Современные виды бетонов статья
Обновлено: 12.05.2024
В последние 5-10 лет в строительную отрасль стремительно внедряются новые технологии. Например, на стройплощадках все чаще появляются дроны и роботы, а контролировать прочность и температуру бетона можно с помощью обычного смартфона.
Инновации не обошли стороной и строительные материалы. В этой статье мы собрали 5 видов бетона с особыми свойствами, которые могут начать использоваться на практике уже в самом ближайшем будущем.
Гибкий бетон
В 2016 году ученые из сингапурского университета в Наньяне представили свой вариант гибкого бетона.
Для получения гибкости в него добавляется специальное ультратонкое волокно, которое равномерно воспринимает нагрузки, распределяя их по всей площади бетона. Подобные волокна не бетонируются «намертво». Они как бы проскальзывают под давлением относительно друг друга.
Основное преимущество гибкого бетона заключается в том, что даже после деформаций он возвращается в предыдущее состояние.
Вообще гибкие бетоны впервые были изобретены около 10 лет назад и выходили под общим названием Engineered Cementitious Composites (ECC). Сингапурские исследователи улучшили версию ECC и назвали ее ConFlexPave.
На данный момент ConFlexPave используют при дорожных работах. Дороги с гибким бетоном выдерживают деформации и в то же время не размываются во время смен сезонов.
Самовосстанавливающийся бетон
На ремонт бетонных конструкций ежегодно тратят миллиарды долларов, поэтому самовосстанавливающийся бетон – новая ступень в развитии строительных материалов.
Основой большинства способов получения самовосстанавливающегося бетона является добавление в состав грибков и спор бактерий, способных выжить в щелочных условиях и придать строительному материалу новые свойства.
Самовосстанавливающийся бетон необходим в местах, где производство мелких ремонтных работ и регулярный осмотр состояния сооружений невозможен или затруднен:
– подземное строительство;
– подводное строительство;
– высотные здания;
– транспортные сооружения мостового типа.
Подробнее о самовосстанавливающимся бетоне читайте в статье «Как получают самовосстанавливающийся бетон и зачем он нужен»
Электропроводящий бетон
Российские ученые из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) создали электропроводящий бетон.
Его можно применять для специального строительства, автоматического мониторинга деформаций и ремонта сооружений, производства незамерзающих взлетно-посадочных полос, дорожных покрытий, а также поверхностей, от которых прямо на ходу будут подзаряжаться электроавтомобили и другая техника. Статья об этом опубликована в Magazine of Civil Engineering.
По итогам проведенных испытаний зафиксировано, что новый бетон не только может проводить электричество, но и на 30-35 процентов прочнее, чем гостовские образцы. Часть цемента в новом бетоне заменили на зольные и шлаковые отходы энергетических производств и отходы обработки гранита, поэтому его производство экономичнее и экологичнее, чем обычных бетонов и существующих аналогов. Для электропроводимости вместо дорогих карбоновых нанотрубок в смесь добавили обычные и очень доступные карбоновые наночастицы.
Подробнее про электропроводящий бетон читайте в статье «Зачем нужен электропроводящий бетон»
Светящийся бетон
Доктор Хосе Карлос Рубио из мексиканского университета UMSNH создал цемент, из которого можно изготавливать светящийся бетон. Бетон с фотолюминесценцией может накапливать энергию Солнца днём, а затем отдавать её ночью в течение 12 часов. Изобретатель утверждает, что прочности такого бетона хватит на 100 лет использования.
Если полученный Рубио цемент пройдёт необходимые проверки, то изготовленные из него стены, здания и даже дороги (в тех климатах, которые это позволяют) способны будут накапливать световую энергию в течение дня, а затем светиться ночью, экономя таким образом огромное количество электроэнергии.
Рубио утверждает, что в отличие от фотолюминесцентных пластиков, которые разлагаются от ультрафиолета, его цемент солнцеустойчивый и может служить целых сто лет. Он уже получил материал двух цветов, голубого и зелёного. Кроме всего прочего, максимальную яркость материала можно контролировать при его изготовлении – чтобы, например, светящаяся дорога не слепила водителей.
Изобретатель запатентовал свой цемент в Мексике. Изобретением уже заинтересовались в фонде Ньютона, основанном Королевской инженерной академией наук Великобритании. Проект проходит стадию коммерциализации.
Фотокаталитический бетон
Фотокаталитические бетоны являются перспективным направлением в строительстве, благодаря возможности эффективного решения проблемы загрязнения атмосферного воздуха в городах и самоочистки фасадов зданий.
Бетон так назван из-за фотокатализа – химического процесса, который происходит в его структуре под действием света. Как только солнечные лучи попадают на поверхность подобного бетона, происходит химическая реакция, которая расщепляет любые загрязнения – пыль, грязь, плесень, бактерии и прочее.
Ученые добились проявления таких свойств благодаря введения в рабочий состав диоксида титана параллельно с дополнительными катализаторами, которые не только стабилизируют его, но и активизируют дополнительные фотокаталитические процессы.
Эти строительные материалы уже несколько лет используются при строительстве в Японии, Бельгии, Италии, Франции, США, а впервые технология фотокаталитического бетона была применена при строительстве Церкви Дио Падре Мизерикордиозо в Италии (на фото). Для того, чтобы белоснежные бетонные «паруса» новой церкви не требовали частых чисток, специалисты этой компании использовали свою новую разработку — белое самоочищающееся покрытие для стен. Но в тот момент они не знали, что из-за содержания диоксида титана, белого пигмента, этот краситель-штукатурка поглощает выхлопные газы и другие составляющие городского смога.
