Последние десятилетия двадцатого века ознаменовались значительными достижениями в теории и технологии бетона, изделий и конструкций на его основе. Появились и получили широкое распространение различные модификаторы для вяжущих веществ и бетонов, активные минеральные наполнители, новые технологические приемы. Обогатились наши представления о структуре и свойствах бетона, о процессах структурообразования, появилась возможность прогнозирования свойств и активного управления структурообразованием бетона, успешно развивается компьютерное проектирование бетона и его технологии.
Все это позволило не только создать и освоить новые виды бетона, но и значительно расширить номенклатуру применяемых в строительстве бетонов: от суперлегких теплоизоляционных до высокопрочных конструкционных. Сегодня в строительстве применяется более тысячи различных видов бетона и процесс создания новых бетонов интенсивно продолжается. Бетон широко используется в жилищном, промышленном, транспортном, гидротехническом и других видах строительства.
Возможность получить материал с самым различным комплексом свойств, высокая архитектурно-строительная пластичность, сравнительная простота и доступность технологии, малая энергоемкость и возможность успешного использования местного сырья и утилизации техногенных отходов, хорошие технико-экономические показатели, экологическая безопасность - все это вывело бетон на первое место среди строительных материалов.
В новом веке теория, технология и практика применения бетона получат дальнейшее развитие, сохранив за ним ведущее положение среди строительных материалов. Бетон как основное звено войдет в более широкий класс материалов - строительных композитов гидратационного твердения, которые создаются на единой материаловедческой основе, и которые позволят получить гибридные, слоистые, тонкостенные, профильные и другие виды нового поколения строительных конструкций. Строительные композиты, которые наряду с бетоном включают растворы, мастики и другие материалы, являются особым видом композиционных материалов, структура которых имеет две стадии образования: первоначальное формирование структуры из пластичных многокомпонентных сырьевых смесей и последующее укрепление структуры затвердевшего материала в результате сложных физико-химических процессов.
Для обеспечения строительства новым поколением строительных композитов и бетонов необходимо развитие сопряженных отраслей промышленности: цементной - для создания и производства новых композиционных вяжущих, в том числе с уменьшенным содержанием клинкера, на безклинкерной основе, с применением гипса, извести, шлака и других видов сырья; строительной химии - для создания и производства химических модификаторов различного назначения, в том числе из вторичного сырья промышленности, производства расширяющих добавок, ультрадисперсных активных наполнителей, ультрадисперсных волокнистых наполнителей, пигментов, смазок, клеев и других материалов; нерудной промышленности - для создания и производства новых видов заполнителей, в том числе суперлегких.
Ранее предполагалось, что модификаторы и другие материалы для бетона должны готовить химическая, металлургическая и другие виды промышленности. Однако практика строительства показала, что это неправильный тупиковый путь. В результате сегодня на строительном рынке отсутствуют многие необходимые материалы отечественного производства и широко предлагаются импортные.
За рубежом промышленность строительных материалов быстро развивает производство по переработке для использования в строительстве различного химического сырья, вторичных продуктов металлургии, горнодобывающей и других отраслей промышленности и энергетики. В результате создано и освоено большое количество комплексных модификаторов для вяжущих веществ и бетонов, супертонких активных минеральных наполнителей, композиционных вяжущих веществ и других эффективных материалов. Российская Федерация обладает большими сырьевыми ресурсами для создания подобных материалов и необходимо в ближайшие годы уделить особое внимание созданию существующих отечественных производств в различных регионах. Как показывает мировой опыт, инвестиции в подобные производства быстро окупаются, а продукция является высокоприбыльным товаром.
В новом веке будет происходить постепенное замещение обычных традиционных бетонов многокомпонентными бетонами. В последних используются химические модификаторы структуры, свойств и технологии бетона, в том числе комплексные модификаторы, включающие несколько индивидуальных продуктов, активные минеральные компоненты различной дисперсности и в ряде случаев композиционные вяжущие вещества, в том числе вяжущие низкой водопотребности, расширяющие добавки, дисперсные волокнистые наполнители и другие специальные компоненты.
Многокомпонентность структуры позволяет эффективно управлять структурообразованием на всех этапах технологии и получать материалы с самыми различными комплексами свойств. Вместе с тем, Многокомпонентность системы повышает требования к дозированию материалов и перемешиванию бетонной смеси, так как часто требуется вводить модификатор в очень небольших объемах и перемешивать порошки (цемент+наполнитель) до получения однородной массы, что может быть обеспечено только за счет применения соответствующего оборудования.
Значительно упростить технологию и сделать общедоступным применение многокомпонентных бетонов и растворов возможно за счет использования предварительно приготовленных сухих смесей. Производство сухих смесей может быть организовано на модульных быстромонтируемых заводах в различных регионах с использованием местных сырьевых ресурсов в соответствии с номенклатурой, определяемой потребностями строительного комплекса в данном регионе. В ближайшие годы следует ожидать резкого увеличения производства сухих смесей, тем более что эта отрасль промышленности строительных материалов ориентирована на возможности среднего и мелкого бизнеса, где создание небольших производств для удовлетворения потребностей определенного строительного района весьма эффективно.
