В.И. КАЛАШНИКОВ, д-р техн. наук, С.В. АНАНЬЕВ, канд. техн. наук, О.В. СУЗДАЛЬЦЕВ, инженер, М.Н. МОРОЗ, канд. техн. наук, В.В. ПАУСК, инженер
Пензенский государственный университет архитектуры и строительства (440028, г. Пенза, ул. Германа Титова, 28)
МОРОЗОСТОЙКОСТЬ ОКРАШЕННЫХ АРХИТЕКТУРНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ПОРОШКОВО-АКТИВИРОВАННЫХ ПЕСЧАНЫХ БЕТОНОВ
Представлены результаты оценки морозостойкости самоуплотняющегося сверхвысокопрочного цветного порошково-активированного карбонатного мелкозернистого бетона прочностью 140–150 МПа, изготовленного без микрокремнезема. Показательно, что в высокопрочном карбонатном бетоне дисперсный наполнитель, тонкозернистый наполнитель и песок-заполнитель получены из отсева камнедробления известняка и при испытании на морозостойкость он выдержал 1000 циклов попеременного замораживания-оттаивания практически без потери массы и с уменьшением прочности на 2%.
Ключевые слова: сверхвысокопрочные бетоны, самоуплотняющийся бетон, архитектурно-декоративный бетонотделочные материалы, долговечность.
Самоуплотняющийся архитектурно-декоративный бетон является новейшим отделочным материалом. Он вытесняет отделочную керамику в связи с возможностью изготовления большеразмерных декоративных изделий не только плоской, но и разнообразной, изогнутой формы (3d) с плавным сопряжением поверхностей. Такой бетон наилучшим образом интегрируется в органичную архитектуру, великолепно вписывается в любой дизайн, включая экстравагантный футуристический, если бетон армируется металлической [1] или неметаллической фиброй. Необходимые реологические свойства бетонной смеси изменяются широким ассортиментом продукции строительной химии.
Из декоративных бетонов, в том числе высокопрочных конструкционных, создаются новые архитектурные контексты в зданиях и сооружениях и в их ансамблях с высокохудожественным оформлением и неповторимым своеобразием. Выпуклости и углубления, распускающиеся цветы на гладкой бесшовной поверхности с игрой света и тени на отделочных элементах сложных форм, отделанных с учетом символики разных стран, национальных мотивов с соответствующим идейным смыслом с филигранными прозрачными рисунками, придающими ощущение легкости огромным зданиям, определяют строительство из декоративного бетона как искусство [2].
Для большинства регионов России необходимы высокоморозостойкие архитектурно-отделочные бетоны. Именно это свойство в архитектурно-декоративных бетонах, как правило, определяет срок их эксплуатации без потери прочностных и эстетических качеств. Под влиянием воздействий окружающей среды архитектурнодекоративные бетоны подвергаются увлажнению и высушиванию, замораживанию-оттаиванию в зависимости от условий эксплуатации. По теории разрушения пористых материалов от мороза [3], вода в порах бетона при отрицательной температуре кристаллизуется с увеличением объема. Лед создает высокие растягивающие напряжения на стенках пор, что приводит к разрушению материала. Помимо кристаллизационного давления льда, существует теория гидравлического давления воды на стенки пор от увеличения объема льда вследствие выдавливания влаги льдом от поверхности с более низкой температурой внутрь материала с более высокой. Таким образом, величина создаваемых напряжений и, как следствие, морозостойкость бетона зависят от пористой структуры материала. Принято считать, что с увеличением относительного объема резервных пор в объеме бетона, т. е. с увеличением его условно-замкнутой пористости, морозостойкость повышается. Поэтому для достижения высокой морозостойкости в бетонные смеси необходимо вводить воздухововлекающие добавки с целью получения резервных сферических пор. Так, для повышения морозостойкости дорожных бетонов стандарты ряда стран регламентируют содержание вовлеченного воздуха не менее 5% от объема бетона.
Как правило, для бетонов старого поколения марка по морозостойкости не превышает F300–400, что является вполне достаточным для высокой долговечности бетонов. Для архитектурно-декоративных окрашенных бетонов период эксплуатации до исчезновения декоративной выразительности поверхностей значительно сокращается.
