В настоящее время при возведении сооружений из монолитного бетона, как правило, используются высокопластичные бетонные смеси с осадкой конуса 20 сантиметров и более. Общеизвестно, что такие смеси приготовленные по традиционной технологии склонны к сильному расслоению и водоотделению. По мнению подавляющего числа специалистов это обусловлено в основном не только и не столько отсутствием должного контроля за их приготовлением и транспортировкой, сколько недостаточным содержанием тонкомолотых компонентов в бетонной смеси. Во всем мире считается, что бетонные смеси для монолитного строительства в обязательном порядке должны содержать суммарно 500 - 600 кг на кубометр бетонной смеси так называемых тонкомолотых компонентов в виде цемента и микронаполнителя, т.е. по 250-300 кг каждого. Кроме того в такие смеси обязательно должны вводиться гиперпластификаторы, поскольку микронаполнитель сильно повышает водопотребность смеси. Поскольку введение микронаполнителя требует дополнительного оснащения бетоно-смесительных установок, в России сегодня в качестве тонкомолотого компонента выступает исключительно цемент в количестве 300-400 кг на кубометр. Сегодня в России при производстве бетонных смесей применяются не гиперпластификаторы и даже не суперпластификаторы, а просто пластификаторы. Поэтому российские бетонные смеси вынужденно имеют высокое водосодержание, что приводит к водоотделению и расслоению таких смесей и тем самым еще больше снижает их качество. По этой причине, при укладке российских смесей в монолитные конструкции, неизбежно образуются различного рода дефекты – раковины и каверны, недоуплотненные участки бетона и недостаточно полное сцепление с арматурой, которые приводят к снижению его несущей способности и низкой долговечности возводимых железобетонных конструкций.

Как итог вышеизложенного можно сделать вывод, что в России фактически отсутствуют возможности производства высококачественных бетонных смесей для монолитного строительства. При этом если пытаться решить проблему качества бетонных смесей для монолитного строительства, используя сложившийся общемировой подход, потребуется коренная перестройка бетонной отрасли и колоссальные затраты.

Основные принципы новой технологии

Предлагается разделить процесс приготовления бетонных смесей на два этапа. На первом этапе предлагается смешивать в стандартной цементной мельнице часть компонентов бетонной смеси в сухом виде, а именно цемент, минеральный наполнитель и пластификатор с получением в итоге трехкомпонентного цемента. На втором этапе предлагается смешивать полученный трехкомпонентный цемент с песком, щебнем и водой в обычном бетоносмесителе. Выбор на первом этапе для смешивания именно мельницы, а не смесителя, используемого для изготовления сухих строительных смесей, обусловлен тем, что мельница позволяет не только качественно смешивать перечисленные компоненты, но и повысить марку цемента. Эта технология, известная как технология вяжущих низкой водопотребности (ВНВ) известна достаточно давно [1,2] и позволяет задавать различные режимы изготовления вяжущих, регулировать свойства бетонных смесей и качество бетонов в очень широких пределах. Она позволяет практически полностью исключить водоотделение и расслоение бетонных смесей и существенно снизить количество образующихся дефектов при укладке бетонных смесей в монолитные конструкции.