В России известны лишь лабораторные эксперименты по применению фотокаталитических бетонов.
В связи с перспективами использования и развитием фотокаталитических бетонов в 2016 году вышел нормативный документ ГОСТ Р 57255—2016 «Бетоны фотокаталитически активные самоочищающиеся. Технические условия»
Остались вопросы? Свяжитесь с нами!
Телефон: 8 (800) 555 29 32
Подпишитесь на нашу email-рассылку, чтобы не пропускать новые статьи!
У бетона хоть и не столь долгая история, как у кирпича и древесины, но без него сегодня не обходится ни одна стройка – фундамент, перекрытия, дорожки и многое другое. И если для большинства из нас бетон – это смесь цемента, песка, щебня и воды в определенных пропорциях, то для ученых – плацдарм для опытов. Что интересно, результаты многих опытов реально применять на практике, а не только в лабораториях. В нашей подборке собраны как раз такие, усовершенствованные бетоны с необычными характеристиками.
Гибкий бетон
В сингапурском научно-исследовательском центре при Наньянском технологическом университете группа ученых во главе с профессором Чу Цзянем разработала принципиально новый вид бетона – гибкий (ConFlexPave).
Обычный бетон отличается повышенной прочностью, особенно когда речь о ЖБИ, усиленных арматурой. Однако от хрупкости его не избавляет даже армирование, и изгиб вызывает растрескивание и постепенное разрушение. Кроме того, железобетон тяжелый, что создает определенные сложности в процессе укладки плит.
Гибкий бетон, разработанный сингапурцами, прочнее и устойчивее к износу, и способен значительно прогибаться, за счет особого состава.
К стандартному песку, щебню и цементу добавлены полимерные микроволокна – эти тончайшие синтетические нити равномерно распределяют нагрузку и позволяют изготавливать тонкие и облегченные дорожные плиты. При этом по прочности полученный бетон можно сравнить с металлом. Будучи гибким, он практически не подвержен истиранию. Это особенно актуально на трассах или пешеходных дорожках в зонах повышенной проходимости. Гибкие плиты прошли испытания на стенде, в ходе которых была доказана повышенная гибкость материала и его устойчивость к прямому физическому воздействию.
Немаловажно, что использование гибкого бетона значительно упростит жизнь дорожным службам – сократится трудоемкость процесса укладки, частичная замена полотна не будет требовать остановки движения. Тест-драйв новинка проходит прямо на территории университетского комплекса – там громадная пешеходная нагрузка, да и дорожный трафик впечатляющий. В дальнейшем ученые планируют подбирать состав плит, исходя из конкретных условий эксплуатации, еще на этапе производства добиваясь оптимальных характеристик.
Бетон с подсветкой
А мексиканца доктора Хосе Карлоса Рубио, из университета Мичоакана, больше заинтересовали свойства цемента, как важнейшего компонента бетона. Он разработал принципиально новое вяжущее, со сроком службы около века, да еще со светоизлучающей способностью. За десятилетие исследований он сумел изменить микроструктуру цемента, введя в него флуоресцентные добавки. На таком цементе получается не только более однородный раствор, без характерных «хлопьев». Эти кристаллические структуры, образующиеся на поверхности, ухудшают характеристики бетона и способствуют ускоренному разрушению верхнего слоя. Чтобы предотвратить кристаллизацию, Рубио и ввел в цемент добавку, а заодно получил бонусную декоративную подсветку.
В течение дня такой бетон накапливает солнечную энергию, а с наступлением темноты начинает отдавать ее, создавая потрясающие световые эффекты.
В отличие от пластика, из которого изготавливается большая часть флуоресцентных материалов, со сроком службы в несколько лет, бетонная подсветка устойчива к УФ лучам и прослужит век.
Новый цемент может применяться как самостоятельно, так и в смесях с другими материалами, для строительства различных объектов и дорожных покрытий. В плане экологичности светящийся цемент выигрывает у обычного – в его составе, в основном, мел и глина, а «отдача» при его производстве – в виде водяного пара. Цветовая гамма материала на данный момент представлена синим и зеленым цветом, а яркость подсветки можно регулировать, чтобы дорожки не слепили пешеходов и велосипедистов. В планах исследователя – попробовать соединить светящиеся частицы с другими строительными основами и получить новые стройматериалы, с эффектом подсветки.
Бетон из отходов
Утилизация осадков после очистки стоков давно превратилась в глобальную проблему для многих стран, которую усугубляют строгие экологические нормативы. Самый дешевый вариант – захоронение отходов – нелегален, так как в осадке большое количество химических веществ, способных ухудшить показатели почв. Очистным предприятиям Малайзии решить проблему помогли ученые, решившие, что пропадать такому количеству полезных веществ, в которых остро нуждаются другие отрасли, глупо.
Исследователи из национального технологического университета MARA научились добавлять порошок, получаемый из осадка, вместо части цемента, при производстве бетона.
Процесс получения заготовок простейший: осадок формуют в виде лепешек, которые просушивают и, для окончательного удаления жидкости, обжигают. Сухие заготовки тщательно измельчают и просеивают, получая однородный порошок, который в дальнейшем добавляют в бетонную смесь. Пропорции варьируются, исходя из желаемой марки бетона – максимальная доля порошка в цементе составляет 15 %, реально получить как бетон средней прочности, так и высоких классов. Ученые считают, что замена части цемента порошком из сточных осадков (DSWP – domestic waste sludge powder) повышает прочность бетона и снижает его проницаемость и засоленность. Разработка признана перспективной, так как с учетом потребностей строительной отрасли в цементе, даже незначительная доля стороннего вещества, да еще продукта переработки отходов, и экономически, и экологически выгодна.
