Эффективные бетоны нового поколения с низким удельным расходом цемента на единицу прочности

Какими бы хорошими и прогрессивными не были зарубежные и отечественные формообразующие технологии, используемая рецептура бетона остается старой (состава 1840–1850 г.) трехкомпонентной, включающей «цемент-песок-щебень». Старая четырехкомпонентная рецептура бетонных смесей «цемент-песок-щебень-вода» для основного количества регионов пополнилась лишь суперпластификаторами, способными существенно повысить прочность бетона. Для строительства уникальных зданий и сооружений она включает еще один компонент — микрокремнезем. Поэтому можно констатировать, что существенного изменения сухих компонентов, которые бы позволили увеличить прочность бетона в 2–3 раза (с 30–40 до 100–120 МПа) при тех же расходах цемента за 30 лет не произошло. В 1980–1985 г. мы производили бетон с суперпластификаторами марок М400–500 (иногда 600–700). И в настоящее время осуществляется выпуск бетона тех же марок или даже ниже. Если проанализировать статистику марочности выпускаемого бетона по средним городам с населением 500–700 тыс. чел., то по нашим сведениям самым востребованным является бетон М300–400. Если для отечественного строительства не нужны высокопрочные и сверхвысокопрочные бетоны нового поколения (за редким исключением), то должно быть хотя бы освоено производство высокоэкономичных бетонов общестроительного назначения нового поколения марок 150–700 с расходами цемента 150–300 кг на 1 м³ бетона. Такие пластифицированные бетоны по нашей терминологии [1, 2, 3, 4, 5], определяющей новый состав его, должны быть порошково-активированными, многокомпонентными. К порошково-активированным бетонам относятся как высокопрочные (R_сж=100–150 МПа), сверхпрочные (R_сж150), бетоны повышенной прочности (R_сж=50–100 МПа) и бетоны общестроительного назначения (R_сж=15–50 МПа). Высокие прочности достигаются добавлением дополнительных 2–3 компонентов заданной дисперсности из горных пород.

Такая стратегия полностью соответствует последним постановлениям Правительства РФ, Министерства строительства и ЖКХ РФ по разработке композиционных материалов. Какие проблемы необходимо решать для производства таких бетонов:

1.      Производство дисперсных порошковых наполнителей (каменной муки) из местных горных пород с удельной поверхностью Sуд=3000–4000 см²/г;

2.      Улучшение качества намывных песков, добываемых земснарядами, с отмывкой их от илистых, глинистых и пылеватых примесей на пескомойках;

3.      Производство на специализированных карьерах нерудной промышленности не только щебня, но и каменной муки, тонкого дробленого песка и дробленого песка-заполнителя;

4.      Наращивание производства поликарбоксилатного суперпластификатора и строительство новых заводов.

Таким образом, центр тяжести необходимо перенести на получение дополнительных сырьевых компонентов, с помощью которых можно получать бетоны с прочностью до 100–120 МПа без использования микрокремнезема, количество которого оценивается в России в объеме 150 тыс. тонн (выпуск 4–5 млн. м³ бетона при содержании микрокремнезема 10 % от массы цемента). При осуществлении такой концепции возможна организация производства дешёвой каменной муки из горных пород непосредственно на заводах ЖБИ и ДСК с созданием отделений помола (по аналогии с заводами газобетона, газосиликата, силикатного кирпича). Такой вариант исключает зависимость заводов от поставщиков каменной муки.

Нами изучены многие молотые горные породы в качестве добавок каменной муки в бетоны. К ним относятся плотные известняки, доломитизированные известняки, доломиты, кварцевые пески и песчаники, граниты, диориты, базальты, диабазы и т. п. [3–7].

Перспективно строительство цехов по выпуску тонкого природного песка (сепарированного) и молотого песка (известняка, доломита) на базе крупных ДСК и ЖБК. Молотые пески (микрокварц) выпускаются Раменским и Люберецким ГОК, но они стоят дороже цемента. Себестоимость 1 тонны молотого кварцевого песка обходится не дороже 500–600 руб. за 1 тонну. Молотый известняк имеет себестоимость и того ниже.

Тормозом в производстве бетонов нового поколения является наличие старых бетоносмесительных узлов, рассчитанных на дозирование трех сухих компонентов бетонной смеси. В настоящее время, как указано ранее, закупаются новые технологии формования, а на бетоносмесительных узлах экономят. Необходимо переоборудование дозировочных отделений старых бетоносмесительных узлов. Прецеденты такого переоборудования по нашим рекомендациям имеются. В г. Рязани в июне-июле будет сдан в эксплуатацию новый завод ЖБИ с несколькими бункерами для дозирования 6–8 компонентов. В г. Тольятти по нашим рекомендациям на бетоносмесительном узле будет установлено 8 бункеров для компонентов бетона. Приобретены дробилка и мельница для дробления и помола известняка.

