1.1. Опыт производства высококачественных бетонов в России и за рубежом.

Последние десятилетия ХХ и первое десятилетие ХХI века ознаменовался значительными исследованиями в области получения бетонов нового поколения. Под бетонами нового поколения понимают высокофункциональные бетоны по определению канадского ученого П.К. Айчина, сформулировавшего это понимание в 1986 г. (High Performance Concrete – HPC). Такие бетоны, с одной стороны, обладают множеством функций (до 10-12), с другой стороны, эти функции являются чрезвычайно высокими. Они отличаются высокими прочностными показателями при действии всех видов нагрузок, трещиностойкостью, водонепроницаемостью, коррозионной стойкостью ко многим видам газовых и жидких ингредиентов, низкой ползучестью и усадкой и т.п. Такие бетоны являются многокомпонентными для достижения очень высокой плотности, которая определяет указанные высокие функции бетонов.

По существу, являются технологиями 21 века [5] таких бетонов, как указывает Ю.М. Баженов [1,4], должны быть ресурсосберегающими и энергосберегающими. В ХХI веке такие бетоны достигнут прочности на сжатие не менее 200МПа, хотя в лабораториях созданы бетоны более 400-500 МПа [2,3].

Технология бетонов нового поколения является наукоемкой и реализует в себе все передовые достижения современного бетоноведения [6,7], позволяющие достигнуть высоких значений плотности и прочности.

Бетоны с высокой прочностью начали разрабатываться в России М.Н. Ахвердовым [16], Михайловым В.Б. [8,9], Михайловым К.Б. [10,11,12]. Но высокопрочные бетоны того периода не могли быть изготовлены из литых и высокопластичных бетонных смесей и имели целый ряд дефектов, обусловленных недоуплотнением. И, хотя, появились эффективные суперпластификаторы (СП) на нафталиновой и меламиновой основе, рецептура бетонов была четырехкомпонентной и бетонные смеси не могли быть предельно разжижены и высокоредуцируемы.

Баженов Ю.М. с сотрудниками [17] первый предложил изменять рецептуру щебеночных бетонов и изготавливать их малощебеночными со значительным добавлением дисперсных наполнителей, определяющих эффективность пластифицирования бетонных смесей с помощью СП С-3. Именно такое изменение рецептуры с введением тонкодисперсных компонентов позволило получить высококачественный тонкозернистый бетон [17] и многокомпонентный мелкозернистый бетон [18], определяющие высокую долговечность [14] и экономичность пластифицированных бетонов. К сожалению, отсутствие производства чистых дисперсных наполнителей не позволило широко реализовать разработки.

Высокие темпы строительства жилых и промышленных зданий с новыми уникальными архитектурными формами, возведение специальных особо нагруженных сооружений, таких как большепролетные мосты, небоскребы, морские нефтяные платформы, резервуары для хранения газов и жидкостей под давлением и др., потребовали разработки новых эффективных бетонов [17, 15, 18, 19, 20]. К числу таких бетонов относится дисперсно- армированный высокопрочный фибробетон [21]. Дисперсное фибровое армирование позволяет компенсировать главные недостатки бетона, а именно, низкую прочность на растяжение и растяжение при изгибе, хрупкость разрушения, снизить усадку и ползучесть [2, 23,24, 25]. Поэтому порошковые и реакционно-порошковые бетоны, как самостоятельные, имеют очень узкую сферу использования (монументальная и ландшафтная архитектура, отделочные изделия и т.п.). В основном они изготавливаются в виде фибробетонов.

Над созданием дисперсно-армированных бетонов и конструкций на их основе, теорией расчета и проектирования фибробетонных конструкций работали отечественные и зарубежные ученые А.А. Гвоздев, Ю.М. Баженов, Г.И. Бердичевский, В.Н. Банков, В.В. Бабков, О.Я. Берг, В.М. Бондаренко, И.В.Волков, Ю.В. Зайцев, Б.А. Крылов, Л.Г. Курбатов, Э.Б. Колбаско, И.А. Лобанов, К.В. Михайлов, Р.Л. Маилян, Л.Р. Маилян, Л.А. Малинина, Ю.В. Пухаренко, Ф.Н. Рабинович, Б.Г. Скрамтаев, Т.К. Хайдуков, М.М. Холмянский, Ф.И. Янкелевич, В.И. Харчевников, Е.М. Чернышов и зарубежные ученые А. Келли, А.И.М. Спейсер, Д.П. Ромуальди, И.А. Мэндель, К.Д. Джонсон, Р.А. Колеман, С. Томас, Х. Крепхель, В. Рилей, Д.И. Хеннент, Г. Крепдель, В. Лос, Г. Лилхолт, М.Р. Пигготт, П.С. Мэнгат, Б.Б. Бруме, Э. By, Г.С. Холистер, С.Т. Милейко, Дж. Купер и др.