Блоки из костробетона
Естественно, не осталась в стороне и Америка – на базе Массачусетского технологического института была организована краудсорсинговая платформа (ресурс для привлечения свежих идей и широкого круга исполнителей). Там и появился интересный с практической точки зрения проект Чада Нутсена. Частный дизайнер разработал строительные блоки из костробетона, производимые методом 3D-печати.
Основу блока составляет конопляная пенька (костра), в качестве минерального наполнителя – песок, вяжущее – портландцемент. Используя органику в качестве основного компонента, позволяющего значительно сократить долю вяжущего, реально уменьшить выбросы в атмосферу углекислого газа. Что касается технических характеристик, блоки получаются прочными, с высоким коэффициентом шумопоглощения и низким коэффициентом теплопроводности, да еще и с антисептическими свойствами (устойчивы к плесени и гнили).
Если бы речь шла только о сырьевой составляющей блока, ничего принципиально нового дизайнер не изобрел: и соломенный саман известен несколько веков, и от более современного арболита на древесной щепе костробетон недалеко ушел.
Однако фишка еще и в способе производства, и внутреннем строении – блок не монолитный, конопляно-цементная смесь при застывании образует ячеистую, напоминающую костную, структуру.
За счет этого блок получается легким, но максимально прочным, и в процессе печати реально заложить полости под все инженерные сети (электропроводка, коммуникации). Форма блоков также произвольная – они могут быть изготовлены как типовыми брусками, так и фигурными.
Применяемая Нутсеном ультразвуковая кавитация позволяет использовать в качестве основы не только конопляную костру, но и любой органический композит, так как сырье в процессе переработки максимально измельчается. Чтобы доказать, что костробетон действительно не уступает более привычным материалам в прочности, превосходя многие из них в плане экологичности, разработчик с единомышленниками планирует использовать их для строительства большого дома. Учитывая, что уже упомянутый арболит с успехом используется в частном домостроении, вряд ли блоки на базе костры потерпят фиаско. В любом случае, чем больше будет экологически чистых материалов, тем лучше для всех нас.
Инновации затрагивают все сферы нашей жизни – можно вырастить шезлонг, а вместо громоздкого дивана установить в маленькой квартире универсальный модуль. Вместо люстры и бра уже используют светящиеся обои, а в качестве дачи – картонный дом. И посмотрите видео о стеклянном доме, тоже не самом типовом, но от этого не менее привлекательном строении.
Аннотация научной статьи по прочим социальным наукам, автор научной работы — Машукова Анастасия Ивановна, Матвеев Сергей Фёдорович
Данная статья посвящена новым разработкам в сфере бетона . Рассмотрены разновидности бетона такие, как фибробетон , биобетон .
Похожие темы научных работ по прочим социальным наукам , автор научной работы — Машукова Анастасия Ивановна, Матвеев Сергей Фёдорович
Текст научной работы на тему «Новые разновидности бетона»
НОВЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ БЕТОНА
Машукова Анастасия Ивановна, Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск
Матвеев Сергей Фёдорович, Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск
Научный руководитель: Дорофеева Наталья Леонидовна
Аннотация. Данная статья посвящена новым разработкам в сфере бетона. Рассмотрены разновидности бетона такие, как фибробетон, биобетон.
Ключевые слова: бетон, фибробетон, фиброволокна, биобетон.
В 21 веке прогресс не стоит на месте. Чуть ли не каждый день в строительстве появляются новые устройства и приспособления, которые в значительной степени упрощают процессы возведения и эксплуатации зданий, чему также способствует использование новых технологий, новых более эффективных строительных материалов и новой усовершенствованной строительной техники. Строительным материалам при этом отводится важная роль. В данной статье хотелось бы обратить особое внимание на новые виды бетонов, как уже внедряемых, так и только находящихся в процессе исследования.
Использование бетона в строительстве отслеживается с древних времен. При этом на протяжении веков состав бетонов неоднократно менялся. В 19 веке при создании бетона стала использоваться арматура, что сделало бетон еще более универсальным материалом. Бетон в современном понимании - это искусственный камень, который получен в результате затвердевания рационально подобранной смеси из цемента (вяжущего вещества), мелкого заполнителя, крупного заполнителя, воды и, в необходимых случаях, специальных добавок. Применение заполнителей (песка, гравия или щебня), которые образуют жесткий скелет и воспринимают внешнюю нагрузку,
позволяет уменьшить усадку бетона и образование усадочных трещин. Заполнители должны занимать не более 80-85% объема бетона [1]. Существуют множество различных видов бетона, соответствующих различным целям и назначениям и различающихся между собой своим составом и технологическими характеристиками. Добавление специальных добавок в бетонную смесь позволяет получить новые виды бетонов, разработка которых актуальна до сих пор.
Среди бетонов, относящихся к новым, активно внедряющимся видам бетона, можно выделить фибробетон, который содержит в своем составе микроарматуру выполненной в виде стальных тонких проволок с загнутыми концами, называемую фиброволокнами (рис.1) или фибрами. Фибробетоны применяют в сборных и монолитных конструкциях, работающих на знакопеременные нагрузки.
Рис. 1 Фиброволокна
Способ приготовления бетонной смеси при работе с фибробетонами следующий: сначала смешиваются сухие компоненты - щебень, песок, цемент, фибра, затем вливают воду и добавляют химические добавки и окончательно перемешивают смесь до готовности. Важнейшая характеристика фибробетона -прочность на растяжение. Она является не только прямой характеристикой материала, но и отражает сопротивление нового вида бетона другим воздействиям. Также повышается такой важный показатель работы фибробетона, как долговечность. По этому показателю фибробетон может в 15-20 раз превосходить обычные бетоны [2]. Текущие исследования пытаются просмотреть применение фиброволокон из других материалов: различных пластмасс, полипропиленовые фиброволокна.