В работе ставилась задача существенного повышения морозостойкости без использования воздухововлекающих добавок цветных песчаных бетонов нового поколения на основе отходов камнедробления горных пород. Обзор отечественных и зарубежных источников литературы не позволил выявить результаты исследований прочности и морозостойкости самоуплотняющихся архитектурно-декоративных порошково-активированных песчаных сверхвысокопрочных бетонов, в том числе окрашенных. Исходя из теоретических представлений, разработанных на кафедре «ТСМиД» ПГУАС, саморастекаемость, самонивелируемость и самоуплотняемость бетонных смесей определяются содержанием в бетонной смеси высококонцентрированной агрегативно-устойчивой водно-дисперсной суспензии. Суспензионными бетонами, состоящими из водно-дисперсной суспензии с дискретными включениями тонкого песка, являются достаточно известные порошковые и реакционно-порошковые бетоны. Все другие песчаные и щебеночные бетоны должны содержать высокое объемное количество водно-дисперсной суспензионной составляющей. В самоуплотняющихся песчаных бетонах содержание водно-дисперсной суспензии доходит до 40–60%. Объем водно-дисперсной суспензии Vвд состоит из абсолютного объема дисперсии цемента, каменной муки, высокодисперсного пигмента и воды. Объем воднодисперсно-тонкозернистой суспензии Vвдт слагается из объема водно-дисперсной суспензии и абсолютного объема тонкозернистой породы (Пт). Объем воды на эти суспензии условно равен объему воды затворения бетонной смеси. Объемные концентрации этих суспензий Свд и Свдт в бетонной смеси равны отношению объемов этих суспензий к объему бетонной смеси. Кроме этих определяющих реологию бетонных смесей характеристик вычислялись условные реологические матрицы первого рода – превышение объема водно-дисперсной суспензии над абсолютным объемом тонкозернистой породы и условная реологическая матрица второго рода – превышение объема водно-дисперсно тонкозернистой суспензии над объемом песка заполнителя (дробленого горного песка): = (Vвд/Пт) = (Vц+Vпм+Vп+Vв)/Vт; = (Vвдт/Пз) = (Vц+Vпм+Vп+Vв+Vт)/Vз.
Для проведения эксперимента была изготовлена серия образцов-кубов с размером ребра 100 мм. Состав карбонатного бетона представлен белым цементом (Ц), известняковым дисперсным наполнителем (Пм), тонким известняковым песком фракции 0,16–0,63 мм (Пт), известняковым песком-заполнителем фракции 0,63– 2,5 мм (Пз) и пигментом (П). Все компоненты получены из отходов камнедробления плотного известняка фракции 0–5 мм. Дробимость известняка составляла Д1000. Для окрашивания бетона использовался железноокисный пигмент. Бетонная смесь была самоуплотняющейся с осадкой конуса 28 см; объемное содержание воднодисперсной суспензии (Свд) составляло 56%; содержание водно-дисперсно-тонкозернистой (Свдт) – 82% (при условном распределении всей воды затворения на каждую суспензию); содержание дробленого известнякового песка-заполнителя всего 18%. Объемная концентрация твердой фазы в объеме бетонной смеси равна 80,2%. Все значения объемных содержаний компонентов и условных реологических матриц бетонов принимали в соответствии с ранее разработанными рецептурами и новыми представлениями о порошково-активированных бетонах с повышенным содержанием суспензионных составляющих [4].
Пензенский государственный университет архитектуры и строительства (440028, г. Пенза, ул. Германа Титова, 28)
МОРОЗОСТОЙКОСТЬ ОКРАШЕННЫХ АРХИТЕКТУРНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ПОРОШКОВО-АКТИВИРОВАННЫХ ПЕСЧАНЫХ БЕТОНОВ
Представлены результаты оценки морозостойкости самоуплотняющегося сверхвысокопрочного цветного порошково-активированного карбонатного мелкозернистого бетона прочностью 140–150 МПа, изготовленного без микрокремнезема. Показательно, что в высокопрочном карбонатном бетоне дисперсный наполнитель, тонкозернистый наполнитель и песок-заполнитель получены из отсева камнедробления известняка и при испытании на морозостойкость он выдержал 1000 циклов попеременного замораживания-оттаивания практически без потери массы и с уменьшением прочности на 2%.
Ключевые слова: сверхвысокопрочные бетоны, самоуплотняющийся бетон, архитектурно-декоративный бетонотделочные материалы, долговечность.
Самоуплотняющийся архитектурно-декоративный бетон является новейшим отделочным материалом. Он вытесняет отделочную керамику в связи с возможностью изготовления большеразмерных декоративных изделий не только плоской, но и разнообразной, изогнутой формы (3d) с плавным сопряжением поверхностей. Такой бетон наилучшим образом интегрируется в органичную архитектуру, великолепно вписывается в любой дизайн, включая экстравагантный футуристический, если бетон армируется металлической [1] или неметаллической фиброй. Необходимые реологические свойства бетонной смеси изменяются широким ассортиментом продукции строительной химии.
Из декоративных бетонов, в том числе высокопрочных конструкционных, создаются новые архитектурные контексты в зданиях и сооружениях и в их ансамблях с высокохудожественным оформлением и неповторимым своеобразием. Выпуклости и углубления, распускающиеся цветы на гладкой бесшовной поверхности с игрой света и тени на отделочных элементах сложных форм, отделанных с учетом символики разных стран, национальных мотивов с соответствующим идейным смыслом с филигранными прозрачными рисунками, придающими ощущение легкости огромным зданиям, определяют строительство из декоративного бетона как искусство [2].
Для большинства регионов России необходимы высокоморозостойкие архитектурно-отделочные бетоны. Именно это свойство в архитектурно-декоративных бетонах, как правило, определяет срок их эксплуатации без потери прочностных и эстетических качеств. Под влиянием воздействий окружающей среды архитектурнодекоративные бетоны подвергаются увлажнению и высушиванию, замораживанию-оттаиванию в зависимости от условий эксплуатации. По теории разрушения пористых материалов от мороза [3], вода в порах бетона при отрицательной температуре кристаллизуется с увеличением объема. Лед создает высокие растягивающие напряжения на стенках пор, что приводит к разрушению материала. Помимо кристаллизационного давления льда, существует теория гидравлического давления воды на стенки пор от увеличения объема льда вследствие выдавливания влаги льдом от поверхности с более низкой температурой внутрь материала с более высокой. Таким образом, величина создаваемых напряжений и, как следствие, морозостойкость бетона зависят от пористой структуры материала. Принято считать, что с увеличением относительного объема резервных пор в объеме бетона, т. е. с увеличением его условно-замкнутой пористости, морозостойкость повышается. Поэтому для достижения высокой морозостойкости в бетонные смеси необходимо вводить воздухововлекающие добавки с целью получения резервных сферических пор. Так, для повышения морозостойкости дорожных бетонов стандарты ряда стран регламентируют содержание вовлеченного воздуха не менее 5% от объема бетона.
Как правило, для бетонов старого поколения марка по морозостойкости не превышает F300–400, что является вполне достаточным для высокой долговечности бетонов. Для архитектурно-декоративных окрашенных бетонов период эксплуатации до исчезновения декоративной выразительности поверхностей значительно сокращается.
