопрочных самоуплотняющихся бетонах (рис. 1).

Рис. 1 Концепция формирования составов высокоэффективных бетонов

от сверхпрочных самоуплотняющихся до рядовых с различной интенсивностью механического уплотнения

Концепция формирования состава при переходе от самоуплотняющихся сверхпрочных бетонов до высокоэффективных с более низкой прочностью заключается в трансформации реологических матриц, обеспечивающих рациональную реологию каждого состава. При этом микродисперсные и тонкозернистые компоненты реологической матрицы – каменная мука и очень мелкий песок замещают цемент по мере его уменьшения. При такой трансформации можно получать бетоны с низким удельным расходом цемента на единицу прочности.

Приведем несколько примеров реализации принципов создания таких бетонов нового поколения.

Для изготовления бетонов общестроительного назначения марок 250-600 использовали СРПБС, включающую портландцемент Вольский М500 ДО, наиболее эффективный по нашему мнению, поликарбоксилатный гиперпластификатор Melflux 1641 F , молотый кварцевый песок с удельной поверхностью 3300 см 2 /г, мелкий кварцевый песок фракции 0,16-0,63 мм и Новокузнецкий гранулированный микрокремнезем. В качестве заполнителей добавляли средний Красноярский полевошпатовый намывной песок и доломитизированный щебень с прочностью по дробимости Д800-1000 или диабазовый щебень с Д1400 фракции 5-10 мм.

Результаты испытания бетонов приведены в таблице 1.

Как следует из табл. 1, фактические показатели прочности с учетом пересчета прочности на базовые образцы-кубы 150×150×150 мм соответствовали маркам М500-М600. Отечественная промышленная практика (а, возможно, и зарубежная) не имела прецедентов получения таких бетонов при расходе портландцемента 236 кг/м 3 из пластичной марки П-1 и жесткой марки Ж-1. Характерно то, что снижение дозировки ГП и замена щебня увеличили плотность бетона и повысили прочность на 26%. При этом, предложенные нами [4] безразмерные реологические критерии: избытка абсолютного объема цементно-водно-дисперсной матрицы с МК над абсолютным объемом очень мелкого песка , избытка абсолютного объема цементно-водно-дисперсно зернистой матрицы над абсолютным объемом песка заполнителя (среднего песка) и избытка объема цементно-водно-дисперсно-песчаной, т.е. растворной матрицы над объемом щебня – , были очень высокими.

Вторая серия бетонов была изготовлена с минимальными расходами цемента 150 и 180 кг/м 3 .

Использовались сырьевые составы, аналогичные составу №1 (табл. 1). Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Как следует из результатов в бетоне с расходом цемента 150 кг/м 3 прочность составила 33,6 МПа, что соответствует марке М300, а в бетоне с расходом цемента 180 кг/м 3 – М400. Удельные расходы цемента на единицу прочности, соответственно, были равны 4,46 и 4,18 кг.

Из анализа приведенных в табл. 1 и 2 результатов, а также из результатов испытания 12 составов бетонов с марками по прочности на сжатие М700-М1200 была выявлена закономерность: с уменьшением содержания цемента доля молотого песка должна быть соизмерима с расходом портландцемента и их массовое соотношение должно приближаться к единице, а отношение очень мелкого песка фр. 0,16-0,63 мм к цементу – к 2,5-3,5.

Составы бетонов, прочностные показатели, рецептурные и реологические параметры

Разработан новый, сверхпрочный бетон

В течение двух последних десятилетий бетонные смеси в России производятся по традиционной технологии, состоящей из 4-5 этапов. В результате получается продукт:

  • не отличающийся высокими прочностными характеристиками;
  • недолговечный;
  • сложный в применении;
  • проблемный в транспортировке.

В рамках традиционного технологического процесса сложно получить строительную смесь прочнее марки М800. Проблема в том, что при увеличении процентного содержания цемента при традиционном методе изготовления прочность состава на определенном этапе прекращает расти.

При этом спрос на сверхпрочный бетон в России существует. Традиционно в таком качестве используют марку М500, хотя ее характеристики не в полной мере соответствуют требованиям к сверхпрочным составам.

Новая технология производства бетона

Разработана технология, позволяющая решить эту проблему. Применяя ее, можно получать сверхпрочный бетон марки М1500 и даже М2000. При этом не требуется переоснащение производства или использование новых наполнителей.

Благодаря такой технологии, повышение столь важной характеристики бетона как прочность при сжатии достигается без увеличения процентной доли цемента.

Преимущества бетона нового поколения

Полученный в результате применения новой технологии сверхпрочный состав является более передовым материалом по сравнению с традиционными бетонными смесями.

  • Производство качественного бетона требует в два раза меньше цемента, в результате себестоимость продукта снижается.
  • Прочность нового строительного материала в 3 раза превышает аналогичные характеристики традиционного, поэтому для достижения требуемого результата понадобится в 3 раза меньший объем смеси. Это позволяет экономить на транспортировке.
  • Для его перевозки не требуется специальная техника. Даже при транспортировке в самосвалах он не теряет своих эксплуатационных свойств.
  • Легче происходит и процесс укладки нового состава. Смесь принимает любую форму, что недоступно бетонам старого образца, обладает свойствами самоуплотнения и самовыравнивания. Это значительно расширяет возможности его применения и позволяет снизить трудозатраты.
  • За счет высокой прочности и низкой пористости (в 5 раз меньшей, чем у обычного бетона), этот материал может применяться для строительства специализированных объектов с особыми требованиями к прочности покрытия — космодромов, подводных сооружений.
  • Он может также использоваться для обустройства наливных полов с малой степенью износа, что актуально в помещениях с высокой проходимостью, а также промышленных сооружений.
  • Для внедрения технологии не потребуется закупка нового оборудования — все необходимое уже есть на бетонных или горнообогатительных предприятиях.
  • Бетонные смеси нового поколения прошли испытание временем. Срок их службы составляет 20 лет и более.
  • Главная
  • Бетон
  • Пескобетон
  • Раствор
  • Бетононасос
  • Цены
  • Доставка
  • Новости
  • Контакты

Компания «Бетон центр» 2021г. Все материалы данного сайта являются объектами авторского права (в том числе дизайн). Запрещается копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector