ППРК-Сервис
ППРК-Сервис
Современное бетоноведение

Современное бетоноведение

Развитие строительства обеспечивает стремительные темпы роста бетонного производства. Большинство крупных предприятий внедряет передовые технологии, современное оборудование, аккредитованные лаборатории – все то, что позволяет обеспечить выпуск высококачественной продукции. Не менее активно ведется разработка новых добавок и технологий производства работ для повышения качества бетонной продукции.
СОКРАЩЕНИЕ
ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ
Эффективным решением для сокращения трещинообразования в высокотехнологичных бетонах вследствие аутогенной усадки может быть использование внутреннего ухода путем внедрения мельчайших накопителей влаги, равномерно распределенных по объему бетона. Так, по данным директора Института Строительных материалов Технического университета Дрездена, д. т. н., профессора Виктора Мещерина, особенно действенным является применение суперабсорбирующих полимеров (SAP­ superabsorbent polymers) в качестве аккумулирующей среды. Порошкообразные SAP добавляются в бетон во время смешивания и забирают влагу, в 30 раз превышающую их собственный вес.
Высокопластичные бетоны, армированные фиброй (SHCC) – высокотехнологичные материалы на цементном вяжущем, которые упрочняются под действием растягивающих нагрузок и обладают предельным удлинением при достижении прочности на разрыв, в 300 раз превышающем удлинение обычных бетонов. Наряду с высокой деформируемостью и повышенной прочностью при изгибе и сдвиге, высокопластичные бетоны отличаются многочисленными, но очень тонкими трещинами даже при предельном растяжении вплоть до 5%. Малая ширина раскрытия трещин положительно влияет на долговечность композита, в особенности, когда он используется вместе со стальной арматурой.
Образование многочисленных новых трещин и происходящее постепенное вытягивание фибры, перекрывающей трещины, в высокопластичном бетоне ведут к очень высокому энергопоглощению как при статических, так и при динамических растягивающих нагрузках. Таким образом, SHCC можно применять, например, в качестве слоя, абсорбирующего энергию, для защиты зданий от кратковременных механических воздействий, например землетрясения, детонации или при возведении новых зданий и сооружений с соответствующими характеристиками.

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В ПРОИЗВОДСТВЕ
Хотя долговечность бетона нельзя измерить в конкретных единицах, эту характеристику материала можно запланировать. Можно предсказать степень карбонатизации и глубину проникновения хлоридов, для того чтобы должным образом защитить арматуру, предопределить щелочно­силикатную реакцию заполнителя, нагрузки, возникающие в результате переменного замораживания и оттаивания, или же результаты атаки сульфатов.
Еще один современный способ обеспечения долговечности бетона – использование для этого товара упаковки из инновационных материалов. Так, по словам д. т. н., профессора Берлинского Технического Университета Бернда Хилемаера, интересным вариантом может стать покрытие из стекла, в таком случае инновацией будет плотность упаковки. Бесшовное покрытие из тонкого стекла толщиной от 0,2 до 0,3 мм – это современный долговечный и резистентный способ защиты бетонной поверхности. Стекло такой малой толщины легко гнется, края листов соединяют внахлест и «склеивают», не оставляя шва.
При производстве высокофункциональных бетонов немецкие разработчики предлагают обращать особое внимание на технологию смешивания: использование добавок на основе эфира поликарбоксилата, тип смесителя, продолжительность перемешивания замеса. В частности, д. т. н., профессор и руководитель Центра испытания материалов и конструкций Университета Штутгарта Гаральд Гаррехт и д. т. н., профессор Института строительных материалов Штутгартского университета Кристиан Баумерт отмечают, что производство высокотехнологичных бетонов с повышенным содержанием тонкодисперсных частиц и пониженным содержанием воды и пластификаторов требует комплексного подхода, охватывающего рецептуру, смесительную технику, а также реологические свойства готовой бетонной смеси. При помощи соответствующего регулирования процесса смешивания, опирающегося на принципы реологии, качество бетонных смесей может быть улучшено, а свойства высокотехнологичных бетонов оптимизированы.
Путем долгих разработок выяснилось, что лучшее смешивание происходит в коническом смесителе. В коническом смесителе стандартный смесительный инструмент обеспечивает движение смеси по вертикали. Оптимизация смесительного инструмента, который следует адаптировать к конкретным задачам, в частности, в нижней части емкости, позволяет значительно улучшить диспергирование мелких компонентов смеси. Перейдя от обычного режима к интенсивному режиму эксплуатации, можно существенно сократить время замеса за счет передачи смеси большей энергии.
При изготовлении бетонных изделий и элементов процессы смешивания и уплотнения имеют особую важность, ­ подчеркивает представитель Веймарского института прикладных исследований в строительстве, д­р Ульрих Пальцер. – При этом успешно применяется компьютерное моделирование как эффективный способ решения технологических проблем. Математическое и физическое моделирование сложных технологических процессов становится сегодня все более значимым во всех областях бетоноведения. Не обойтись также и без оптимизации требуемого машинного оборудования.
Новое поколение добавок на основе эфира поликарбоксилата – это низкое водоцементное отношение, идеальная поверхность и высокие прочностные характеристики бетона, при изготовлении бетонной смеси наше производство перешло на поликарбоксилаты. Также все самоуплотняющиеся, высокомарочные бетоны отвечают всем заявленным требованиям при использовании эфира поликорбоксилата.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИБР
До последнего времени не было возможности учета несущей способности стальных волокон при статических расчетах конструкции. По этой причине применение сталефибробетона и на сегодняшний день в основном ограничено лишь функцией улучшения деформируемости бетонных конструкций или повышением их ударопрочности и износоустойчивости, например, в области гидротехнического строительства. Важнейшей областью применения является, без сомнения, сектор промышленных полов. Кроме того, сталефибробетон все чаще используется и в других областях, например, в жилищном строительстве (полы, стены подвальных помещений) или тоннелестроении (торкрет­бетон, внутренняя оболочка).
Технология изготовления и обработки сталефибробетона аналогична процессу производства традиционного вибробетона, отмечает заведующий кафедрой техники строительных материалов Рурского университета, д. т. н., профессор Бохум Рольф Брайтенбюхер. Большое значение имеет равномерное распределение стальных волокон по матрице бетона в процессе смешивания. Для полной активации волокон в бетоне является их хорошее распределение в свежеприготовленной бетонной смеси еще на этапе добавления волокон. Рекомендуется изначально разделить волокна с помощью виброустановки и затем по ленте подавать их вместе с фракциями заполнителя в бетоносмеситель.
Показатели качества сталефибробетона – это, конечно же, прочностные характеристики и деформируемость. Одним из важнейших свойств сталефибробетона является повышенная пластичность. После трещино­ образования фибра перенимает часть растягивающей нагрузки и, таким образом, предотвращает хрупкое разрушение. Показателем эффективности сталефибробетона служит оценка переноса растягивающих напряжений после образования трещины. А эффективность применения фибры зависит от типа волокон, размера, диаметра, и, в значительной мере, от ориентации волокон в конструкции. Максимальный эффект оказывают стальные волокна, расположенные параллельно направлению действия растягивающих усилий. В случае отклонения от этого направления эффективность волокон уменьшается.

НАНОТЕХНОЛОГИИ
Производство строительных материалов и строительство, несмотря на их определенно консервативный характер, вынуждены все чаще сталкиваться с тем, что называют «индустриальной революцией ХХI века» – наноматериалами и нанотехнологиями.
Известно, что бетоны представляют собой композиционные материалы, структура которых включает гидратные фазы цемента с нанометровым размером частиц 1­100 нм, зерна исходного цемента, химические и минеральные добавки, наполнители и заполнители. Как отмечает академик РИА, профессор кафедры технологии вяжущих веществ и бетонов МГСУ, вице­президент ассоциации «Железобетон» Вячеслав Рувимович Фаликман, уменьшение размеров структурных элементов, образование специфических непрерывных нитевидных структур, формирующихся в результате трехмерных контактов между наночастицами разных фаз, ведет к коренному улучшению бетона и его эксплуатации. Введение в бетонную смесь наноразмерных частиц оказывает существенное влияние на свойства бетона: повышаются его прочностные характеристики, а также его усадка и ползучесть.
Не за горами появление материалов с контролируемой электропроводностью, деформативными характеристиками и низким термическим расширением, «умных» материалов, например, датчиков для мониторинга температуры, влажности, напряжений, «биоимитаторов» с уникальными свойствами.
Современный прогресс в области нанотехнологий позволяет надеяться, что уже в наступившем десятилетии многие задачи, на сегодняшний день представляющиеся фантастическими, будут успешно решены.
Так, например, в ближайшее время работу по подбору составов с нанодобавкой планирует начать компания «БалтБетонКомплект СПб», которая уже провела переговоры с изготовителем нанодобавок, повышающих все характеристики бетона. Были получены первые результаты испытаний этой добавки, которые пока не разглашаются.

ПОВЫШЕНИЕ ЛЕГКОСТИ
Легкий бетон с беспесчаной структурой характеризуется наличием пустот между зернистым заполнителем, которые остаются после уплотнения. Эти поры возникают, когда содержание цементного теста снижается до такого объема, чтобы зернистый заполнитель только точечно сцеплялся друг с другом. Как отмечает руководитель Института строительных материалов университета Вооруженных сил Германии, д. т. н., профессор Мюнхен Карл­Кристиан Тинель, беспесчаный легкий бетон с легким зернистым заполнителем чаще всего используется для производства массивных и пустотелых блоков, для несущих и теплоизоляционных стеновых элементов, а также для легких дренажных бетонов и, благодаря повышенному шумопоглощению, для шумозащитных стен.
Легкий бетон с правильно подобранным составом отличается высокой долговечностью и иногда превосходит в этом отношении обычный бетон, поскольку их структура различается. Структура традиционного бетона представляет собой 3­компонентную систему из зерен, матрицы и относительно пористой зоны сцепления вокруг обычного зернистого заполнителя. Легкий бетон при правильном составе не имеет зоны сцепления. Еще одним преимуществом легкого бетона является очень хорошая стойкость к воздействию холода и антиобледенительной соли.
Легкий бетон с плотной матрицей занимает относительно небольшой сегмент бетонного рынка. В монолитном строительстве легкий бетон с плотной структурой используется довольно редко, несмотря на высокий потенциал. Причинами этого, прежде всего, являются его малая доступность, более сложная технология изготовления по сравнению с традиционным бетоном и высокая стоимость исходных материалов.

Славяна Румянцева