ИнтерСтройЭкспо 2016
04.05.2016
С 20 по 22 апреля 2016 года в Санкт-Петербурге, в КВЦ «ЭКСПОФОРУМ» состоялась 22-я Международная выставка «ИнтерСтройЭкспо», крупнейшая на Северо-Западе России международная выставка строительных, отделочных материалов и строительной техники.
Евроасфальт и Евробитум 2016
29.04.2016
Конгресс, который состоится с 1 по 3 июня в Праге, станет важной вехой в развитии асфальтовой и битумной промышленности Европы. Предоставив возможность ведущим специалистам отрасли подвести итоги проделанной работы и наметить планы на будущее, он послужит полноценной стратегической платформой для ее дальнейшего развития.
 

Как превратить бетоны старого поколения в высокоэффективные бетоны нового поколения /Бетон и Железобетон 2012-1/

В.И. Калашников
 
Цементные бетоны начали производиться после изобретения и промышленного освоения производства портландцемента в первой половине XIX века. Начиная с этого периода и до 30-х годов ХХ века повышение прочности бетонов старого поколения следовало за повышением активности цементов. Качество бетонов, при прочих равных условиях, определялось маркой цемента. Качество заполнителей по показателям прочности, водостойкости и морозостойкости и качество воды затворения было высоким, неизменным и предопределенным природой, но строители не могли в то время освоить это высокое качество, кроме воды затворения, в полной мере (к сожалению, и в настоящее время как во многих странах, так и в России в настоящее время).
На эволюционном пути улучшения качества бетона, повышения его прочности были прорывные технологии, связанные с разработкой высокоэффективных способов уплотнения, в соответствии с законом водоцементного отношения: виброуплотнения, виброуплотнения с пригрузом, поличастотного виброуплотнения, виброштампования, вибропроката, центрифугирования, вибровакуумирования и т..п. С развитием более энергозатратных технологий появились в эти периоды бетоны нового поколения, прочность которых превышала в 1,5-2 раза прочность бетонов, изготовленных из пластичных смесей.
Ресурсо- и энергосберегающими бетонами нового поколения можно считать и бетоны на появившихся шлакопортландцементах, если принимать во внимание не их технические, а экономические показатели, с попутным решением экологических задач, связанных с утилизацией металлургических шлаков. Новым этапом в истории бетонов стало использование пуццоланических добавок и изготовление более водостойких бетонов для подводных сооружений.
Важным прогрессивным этапом в эволюции бетонов явилось использование пластифицирующих добавок с 30.х годов ХХ века, и прежде всего технических лигносульфонатов (в России названных СДБ). Хотя эти добавки обладали умеренным пластифицирующим действием, они сыграли большую роль в повышении прочности, долговечности бетонов и экономии ПЦ. В дальнейшем, до 90.х годов прошлого столетия, лигносульфонаты усовершенствовались с помощью различной модификации. Модифицированные лигносульфонаты и в настоящее время включены в стандарты ряда стран как пластификаторы бетонных смесей.
Самым важным этапом в развитии техники бетонов следует считать изобретение в 1969 году в Японии сильных пластификаторов на нафталинсульфонатной основе. Он характеризуется использованием рецептур бетонов старого поколения, модифицированных суперпластификаторами. Этот этап, к сожалению, продолжается в настоящее время в России и в других странах. Это поистине революционный этап в технологии бетонов старого поколения, и поэтому его следует отнести к переходному этапу в эволюции бетонов на пути к бетонам нового поколения. С использованием этих и подобных им СП на меламинсульфонатной основе, стали активно применяться высокопластичные бетонные смеси, изготовленные как на индивидуальном вяжущем — цементе, так и на композиционных вяжущих: шлакопортландцементах, с добавками золы, дисперсных минеральных наполнителей. Использование СП позволило повысить прочность «жирных» бетонов из пластичных и высокопластичных смесей до 70-80 МПа, снизить расходы цемента до 20-30%. Результаты могли бы быть значительно выше, но по.прежнему использовались бетонные смеси со старой рецептурой, т.е. в составах использовались три твердых компонента: цемент, мелкий заполнитель — песок и крупный заполнитель — щебень. В таких бетонах для полной реализации пластифицирующего действия СП не хватало дисперсного компонента — цемента. Только при избытке его совместно с водой увеличивался объем реологической матрицы. В лучших случаях, в жирных бетонах цемент заменялся на 10-30% дисперсным наполнителем. Но такая замена для снижения расхода цемента не меняла структурной топологии бетона и его прочности. В бетонах низких марок М200-300 такая замена приводила к снижению прочности. Суперпластификаторы не пластифицировали «тощие» бетоны с малым количеством водно-дисперсной фазы, т..е. цементного теста. С увеличением содержания цемента до 500-600 кг/м3 пластификация возрастала, и можно было уменьшать содержание цемента до 20-30% без снижения прочности.