Российские технологии приготовления бетонных смесей — это в основном, технологии прошлого. В периферийных областных центрах используются пески и щебни различной влажности, которая плохо контролируется. В результате консистенция бетонной смеси и содержание воды изменчивы. Если за рубежом закупаются датчики влажности для бетоносмесителей, то они, как правило, не работают, «зарастают» бетоном. Необходимы коротковолновые датчики нового поколения, устанавливаемые вне бетоносмесителей (с обратной связью с приводным двигателем бетоносмесителя).

Много нерешенных проблем с организацией производства самоуплотняющегося бетона (СУБ). Эти бетоны являются вершиной прогресса в науке и техники бетонов на сегодняшний день. Разве они не определяют стратегию инновационного развития бетонного кластера в России? В Евросоюзе производство самоуплотняющегося бетона на заводах сборного железобетона составляет около 50 %. В нашей практике они практически не производятся. И если появляются сообщения в российской печати, то это высокопластичные бетоны, не удовлетворяющие американским нормам АSТМ или трем последним маркам СУБ Евростандарта. Без каменной муки, тонкого песка и оптимальной гранулометрии заполнителей они не могут быть получены.

Разработкой их и исследованием усиленно занималась и занимается коллектив нашей кафедры «Технология строительных материалов и деревообработки». Нами разработаны не только высокопрочные и сверхпрочные бетоны и фибробетоны (в том числе соответствующие зарубежным «High Performant Concrete»), но и бетоны общестроительного назначения с прочностью 30–60 МПа [8–11]. Имеется и промышленная реализация в г. Красноярске [2]. Различия между порошково-активированными высокопрочными бетонами и бетонами общестроительного назначения с прочностью 30–60 МПа исчезают, если сравнивать их по величине обобщающего экономического, технического и экологического критерия — удельного расхода цемента на единицу прочности бетона при сжатии , кг/МПа. Какие бы научные исследования не проводились с целью создания эффективных бетонов, оценочным критерием должен стать удельный расход цемента на единицу прочности. Он должен быть не выше 4–5 кг/МПа [3–4, 6, 9, 10]. Если это сверхпрочный бетон с R_сж=150 МПа, то расход цемента должен быть не выше 600 кг на 1 м³ бетона. Если это бетон с прочностью 40 МПа, то расход цемента не должен превышать 200 кг на 1 м³ бетона. Получение таких значений  и дальнейшее снижение его в перспективе должно быть стратегическим направлением инновационных технологий.

Литература:

1.                  Калашников В. И. Терминология науки о бетоне нового поколения. Строительные материалы. 2011. № 3. С. 103–106.

2.                  Суздальцев О. В., Дрянин Р. А., Калашников В. И. О терминологии защитно-отделочных и архитектурно-декоративных бетонов нового поколения. Новый университет. Серия: Технические науки. 2014. № 5–6 (27–28). С. 43–46.

3.                  Калашников В. И. Как превратить бетоны старого поколения в высокоэффективные бетоны нового поколения. Бетон и железобетон. 2012. № 1. С. 82.

4.                  Калашников В. И. Основные принципы создания высокопрочных и особовысокопрочных бетонов. Популярное бетоноведение. 2008. № 3. С. 102.

5.                  Калашников В. И. Что такое порошково-активированный бетон нового поколения. Строительные материалы. 2012. № 10. С. 70–71.

6.                  Калашников В. И., Тараканов О. В., Кузнецов Ю. С., Володин В. М., Белякова Е. А. Бетоны нового поколения на основе сухих тонкозернисто-порошковых смесей. Инженерно-строительный журнал. 2012. № 8 (34). С. 47–53.

7.                  Калашников В. И., Тараканов О. В., Белякова Е. А., Мороз М. Н. Новые направления использования зол ТЭЦ в порошково-активированных бетонах нового поколения. Региональная архитектура и строительство. 2013. № 3. С. 22–27.

8.                  Калашников В. И., Демьянова В. С., Володин В. М., Гусев А. Д. Ресурсосберегающие порошковые фибробетоны с использованием техногенных отходов. Строительные материалы. 2012. № 8. С. 52–53.

9.                  Калашников В. И., Ананьев С. В. Высокопрочные и особовысокопрочные бетоны с дисперсным армированием. Строительные материалы. 2009. № 6. С. 59–61.

10.              Калашников В. И., Хвастунов А. В., Хвастунов В. Л. Физико-механические и гигрометрические свойства порошково-активированных высокопрочных щебеночных бетонов и фибробетонов с низким удельным расходом цемента на единичу прочности. Научно-технический вестник Поволжья. 2011. № 5. С. 161–164.

11.              Калашников В. И., Скачков Ю. П., Ананьев С. В., Троянов И. Ю. Геометрические параметры фибры для высокопрочных бетонов. Региональная архитектура и строительство. 2011. № 1. С. 27–33.