17.10.2014 07:30

О воде, как основном компоненте в бетоне

Рейтинг: 0
О воде, как основном компоненте в бетоне

Почему сооружения Древней Греции оказались столь прочными, что достояли , спустя десятки веков, до наших дней? Что общего между прочностью бетона и водой? Чем российский бетон отличается от европейского и почему? Обо всем этом в беседе - про бетон – с доктором технических наук, заведующим кафедры строительных материалов ЮУрГУ Борисом Яковлевичем Трофимовым.

 
- Бетон и железобетон в строительной отрасли - это материалы века. В перспективе эти конструкциогнные материалы останутся безальтернативными, так же как углеводороды сохраняют пальму первенства при активном поиске альтернативных видов энергии. В настоящее время мировой объем производства бетона достиг фантастических цифр, приближается к 25 миллиардам тонн. Это порядка восьми миллиардов кубометров. Основные направления технического прогресса при совершенствовании технологии бетона и железобетона - повышение экологичности бетона и снижение его материалоемкости.
 
- Если говорить об экологичности, то на чем делается акцент, куда ведут поиски ученых и практиков?
 
- Здесь стремятся добиться, чтобы в бетоне было как можно меньше клинкерной части цемента. Потому что цементный клинкер изготавливается из смеси известняка и глины, при обжиге этой смеси потребляется большое количество топлива и выделяется много газов, в том числе и углекислый, который дает парниковый эффект. Плюс к этому  еще разлагается известняк с выделением 44% по массе углекислого газа. Установлена необходимость снижения выбросов  углекислого газа надо уменьшать, а для этого нужно снижать потребление клинкерной части цемента, заменив её на минеральные добавки.
Цемент занимает вторую после бетона строчку по объему мирового производства стройматериалов -  около пяти миллиардов тонн в год. Третье место по объемам производства занимает сталь.
 
- Когда говорим о бетоне, хочется от него прежде всего крепости и надежности. Каковы составляющие этого?
 
- Чтобы говорить о бетоне, надо понимать, какие компоненты  в него входит. Качество ведь этих материалов тоже может быть разным. В России бетон производится из необогащенных материалов. То есть из того, что получаем из недр, поэтому не обеспечиваем постоянства качества этих материалов. А раз так, то гарантировать прочность стремимся, повышая расход цемента. В среднем по России расход цемента достигает 460 кг на кубометр, в странах Евросоюза – менее трехсот.
Цемент – это самый дорогой компонент в бетоне. Перерасходуя его, потому что плохо готовим заполнители, повышаем стоимость строительства. А еще – бетон получается с повышенной ползучестью, с повышенной усадкой, что может приводить к появлению в нем большого количества трещин. Эти трещины - бич нашей индустрии. У нас усадочные деформации бетона в три-четыре раза выше, чем за рубежом.
 
- Но ведь одно из современных направлений – переход на высокоэффективные бетоны. Что Вы скажете об этом?
 
- Чтобы переходить на высокоэффективные бетоны – с  ограниченным расходом цемента, с высокой прочностью и морозостойкостью , а также  другими параметрами качества – надо изменить отношение к самому бетону. Надо понять, что бетон – это материал, который мы создаем, имея определенные материалы. То есть если мы в начале производственного цикла имеем постоянное качество этих материалов, то и на выходе готовой продукции будут у нее постоянные свойства. Если же свойства материалов изменяются в каждой партии, то надо содержать большой лабораторный штат, который бы следил за этими  изменениями и корректировал технологию бетона в нужную сторону. Самое простое – что сейчас и происходит – это перерасход цемента.
 
- Получается, что бетон можно делать очень хорошим и совсем наоборот…
 
- Именно так. Все зависит от культуры производства. От того, как мы к этому производству относимся. Составляющие бетона нехитрые – песок, щебень, вода. Могут быть добавки. И цемент. Но европейское качество цемента, увы, отличается от российского.   Там гарантируется прочность цемента с точностью до одной сотой мегапаскаля. Мы же в России гарантируем с точностью до десяти мегапаскалей. Технология наша устаревшая, от обжига к обжигу, даже на одном заводе даже на одном сырье свойства цемента могут сильно колебаться. Можно констатировать, что постепенно гробится вся цементная промышленность в стране. Самое главное -непостоянство качества цемента чаще всего опять компенсируют его расходом.
 