Наиболее полно современные возможности технологии бетона получили в создании и производстве высококачественных бетонов. Под этим термином, принятым в 1993 г. совместной рабочей группой ЕКБ/ФИП, объединены многокомпонентные бетоны, которые изготавливают из смеси с ограниченным водосодержанием, с высокими эксплуатационными свойствами, прочностью, долговечностью, адсорбционной способностью, низким коэффициентом диффузии и истираемостью, надежными защитными свойствами по отношению к стальной арматуре, высокой химической стойкостью и стабильностью объема.
Высококачественные бетоны имеют прочность в возрасте 28 суток 60-150 МПа, в возрасте двух суток 30-50 МПа, морозостойкость F600 и выше, водонепроницаемость W12 и выше, водопоглощение менее 1-2% по массе, истираемость не более 0,3-0,4 г/см2, регулируемые показатели деформативности, в том числе с компенсацией усадки в возрасте 14- 28 суток естественного твердения, высокую газонепроницаемость. В реальных условиях прогнозируемый срок службы такого бетона превышает 200 лет. Возможно получение супердолговечных бетонов со сроками службы до 500 лет, что подтверждается исследованиями японских ученых.
Теоретическими предпосылками синтеза прочности и долговечности высококачественных бетонов является более полное использование энергии портландцемента, создание оптимальной микроструктуры цементного камня, уменьшение макропористости и повышение трещиностойкости, упрочнение контактных зон цементного камня и заполнителя за счет направленного применения комплекса эффективных химических модификаторов, высокодисперсных кремнийсодержащих материалов с аномальной гидравлической активностью, расширяющих добавок с регулируемой энергией напряжения и интенсивной технологии производства.
В результате направленного структурообразования получается высококачественный бетонный черепок, состоящий из цементного камня, модифицированного минеральными и химическими добавками, на основе которого могут создаваться различные материалы:
при введении прочных заполнителей - высокачественные бетоны;
при введении тонкодисперсной газовой фазы или особо легких заполнителей - суперлегкие эффективные теплоизоляционные бетоны;
при введении дисперсных волокнистых наполнителей - фибробетоны повышенной эксплуатационной надежности;
при введении пигментов и заполнителей из отделочного камня, декоративного стеклобоя и других подобных материалов - архитектурно-декоративные бетоны;
при использовании отходов промышленности - экологические бетоны;
при использовании полимерных компонентов - бетоны различного назначения;
при применении специальных компонентов - специальные бетоны (защитные, электротехнические и другие).
На практике получит применение вся гамма бетонов - от обычных традиционных до многокомпонентных и высококачественных. Однако постепенный переход к более эффективным видам бетона и технологии будет предопределен их более высоким качеством и соответственно большей конкурентоспособностью на строительном рынке и большими возможностями в создании новых видов конструкций, зданий и сооружений.
Из различных видов бетона расширится применение мелкозернистого бетона. Этот вид позволяет получать высококачественную структуру материала, отличается высокой технологичностью, позволяя сравнительно просто изготавливать изделия как методом прессования с немедленной распалубкой, так и методом литья, что особенно удобно для монолитного домостроения, и, кроме того, он легко и эффективно модифицируется с помощью органо-минеральных модификаторов, обеспечивая получение материалов с различным комплексом свойств. Его несомненным достоинством является использование дешевых местных песков, что позволяет снизить стоимость бетона на 15-25% по сравнению с крупнозернистыми бетонами на щебне.
Мелкозернистый бетон позволяет получать тонкостенные и слоистые конструкции, декоративный и фибробетон, конструкции, в которых сочетаются различные материалы, а также конструкции и изделия переменной плотности и ряд других эффективных материалов и решений.
Для получения наилучших результатов при производстве новых видов бетона, изделий и конструкций получит развитие интенсивная технология бетона. В ней будет использована механохимическая активация сырьевых смесей, скоростные смесители, в том числе двухкамерные, баротермическое воздействие, электроимпульсные и волновые технологии, литье, компьютерное управление технологией и качеством материала, пропитка готовых изделий и конструкций и другие технологические приемы. Появление новых бетонов, особенно высококачественных, открывает новую эру в создании зданий и сооружений. Уже сегодня с использованием высококачественного бетона возводятся высотные здания, большепролетные мосты, железобетонные платформы для добычи нефти на океанических шельфах, подземные "мини-города", специальные и другие сооружения.
Высококачественный бетон в сочетании с другими эффективными бетонными материалами на основе высококачественного бетонного черепка (суперлегкие теплоизоляционные и декоративные бетоны) позволит создать "дом XXI века", в котором высокопрочный каркас с долговечностью более 200 лет будет сочетаться с эффективными ограждающими конструкциями из суперлегкого и декоративного бетонов и с периодически обновленными инженерными сетями и отделкой, что позволит получить архитектурно-выразительное, быстровозводимое и легко трансформируемое комфортабельное жилье и объекты социальной сферы.
Автор: Ю.М. БАЖЕНОВ, акад. РААСН, д-р техн. наук, проф.
Источник: Журнал "Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века"
