Главная › Новости

Виды реологических матриц в бетонной смеси, стратегия повышения прочности бетона и экономии его в конструкциях

Опубликовано: 03.11.2018

В.И.Калашников

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства,

г. Пенза, Россия

Наиболее радикальным революционным этапом на долгом пути эволюционного развития бетона явилось появление эффективных суперпластификаторов (СП) и гиперпластификаторов (ГП) нового поколения. Создание высокопрочных бетонов с суперпластификаторами осуществлялось по нескольким направлениям, связанным с созданием высокотекучих тонкодисперсных реологических матриц. На первом этапе основой саморастекающихся и самоуплотняющихся бетонных смесей являлась цементно-водная дисперсия. Естественно, в «тощих» бетонах невысоких марок М 100-300 с малыми расходами цемента эффективность суперпластификаторов была очень низкой, так как объем реологической матрицы из цементно-водной дисперсии был незначительным. Суперпластификаторы более эффективно начали использоваться в бетонах марок 400-500 с расходами цемента 500-600 кг/м3. За счет более значительного водоредуцирующего эффекта и уменьшения количества воды стало возможным снижать расходы цемента на 10-20% при производстве железобетонных напорных труб, балок, ферм, колонн, обеспечивая одинаковую прочность 40-50 МПа с бездобавочными бетонами на равно-подвижных смесях. И в этом случае экономия цемента осуществлялась за счет снижения объема реологической матрицы, но более плотной, формирующей высокую прочность.

Стратегия экономии портландцемента в России и в странах СНГ, с применением СП начиная с 1980 г и по настоящее время, не превратилась в наиболее рациональную, перспективную радикальную стратегию экономии бетона в несущих конструкциях и изделиях за счет использования в них высокопрочных бетонов марок 1400-2000 . Огромная технико-экономическая эффективность таких бетонов в будущем очевидна. В конструкциях из бетонов таких марок, при удорожании его в 1,4-1,7 раза снижение расхода всех компонентов – цемента, щебня, песка, суперпластификатора и воды достигает 2-4-х кратного! не считая экономии арматуры при переходе на высокие марки стали. А это колоссальное снижение массы зданий и сооружений и сопутствующее сокращение транспортных расходов. Можно ли при такой огромной экономии средств говорить о снижении расхода цемента в кубе бетона марок 500-600 всего лишь на 80-100 кг? Не стоит ли изменить всю техническую политику в сфере проектирования изделий и конструкций из высокопрочного бетона, а также существующие технологии производства их со всем имеющимся парком форм огромной емкости и металлоемкости. Но кто из производственников решится изготавливать железобетонную перемычку двутаврового или коробчатого сечения из бетона марки М1500 или более, пустотелый фундамент сложной формы в соответствии с эпюрами основных напряжений Колонны с 3-х кратным уменьшением сечения, но с сохранением момента сопротивления и момента инерции сечения? Консерватизм в перестройке мышления и конструкторов и технологов не позволяет в России совершить революционный скачок в сфере производства высокопрочных бетонов. А это значит постоянно отставать от передовых стран в экономике строительства из железобетона. Не проще ли производителям и строителям получать свои, хотя небольшие прибыли, на «старом» бетоне из четырех компонентов, которому уже почти 160 лет.

Зарубежный опыт свидетельствует о том, что высокопрочные и особовысокопрочные бетоны марок М1400 и более востребованы при возведении специальных, особо нагруженных сооружений, таких как большепролетные мосты, небоскребы, морские нефтяные платформы, резервуары для хранения газов и жидкостей под давлением и других конструкций. Значительный прогресс в этом особо отмечается с конца 80-х годов прошлого столетия, когда высокопрочные бетоны с СП изготавливались с большими расходами цемента. Современные высококачественные бетоны (ВКБ) классификационно сочетают в себе большой спектр бетонов различного назначения: высокопрочные и ультравысокопрочные бетоны самоуплотняющиеся бетоны, высококоррозиестойкие бетоны. Эти виды бетонов, армированные стержневой и дисперсной арматурой или сочетанием их, удовлетворяют высоким требованиям по прочности на сжатие и растяжение, трещиностойкости, ударной вязкости, износостойкости, коррозионной стойкости, морозостойкости.

Безусловно, переходу на новые виды бетонов способствовали, во-первых, не только революционные достижения в области пластифицирования бетонных и растворных смесей, а, во-вторых, появление наиболее активных пуццолановых добавок – микрокремнеземов (МК), дегидратированных каолинов и высокодисперсных реакционно-активных зол ТЭЦ более плотных, чем природные высокопористые пуццоланы. Сочетание суперпластификаторов и, особенно, экологически чистых гиперпластификаторов на поликарбоксилатной, полиакрилатной и полигликолиевой основе, позволяют получать сверхтекучие цементно-минеральные дисперсные системы и бетонные смеси. Благодаря этим достижениям, количество компонентов в бетоне с химическими добавками достигло 6-8, водоцементное отношение снизилось до 0,24-0,28, при сохранении пластичности, характеризующейся осадкой конуса 4-10 см. В самоуплотняющихся бетонах (Selbstverdichtender Beton-SVB) с добавкой каменной муки (КМ) или без неё, но с добавкой МК в высокоработоспособных бетонах (Ultrahochfester Beton, Ultra hochleistung Beton) на гиперпластификаторах, в отличие от литых на традиционных СП, совершенная текучесть бетонных смесей сочетается с низкой седиментацией и самоуплотнением при самопроизвольном удалении воздуха.