Казалось бы, о бетонах известно все: самые востребованные в строительном мире, самые прочные, самые экологически чистые, самые непритязательные в изготовлении... Можно и дальше перечислять их достоинства, но лучшую характеристику дают такие цифры: более двух миллиардов кубометров в год используется бетонной продукции во всех странах мира. Именно бетон и изделия на его основе во многом определяют сегодня развитие технического прогресса, экономическое благополучие и в России, и в странах Запада.
И хотя бетону много сотен лет, но он нисколько не стареет, наоборот, молодеет благодаря стараниям ученых, их новым открытиям в области улучшения свойств бетонов. Например, появились и успешно внедряются современные эффективные вяжущие для них, активные минеральные добавки и наполнители, армирующие волокна, новейшие технологические приемы и методы получения строительных композитов.
Все это позволило не только создать и освоить производство совершенно новых видов бетона, но и значительно расширить номенклатуру применяемых в строительстве материалов: от суперлегких теплоизоляционных (с объемной массой менее 100 кг/м3) до высокопрочных конструкционных (с прочностью на сжатие свыше 200 МПа). Сегодня в строительстве применяется более тысячи различных видов бетона, и процесс создания бетонов завтрашнего дня интенсивно продолжается.
Наиболее полно прогрессивные технологии проявились в изготовлении высококачественных, высокотехнологичных бетонов (High Performance Concrete, HPC). Под этим термином объединены многокомпонентные бетоны с высокими эксплуатационными свойствами, прочностью, долговечностью, адсорбционной способностью, низким коэффициентом диффузии и истираемостью, надежными защитными свойствами по отношению к стальной арматуре, химической стойкостью, бактерицидностью и стабильностью объема.
Высококачественные бетоны, приготавливаемые из высокоподвижных и литых бетонных смесей с ограниченным водосодержанием, имеют прочность на сжатие в возрасте 28 суток 60-150 МПа, морозостойкость F600 и выше, водонепроницаемость W12 и выше, водопоглощение менее 1-2 процентов по массе, истираемость не более 0,3-0,4 г/см2, регулируемые показатели деформативности, в том числе с компенсацией усадки в возрасте 14-28 суток естественного твердения, высокую газонепроницаемость. В реальных условиях прогнозируемый срок службы такого бетона превышает 200 лет. Возможно получение и супердолговечных бетонов со сроками службы до 500 лет, что подтверждается исследованиями японских ученых.
Появление таких бетонов открыло новую эру в строительстве. Их уникальные свойства позволили реализовать необычные строительные проекты, о которых еще сравнительно недавно трудно было даже мечтать. Достаточно упомянуть тоннель под Ла-Маншем, 125-этажный небоскреб в Чикаго высотой 610 метров, мост через пролив Акаси в Японии с центральным пролетом 1990 метров (мировой рекорд). Мост через пролив Нордам-берленд в Восточной Канаде длиной 12,9 километра сооружен на опорах, которые на глубину более 35 метров погружены в воду. При крайне суровых условиях эксплуатации (ежегодно бетон подвержен 100 циклам замораживания и оттаивания) конструкции этого моста рассчитаны на срок службы 100 лет.
Выдающимся примером реализации концепции высококачественных бетонов является построенная в 1995 году в Норвегии платформа для добычи нефти на месторождении Тролл в Северном море. Ее полная высота 472 метра, что в полтора раза превышает высоту Эйфелевой башни, в том числе высота железобетонной части - 370 метров. Платформа установлена на участке моря глубиной более 300 метров и рассчитана на воздействие ураганного шторма с максимальной высотой волны 31,5 метра. Расчетный срок эксплуатации платформы - 70 лет.