Следующий бетон, о котором хотелось бы рассказать, это биобетон.
Концепцию биобетона придумали ученые из Делфтского технического университета в Нидерландах 20 лет назад. Ученые этого университета вводят в состав бетона специальные микроорганизмы, в частности, бактерии Bacillus pasteurii, которые обладают способностью повышать щелочность воды, активно растворяющей соли угольной кислоты, кальций и карбонаты. Образующиеся кристаллы карбоната кальция, фактически являющиеся цементом, будут связывать частицы природного песчаника и строительного бетона, заполняя мелкие трещины и возникающие разрушения в период эксплуатации сооружения
В составе биологического бетона, разрабатываемого группой испанских инженеров из Политехнического университета Каталонии, в качестве связующего компонента используют фосфат магния, который заменяет портландцемент. Предполагается, что этот компонент создаст благоприятную среду для прорастания разного рода лишайников, мхов и грибов, что поможет без вмешательства человека заделать образующиеся в случае повреждения бетонной конструкции трещины [4]. В данном случае биобетон будет укладываться в три слоя. Первый слой должен защищать от влаги внутренние помещения, второй - удерживать воду, которая требуется для роста растений, а заключительный слой будет гарантировать защиту от солнца и предохранять от чрезмерного испарения воды. Заявленный бетон будет намного лучше обычного бетона выполнять функцию изоляции помещения. А это должно привести к сокращению расходов на отопление в холодный период года и кондиционирование в теплый период.
Биобетон является новшеством в строительной промышленности. Он еще не использовался в реальной жизни, только исследуется в стенах лаборатории. Использование биобетонных смесей в будущем должно благоприятно отразиться на атмосфере городского воздуха, поддерживая естественные процессы очистки и циркуляции, а также пополнять запасы кислорода в городах. Испытания еще не завершены. Стоимость новых материалов конечно будет превышать цену традиционного бетона, но учитывая заявленные характеристики, их применение при положительных результатах экспериментов будет вполне оправданым. Другими словами, биобетон можно отнести к классу самовосстанавливающихся бетонов, о которых давно мечтает человечество.
1. Строительные материалы и изделия / К.Н. Попов, М.Б. Каддо // Учеб. — М.:
2. «Фибробетон: технико-экономическая эффективность применения». Журнал "Промышленное и гражданское строительство", №9/2002, 17.07.2006
ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫЕ БЕТОНЫ / САМОУПЛОТНЯЮЩИЕСЯ БЕТОНЫ / ВЫСОКОДЕФОРМАТИВНЫЕ БЕТОНЫ / СУПЕРПЛАСТИФИЦИ-РУЮЩИЕ ДОБАВКИ / ЗЕЛЕНЫЙ БЕТОН / HIGH-PERFORMANCE CONCRETE / SELF-COMPACTING CONCRETE / STRAIN HARDENING CEMENT-BASED CONCRETE / SUPERPLASTICIZERS / GREEN CONCRETE
Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Хамхоева Залина Магометовна
Рассмотрены инновационные технологии в производстве современных видов бетона. На основе метода обобщения получена классификация инновационных технологий, которые позволяют изменять структуру бетона на различных уровнях. Приведены эксплуатационно-технические характеристики бетона, которые можно повышать за счет использования результатов инновационных разработок.I
Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Хамхоева Залина Магометовна
Теоретические аспекты, экспериментальные исследования и эффективность использования высокопрочных бетонов для мостовых конструкций
nnovative technologies in the production of modern types of concrete have considered in this paper. The classification of innovative technologies that allow changing the concrete structure at various levels obtained on the basis of generalizations. Operational and technical characteristics of the concrete which can be enhanced through the use of the results of innovative developments have provided.
Текст научной работы на тему «Инновационные технологии в производстве современных видов бетона»
Технические науки — от теории к практике ________________№ 11 (47), 2015 г
ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ СОВРЕМЕННЫХ ВИДОВ БЕТОНА
Хамхоева Залина Магометовна
ассистент кафедры строительных дисциплин Ингушского государственного университета,
РФ, г. Магас E-mail: alinas85@inbox. ru
INNOVATIVE TECHNOLOGIES IN PRODUCTION OF MODERN TYPES OF CONCRETE
assistant of the Department of Construction Disciplines
of Ingush State University, Russia, Magas
Рассмотрены инновационные технологии в производстве современных видов бетона. На основе метода обобщения получена классификация инновационных технологий, которые позволяют изменять структуру бетона на различных уровнях. Приведены эксплуатационнотехнические характеристики бетона, которые можно повышать за счет использования результатов инновационных разработок.
Innovative technologies in the production of modem types of concrete have considered in this paper. The classification of innovative technologies that allow changing the concrete structure at various levels obtained on the basis of generalizations. Operational and technical characteristics of the concrete which can be enhanced through the use of the results of innovative developments have provided.
Ключевые слова: высокотехнологичные бетоны; самоуплотняющиеся бетоны; высокодеформативные бетоны; суперпластифици-рующие добавки; зеленый бетон.
Keywords: high-performance concrete; self-compacting concrete; strain hardening cement-based concrete; superplasticizers; green concrete.
Технические науки — от теории к практике № 11 (47), 2015 г_______________________
Бетон является основным конструкционным материалом, объемы производства которого в мире составляют более 3-х млрд. кубометров в год [3]. Благодаря современным инновационным технологиям в области создания химических добавок, армирования, совершенствования помольного оборудования за последние три десятка лет было разработано большое количество новых видов бетона: высокопрочные, самоуплотняющиеся, высокодеформативные, текстиль-армированные бетоны и др.
Составы этих бетонов проектируются в рамках концепции «зеленого бетона» [6]. Одним из критериев оценки бетона в рамках этой концепции становится показатель удельного расхода портландцемента на 1 МПа прочности, в отличие от традиционного показателя - расхода портландцемента на 1 куб. метр бетона.
Повышение прочности бетона при одновременном снижении расхода портландцемента стало возможно благодаря использованию результатов инновационных разработок, что способствовало изменению структуры бетона на различном уровне: макро-, микро-, и наноуровне.
Большая часть конструкционного бетона производится на основе портландцемента. В рамках концепции «зеленого бетона» стремятся по возможности большую часть портландцемента заменить молотыми минеральными добавками без снижения технических характеристик бетона. Благодаря созданию принципиально нового помольного оборудования появилась возможность получения минеральных добавок с очень высокой тонкостью помола. В связи с этим, ряд минеральных добавок из «инертных» стали «активными», т. е. они стали взаимодействовать с продуктами гидратации портландцемента. Одной из таких добавок является молотый кварцевый песок - один из обязательных компонентов в составе высокопрочных и самоуплотняющихся бетонов 4.
Для получения тонкодисперсных минеральных частиц из горных пород и побочных продуктов промышленности используют планетарные шаровые мельницы, центробежно-эллиптические мельницы. Использование эффективного классификатора для разделения в воздушных потоках дисперсных материалов позволяет регулировать гранулометрический состав минеральных порошков (классификатор центробежно-динамический) и снижать энергозатраты мельницы.
Благодаря инновационным технологиям происходят изменения в оценке тонкости помола вяжущих и минеральных порошков. Традиционно тонкость помола оценивается остатком на стандартном сите или удельной поверхностью порошка. В настоящее время
Технические науки — от теории к практике __________________№ 11 (47), 2015 г
гранулометрический состав молотой минеральной добавки или цемента можно эффективно определить с помощью лазерного дифракционного анализатора размера частиц (Helos, MicroSizer 201, Analisette 22).
Обладая информацией о гранулометрическом составе минерального порошка, создаются цементные матрицы с высокой плотностью упаковки частиц, что способствует повышению прочности бетона. Благодаря этому были разработаны реакционно-порошковые бетоны.
Следует отметить, что современные виды бетонов нельзя создать без эффективных пластифицирующе-водоредуцирующих добавок. Суперпластификаторы на поликарбоксилатной основе были впервые запатентованы в Японии в 1981 году [5]. Благодаря использованию этих суперпластификаторов японскими учеными была сформулирована концепция самоуплотняющегося бетона, а сам бетон нашел практическое применение при строительстве моста Akashi-Kaikyo.
Современные исследования направлены на получение конструкционного бетона, армированного текстильными материалами, и воспринимающего высокие несущие нагрузки, в том числе динамические. Инновационной технологией стало применение композитной арматуры взамен металлической [2]. Волокна и текстиль обеспечивают трехмерное укрепление бетона. Основные преимущества текстиль-армированного бетона состоят в следующем: отсутствие коррозии и повышенная долговечность, более тонкие и легкие конструкции, возможность создания сложных форм за счет хорошей гибкости.
Рассмотрим инновационные технологии в производстве современных видов бетона. На основе метода обобщения можно классифицировать инновационные технологии по влиянию на структуру бетона на различных уровнях (таблица 1). Также в таблице приведены эксплуатационно-технические характеристики бетона, которые можно повышать за счет использования результатов инновационных разработок.
Технические науки — от теории к практике № 11 (47), 2015 г_______________________
Инновационные технологии в производстве современных видов
Уровень струк- туры бетона Элемент структуры Инновационная технология Эффект Эксплуатационно- технические характеристики бетона
Макро- уровень Крупный заполни- тель Обработка поверхности заполнителя суперпластификатором на поликарбо-ксилатной основе Хорошая адгезия цементного камня к заполнителю Повышение прочности, морозостойкости, долговечности
Поры Самоуплотняющаяся бетонная смесь Поверхность затвердевшего бетона гладкая, без раковин
Арматура Композитная арматура, полимерный текстиль Т рехмерное упрочнение бетона Повышение динамической прочности
Микро- уровень Цемент- ный камень Армирование минеральными волокнами длиной 1-5 мм и диаметром 10-50 мкм (стекловолокно, базальтовое волокно и др-) Дисперсное армирование цементного камня на микроуровне Повышение предела прочности при растяжении, изгибе, ударной прочности
Капиляр-ные поры Использование тонкодисперсных минеральных добавок совместно с суперпластификатором Повышение плотности упаковки частиц Повышение прочности, морозостойкости, долговечности
Субмик- роуровень Кристалло- гидратные сростки Выращивание игольчатоволокнистых кристаллов при гидратации цемента Дисперсное армирование цементного камня на субмикроуровне Повышение предела прочности при изгибе
Субкапи- лярные поры Синергетический эффект от совместного использования суперпластификатора на поликарбоксилатной основе и реологически эффективной минеральной добавки Повышение плотности цементного камня Повышение прочности, морозостойкости, водонепрони- цаемости
Технические науки — от теории к практике __________________________№ 11 (47), 2015 г
Нано- Кристалло- Введение в состав бетона наноразмерных волокон углерода [1], Дисперсное армирование Повышение предела прочности
гидратные хризотила цементного при сжатии и
уровень сростки и др. длиной 500- камня на изгибе, снижение
700 нм и диаметром 520 нм наноуровне трещино-стойкости
Таким образом, рассмотрев различные инновационные технологии в области получения современных видов бетона, можно заключить, что в развитии технологии бетона произошел значительный рывок. Это позволяет создавать новые конструкции и архитектурные решения. Многие из рассмотренных в работе инновационных технологий были использованы при строительстве небоскребов ММДЦ «Москва-Сити».
