Ученые спорят о понятиях прочности и эксплуатационной надежности бетонов

Сегодня «Стройгазета» публикует вторую часть материала, посвященного обсуждению статьи доцента Кубанского государственного технологического университета Геннадия Пшеничного «Понимаем ли мы бетон?» («СГ» № 37 от 21 сентября 2018 года). В ней краснодарский ученый критиковал существующие представления о процессах твердения портландцемента и утверждал, что традиционная трехстадийная кристаллизационная модель твердения не объясняет природы индукционного периода, скачкообразности, поверхностности, пилообразности процесса и многие другие нерешенные проблемы. Пшеничный придерживается мнения, что прочность нельзя считать определяющим показателем несущего бетона, более значимой, с его точки зрения, является его эксплуатационная надежность. Автор статьи делает вывод, что прочность бетона должна быть достаточной и не более того, а основное внимание следует уделять надежности цементного композита, которая обеспечивается предельно возможной степенью гидратации цемента в технологический период. Статья Пшеничного вызвала противоречивые отклики со стороны специалистов. Многие из них категорически не согласны с ученым из Краснодара. Но есть и те, кто полагает, что традиционные представления о зависимости прочности бетона от его гранулометрического и химического состава действительно устарели и нуждаются в обсуждении.

Если копнуть глубже

К числу тех, кому теория Геннадия Пшеничного не кажется такой уж экстравагантной, относятся химики. Некоторые из них считают, что традиционные представления о зависимости прочности бетона от его гранулометрического и химического состава действительно устарели. Так, заведующий кафедрой химической технологии композиционных и вяжущих материалов Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева Сергей Сивков разделяет точку зрения, что в последние годы у специалистов, работающих в области бетона, сложились упрощенные представления о его твердении. По словам московского ученого, российских бетонщиков захватили идеи получения высокопрочных самоуплотняющихся бетонов путем использования рационального гранулометрического состава заполнителя и наполнителей, обеспечивающих максимальную плотность упаковки частиц, а также использование минимального количества воды в растворной смеси за счет применения современных высокоэффективных гиперпластификаторов. К этому можно добавить еще введение противоморозной добавки. Смесь должна легко перемешиваться, не расслаиваться, иметь достаточную живучесть и давать после затвердевания желаемые прочностные характеристики — вот к чему сводятся требования бетонщиков. А если со временем в бетоне появляются трещины или он самопроизвольно разрушается, то вина обычно перекладывается на производителей цемента или добавок для бетонов. Такой подход Сивков называет «кубиковым» (именно на образцах-кубиках определяют прочность затвердевшего бетона) и призывает «копнуть глубже».

«Бетоны «преподносят» нам много сюрпризов», — говорит специалист. Сивков вспоминает скандал по поводу так называемых «аммиачных домов», тогда аммиак стал выделяться из свежего бетона, и причина этого до сих пор до конца не установлена. Не очень ясна, по мнению московского химика, судьба большого количества органических добавок, которые вводятся в состав бетонов. Их постепенная деструкция может привести к выделению из бетонов веществ, гораздо более вредных, чем аммиак. «Не установлены до конца причины сбросов прочности, которые, в чем я опять же солидарен с Геннадием Никифоровичем Пшеничным, характерны для большинства современных бетонов», — заявляет завкафедрой РХТУ.

С тем, что недостаточно характеризовать состояние бетона и эффективность его работы в конструкции одним лишь показателем прочности, достигаемой на 28-е сутки твердения, согласен и заведующий кафедрой технологии строительных материалов и метрологии Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета, профессор Юрий Пухаренко. «Это все равно, что, выдав человеку паспорт в 14 лет, считать, что он проживет долгую и счастливую жизнь, — говорит Пухаренко. — На самом деле все намного сложнее: процессы, изменяющие структуру и свойства бетона, продолжаются десятками лет, на протяжении которых материал испытывает всевозможные воздействия, порой деструктивные. Все это отражается на его эксплуатационных качествах, причем не только (а порой не столько) на прочности, но и на показателях долговечности. Все это должно учитываться уже на стадиях проектирования состава бетона и изготовления строительных конструкций».

Пища для размышления

Правда, с гипотезой Геннадия Пшеничного относительно механизма твердения и причин сбросов прочности бетона столичные ученые согласиться не могут, прежде всего потому, что она не подтверждена опытами. Более правдоподобной причиной периодического падения прочности твердеющего бетона или цемента Сергей Сивков считает доказанное экспериментально явление периодической перекристаллизации или рекристаллизации гидратных новообразований, происходящее под влиянием как внешних воздействий, так и самопроизвольных процессов, протекающих в цементном камне. Ведь недаром бетон на основе цемента считают «живым» материалом, в отличие от «мертвых», таких как, стекло или керамика, полученных при высоких температурах. Бетон в течение десятков и сотен лет меняет свою структуру и прочность. Что же касается технологических рекомендаций использовать повторное виброуплотнение бетонных смесей на стадии их нахождения в пластичном состоянии, то Сергей Сивков предполагает, что некоторое улучшение свойств бетона в данном случае достигается простым удалением уже поднявшихся к поверхности бетона пузырьков воздуха, а не гипотетическим разрушением «дипольных комплексов».

О том, что некоторые рекомендации автора статьи «Понимаем ли мы бетон?» могут оказаться спорными, так как не подкреплены результатами экспериментов и не имеют соответствующего обоснования, говорит и Юрий Пухаренко. В то же время он подчеркивает важность поднятых в статье проблем, которые, по его словам, являются предметом фундаментальных исследований и поэтому должны формулироваться и решаться на государственном уровне с привлечением для этого необходимых средств.

Слабым вниманием государства к строительной науке объясняет причину определенной отсталости отечественного бетоноведения и Сергей Сивков. «Все это происходит потому, что в России постепенно исчезает научная школа о бетоне, как, впрочем, и о цементе. Распад отраслевых институтов привел к тому, что старые научные кадры остались не у дел, а наука о строительных материалах сосредотачивается в основном в учебных заведениях, — считает Сивков. — Там студентов обучают преподаватели, пусть и весьма квалифицированные, но получившие образование двадцать, тридцать и более лет назад. И мало кто из них, за неимением возможностей и способностей, смог повысить свою квалификацию, хотя бы путем внимательного, вдумчивого чтения и анализа научно-технической литературы или различного вида стажировок».

К этому, по мнению ученого-химика, следует добавить отсутствие в большинстве институтов строительного профиля современного научно-исследовательского оборудования или его крайне нерациональное использование из-за незнания нашими учеными и преподавателями возможностей новейших методов исследования применительно к строительным материалам. «Вот и приходится давать студентам, мягко говоря, устаревшие, упрощенные знания, воспитывая в них вышеупомянутый «кубиковый» подход к проблемам бетоноведения», — резюмирует завкафедрой РХТУ имени Д.И. Менделеева.