Были проведены конференции и научно-технические семинары, на которых обсуждались результаты научно-исследовательских работ, а также вопросы практического использования дисперсно-армированных растворов и

бетонов в строительстве [29]. За рубежом этой же проблеме были посвящены международные конгрессы и симпозиумы [30, 31, 32, 33, 35, 36].

В российской практике строительства, в отличие от зарубежной, фибробетон в основном применяется для сборных конструкций. Первый практический опыт применения сталефибробетона зарегистрирован в нашей стране в 1979 г. при устройстве монолитного днища прямоугольного резервуара размером 12 ´ 18 м для хранения технической воды на Северной водопроводной станции в Ленинграде [24].

Исследования, проведенные НИИЖБ, Ленз-НИИЭП, ЦНИИпромзданий и др., позволили наиболее полно изучить и практически использовать сталефибробетоны [5, 36, 37].

В рамках государственной научно-технической программы (ГНТП РФ) ЦНИИпромзданий разработал каталог номенклатуры композиционных материалов, технологий для их производства и конструкций из бетона, армированного высокопрочными волокнами (на основе стеклофибробетона, базальтофибробетона и сталефибробетона) для зданий и сооружений промышленного, гражданского, жилищного и сельскохозяйственного назначения [37].

Зональным институтом "СевкавНИПИагропром" в 1996 году изданы "Рекомендации по проектированию железобетонных конструкций из керамзитобетона с фибровымармированием базальтовым волокном". Однако абсолютные объёмы производства конструкций из сталефибробетона сегодня невелики и носят опытный характер, в связи с отсутствием банка нормативных данных и расчётных характеристик сталефибробетона.

Фибробетон выгодно отличается от традиционного бетона, имея в несколько раз более высокие, по сравнению с ним, прочность на растяжение и срез, ударную и усталостную прочность, трещиностойкость и вязкость разрушения, морозостойкость, водонепроницаемость, сопротивление кавитации, жаропрочность и пожаростойкость. По показателю работы разрушения фибробетон может в 15–20 раз превосходить обычный бетон [15, 38]. Это обеспечивает его высокую технико-экономическую эффективность при применении в строительных конструкциях [1]. Вместе с тем, важнейшим фактором низкой востребованности фибробетона в строительстве является его относительно более высокая исходная цена по сравнению с обычным бетоном или железобетоном.

При этом не учитывается, что фибробетон обеспечивает экономический эффект главным образом за счет более высокой долговечности, эксплуатационной стойкости, увеличения межремонтного ресурса и повышения безопасности сооружений при сейсмических воздействиях и пожарах.

Анализ научных работ в области дисперсно-армированных бетонов и их производства в отечественной практике показывает, что основная ориентация не преследует целей использования в таких бетонах высокопрочных матриц. Класс дисперсно-армированных бетонов по прочности на сжатие остаётся крайне низким и ограничивается В30-В50. Это не позволяет обеспечить хорошего сцепления фибры с матрицей, полностью использовать стальную фибру даже с невысокой прочностью на разрыв. Более того, в теории разрабатываются, а на практике выпускаются бетонные изделия со свободно уложенными волокнами со степенью объёмного армирования 5-9%. Волокна при вибрационных воздействиях проливают непластифицированными "жирными" высокоусадочными цементно-песчаными растворами состава цемент-песок – 1:0,4÷1:2,0 при В/Ц=0,4, что является чрезвычайно расточительным и повторяет уровень работ 1974 г.