1. Карпова Е.А., Али Э.М., Скрипкюнас Г., Керене Я., Кичайте А., Яковлев Г.И., Мацияускас М., Пудов И.А., Алиев Э.В., Сеньков С.А. Модификация цементного бетона комплексными добавками на основе эфиров поликарбоксилата, углеродных нанотрубок и микрокремнезема // Строительные материалы. - 2015. - № 2. - С. 40-48.
2. Композитная арматура. Патент RU2405092, Дата опубл.: 27.11.2010 Бюл. 33
3. Мюллер К., Пальм С. Рост прочности и долговечность цементов с повышенным содержанием известняка. / Цемент и его применение. -2013. - № 2. - С. 36-39.
4. Петрова Т.М., Серенко А.Ф., Джаши Н.А., Смирнова О.М. Самоуплотняющиеся бетоны: история и современность // Строительный тендер. -2009. - № 40-41. - С. 44-46.
5. Смирнова О.М. Высококачественные бетоны для предварительно
напряженных железобетонных подрельсовых конструкций // автореферат дис. кандидата технических наук: 05.23.05 / Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. Санкт-
6. Mohammed S. Imbabi, Collette Carrigan, Sean McKenna. Trends and developments in green cement and concrete technology // International Journal of Sustainable Built Environment, Volume 1, Issue 2, December 2012, Pages 194-216.
Строительство нового образца зданий и сооружений диктует новые требования и стандарты, приближенные к европейским или которые являются таковыми.
Таким образом, появились новые строительные материалы, среди которых имеются и современные виды бетона, обладающие новыми, специфичными свойствами.
Рассмотрим же подробнее разновидности этого материала, их преимущества и недостатки, а также сферы применения той или иной разновидности. Статья очень большая, так что составим план, о чем будет идти речь. Перечень под тем таков:
- Виды вяжущих для бетонных растворов (цемент, известь, гипс, жидкое стекло, битум, полимерные смолы).
- Виды заполнителей для бетонных растворов (песок, щебень, шлак, керамзит).
- Виды модифицирующих добавок для бетонных растворов (регуляторы схватывания, морозостойкости; пластифицирующие, армирующие, поризующие добавки, усилители прочности, ингибиторы коррозии).
Итак, современные бетоны — это строительные растворы, состоящие из вяжущего, заполнителя, воды и иногда из специальных модифицирующих примесей. Каждый из компонентов может быть искусственного или природного происхождения, иметь определенные свойства, которые будут влиять на сферу применения. Рассмотрим же компоненты бетона и их происхождение, свойства.
Виды вяжущих для бетонных растворов
Главным компонентом, который обеспечивает прочность бетонной смеси после ее затвердевания, является вяжущее. Существуют разные виды вяжущих, которые обеспечивают прочное связывание, в каком-то роде «склеивание» различных компонентов в цельный (монолитный), твердый подобно камню материал. Рассмотрим разновидности этого компонента, которые имеются в видах современного бетона, перечень их выглядит так:
- цемент;
- известь;
- гипс;
- жидкое стекло;
- битум;
- полимерные смолы.
Современные вяжущие для бетонных смесей бывают проходят дополнительную обработку, в результате чего их свойства меняются (в лучшую сторону), а также могут поставляться на рынок в различном виде (фасованные, не фасованные; каменные, порошковые). Ниже поговорим и рассмотрим подробно их и ихние свойства.
Цементные вяжущие. Самые распространенные вяжущие, с содержанием которых производятся бетонные смеси для промышленного и гражданского строительства.
Цемент бывает разных марок, которые определяют его расход для получения бетонной смеси определенной марки. Например, для того, чтобы получить бетон марки М100, можно взять цемент марки М400 в соотношении с заполнителем 1:4 (одна часть цемента на четыре части вяжущего).
Кроме того, стоит сообщить, что бывают разновидности цемента, их не мало: портландцемент, белый цемент, гидрофобный цемент, быстротвердеющий цемент, водонепроницаемый расширяющийся цемент, напрягающий цемент, глинозёмистый цемент, магнезиальный цемент, карбонатный цемент, тампонажный цемент, песчанистый цемент, расширяющийся цемент, пластифицированный цемент, сульфатостойкий цемент, пуццолановый цемент, шлаковый цемент.
Кроме того, имеется специальный щелочной цемент, который разбавляется раствором щелочи с добавлением остальных ингредиентов для приготовления бетона и специального шлака, в результате чего появляется шлакощелочная бетонная смесь, состав бетона, обладающий кислотостойкостью.
Известковые вяжущие. Они являются довольно популярными в строительстве и имеют несколько особенностей перед остальными вяжущими, а конкретно: известь обладает бактерицидным свойством, то есть препятствует развитию грибка и плесени; растворы на основе извести не дают высолов после схватывания и на весь период эксплуатации; изделия из известковых растворов крепнут с годами в отличии от цементных, которые набирают прочность в течении месяца.
Бетонные смеси на основе известкового вяжущего называются силикатными бетонными смесями и могут быть тяжелыми (с наполнителем щебнем) и легкими (с наполнителем песком). В современном строительстве тяжелые бетоны на известковом вяжущем не применяются, так как являются гораздо менее износостойкими чем цементные, но штукатурные растворы с песочным наполнителем применяются во всю в штукатурных работах.