- Что, по-вашему, мнению нужно сделать, чтобы изменить эту ситуацию в отрасли?
 
- Технически эта проблема решена и реализована во многих странах мира. Для реализации этих решений в нашей стране нужна политическая воля. Должны появиться законы, которые бы стимулировали  прогрессивную работу предприятий. Стимулировали бы работы по модернизации производства, по повышению качества. Но пока нет таких законов. Пока господствует такой основной принцип на многих предприятиях стройиндустрии  – купи сырье подешевле, продай готовую продукцию подороже. Никто не заинтересован ни в каких реконструкциях, потому что это повышает себестоимость готовой продукции.
Никто не считает, что если использовать чистые заполнители постоянной гранулометрии , то понадобится меньший расход цемента и тогда это сможет не только скомпенсировать затраты на обогащение заполнителя, но даже получить прибыль. Уменьшатся затраты на контроль и корректировку технологии, повысится однородность бетона по нормируемым свойствам. Это все почему-то никому не интересно.
 
- Между темрастет число аварий, разрушений на стройках страны. Происходит это даже в недавно построенных зданиях…
 
- Повторюсь: чтобы переломить эту ситуацию, нужна политическая воля.
 
- Борис Яковлевич, давайте остановимся на проблеме материалоемкости в производстве бетона.
 
 
- Снижение материалоемкости в бетоне – это стимул к получению и применению высокопрочного бетона. Известны в мировой практике уже сооружения с прочностью 150 и даже 200 мегапаскалей. А это прочнее  такого природного каменного материала как гранодиорит.
Высокопрочный  бетон внешне напоминает однородный прочный камень, в котором не видны зёрна заполнителя.. Прочность обеспечивается при высокой плотности. Значит, нет открытых пор в этом материале, позволяющих газам проникать в глубину материала. Значит, все воздействия идут только по поверхности, а не по всему объему. Как итог - повышается стойкость и долговечность.
 
- У стойкости и долговечности бетона и возводимых из него зданий и сооружений в условиях зимы на Урале и в Сибири есть своя проблема. К этой проблеме уже не первый год привлекает внимание строительного сообщество СРО «Союз строителей Урала и Сибири», проводя и специальные обучающие семинары и конкурс среди строителей практиков по бетонированию в зимних условиях.
 
- Без сомнения у нас на Урале привлекать внимание к зимнему бетонированию надо. Можно отметить, что  в настоящее время ликвидировано применение противоморозных добавок. То есть добавки, при введении которых бетон может набирать прочность в зимних условиях. Полностью запретили хлориды, сульфаты, а дозировки остальных - не больше пяти процентов от массы цемента. Стало ясно, что большие дозировки солевых добавок – это не благо для бетона, меняется структура цементного камня, создается напряженная структура материала, в котором достаточно появление небольшого дефекта, чтобы появились  трещины. И в итоге - резко снижается долговечность зданий.
По зимнему бетонированию на нашей кафедре накоплен значительный опыт. К примеру, мы разрабатывали технологию и принимали участие в строительстве взлетной полосы в Баландино. При бетонировании зимой встала дилемма – что делать: прогревать или не прогревать бетон. От добавок мы сразу отказались. Пришли к выводу, что можно не прогревать. Дело в том, что когда происходит твердение бетона, за счет гидратации цемента выделяется тепло. Эта способность цемента при твердении выделять тепло называется экзотермия. Для массивных конструкций ее оказывается достаточно. чтобы зимой при минус пятнадцати градусах получать качественный бетон, для этого его нужно тщательно теплоизолировать.
 
- То есть для эффективной работы по бетонированию в зимних условиях на Урале требуются специальные знания, а так же меры   специального контроля.
 