Значительные научные достижения в области создания суперпластифицированных ВНВ, микродисперсных смесей с микрокремнезёмами, с реакционно-активными порошками из высокопрочных горных пород, позволили довести водоредуцирующее действие до 60% с использованием суперпластификаторов олигомерного состава и гиперпластификаторов полимерного состава. Эти достижения не стали основой для создания дисперсно-армированных высокопрочных железобетонных, или тонкозернистых порошковых бетонов из литых самоуплотняющихся смесей. Между тем, передовые страны активно развивают новые поколения реакционно-порошковых бетонов, армированных дисперсными волокнами. Порошковые бетонные смеси используются для заливки форм с уложенными в них ткаными объёмными тонкосеточными каркасами и комбинацией их со стержневой арматурой.

Появление одного из группы высококачественных бетонов, высокопрочных бетонов с прочностью до 150 МПа - открыло новую эру в строительстве уникальных зданий и сооружений. Реализация особых технических свойств позволила построить такие строительные объекты, как тоннель под Ла-Маншем, 125-зтажный небоскреб в Чикаго, мост через пролив Акаси в Японии с центральным пролетом 1990 м (мировой рекорд 1990 г), сдвоенный небоскреб «Петронас» в Кауле-Лумпуре (Малайзия) и многие другие объекты [67].

Выдающимся примером реализации концепции высококачественных бетонов является построенная в 1995 году в Норвегииплатформа для добычи нефти на месторождении Тролл в Северном море. [99].

Значительное развитие и применение фибробетон получил в Японии при изготовлении дорожных конструкций, плотин, отделке тоннелей. Уже в восьмидесятые годы количество использованной в этой стране стальной фибры достигло 3000 т, из которых 2500 т было изготовлено из углеродистой и около 500 т – из нержавеющей стали [68].

Одновременно с этим, Японским институтом бетона разработаны методы испытания фибробетона, а в рамках Японской ассоциации по цементу в 1960 г. был учрежден комитет по изучению фибробетона.

Опыт таких развитых стран, как США, Великобритания, Германия, Франция и Австралия, убедительно доказал технико-экономическую эффективность применения фибробетона в строительных конструкциях [37, 69]. В строительной практике США сталефибробетон широко применяют для монолитных полов промышленных зданий, аэродромных покрытий, территорий и дорог с тяжелыми транспортными нагрузками. В последние годы в передовых лабораториях созданы порошковые фибробетоны с прочностью при сжатии 300-400 МПа при степени армирования 3,5 %. Наиболее интересными примерами применения сталефибробетона со степенью армирования 1-3,5 % являются: конструкции перегонных тоннелей метрополитена в Осло (Норвегия); крепь гидротехнического тоннеля диаметром 2,34 м в Карсингтоне (Великобритания); тоннель Хеггура и газопроводные тоннели под дном Северного моря (Норвегия); железнодорожные тоннели в Канаде; коллекторные тоннели метрополитена в Гамбурге (ФРГ) и Лионе (Франция); автодорожный тоннель протяженностью 6,63 км на глубине до 1 км Энасан-2 (Япония). В Австралии одной из основных областей применения сталефибробетона является устройство покрытий с интенсивным движением людей и транспорта (полы цехов заводов и фабрик, прачечных, дорожные покрытия), а также дорожных покрытий с интенсивным движением транспорта [37, 69]. В Германии свыше 25% индустриальных полов возведено из сталефибробетона [69]. В последние годы в зарубежной практике всё большее применение находят фибробетоны с фибровым армирование из синтетических высокопрочных и коррозионно-стойких волокон [49, 37].

Производство фибробетонов до 1976 г практически отсутствовало. Так, в обзоре по фибробетону Ф.Н. Рабиновича [70] нет ссылок ни на одну из отечественных разработок при 112 ссылках на зарубежные работы. В отечественном строительстве фибробетон с 1986 г находит применение при производстве сталефибробетонных свай, плит покрытий, смотровых колодцев, лотков, плит пола, монолитных фундаментов, покрытия дорог и др. [27, 28].

Первый практический опыт применения сталефибробетона зарегистрирован в нашей странев 1979 г. при устройстве монолитного днища прямоугольного резервуара размером 12х18 м для хранения технической воды на Северной водопроводной станции в Ленинграде. Расход фибры в днище составлял 120 кг/м³ бетона (1,5 % по объему), однако прочность бетонной матрицы не превышала 40 МПа [24].