Разработка специальных цементов для особо прочных бетонов и новые технологии открывают принципиально новые возможности синтеза прочности. Уже первые опыты по оптимизации гранулометрического состава вяжущих в начале 70-х годов выявили значительные резервы снижения водоцементного отношения и интенсификации реакций гидратации. Вслед за получением цементных камней с прочностью на сжатие свыше 250 МПа были получены так называемые DSP-композиты (уплотненные системы, содержащие гомогенно распределенные ультрамалые частицы). Эти материалы, включающие специально подготовленные цементы, микрокремнезем, особые заполнители и микроволокна, за счет специальных технологических приемов при В/Ц = 0,12-0,22 позволяют достичь прочности 270 МПа при высокой стойкости к коррозионным воздействиям и истиранию. Известково-кварцевые материалы с прочностью на сжатие до 250 МПа получены путем формования под давлением 138 МПа перед автоклавированием. Аналогичная обработка цементного теста позволила снизить В/Ц до 0,06 и обеспечить прочность камня до 330 МПа в возрасте 28 суток нормального твердения, а использование алюминатных цементов и горячего прессования при давлении 345 МПа - повысить ее до 650 МПа.
Следующий шаг — получение так называемых MDF-цементов (цементов, свободных от макродефектов). При каландировании цементов в присутствии суперпластификаторов и гелеобразователей (например, поливинилацетата) при В/Ц = 0,10-0,18 можно получить композиты, имеющие чрезвычайно плотную микроструктуру без капиллярных пор. Они имели прочность на изгиб 40-150 МПа, модуль Юнга 35-50 ГПа, прочность на сжатие 100-300 МПа и энергию излома 40-200 Дж/м2. Аналогичные работы, проведенные в середине 80-х годов в НИИЖБ и НИИЦемента при участии Института химической физики АН СССР, позволили получить практически аналогичные результаты при использовании высокоглиноземистых цементов струйного помола, суперпластификатора и частично ацетилированного поливинилового спирта (так называемый пластцемент).
Хорошую структуру имеют цементные материалы с пониженным содержанием пор (PRC). При получении этих композитов цементные пасты подвергаются специальной обработке давлением выше 200 МПа, в результате чего неадсорбированная вода полностью отжимается, снижая реальное водоцементное отношение. Полученный высоконаполненный композит с прочностью на сжатие выше 250 МПа с прочностью на растяжение при изгибе свыше 35 Мпа - представляет собой негидратированные цементные частицы, равномерно распределенные в плотной матрице гидратированного продукта.
Использование полученных результатов на макроуровне привело к развитию концепции реактивных порошковых композитов. Это специальные высокопрочные фибронапол-ненные растворы с высоким содержанием микрокремнезема и химических добавок, прежде всего суперпластификаторов. Прочность на сжатие таких систем может достигать 200-800 МПа, а прочность на растяжение при изгибе - 100 МПа. При этом для получения композитов с прочностью около 200 МПа достаточно простого выдерживания приготовленных растворов при температуре около 90°С, а для синтеза осо-бовысокопрочных материалов необходимы специальная техника и температура около 400°С.
Хорошо изучены и применяются бетоны на магнезиальных вяжущих. Их многие свойства лучше, чем у бетонов на портландцементе: они не требуют влажного хранения при твердении, обеспечивают очень высокую огнестойкость и низкую теплопроводность, хорошие износостойкость, прочность при сжатии и изгибе. Такие бетоны легко получить с различными видами заполнителей - как неорганических (известняк и мраморная крошка, асбест, песок, дробленый камень и гравий, каолин, гранулированные шлаки, сульфат магния и пигменты), так и органических (опилки, стружка, резиновый дробленый материал, отходы пластмасс и картонажного производства, льняная костра, битумы и т. д.). Магнезиальные бетоны характеризуются эластичностью, высокой ранней прочностью, легкостью, стойкостью к действию масел, смазок, лаков и красок, органических растворителей, щелочей и солей, включая сульфаты, они обладают бактерицидными свойствами.
Сегодня такие бетоны широко используются в качестве материала для полов в зданиях индустриального, торгового и жилищного назначения, а также стяжек под полы из ковровых материалов и линолеума, изоляционных составов и адгезивов, при изготовлении художественных
- RSS