Гипсовое вяжущее. Данный материал природного происхождения, как и предыдущий и имеет не мало слабых сторон, как: низкая прочность, боязнь воды и влаги, высокий коэффициент деформации. Однако, бетон на основе гипса (гипсобетон) применяется в около строительном производстве.
По причине того, что он очень быстро схватывается и является легким материалом, его применяют в производстве искусственных декоративных изделий (лепнина, барельефы и скульптуры, имитация колотого камня и др.), а также блоков для устройства перегородок.
Конечно, существуют специальные добавки и раствор карбамидной кислоты, которые позволяют свести к минимуму недостатки гипсового бетона, но все же, в устройстве несущих и ответственных элементов сооружений его не используют.
Вяжущее жидкое стекло. Данное вяжущее используют для получения специального назначения бетона, который обладает особой стойкостью к водным воздействиям. Таким образом, эти смеси применяются широко в гидротехническом строительстве. Кроме того, часто-густо жидкое стекло выступает в качестве добавки в цементные растворы для улучшения их водоотталкивающих свойств.
Однако, в последнее время появилось множество более эффективных модификаторов, которые более легки в применении и способны усилить водостойкость бетона в большей степени, нежели жидкое стекло. Однако, свойства связующего у них нет, поэтому в данном списке находится именно жидкое стекло, а не тысячи брендовых модификаторов, состав бетона которых может вмещать в себе.
Битумные вяжущие. Смолы природного или синтетического происхождения, которые применяются как вяжущие компоненты в бетонных растворах, применяемых в дорожном строительстве (асфальтах).
Особенности такого бетона (асфальта), наверное, все знают, они являются не водными составами, в отличии от остальных, а также готовятся при высоких температурах и схватываются по мере того, как остывают.
Такие бетонные смеси являются канцерогенными и не могут применятся в строительстве внутри жилых сооружений. Ими выполняют производство дорог и площадей автостоянок, взлетных полос аэропортов.
Полимерное вяжущее. Данные компоненты являются синтетическими связующими, на основе которых производится полимербетон, который является весьма рентабельным на сегодняшний день в строительстве, особенно в производстве наливных полов.
Славен он своими свойствами абсолютно не поддаваться разрушению влаги, воды, микроорганизмов, а также имеет отличные показатели прочности и деформационной стойкости.
Этих смол довольно много, основные из них – это: фурановые, ненасыщенные полиэфирные, карбамид-ные, эпоксидные, кумарон-инденовые, термопластичные. Как и остальные бетонные растворы, полимербетонная смесь бывает тяжелой, средней тяжести и легкой, что определяется типом наполнителя. Важно понимать, что полимербетонная смесь по сути является смесью жидкой пластмастмассы и наполнителя, разновидностей которых бывает уйму.
В зависимости от того, какова пропорция вяжущего к наполнителю, смесь приобретает те или иные свойства. То есть, чем больше вяжущего имеет состав бетона, тем больше проявляются свойства пластмассы, то есть прочность при изгибе, растяжении, ударная вязкость. Ежели наибольшее содержание заполнителя, то такой бетон проявляет качества камня, то есть стойкость на сжатие и малый коэффициент деформации.
Виды заполнителей для бетонных растворов
Заполнитель в бетонных смесях является компонентом, который определяет прочность, плотность и вес готового изделия из бетонной смеси. Современные заполнители для бетонов различаются по происхождению (искусственные и природные), размеру и весу. Таким образом, на сегодняшний день существует такого вида перечень из основных, наиболее применяемых видов заполнителей в строительстве:
Заполнители, как правило, являются качественными материалами и брака как такового в них нет. Однако, есть пару нюансов, которые жизненно важны, в прямом смысле этого слова. Первый нюанс — если приобретаете заполнитель сомнительного поставщика, то стоит проверить его счетчиком гейгера на наличие повышенного радиационного фона. Второе — примеси, то есть, например, песок может содержать настолько много глины, что раствор выйдет испорченным.
Заполнитель песок. Данный компонент является натуральным, мелкофракционным (размером до 5 мм) ископаемым, которое добывают разными путями. Так, различают речной и овражный песок, которые имеют происхождение, соответственно их названиям.
Есть важный нюанс: овражный песок имеет примесь глины и не может быть использован в бетонных растворах, предназначенных для изготовления железобетонных и иных несущих нагрузки (находящихся под напряжением) элементах.
Он широко распространен в мелкофракционных растворах, на основе вяжущих цемента, извести и гипса для применения в работах по оштукатуриванию помещений и работах по кирпичной кладке. Растворы на песчаном заполнителе принято считать легкими.
Заполнитель щебень. Это природного происхождения каменный материал, который имеет фракцию от 5 мм до 40 мм и считается что высокой плотности его разновидности являются ходовыми для тяжелых видов бетонных растворов.
Бывает нескольких разновидностей, к тяжелым относятся: пемзы, вулканического шлака, вулканического туфа и туфовых рядов. Легкие же состоят из карбонатных пород (известняка, извести-черепашника) с кремнеземистых пород (опоки, трепела, диатомита, спонголита).
При изготовлении состав бетона необходимо понимать, что форма щебня имеет важное значение, от которого зависит качество бетона. Наилучшая форма считается округлой или квадрата подобной, так как лучше всего укладывается и образует равномерное распределение заполнителя в вяжущем.
Кроме того, имеет место и фракция заполнителя, которая чем меньше, тем считается смесь более легкая в укладке. Кроме того, чем меньше фракция щебня, тем меньше расход мелкого заполнителя в смесь (щебня).