В работе ставилась задача существенного повышения морозостойкости без использования воздухововлекающих добавок цветных песчаных бетонов нового поколения на основе отходов камнедробления горных пород. Обзор отечественных и зарубежных источников литературы не позволил выявить результаты исследований прочности и морозостойкости самоуплотняющихся архитектурно-декоративных порошково-активированных песчаных сверхвысокопрочных бетонов, в том числе окрашенных. Исходя из теоретических представлений, разработанных на кафедре «ТСМиД» ПГУАС, саморастекаемость, самонивелируемость и самоуплотняемость бетонных смесей определяются содержанием в бетонной смеси высококонцентрированной агрегативно-устойчивой водно-дисперсной суспензии. Суспензионными бетонами, состоящими из водно-дисперсной суспензии с дискретными включениями тонкого песка, являются достаточно известные порошковые и реакционно-порошковые бетоны. Все другие песчаные и щебеночные бетоны должны содержать высокое объемное количество водно-дисперсной суспензионной составляющей. В самоуплотняющихся песчаных бетонах содержание водно-дисперсной суспензии доходит до 40–60%. Объем водно-дисперсной суспензии Vвд состоит из абсолютного объема дисперсии цемента, каменной муки, высокодисперсного пигмента и воды. Объем воднодисперсно-тонкозернистой суспензии Vвдт слагается из объема водно-дисперсной суспензии и абсолютного объема тонкозернистой породы (Пт). Объем воды на эти суспензии условно равен объему воды затворения бетонной смеси. Объемные концентрации этих суспензий Свд и Свдт в бетонной смеси равны отношению объемов этих суспензий к объему бетонной смеси. Кроме этих определяющих реологию бетонных смесей характеристик вычислялись условные реологические матрицы первого рода – превышение объема водно-дисперсной суспензии над абсолютным объемом тонкозернистой породы и условная реологическая матрица второго рода – превышение объема водно-дисперсно тонкозернистой суспензии над объемом песка заполнителя (дробленого горного песка): = (Vвд/Пт) = (Vц+Vпм+Vп+Vв)/Vт; = (Vвдт/Пз) = (Vц+Vпм+Vп+Vв+Vт)/Vз.
Для проведения эксперимента была изготовлена серия образцов-кубов с размером ребра 100 мм. Состав карбонатного бетона представлен белым цементом (Ц), известняковым дисперсным наполнителем (Пм), тонким известняковым песком фракции 0,16–0,63 мм (Пт), известняковым песком-заполнителем фракции 0,63– 2,5 мм (Пз) и пигментом (П). Все компоненты получены из отходов камнедробления плотного известняка фракции 0–5 мм. Дробимость известняка составляла Д1000. Для окрашивания бетона использовался железноокисный пигмент. Бетонная смесь была самоуплотняющейся с осадкой конуса 28 см; объемное содержание воднодисперсной суспензии (Свд) составляло 56%; содержание водно-дисперсно-тонкозернистой (Свдт) – 82% (при условном распределении всей воды затворения на каждую суспензию); содержание дробленого известнякового песка-заполнителя всего 18%. Объемная концентрация твердой фазы в объеме бетонной смеси равна 80,2%. Все значения объемных содержаний компонентов и условных реологических матриц бетонов принимали в соответствии с ранее разработанными рецептурами и новыми представлениями о порошково-активированных бетонах с повышенным содержанием суспензионных составляющих [4].