В дальнейшем были разработаны конструктивные решения монолитных днищ из сталефибробетона для емкостных сооружений широкой номенклатуры, включая прямоугольные резервуары чистой воды вместимостью до 20 тыс. м³ с сеткой колонн 6×6 м, размером в плане 48×108 м, вертикальные отстойники диаметром 4,5; 6 и 9 м, радиальные отстойники диаметром 18, 24, 30 и 40 м (днища плоские), а также сборные изделия для сооружений водопровода и канализации, включая панели перегородок, элементы лотков, изделия круглых колодцев [25]. Ремонт поверхности водосливов плотин и напорных тоннелей также осуществляется с применением бетона, армированного стальными волокнами. Добавление в бетонную смесь примерно 1 % по объему стальных волокон позволяет полностью избежать возникновения трещин в отремонтированных наружных стенах [25].

Известно применение сталефибробетона для защиты ограждающих конструкций различного класса взломоустойчивости (банки, хранилища боеприпасов и т.п.). При этом использовалась фибра отечественного производства [37]. И вновь, в отличие от высокопрочных фибробетонов используются бетоны невысоких марок, а фибра с диаметром более 0,4 мм.

Сталефибробетон также применяется на ряде металлургических заводов при изготовлении покрытий дворов и дорог под тяжелую нагрузку от 60-100- тонных автомобилей, в качестве основания прокатных блюминговых станов и для создания монолитной огнеупорной футеровки нагревательных печей.

Зональным институтом "Севкав НИПИагропром" в 1996 году разработаны "Рекомендации по проектированию железобетонных конструкций из керамзитобетона с фибровым армированием базальтовым волокном". Однако абсолютные объёмы производства конструкций из сталефибробетона сегодня невелики и до сегодняшнего дня носят опытный характер, в связи с отсутствием банка нормативных данных и расчётных характеристик сталефибробетона, в то время как в зарубежной практике используются фибробетоны марок 800-2000 [59, 73].

Удивительно то, что в целом ряде работ рекомендуется изготовлять высокоармированные фибробетонные смеси с матрицей низкой прочности. В диссертационных работах [74, 75] разрабатываются составы фибробетона, в которых содержание фибры принимается 5-9% по объему (расход арматуры 390-700 кг/м³) при прочности бетона на сжатие 40-50 МПа, а для изготовления используется высокопористый мелкозернистый бетон состава 1:0,4 – 1:1 при В/Ц = 0,4 без суперпластификаторов. Что стало с такими высокоусадочными бетонами через 1-2 года и с фиброй? [74]. При капиллярной пористости 28-30% фибра будет сильно корродировать.

Американский бетон " Simcon ", предназначенный к воздействию взрывных и ударных нагрузок со степенью армирования 4% по объему изготавливается путем заливки высокотекучим суперпластифицированным раствором плетеных мат из очень тонкой проволоки [76].

Американскими исследователями [76] изучены свойства мелкозернистых фибробетонов с суперпластификатором, песком, с 15% МК и с 3,75% (по объему) фибры d = 0,2-0,5мм; L = 12-30 мм (L/d=60). Соотношение между цементом и песком составляло 1:1,5 при В/Ц = 0,28- 0,32. Бетонные смеси имели осадку конуса от 20,0 до 25,0 см и заливались литьем. Прочность таких бетонов при сжатии составляет – от 140 до 170 МПа, прочность на растяжение при изгибе – до 24 МПа (испытание балок 100100×350 мм по ASTM C 1018-1988).

Совершенно очевидно переармирование малопрочных бетонов при промышленной реализации разработок по докторской диссертации [75]. В одном случае в мелкозернистые бетоны состава 1:2,4 и 1:1,5 при В/Ц = 0,35- 0,4 без суперпластификатора рекомендовано вводить 5% волокон по объему, при этом, естественно, прочность на растяжение при изгибе достигнута проектной – 17-22 МПа. Во втором случае из жидкотекучей мелкозернистой бетонной смеси состава 1:2 при В/Ц = 0,4 при степени армирования 2,4% , была достигнута прочность на осевое сжатие 45-48 МПа при прочности при изгибе – 17-18 МПа. И это было осуществлено, когда СП С-3 использовался в России уже более 30 лет.

