В Краснодаре в сентябре прошла II Международная научно-практическая конференция «Современные бетоны и технологии: проблемы, решения, перспективы», приуроченная к столетию со дня образования Кубанского государственного технического университета. На конференции было сделано немало интересных докладов. Их авторы — опытные эксперты и молодые специалисты — говорили о различных методах повышения прочности бетонов (химическими добавками, кавитационной обработкой дисперсных компонентов, ранним нагружением изделий и конструкций), о получении уникальных свойств бетонов, в том числе светопропускания, и так далее. Вместе с тем, на наш взгляд, некоторые важные теоретические вопросы бетоноведенения по-прежнему остаются вне поля зрения специалистов отрасли.

В отечественной бетонной науке сложилась непростая, требующая кардинального решения ситуация. Теоретическая ущербность породила «кубико-прочностной» подход в бетоноведении и строительной практике. Прочность считается едва ли не синонимом качества несущего бетона, показателем, определяющим, по мнению некоторых авторов, его долговечность, надежность и область применения. При этом наметившаяся тенденция получения высокопрочных бетонов путем снижения расхода воды и использования сильно действующих гиперпластификаторов входит в явное противоречие с предостережением бесспорных бетоноведческих авторитетов В. В. Бабкова, А. Ф. Полак, П. Г. Комохова, указывавших на опасность такого рода технологий. Подтверждение тому — существенные поздние деструктивные процессы в так называемых бетонах «нового поколения».

Разумеется, у автора этой статьи нет и тени сомнения относительно благих намерений исследователей, их стремления к развитию, совершенствованию и процветанию отечественной строительной индустрии. Тем не менее, тезис одного из организаторов конференции, заявившего, что «мы понимаем бетон», представляется преувеличением.

Хочу напомнить, что давно известная «скачкообразность» (по В. А. Кинду, 1932 г.) отвердевания портландцемента, легко обнаруживаемая различными методами, в том числе пластометрией, так и остается загадкой. Природа «пилообразности» (по Л. А. Малининой) — процесса твердения, сопровождающегося периодическими сбросами прочности (см. рисунок), также не уточнена. Последний аспект может быть причиной аварийных ситуаций и даже катастроф. Однако, несмотря на бесспорную актуальность, эти особенности поведения бетона не только не изучены, но даже не упоминаются в учебных материалах при подготовке специалистов строительного направления.

Отечественная бетоностроительная отрасль «развивается» и «совершенствуется» в полном теоретическом «мраке». Используемая десятилетиями сквозьрастворная трехстадийная кристаллизационная теоретическая концепция откровенно искажает суть отвердевания портландцемента и материалов на его основе. Подтверждением данного обстоятельства является ряд ставших уже хроническими научных проблем. Среди них отсутствие ясности в понимании природы индукционного периода, «движущей силы» структурообразования и упрочнения цементного композита, «волнообразного» (или «ступенчатого») характера изменения ряда сопровождающих процесс свойств и явлений, аморфной и своеобразной морфологии основного цементирующего компонента — гидросиликата кальция, формирования ослабленной контактной зоны бетона (железобетона).

В этом отношении западная модель твердения портландцемента, предусматривающая химическое взаимодействие реагентов, минуя индукционную стадию, более последовательна и логична. Теоретический аспект взаимодействия гетерогенной цементной системы следует рассматривать с позиций теории активированного комплекса (по Г. Эйрингу) или переходного состояния (по М. Поляни), предусматривающих взаимодействие реагентов путем предварительного формирования на границе раздела фаз некоей переходной метастабильной энергетической композиции. Общий вид этой композиции, представляющей собой рассредоточенные на клинкерной поверхности дипольные сгустки, впервые обнаружены американскими исследователями еще в 50-х годах прошлого столетия. Периодическое развитие (накопление собственной внутренней энергии) и распад (появление активных частиц и их взаимодействие) этой композиции и является причиной скачкообразности процесса твердения портландцемента. Быстротечное стадийное потребление цементными минералами порций диполей приводит к появлению в межзерновых пустотах вакуума (движущей силы структурообразования), организующего и упрочняющего микробетон.

Принципиальный момент — разрушение компонентов (цементных минералов, воды) происходит при значительно меньших затратах энергии по сравнению с распадом индивидуальных реагентов. Изложенный механизм характерен не только для начальной (пластичной) стадии, но и для поздних этапов твердения. Вновь образующийся гидрат в условиях сложившейся структуры микробетона является причиной возникновения внутренних растягивающих напряжений и сбросов прочности. Как видно из рисунка, временные интервалы сбросов прочности, действительно, приходятся на «определенные сроки твердения» (по В. А. Кинду).

Заметим, прочность цементных бетонов — динамичное, постоянно меняющееся свойство. Этот динамизм обусловлен массообменными процессами цементного композита с окружающей средой и неограниченным во времени химическим взаимодействием реагентов. Поэтому считать прочность несущего бетона определяющим свойством вряд ли оправданно. Использование конкретного показателя прочности (величина которого наблюдается в течение весьма продолжительного временного интервала, см. рисунок) в качестве критерия для осуществления тех или иных силовых воздействий (нагружения колонн монолитных зданий путем удаления поддерживающих опор, передачи усилия напряженной арматуры на конструкцию и т. п.) должно осуществляться с определенной осторожностью. Нагружать бетон (железобетон) следует в структурно-стабильных (индукционных) периодах, и весьма нежелательные результаты можно получить при осуществлении этой операции в деструктивных временных интервалах. В связи с этим под непрерывным контролем несущих элементов должна быть не столько величина прочности, сколько динамика и характер ее развития.

Структурная стабильность и эксплуатационная надежность цементных бетонов, таким образом, достигаются в случае использования технологических приемов, согласующихся с движущей силой структурообразования (развивающимся в межзерновых пустотах микробетона вакуумом), обеспечения предельно полного электрохимического взаимодействия реагентов в технологический период. Положительный результат достигается, например, тепловлажностной обработкой (несмотря на закономерное снижение прочности за счет температурного разброса, неравномерной усадки, контракции и микротрещинообразования). Данный аспект должен быть непременно учтен в монолитном производстве высотных и многопролетных объектов.

Цементное тесто, растворные и бетонные смеси — стадийно самоуплотняющиеся объекты, по природе своего твердения требующие обязательного приложения в пластической стадии в рациональные сроки (моменты самоорганизации) дополнительных силовых воздействий (вибрирования, пресссования, трамбования). Циклическое вибрирование является фактором, обеспечивающим компактную упаковку клинкерных частиц, уплотнение «клеевых прослоек» микробетона, существенное упрочнение контактной зоны «цементный камень — заполнитель (арматурные элементы)», повышение трещиностойкости, плотности, морозостойкости и надежности бетонов. К тому же, представляется возможной интенсификация твердения бетона, сокращение продолжительности тепловой обработки, снижение расхода энергозатратного портландцемента на 10-15%. Циклическая виброактивация вполне вписывается в стендовое, кассетно-стендовое, некоторые разновидности конвейерной технологии сборной железобетонной продукции и монолитное производство несущих элементов зданий и сооружений (стен, колонн, шахт лифтов и др.). Данный прием — не использованный в должной мере резерв совершенствования отечественной строительной отрасли.