Рис. 1. Изменение массы образца в зависимости от увеличения количества циклов замораживания-оттаивания
Состав, свойства бетонной смеси и прочностные показатели бетонов представлены в таблице. Из представленных значений следует, что основной всеобъемлющий технический, экономический и экологический критерий – удельный расход цемента на единицу прочности при сжатии ( ) является низким для цементоемких песчаных высокопрочных бетонов. Обратный ему показатель достаточно высокий. Удельный расход цемента на единицу прочности при изгибе в два раза меньше, чем у щебеночного бетона класса В40. Определение морозостойкости проводили согласно ГОСТ 10060–2012 «Бетоны. Методы определения морозостойкости» по третьей ускоренной методике при насыщении образцов 5% водным раствором хлорида натрия. Испытания осуществляли в независимой лаборатории производственного предприятия ООО «Пензенское управление строительства» в морозильной камере отечественного производства типа КТХ-14 при температуре -50о С по режиму: 8 ч замораживания, 16 ч оттаивания. На рис. 1 представлена кинетика изменения массы образца через 200 циклов замораживания-оттаивания, до 1000 циклов включительно
Состав, свойства бетонной смеси и прочностные показатели бетонов представлены в таблице. Из представленных значений следует, что основной всеобъемлющий технический, экономический и экологический критерий – удельный расход цемента на единицу прочности при сжатии ( ) является низким для цементоемких песчаных высокопрочных бетонов. Обратный ему показатель достаточно высокий. Удельный расход цемента на единицу прочности при изгибе в два раза меньше, чем у щебеночного бетона класса В40. Определение морозостойкости проводили согласно ГОСТ 10060–2012 «Бетоны. Методы определения морозостойкости» по третьей ускоренной методике при насыщении образцов 5% водным раствором хлорида натрия. Испытания осуществляли в независимой лаборатории производственного предприятия ООО «Пензенское управление строительства» в морозильной камере отечественного производства типа КТХ-14 при температуре -50о С по режиму: 8 ч замораживания, 16 ч оттаивания. На рис. 1 представлена кинетика изменения массы образца через 200 циклов замораживания-оттаивания, до 1000 циклов включительно
Рис. 2. Внешний вид образцов окрашенного порошково-активированного песчаного бетона после испытания на морозостойкость: а – образец, насыщенный в солевом растворе (перед началом испытания); б – образец после 1000 циклов замораживания-оттаивания
Анализируя диаграмму, можно говорить о том, что в отличие от потери массы бетонов старого и переходного поколений при испытании на морозостойкость у бетонов нового поколения наблюдается прирост массы после 1000 циклов, равный 0,81% от массы образцов, насыщенных солевым раствором перед началом испытания. Такой прирост массы свидетельствует об отсутствии деструктивных процессов, выраженных отшелушиванием бетона в поверхности и в угловых сопряжениях образцов бетона. Это подтверждается визуальной оценкой образцов-кубов до испытания и после 1000 циклов замораживания-оттаивания (рис. 2), что связано с чрезвычайно низким водопоглощениием (0,8% через 3 сут).