Можно привести еще много примеров расточительного использования фибры в слабой высокопористой матрице, изготовленной в забвении от достижений науки в области получения высококачественного бетона.

В зарубежной практике производства высокоармированных фибробетонов для повышения прочности матрицы используют эффективные СП, МК и фракционированные пески. Так имеются примеры изготовления особо высокопрочных песчанистых бетонов с очень высоким содержанием фибры 6% по объему диаметром 0,4 мм и длиной 120 мм (L/d =30), с

соотношением цемент:песок 1:1,6 [77]. Но такие бетоны изготавливаются на песке 3-х фракций с размерами частиц от 0,125 до 4 мм со специально подобранным гранулометрическим составом, в результате чего при добавлении микрокремнезема и СП водоцементное отношение снижается до 0,2, а осадка конуса составляет 20,0 см. Такие бетоны имеют прочность при сжатии 192 МПа, прочность на растяжение при изгибе 15,9 МПа (испытание балок 100100×350 мм по ASTM C 1018-1988), прочность при раскалывании 20 МПа.

В отечественной же практике для повышения прочности матрицы изготавливали фиброкомпозиты из чистого цемента без СП. В этом случае, поскольку не было опыта изготовления бетона высокой прочности, фибро- композит рекомендуют изготавливать из фиброцемента [74]. С расходом цемента 1440 кг при В/Ц = 0,27, с расходом фибры трех длин – 1360 кг! Учитывая, что состав предназначен для станины пресса, саморазрушение станины от усадки неминуемо.

1.2. Теоретические предпосылки создания многокомпонентных бетонов нового поколения с низким удельным расходом цемента на единицу прочности

Современные высококачественные бетоны (ВКБ) сочетают в себе большой спектр бетонов различного функционального назначения: высокопрочные и ультравысокопрочные [39], самоуплотняющиеся [40], высококоррозионностойкие [41], реакционно-порошковые бетоны (Reak- tionspulver beton – RPB или Reactive Powder Concrete – RPC) [42]. Такие бетоны удовлетворяют высоким требованиям по прочности на сжатие и растяжение, трещиностойкости, ударной вязкости, износостойкости, коррозионной стойкости, морозостойкости.

Переход на новые виды современных бетонов обусловлен высокими достижениями в области пластифицирования бетонных и растворных смесей и появлением наиболее активных пуццолановых добавок – микрокремнеземов, дегидратированных каолинов и высокодисперсных зол. Сочетание суперпластификаторов и, особенно гиперпластификаторов на поликарбоксилатной и полигликолиевой основах позволяет снизить водоцементное отношение до 0,24…0,28 и получать сверхтекучие цементно- минеральные дисперсные системы и бетонные смеси.

В настоящее время номенклатура тонкодисперсных наполнителей высокопрочных бетонов значительно расширена. В их числе предложено использовать измельченные отходы металлургической и энергетической промышленностей, кварцевые пески, известняки, доломиты, имеющиеся, практически во многих регионах страны. В настоящее время научно доказано, что использование таких добавок особенно эффективно в комплексе с суперпластификаторами и армирующими элементами.

В последние годы при производстве высококачественных бетонов реализуется концепция использования реакционно-активных мономинеральных и полиминеральных тонкодисперсных порошков на основе горных пород. Использование таких порошков ознаменовало появление нового класса бетонов, так называемые Reaktionspulverbeton [43]. Это бетоны нового поколения, которые появились в 90-х годах прошлого столетия. Такие бетоны являются многокомпонентными, количество компонентов в них может достигать 7–9 наименований. В них отсутствуют крупный заполнитель, а мелкий заполнитель – это особо мелкие пески фракции не более 0,8 мм. Доля каменной реакционно-активной муки в таких бетонах составляет 40-50% от массы цемента при содержании микрокремнезема до 15–22%. Водо-твердое отношение не превышает 0,09– 0,12. Эти бетоны могут быть охарактеризованы как тонкозернистые порошковые бетоны. Содержание воды в тонкозернистых бетонах существенно снижается за счет высокого водоредуцирующего действия суперпластификатора в дисперсных системах. Водоредуцирующее действие в некоторых тонкодисперсных порошках может достигать значительных величин (1000–1500%), т.е. расход воды при одинаковой гравитационной текучести в дисперсных системах может быть снижен в 10–15 раз по сравнению с обычными суспензиями [44]. Замещение части цемента, крупного и мелкого заполнителей тонкодисперсными микропорошками позволяет максимально реализовать разжижающее действие суперпластификаторов на сульфонафталин- и сульфомеламинформальдегидной основе и, в большей степени, на поликарбоксилатной основе. С введением в такие бетоны стальныхволокон в количестве 2,0 – 2,5 % по объему прочность бетона при осевом растяжении может достигать 15 МПа, прочность на растяжение при изгибе – 50 МПа, при прочности на сжатие 180 – 200 МПа. В ближайшем будущем произойдет постепенное замещение обычных традиционных бетонов многокомпонентными.

Многокомпонентность современных высококачественных бетонов требует системного подхода к выбору исходных компонентов для его приготовления с целью создания материала различного функционального назначения. Такой подход реализуется путем использования системы критериальных показателей оценки эффективности модифицирующих добавок с целью создания бетонов различного функционального назначения.

Разработка многокомпонентных высококачественных бетонов различного функционального назначения обеспечивает неограниченные возможности использования их в строительном комплексе. [37, 23, 46-49].

Развитие текстильно-волоконного производства (тканевых) объемных каркасов из высокопрочных полимерных и щелочестойких нитей в развитых зарубежных странах явилось мотивацией разработки более 10 лет назад во Франции и Канаде реакционно-порошковых бетонов [50] с СП без крупных заполнителей с особо мелким кварцевым заполнителем, наполненные каменными порошками и микрокремнеземом. Бетонные смеси из таких тонкозернистых смесей растекаются под действием собственного веса, заполняя полностью густую сетчатую структуру тканого каркаса и все сопряжения филигранной формы.

Перспективы направленного использования максимально высокой водоредуцирующей активности СП в тонкодисперсных системах, особенности количественных реологических и структурно-механических изменений суперпластифицированных систем заключается в лавинообразном переходе от твердофазного к жидкотекучему состояниям, при супермалом добавлении воды, разработанные критерии гравитационной растекаемости и

после тиксотропного ресурса течения высокодисперсных пластифицированных систем (под действием собственного веса) и самопроизвольного выравнивания дневной поверхности, выдвинутая концепция предельного концентрирования цементных систем тонкодисперсными порошками из пород осадочного, магматического и метаморфического происхождения, селективных по уровням высокого водоредуцирования к СП были сформулированы в докторской диссертации Калашникова В.И. [44] в 1996 г. на основе ранее выполненных работ в период с 1979 по 1996 [51-57]. Наиболее важные результаты, полученные в этих работах, состоят в возможности 5-15 кратного снижения расхода воды в дисперсиях при сохранении гравитационной растекаемости. Было показано, что совмещением реологически-активных порошков с цементом можно усилить действие СП и получать высокоплотные отливки. Именно эти принципы реализованы в реакционно-порошковых бетонах с повышением плотности и прочности их. Другим результатом является повышение редуцирующего действия СП с возрастанием дисперсности порошков [59]. Это также используется в порошковых тонкозернистых бетонах путем увеличения доли тонкодисперсных составляющих за счет добавления к цементу дисперсной горной породы и микрокремнезема [42]. Проведенный нами расчет средней удельной поверхности дисперсной части порошкового бетона [14] при ее содержании 49% от общей смеси с тонкозернистых песком фр. 0,125-0,5 мм показывает, что при дисперсности МК S_мк=3000 м²/кг средняя поверхность порошковой части составляет S_vд=1060 м²/кг, а при S_мк=2000 м²/кг – S_vд= 785 м²/кг. Именно на таких тонкодисперсных составляющих изготавливаются тонкозернистые реакционно-порошковые бетоны [42], в которых объемная концентрация твердой фазы без песка достигает 58-64%, а вместе с песком – 76-77% и более, т.е. мало уступает концентрации твердой фазы в суперпластифицированных тяжелых бетонах (C_v=0,80-0,85). Однако в щебеночных бетонах объемная концентрация твердой фазы за вычетом щебня и песка значительно ниже, что определяет высокую плотность дисперсной матрицы.