Заполнитель шлак. Разнообразный заполнитель, разновидностей которого уйму и бывают они искусственного и природного происхождения.
Гранулированный шлак является искусственным заполнителем, так как является отходом от промышленности из доменных печей (пережег) и бывает разной формы и фракции. Бывает также отход от пережога топлива, так называемая зола-унос, размер частиц которых не превышает 0,14 мм и используется она как добавка в бетон, относиться к мелкофракционным заполнителям.
Что касается натурального шлака, то это обломки вулканических пород стекла, предоставляемые в сыпучем виде и в виде обломков. По причине пористой воздушной структуры, они обладают малым весом и плотностью, отсюда и применение их в составах легких бетонов обоснованно.
Бетон с содержанием данного природного или искусственного вида наполнителя соответственно называется шлакобетоном. Такой бетон применяется в второстепенном бетонировании и не может иметь применение для производства ответственных, несущих элементов.
Заполнитель керамзит. Пожалуй, самый популярный заполнитель среди легких бетонов с повышенными тепло/звукоизоляционными свойствами. Получают его путем обжига специальных сортов глины, которая заранее подготавливаются в виде гранул. После обжига глина вспучивается и твердеет, в результате чего образуются прочные, пористой структуры гранулы с фракцией 5мм – 40 мм.
Также имеется и песок из керамзита, который представляет собой гранулы-зерна фракцией до 5 мм соответственно. Имеется в продаже керамзит разных марок, которые определяют его плотность.
Состав бетона с таким заполнителем называют керамзитобетоном и используют для черновых бетонных стяжек полов, блоков для перегородок и других, второстепенных, не ответственных работ.
Виды модифицирующих добавок для бетонных растворов
Современные строительные смеси, в том числе и бетонные смеси, имеют разнообразные модифицирующие добавки, которые придают новые свойства или усиливают существующие. Это позволило расширить диапазон применения бетонных растворов в тех или иных климатических условиях.
Действуют они в смеси по-разному: одни вступают в реакцию с вяжущим, другие действуют независимо. Кроме того, они бывают направлены на улучшение различных показателей; универсальных добавок не существует, а посему ниже рассмотрим их разновидности и принципы действия. Перечень их таков:
- регуляторы скорости схватывания;
- регуляторы морозостойкости;
- пластифицирующие добавки;
- армирующие добавки и усилители прочности;
- поризующие модификаторы;
- ингибиторы коррозийных процессов;
Регуляторы скорости схватывания. Такие современные добавки в бетон отлично подходят для случаев, когда необходимо максимально ускорить строительное производство. Достигается оно путем ускорения времени схватывания, соответственно, уменьшением времени технологических пауз.
Добавки работают, вступая в реакцию с вяжущим (цементом) и ускоряя образование кристаллической сетки. Следовательно, за сутки можно добиться такой прочности бетона, что можно снимать опалубку и приступать к дальнейшим работам.
Регуляторы морозостойкости. Очень полезные составы при работе в зимних условиях. Предшественником этих регуляторов было хлорное железо, которое обладало токсичностью и было мало эффективным.
Современные же добавки для улучшения морозостойкости растворов способны дать возможность применять состав бетона даже при температуре впредь до -40 С. Как правило, это солевые добавки, которые растворяют в воде, которую применяют для приготовления бетонных смесей.
Пластифицирующие добавки. Это специальные составы, которые в бетоне действуют таким образом, что раствор содержит в себе воду более длительное время, не расслаиваясь, как это происходит очень быстро. Таким образом, процесс укладки становиться гораздо проще.
Сама же добавка создает множество мелких пузырей, внутри которых содержатся компоненты песок, вяжущее и вода. Так что ежели раствор со временем расслоился, его достаточно взболтать, чтобы он опять на долгое время набрал пластичность.
Армирующие добавки и усилители прочности. Что касается сугубо армирующих добавок, то это минеральные, органические составы в виде нитей. Это как правило – фибра – базальтовые нити, которые добавляются в раствор в определенной пропорции.
В смеси с вяжущим и мелкофракционным заполнителем в результате перемешивания возникает однородная, сплетенная нитями масса, которая по мере затвердения демонстрирует куда лучшую стойкость на изгиб и разрыв.
Что касается усилителей прочности, то это химические вещества, которые вступают в реакцию с вяжущим, образуя более мощную кристаллическую сетку, в результате повышается марка бетона.
Поризующие модификаторы. Нового образца строительные добавки, которые способствуют образованию воздушных пор в структуре бетона, делая его плотность меньше. Благодаря им повышается пластичность раствора во время работы, а в готовом изделии наблюдаются повышенные тепло/звукоизоляционные свойства за счет образования пор.
По принципу действия они бывают воздухововлекающие (связывающие раствор с воздухом, объёмом 6-12% от объёма раствора), пенообразующие (заранее приготовленные в виде пены, добавляемые в раствор) и газообразующие (при добавлении в раствор выделяют газ).
Ингибиторы коррозийных процессов. Вещества, которые препятствуют развитию процессов коррозии, а проще говоря, останавливающие ржавчину. Есть смысл их применять в составах бетона, которые предназначены для производства железобетонных конструкций. Суть их заключается в том, что будучи внутри раствора длительное время, арматурный металлический каркас не ржавеет.
Таким образом, не образуется ржавая прослойка, которая уменьшает сцепление раствора с металлическими арматурными изделиями. Кроме того, если бетонная конструкция не защищена гидроизоляцией и постоянно подвергается воздействию влаги, соответственно намокает до арматуры, арматура менее коррозирует.
Читайте также: