Инновации технологиях минеральных вяжущих веществ и бетонов на их основе

-основной вектор развития технологии бетона - многокомпонентные модифицированные составы с управляемым структурообразованием;

-химические добавки для модификации бетона (регулирующие реологические свойства бетонных смесей, регулирующие кинетику твердения, придающие специальные свойства);

- бетон структурированный наночастицами;

-применение модифицированных заполнителей и наполнителей, прогрессивного армирования и микроармирования.

Бетон – искусственный каменный материал, получаемый путем затвердевания рационально подобранной смеси минерального или органического вяжущего вещества, заполнителей, воды и добавок. В сочетании со стальной арматурой этот материал называют железобетоном.

В качестве вяжущего вещества для изготовления обычного тяжелого бетона наиболее широко применяют портландцемент и его разновидности. Цемент и вода являются активными составляющими бетона; в результате их взаимодействия образуется цементный камень, скрепляющий зерна заполнителей в единый монолит.

Заполнители бетона. Заполнители часто называют инертными материалами, однако они существенно влияют на структуру и свойства бетона. Введение в бетон заполнителей позволяет резко сократить расход цемента, являющегося наиболее дорогим и дефицитным компонентом, кроме того, они улучшают технические свойства бетона. Жесткий скелет из высокопрочного заполнителя несколько увеличивает прочность и модуль деформации бетона, снижает его ползучесть, т. е. необратимые деформации, возникающие при длительном действии нагрузки. Заполнитель воспринимает усадочные напряжения, а также в несколько раз уменьшает усадку бетона по сравнению с усадкой цементного камня, способствуя получению более долговечного материала.

В качестве заполнителей экономически целесообразно использовать местные сырьевые и техногенные вторичные (шлаки и др.) ресурсы. Применение этих дешевых заполнителей снижает стоимость бетона, так как на их долю обычно приходится до 80 % его объема. Легкие пористые заполнители снижают плотность бетона и улучшают его теплотехнические свойства.

В бетоне применяют мелкий и крупный заполнители. Мелким заполнителем (менее 5 мм) для тяжелого бетона является природный или искусственный песок.

В качестве крупного заполнителя для тяжелого бетона с размером зерен 5...70 мм, иногда до 150 мм, используют щебень и реже гравий.  

В современном строительстве находят применение десятки видов бетонов, среди которых традиционные бетоны, фибробетоны, полистиролбетоны, пористые, гидроизолирующие и другие. По некоторым показателям они приблизились к природному камню и даже металлу.

Процесс изучения и создания новых бетонов продолжается. Все в больших объемах обычные бетоны замещаются многокомпонентными модифицированными, что дает возможность, применяя компьютерное проектирование состава бетонов и технологии их приготовления, прогнозировать физико-механические и эксплуатационные характеристики, эффективно управлять структурообразованием на всех технологических этапах и получать материал с требуемыми свойствами.

Сегодня нигде в мире бетон не производится без разного рода химических добавок. К сожалению, в России объемы производства бетона с добавками пока составляют всего лишь 50–60%. Но модифицированный бетон куда более эффективен, чем обычный. В этой области мы очень сильно отстаем от зарубежных игроков. Специалисты отмечают, что пока лишь два отечественных модификатора отвечают мировому уровню — суперпластификатор СЗ и комбинированный модификатор МБ на основе микрокремнезема и того же суперпластификатора СЗ. Большинство других добавок мы пока вынуждены закупать за рубежом. Это и ускорители твердения, в том числе и суперпластифицирующие комплексы.

Наиболее активные разработки в области модификации цементных бетонов и растворов полимерными композициями в настоящее время осуществляются в Японии, в частности в университете г. Корияма под руководством профессора И. Охама. Среди новых разработок следует упомянуть применение дисперсий стирол-бутадиеновых латексов, эмульсий полиэтиленвинилацетатных и полиакриловых эфиров, полимерных порошков с восстанавливаемой дисперсией (полиэтиленвинилацетат) и других композиций. К новинкам можно отнести модификацию растворов и бетонов стандартной эпоксидной смолой, причем модифицирующая композиция в этих случаях используется без отвердителя, что существенно снижает ее токсичность. Полимеризация смолы проистекает в ходе гидратации цемента, а в случае ее ускорения за счет прогрева наблюдается заметный рост прочности бетона.

ДОБАВКИ в бетон

В настоящее время созданы и все чаще применяются пятикомпонентные системы, которые наряду с такими традиционными исходными материалами, как цемент, вода и крупный и мелкий заполнитель, включают в себя специальные добавки. Благодаря применению таких дополнительных компонентов, с одной стороны, представилась возможность разработки целого ряда новых видов бетона со специальными, превосходными свойствами и высоким инновационным потенциалом: самоуплотняющийся, высокопрочный, высокопластичный с добавлением синтетических фибриллярных материалов и т.д.; с другой стороны, применение добавок и дополнительных средств позволяет осуществить целенаправленную, эффективную и экономичную корректировку нужных сочетаний соответствующих свойств свежеприготовленного и затвердевшего бетона в «традиционных» составах в широком диапазоне различных вариаций.

Добавки вводятся с целью воздействия на технологические, физико-химические и физико-механические свойства бетонной смеси, свежесформованного и затвердевшего бетона. К подобным свойствам относятся, например, удобоукладываемость смеси, прочность, проницаемость, долговечность, декоративные свойства бетона. Как правило, для применения добавок в бетоны требуется получение от органов строительного надзора разрешения, если добавки еще не стандартизированы. Особенно высокие требования при получении допуска к применению предъявляются к таким добавкам, которые должны использоваться в бетоне при изготовлении несущих конструктивных элементов.

Классификация важнейших химических добавок для бетона по их основному эффекту действия в бетонной смеси в соответствии с международной классификацией, обозначение этих добавок, их активные составляющие и принцип действия приведены в табл. 8.

Таблица 8