Широкие возможности в производстве реакционно-активных порошковых бетонов открывались в СССР и России в связи с разработкой и исследованием композиционных вяжущих низкой водопотребности Баженовым Ю.М., Бабаевым Ш.Т., Комаром А.А., [2], Батраковым В.Г. [61, 62], Долгополовым Н.Н. [63]. Было доказано, что добавление в процессе помола ВНВ карбонатной, гранитной, кварцевой муки до 50% существенно повышается водоредуцирующий эффект. В/Т-отношение, обеспечивающее гравитационную растекаемость, снижается до 13-15%, прочность бетона на таком ВНВ-50 достигает 90-100 МПа. По существу, оставалось сделать лишь один шаг для получения на основе ВНВ, микрокремнезёма, мелкого песка и дисперсной арматуры современные порошковые бетоны. Но цементная промыщленность не стала осваивать ВНВ, ориентируясь на массового потребителя.

Работы Соломатова В.И. и его школы [64, 65, 66] касались разработки наполненных бетонов с прочностью 30-50 МПа с использованием крупных заполнителей. "Лейтмотивом" всех этих исследований была экономия цемента до 30-50% за счет замены его тем же количеством молотого кварца, базальта, шлака или бинарными наполнителями с получением бетоновтой же прочности, что и контрольный. Это было перспективным направлением и послужило основой для дальнейшего совершенствования состава и структуры бетонов. Экономя цемент нельзя получить высококачественные высокопрочные бетоны, особенно из бетонных смесей с высокой пластичностью и текучестью. Их состав необходимо кардинально изменять со значительным добавлением дисперсных компонентов.

Экономически-обоснованная рецептура бетонов на настоящем этапе развития науки о бетонах должна преследовать цель не экономию цемента в бетонах старого поколения, а сокращения расхода железобетона в конструкциях за счет его высокой и особо высокой прочности. В этом случае экономятся все компоненты бетона – от цемента до стали.

Сочетание микрокремнезема и суперпластификатора с заменой крупного песка на мелкий с наибольшим размером зерен 0,5 мм, и с использованием базальтового щебня с максимальным размером 8 мм позволяет получить на самоуплотняющемся бетоне с В/Ц=0,18 прочность при сжатии 129 МПа при прочности на растяжение при изгибе 13 МПа. Введение фибры несущественно повышает прочность при сжатии (на 15%), но прочность на растяжение при изгибе возрастает в 2,2 раза. Пропаривание такого бетона в течение двух суток интенсифицирует протекание пуццоланической реакции и прочность на сжатие возрастает до 198 МПа, а на растяжение при изгибе - до 49 МПа т.е. в 3,77 раза по сравнению с бетоном с СП и МК, но не содержащим стальную фибру. Таким образом, невостребованные ранее малопрочные фибробетоны через 25 лет

«дождались» особо высокопрочной матрицы, которая была способна обеспечить полное сцепление, как с проволокой диаметром 0,8-1,9 мм, так ис высокодисперсной арматурой, диаметром 0,15-0,25мм. Кроме того, повышение сцепления фибры с бетоном позволило:

1. Уменьшить длину фибры до 6-9 мм без опасения выдергивания проволоки значительно раньше, чем наступит предел текучести,

2. Отказаться от использования слишком длиной фибры с L>5-15см и исключить комкование и неравномерное распределение с отсутствием недоармированных и переармированных зон, а также уменьшить диаметр стальной фибры вплоть до микроуровня (0,01-0,04 мм),

3. Уменьшить влияниефибры на снижениеудобоукладываемости,

4. Уменьшить величины возрастания среднеквадратичных отклонений прочности на изгиб и на осевое растяжение с увеличением степени армирования,

5. Повысить долю заполнителя с наибольшей крупностью зерен 8мм до 60-65% в смеси заполнителей.

Таким образом, добавление к традиционным четырем компонентам бетонной смеси еще трех является достаточным для превращения обычного бетона в многофункциональный.

Так, приведенные в [79] 7-ми компонентные порошковые бетоны и 7- 8–компонентные мелкозернистые щебеночные бетоны, включающие дополнительно 3-4 компонента, а именно, МК, СП, фибру и молотый наполнитель, становятся многофункциональными. Введение в бетон трех-четырех хорошо сочетающихся компонентов расширяет число функций особо высокопрочного бетона до 10-12.