Историческая справка

Предлагаемая технология была создана в 1985 году и имела следующую цель - упростить сложную технологию изготовления литых самоуплотняющихся бетонов с марочной прочностью 150-200 МПа, применяемых в военном строительстве [2]. Для этих целей из обычного цемента марки М400 изготавливался двухкомпонентный цемент марки М1200. В дальнейшем, поскольку цемент марки М1200 в гражданском строительстве был не востребован, возникла идея изготавливать трехкомпонентный цемент марки М400 с различными минеральными добавками, в том числе промышленными отходами (доменный шлак, зола, песок, отходы камнедробления и т.д.). Эта идея была успешно реализована в 1988 году на Здолбуновском цементном заводе(Украина), где была изготовлена опытно-промышленная партия такого цемента с доменным шлаком [7]. При этом из обычного цемента марки М400 был изготовлен трехкомпонентный цемент марки 400 содержащий в своем составе 70% шлака. Партия этого цемента успешно прошла испытания, как в гражданском, так и в военном строительстве, в том числе на нескольких заводах железобетонных изделий и на строительных объектах Минобороны. В процессе создания технологии были опробованы различные дозировки пластификаторов и режимы обработки цемента в мельнице [1,2]. Результаты проведенных работ в 1986 году были оформлены как изобретение [3]. Первая публикация в открытой печати об этом изобретении состоялась в 1988 году [4]. В этот же период были разработаны технологический регламент и технические условия на такой цемент [5,6], названный нами вяжущим низкой водопотребности (ВНВ). В 1990 году распоряжением Госстроя СССР по этой тематике была утверждена и запущена государственная Программа «СтройПрогресс - 2000», которая в связи с распадом СССР не была реализована в полном объеме, однако позволила заложить научные и практические основы новой технологии. Программа предусматривала два основных направления внедрения новой технологии. Первое - на заводах железобетонных изделий и товарного бетона с включением в их состав цеха по изготовлению двух или трехкомпонентного цемента. В этом случае основной эффект от реализации технологии получался за счет полного или частичного отказа от тепловой обработки бетона или снижения расхода обычного цемента в размере до 80%. Второе направление предполагало реализовать технологию на цементных заводах за счет ввода повышенного количества минеральных добавок. Основной эффект от реализации технологии в этом случае должен был получаться за счет экономии чистоклинкерного цемента и утилизации промышленных отходов. Внедрение технологии по первому направлению впервые было опробовано в 1988 году в одной из войсковых частей Минобороны СССР [8]. В 1991 году на другом заводе железобетонных изделий Минобороны СССР [9] был построен специальный цех изготовления трехкомпонентного цемента мощностью 2000 тонн в год. Это позволило практически полностью отказаться от тепловой обработки железобетонных изделий, сократить парк форм на 40% и расход цемента в 2 раза. Снижение себестоимости в ценах 1991 года в этом случае составило 125 рублей на кубометр сборного железобетона. Внедрение технологии на цементных заводах СССР за период с 1988 по 1991 годы позволило произвести около миллиона тонн трехкомпонентного цемента марки М400 – М500 на Украине (Здолбунов), в Азербайджане (Карадаг) и в России (Иваново, Самара). После 1991 года технология была успешно реализована за рубежом на нескольких цементных заводах - в Аргентине (1997), в Турции (1998) и в Китае (2008). Автор участвовал во внедрении технологии в Аргентине и в Турции. В 1997 году технология не изменившись по сути была переименована в технологию производства цементов низкой водопотребности (ЦНВ), а с 2008 года - в технологию производства наноцементов [10,11].

Реализация технологии

Технология позволяет получать широкий спектр бетонов с различной прочностью и долговечностью. При этом залогом обеспечения высокой долговечности бетонов, изготавливаемых по данной технологии является практически полное отсутствие у них капиллярной пористости. При производстве сборного железобетона технология позволяет полностью отказаться от тепловой обработки. В области специальных цементов появляется возможность заменить сульфатостойкий и тампонажный цементы на двухкомпонентный цемент типа ВНВ, а также отказаться от применения цементов нормированного состава в дорожном и аэродромном строительстве. Эти результаты подтверждены многочисленными научными исследованиями, опытными и промышленными испытаниями как в период создания этой технологии, так и в период ее освоения. Следует отметить, что бетонные смеси, изготовленные с применением таких цементов имеют очень высокую связность и не расслаиваются даже при укладке в густоармированные и большепролетные конструкции. В лабораторных условиях была также установлена очень низкая размываемость бетонной смеси и ее принципиальная несмешиваемость с водой при подводном бетонировании. Предлагаемая технология открывает новые возможности также при производстве ячеистого бетона, которые заключаются в том, что практически все компоненты газобетонной смеси, в том числе газообразователь, могут быть совмещены при их обработке в мельнице и тем самым может быть осуществлен переход на готовую сухую смесь затворяемую только водой. Есть уверенность, что на основе этой технологии возможно получение и других специализированных цементов - для кладочных растворов, для зимнего бетонирования и т.п. Причём все требуемые свойства конечного продукта будут заложены в сам цемент, путём выбора параметров механической обработки, выбора минеральной добавки и органического модификатора.