Бетоны с СП с высокой прочностью могли быть получены с расходом цемента 800-1000 кг/м3, но такие бетоны, во.первых, имели большую усадку, низкую трещиностойкость и высокую ползучесть. Во-вторых, они были крайне неэкономичными, а дисперсные наполнители, с помощью которых уже тогда можно было вместо цементно-водной дисперсии, обогащенной цементом, использовать цементно-минерально-водную дисперсию, высоко наполненную минеральным порошком. Но дисперсные наполнители вводились очень осторожно и в небольших количествах. Физико-химические основы пластифицирования (разжижения) дисперсных систем из минеральных порошков высокоселективными диспергаторами не были разработаны. Хотя условия дезагрегирования структурированных дисперсных систем с позиций термодинамических и механических вибрационных представлений были широко освещены в работах Н.Б. Урьева [1,2] при исследовании дисперсий глин, водно-угольных суспензий, суспензий талька, электрокорунда и т..п. Научные работы, посвященные физико-химическому диспергированию высококонцентрированных минеральных порошков различной химико-минералогической природы для производства строительных материалов с сохранением чрезвычайно длительной агрегативной устойчивости, были рассмотрены в многочисленных ранних работах кафедры «Технология бетонов, керамики и вяжущих» [3], включающих многолетние исследования. В них [4] было показано, что при введении суперпластификаторов С-3, ЛСТ, Melment, Wiscoment, существенно уступающих по пластифицирующему действию современным СП на поликарбоксилатной основе, можно снизить предел текучести дисперсий с объемной концентрацией твердой фазы 65-72 % в 103-104 раза, что более существенно, чем при интенсивных вибрационных воздействиях на них. Аналогичное понижение выявлено и для вязкости.
Наиболее важным для технологий строительных материалов в этих работах были экспериментальные доказательства достижения водоредуцирующих эффектов, равных 8-15 (800-1500 %), против 1,8-2,0 в цементных дисперсиях [4]. В этих экспериментах гравитационная текучесть пластифицированных минеральных суспензий сохранялась при снижении содержания воды в 8-15 раз! Именно такие кардинальные изменения реологических свойств и водоредуцирующих эффектов послужили основой для создания высокопрочных и особовысокопрочных бетонов нового поколения. Высокое обогащение пластифицированных цементных суспензий дисперсным наполнителем позволило считать реологию бетонных смесей с каменной мукой и тонким песком краеугольным камнем новых технологий. В соответствии с этим, нами в 2007 году была сформулирована новая стратегия прогресса в получении высоконаполненных и высокоэкономичных бетонов рядовых марок М200-М600 и бетонов повышенной прочности М600-М1000: «Через рациональную реологию в будущее бетонов» [5]. Под рациональной реологией порошково-активированной бетонной смеси понимается «высокая» реология предельного диспергирования и разжижения цементного теста значительным количеством порошковой и тонкозернистой дисперсной фазы в дисперсионной среде. Основой создания всех высокоэффективных бетонов без реакционно-активных пуццоланических добавок от классов В15-В20 до В100-В120, согласно нашим исследованиям, служат гиперпластификаторы в сочетании с новой рецептурой сухих компонентов, взаимно усиливающих друг друга при превращении геля в золь. Как известно, гель характеризуется дисперсией воды в твердой фазе (вода дискретна, дисперсные частицы — непрерывны), а золь — дисперсией твердой фазы в воде. Присутствие микрокремнезема нанометрического масштабного уровня усиливает этот переход и вместе с тем образует дополнительную цементирующую фазу с увеличением класса бетона до 120-140 МПа.
За рубежом стратегия создания бетонов нового поколения реализуется лишь в высокофункциональных (High Performance Concrete) и ультрафункциональных (UHPC) бетонах с высокой прочностью при относительно низких уровнях наполнения бетонов дисперсными и микродисперсными компонентами в связи с высокими расходами цемента (500-750 кг/м3). Степень наполнения обычно не превышает 30-50 % от массы цемента.
Создание высокопрочных и сверхвысокопрочных бетонов нового поколения за рубежом началось с конца 80-х годов прошлого столетия и было вызвано необходимостью строительства из бетонов, взамен стали, небоскребов, морских платформ для добычи нефти и газа, большепролетных мостов и других сооружений.