Деструктивные процессы, связанные с разрушением образца от мороза, не проявляются, а оттаивание в течение последующих 16 ч после циклов замораживания создает резерв прочности за счет протекающей гидратации цемента. Судя по кинетике изменения массы образцов, можно предположить, что прирост массы после 1000 циклов испытания обусловлен длительным массопоглощением и стабилизируется. Возможно, после 1100–1200 циклов замораживания-оттаивания начнут преобладать деструктивные процессы с потерей массы и прочностных показателей до регламентируемых ГОСТом значений.
Таким образом, результаты эксперимента показывают, что после 1000 циклов замораживания-оттаивания вопреки ожиданиям наблюдается прирост массы образцов без видимых деструктивных изменений. А это гарантирует малую потерю прочности или сохранение ее. В этой связи было необходимым доказать отсутствие существенных деструктивных процессов и изменения прочности. Нормативный предел прочности при сжатии исследуемого бетона после 28 сут твердения в нормально-влажностных условиях составлял 144 МПа, а к моменту окончания испытания на морозостойкость контрольные образцы, хранившиеся в солевом растворе, имели прочность 165 МПа. После 1000 циклов замораживания-оттаивания прочность образцов бетона уменьшилась до 162 МПа, т. е. потеря прочности составила всего 2%, что находится в пределах ошибки опыта. Это подтверждает высказанную гипотезу (по результатам прироста массы образцов) о том, что конструктивные процессы структурообразования в высокоплотных, сверхвысокопрочных бетонах, бесспорно, продолжаются и в жестких условиях эксплуатации. Деструкция не проявляется по результатам изменения масс не только под воздействием расширения поглощенной воды при переходе ее в лед, но и в результате расшатывания структуры материала при знакопеременном температурном расширении-сжатии компонентов бетона с различными коэффициентами температурного расширения (третья гипотеза разрушения материала от мороза). Закономерно и то, что в таком бетоне имеется достаточное количество резервных пор без использования воздухововлекающих добавок, обязательно рекомендуемых к применению стандартами всех стран для дорожных бетонов старого поколения. В бетонах это количество пор может быть небольшим, но вполне достаточным для размещения выдавливаемой в них воды в количестве 10% от всей поглощенной воды. А водопоглощение разработанных бетонов чрезвычайно малое – 0,8–1,5% от массы, т. е. в 4–6 раз меньше, чем в бетонах старого поколения. Температурных напряжений и расшатывания структуры практически быть не должно, так как использована одна и та же горная порода для получения муки, тонкого песка и песка-заполнителя. Почти все компоненты различного размерного уровня имеют одинаковый коэффициент температурного расширения, за исключением цементного камня. А это дает основания утверждать, что морозостойкие бетоны являются также термостойкими, изготовленными преимущественно из одинаковых по природе компонентов. Высокая термостойкость бетонов в диапазоне температуры до 800о С доказана авторами на примере самоуплотняющегося порошково-активированного жаростойкого бетона, все компоненты которого изготовлены из шлака [5]. Кроме изучения морозостойкости архитектурно-декоративных порошково-активированных песчаных бетонов была изучена возможность сохранения декоративного вида поверхности путем поверхностной гидрофобизации. Результаты исследования представлялись особенно интересными исходя из того, что ранее (в работе [6]) было показано, что ни поверхностная, ни объемная гидрофобизация существенно не влияет на морозостойкость. Но эти исследования производились на минерально-шлаковых, достаточно пористых прессованных бетонах с маркой по морозостойкости не более F400–500. Поэтому было исследовано влияние поверхностной гидрофобизации на морозостойкость высокопрочных порошково-активированных песчаных бетонов. Для этого при испытании образцов на морозостойкость часть из них была пропитана в два слоя гидрофобизирующим раствором «Пента-824» с уайт-спиритом в соотношении 1:1. Результаты эксперимента на протяжении испытания на морозостойкость, до 1000 циклов замораживания-оттаивания включительно, не позволили выявить разницы в показателях гидрофобизированных и контрольных составов, у которых наблюдался адекватный прирост прочности и массы образцов. Несмотря на снижение водопоглощения, особенно в первые сутки экспонирования бетона в воде, поверхностная гидрофобизация не оказывает заметного влияния на повышение морозостойкости сверхвысокопрочных порошково-активированных песчаных бетонов. Но важным преимуществом поверхностно-пропиточной гидрофобизации является лучшее сохранение внешнего вида поверхности бетона. Учитывая, что гидрофобизированные архитектурно-декоративные бетоны, поверхность которых не будет подвергнута воздействию солевого раствора NaCl, постоянному действию отрицательной температуры, равной -50о С, а лишь периодическому действию одностороннего косого дождя, можно с уверенностью гарантировать на долгие годы эффективность защитного покрытия гидрофобизированного слоя.
Анализируя диаграмму, можно говорить о том, что в отличие от потери массы бетонов старого и переходного поколений при испытании на морозостойкость у бетонов нового поколения наблюдается прирост массы после 1000 циклов, равный 0,81% от массы образцов, насыщенных солевым раствором перед началом испытания. Такой прирост массы свидетельствует об отсутствии деструктивных процессов, выраженных отшелушиванием бетона в поверхности и в угловых сопряжениях образцов бетона. Это подтверждается визуальной оценкой образцов-кубов до испытания и после 1000 циклов замораживания-оттаивания (рис. 2), что связано с чрезвычайно низким водопоглощениием (0,8% через 3 сут).
Деструктивные процессы, связанные с разрушением образца от мороза, не проявляются, а оттаивание в течение последующих 16 ч после циклов замораживания создает резерв прочности за счет протекающей гидратации цемента. Судя по кинетике изменения массы образцов, можно предположить, что прирост массы после 1000 циклов испытания обусловлен длительным массопоглощением и стабилизируется. Возможно, после 1100–1200 циклов замораживания-оттаивания начнут преобладать деструктивные процессы с потерей массы и прочностных показателей до регламентируемых ГОСТом значений.