Выводы и преимущества технологии

• При приготовления бетонных смесей для монолитного строительства можно будет применять существующее оборудование бетонных заводов. Отпадает необходимость отдельного введения в бетонную смесь при ее приготовлении микронаполнителей, поскольку они могут образовываться на стадии помола цемента с минеральными добавками
• Отпадает необходимость создания индустрии высококачественных заполнителей по примеру такой индустрии, существующей в странах западной Европы и США, поскольку качество бетонов будет обеспечено независимо от качества заполнителей
• Для производства любых бетонов, в том числе дорожных может быть использован только один вид цемента, а именно стандартный портландцемент без минеральных добавок марки 400
• Предлагаемая технология позволит снизить вес бетонных конструкций за счет перехода на мелкозернистые и легкие бетоны с прочностными и деформационными характеристиками на уровне тяжелых бетонов
• Обеспечение долговечности бетона может быть достигнуто без применения дорогих гиперпластификаторов и воздухововлекающих добавок. Можно будет отказаться от поверхностной защиты бетона. Сульфатостойкость бетона будет обеспечена без применения сульфатостойкого цемента
• Практически полностью исключается проблема расслоения бетонной смеси при изготовлении любых конструкций, в том числе большепролетных.
• Произойдет упрощение технологии производства железобетонных изделий за счет отказа от тепловой обработки и радикального повышения удобоукладываемости бетонных смесей
• Высококачественные бетоны, в том числе типа High Performance Concrete (супердолговечные и особопрочные) будут иметь себестоимость на уровне обычных бетонов

Список литературы:

1. Несветайло В.М., Башлыков Н.Ф., Бабаев Ш.Т. и другие. Исследования по созданию новых эффективных материалов для специальных сооружений // Отчет о НИР , Военно-инженерный Краснознаменный институт имени А.Ф.Можайского, 1987.
2. Несветайло В.М. Совершенствование технологии бетонных работ в специальном строительстве на основе применения вяжущих низкой водопотребности //Диссертация кандидата технических наук, Военный инженерно-космический Краснознаменный институт имени А.Ф.Можайского, Санкт-Петербург, 1993.
3. Несветайло В.М., Башлыков Н.Ф. и другие. Способ приготовления бетонной смеси // Авторское свидетельство СССР № 1812769 с приоритетом от 24.11.1986 года, войсковая часть 89515
4. Несветайло В.М., Фаликман В.Р., Бабаев Ш.Т. и другие. Бетоны на вяжущих низкой водопотребности // Бетон и железобетон, 1988, №11, с.4-6
5. Несветайло В.М., Башлыков Н.Ф., Бабаев Ш.Т. и другие. Технологический регламент на производство ВНВ из портландцемента на помольных установках в/ч 52690 // ТР- 8513959-1.2-89(типовой), 1989
6. Несветайло В.М., Башлыков Н.Ф., Богомолов Е.М. и другие. Вяжущие низкой водопотребности // Технические условия ТУ-44-3-963-87, в/ч 52690, 1987
7. Юдович Б.Э., Несветайло В.М., Дмитриев А.М., Тарнаруцкий Г.М. и другие. Создание принципиально новой технологии вяжущих низкой водопотребности // Научно-технический отчет по теме 3-9, НИИЦемент,1989.
8. Несветайло В.М., Духин В.Л., Башлыков Н.Ф., Мальков М.Н. и другие. Технология производства и применения ВНВ // Материалы научно-практического семинара, Управление капитального строительства МО, г. Чехов, 1988.
9. Несветайло В.М., Башлыков Н.Ф., Бабаев Ш.Т. и другие. Технология производства и применения ВНВ // Материалы научно-практического семинара, Управление капитального строительства МО, г. Иваново, 1991
10. Юдович Б.Э., Зубехин С.А., Фаликман В.Р., Бабаев Ш.Т. и другие. Цементы низкой водопотребности - вяжущие нового поколения // Цемент и его применение, 1997, № 1. стр. 15-18.
11. .Бикбау М.Я. Нанотехнологии в производстве цемента // Московский институт материаловедения и эффективных технологий», М., 2008.

Автор: Несветайло В.М., кандидат технических наук, Специалист Государственного Бюджетного Учреждения "Центр Экспертиз, Испытаний и Исследований в Строительстве" (ГБУ ЦЭИИС).