Современные высококачественные бетоны (ВКБ) классификационно сочетают в себе большой спектр бетонов различного назначения: высокопрочные и ультравысокопрочные бетоны [6], самоуплотняющиеся бетоны (SVB, SCC) [7], самонивелирующиеся (SLS), высококоррозионностойкие бетоны [8], реакционно-порошковые, в том числе, дисперсно-армированные бетоны (Reaktionspulver beton — RPB или Reactive Powder Concrete — RPC) [9]. Эти виды бетонов 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, революционные достижения в области пластифицирования бетонных и растворных смесей, а, во.вторых, появление наиболее активных пуццоланических добавок с высоким количеством наночастиц верхнего нанометрического уровня (100.300 нм) — микрокремнеземов, дегидратированных каолинов и высокодисперсных зол. Сочетание суперпластификаторов и, особенно, экологически чистых гиперпластификаторов на поликарбоксилатной, полиакрилатной и полигликолиевой основах позволяет получать сверхтекучие цементно-минеральные дисперсные системы и бетонные смеси. Благодаря этим достижениям, количество компонентов в бетоне с суперпластификатором достигло 6.8, водоцементное отношение снизилось до 0,24.0,28, при сохранении пластичности, характеризующейся осадкой конуса не менее 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.
В целом, такие эффективные бетоны называют бетонами нового поколения, но это название относят только к высокофункциональным, к высокопрочным и особовысокопрочным бетонам, производимым за рубежом. В них высокий расход цемента 600.700.кг./.м3 соответствует высокой прочности — 150.200 МПа, при которой получают низкий удельный расход цемента на единицу прочности — 3-4 кг/МПа. По нашему мнению с учетом предложенной ранее терминологии [11] порошково-активированных бетонов, к ним необходимо отнести и бетоны рядовых марок с прочностью 20-50 МПа, выпускаемых в количестве 96.97.% от всего выпуска бетона в мире, и бетоны с повышенной прочностью Rсж=60-100 МПа. Но такие бетоны, по нашему мнению, можно называть лишь тогда бетонами нового поколения, когда в них удельный расход цемента на единицу прочности на сжатие Ц уДR  будет не выше 4-4,5 кг /МПа, т.е. не выше, чем в самых прочных бетонах. Почему именно этот показатель является основным критерием подразделения бетонов на бетоны нового поколения, бетоны переходного и старого поколения. Этот критерий является и технико-экономическим и экологическим по следующим причинам.
Во-первых, высокопрочные (ВПБ) и, особенно, сверхвысокопрочные (СВБ) бетоны с прочностью 100-200 МПа и более являются «экзотикой» и не появятся в короткие сроки в преимущественных объемах в зданиях и сооружениях [10]. По мере перехода строительства на использование ВПБ и СВБ для уникальных зданий и сооружений будет сохраняться производство цементоемких бетонов старого поколения с удельными расходами цемента Ц уДR =8-10 кг/МПа. Эти бетоны с прочностью 20-60 МПа необходимо заменить в короткие сроки высокоэкономичными бетонами нового поколения с Ц уДR ≤4,5 кг / МПа с расходами цемента на 1 м3 бетона не более 150-300 кг вместо 300-600 кг. В этом случае не потребуется дополнительных наращиваний объемов производства портландцемента и строительства новых цементных заводов с длительными сроками окупаемости и большими энергозатратами.
Во-вторых, ограничения в строительстве новых цементных заводов — это исключение дополнительной эмиссии углекислого газа СО2 в атмосферу от известняка и отходящих газов цементных печей, что является частичным решением экологической проблемы в регионах.
Таким образом, к бетонам нового поколения нельзя относить только высокопрочные и сверхвысокопрочные. К ним необходимо отнести все порошково-активированные тяжелые песчаные и щебеночные бетоны с широким диапазоном прочностных показателей:
•бетоны рядовых марок с диапазоном прочности 20-60 МПа;
•бетоны с повышенной прочностью от 60 до 100 МПа;
•высокопрочные бетоны с прочностью от 100 до 150 МПа;
•сверхвысокопрочные бетоны с прочностью от 150 МПа и более.

Файлы для скачивания:

 Читать материал полностью, файл PDF

< Назад

 

Поиск

Автор
Год выпуска
Как превратить бетоны старого поколения в высокоэффективные бетоны нового поколения /Бетон и Железобетон 2012-1/
Рассмотрены принципы превращения цементоемких бетонов старого поколения в высокоэффективные малоцементные бетоны нового поколения. Показана топологическая структура порошково-активированных бетонов с низким удельным расходом цемента на единицу прочности и физико-технические показатели тяжелых бетонов.
  © 2008 Славутич Разработка сайта Vitrum-Media