- Обязательно. Сейчас применяется обогрев бетона.  Производится прогрев горячим  воздухом или греющими электрическими проводами. Чем это плохо для бетона? А тем, что  это сухой обогрев, причем неравномерный обогрев. То есть бетон высушивается, из него выгоняется вода. А вода – основной компонент, чтобы цемент твердел нужно чтобы проходила реакция гидратации. При высушивании бетона создается открытая пористость, это снижает и прочность, и долговечность, и морозостойкость.
Какое решение. Оптимальное решение заключается в том, чтобы в любых условиях твердения бетона сохранять в нем воду. Чтобы та вода, которая попала в бетон при затворении, в нем оставалась. Ее нельзя испарять ни в коем случае. Впрочем, как и нельзя поливать водой.
 
Вода для бетона жизненно важна. Если сохраняем воду в бетоне, то он может твердеть десятки лет. Как организм он очень поздно постареет. И только тогда возможны какие-то разрушения.
В чем идея высокопрочных бетонов. Почему их можно получать. Идея эта была сформулирована еще в тридцатых годах прошлого века - в формуле прочности. Звучит она так: для прочности бетона важно  качество материалов, активность цемента, но самое важное – это водоцементное отношение. Чем больше водоцементнее отношение, тем меньше прочность бетона.
В чем проблема на практике. Когда обеспечиваем сближение твердых частиц, воды много не надо. Низкое ВЦ можно реализовывать двояким способом. Первое – применять жесткие бетонные смеси и интенсивное их уплотнение. И второе – применять водоредуцирование. То есть вводить  специальные добавки, которые позволяют сохранять необходимую удобоукладываемость бетона при низких водоцементных отношениях. Кроме этого, чтобы обеспечить прочный и долговечный бетон надо, чтобы в процессе гидратации формировались стабильные гидраты, которые с течением времени не изменяются.
Отступление по теме.  Из истории человечества известно, что до нашего времени дошли сооружения древних греков и древних римлян. Как удалось постройкам сохраниться десятки столетий? В качестве  связывающих материалом строители древних цивилизаций применяли известь и пуццолановые добавки. В итоге – даже спустя два тысячелетия известь в этих сооружениях находится в некарбонизированном состоянии. То есть камень, из которого велось строительство в Древней Греции, и сейчас остается очень плотным, углекислый газ в него не проник, отсюда и такая историческая долговечность…
 
 
- Для судьбы бетона в России очень важна так называемая пуццоланизация. Она обеспечивает стабильность гидратных фаз. Тогда бетон может долго не стареть и формировать стабильную структуру цементного камня уже в процессе своего производства. Для того чтобы получались нестареющие структуры гидратных фаз цементного камня , нужно избытки извести связывать пуццолановой добавкой.
А пуццолановой добавкой может быть шлак, может быть зола, могут быть некоторые природные материалы. Древние греки жили рядом с вулканами, поэтому у них всегда были пуццолановые добавки. Поэтому их сооружения достояли до нашего времени.
Пойдя по этому пути, в чем-то открытому и проверенному еще древними греками и римлянами, можем получать высокопрочные, высококачественные и морозостойкие бетоны.
 
Кстати, древнеримскме дороги сохранились до наших дней. Так что можно строить на века и дороги…
Во всем мире уже примерно асфальт и бетон занимают равные доли в строительстве дорог. У нас же выбирается асфальт. Как оценивать себестоимость – для асфальтовой дороги она будет меньше, особенно если использовать немодифицированные битумы. Ее хватит на два –три года при высоком грузопотоке автомобилей. Дальше - строить заново. А бетонная дорога может прослужить минимум в три раза дольше. Как оценивать себестоимость и экономическую целесообразность? – стоит задуматься. Но строительство дорог – тема особая.
 
Подготовил Сергей Белковский

 

291

Если вы стали очевидцем какого-либо события или просто обнаружили важную новость, присылайте ее нам

Не забудьте подписаться на нас в соцсетях:

Популярное
Лента новостей