Таким образом, результаты эксперимента показывают, что после 1000 циклов замораживания-оттаивания вопреки ожиданиям наблюдается прирост массы образцов без видимых деструктивных изменений. А это гарантирует малую потерю прочности или сохранение ее. В этой связи было необходимым доказать отсутствие существенных деструктивных процессов и изменения прочности. Нормативный предел прочности при сжатии исследуемого бетона после 28 сут твердения в нормально-влажностных условиях составлял 144 МПа, а к моменту окончания испытания на морозостойкость контрольные образцы, хранившиеся в солевом растворе, имели прочность 165 МПа. После 1000 циклов замораживания-оттаивания прочность образцов бетона уменьшилась до 162 МПа, т. е. потеря прочности составила всего 2%, что находится в пределах ошибки опыта. Это подтверждает высказанную гипотезу (по результатам прироста массы образцов) о том, что конструктивные процессы структурообразования в высокоплотных, сверхвысокопрочных бетонах, бесспорно, продолжаются и в жестких условиях эксплуатации. Деструкция не проявляется по результатам изменения масс не только под воздействием расширения поглощенной воды при переходе ее в лед, но и в результате расшатывания структуры материала при знакопеременном температурном расширении-сжатии компонентов бетона с различными коэффициентами температурного расширения (третья гипотеза разрушения материала от мороза). Закономерно и то, что в таком бетоне имеется достаточное количество резервных пор без использования воздухововлекающих добавок, обязательно рекомендуемых к применению стандартами всех стран для дорожных бетонов старого поколения. В бетонах это количество пор может быть небольшим, но вполне достаточным для размещения выдавливаемой в них воды в количестве 10% от всей поглощенной воды. А водопоглощение разработанных бетонов чрезвычайно малое – 0,8–1,5% от массы, т. е. в 4–6 раз меньше, чем в бетонах старого поколения. Температурных напряжений и расшатывания структуры практически быть не должно, так как использована одна и та же горная порода для получения муки, тонкого песка и песка-заполнителя. Почти все компоненты различного размерного уровня имеют одинаковый коэффициент температурного расширения, за исключением цементного камня. А это дает основания утверждать, что морозостойкие бетоны являются также термостойкими, изготовленными преимущественно из одинаковых по природе компонентов. Высокая термостойкость бетонов в диапазоне температуры до 800о С доказана авторами на примере самоуплотняющегося порошково-активированного жаростойкого бетона, все компоненты которого изготовлены из шлака [5]. Кроме изучения морозостойкости архитектурно-декоративных порошково-активированных песчаных бетонов была изучена возможность сохранения декоративного вида поверхности путем поверхностной гидрофобизации. Результаты исследования представлялись особенно интересными исходя из того, что ранее (в работе [6]) было показано, что ни поверхностная, ни объемная гидрофобизация существенно не влияет на морозостойкость. Но эти исследования производились на минерально-шлаковых, достаточно пористых прессованных бетонах с маркой по морозостойкости не более F400–500. Поэтому было исследовано влияние поверхностной гидрофобизации на морозостойкость высокопрочных порошково-активированных песчаных бетонов. Для этого при испытании образцов на морозостойкость часть из них была пропитана в два слоя гидрофобизирующим раствором «Пента-824» с уайт-спиритом в соотношении 1:1. Результаты эксперимента на протяжении испытания на морозостойкость, до 1000 циклов замораживания-оттаивания включительно, не позволили выявить разницы в показателях гидрофобизированных и контрольных составов, у которых наблюдался адекватный прирост прочности и массы образцов. Несмотря на снижение водопоглощения, особенно в первые сутки экспонирования бетона в воде, поверхностная гидрофобизация не оказывает заметного влияния на повышение морозостойкости сверхвысокопрочных порошково-активированных песчаных бетонов. Но важным преимуществом поверхностно-пропиточной гидрофобизации является лучшее сохранение внешнего вида поверхности бетона. Учитывая, что гидрофобизированные архитектурно-декоративные бетоны, поверхность которых не будет подвергнута воздействию солевого раствора NaCl, постоянному действию отрицательной температуры, равной -50о С, а лишь периодическому действию одностороннего косого дождя, можно с уверенностью гарантировать на долгие годы эффективность защитного покрытия гидрофобизированного слоя.
Рис. 3. Испытание образца-куба с ребром 100 мм окрашенного порошково-активированного песчаного бетона после 1000 циклов замораживания оттаивания при предельной нагрузке 162 т: а – начало испытания образца; б – момент пылеобразования при «взрывном» разрушении; в – образец после разрушения
Для разработанных архитектурно-декоративных порошково-активированных песчаных бетонов характерны не только рекордные показатели прочности и морозостойкости, но и необычная картина разрушения образцов (рис. 3). Отмечается, что при нагрузке 162 т на кубический образец с ребром 100 мм происходит его «взрывное» разрушение с образованием большого количества пыли и разлетающихся осколков бетона. Это свидетельствует о высокой хрупкости бетона. Для архитектурно-декоративных бетонов сверхвысокая прочность определяет и высокую функциональность бетона: низкие усадочные деформации, высокую коррозионную стойкость и водонепроницаемость, низкую ползучесть. Усадка исследуемого бетона чрезвычайно низкая – 0,3 мм/м, водонепроницаемость более W20. Что касается высокой хрупкости бетона, которую часто оценивают по отношению прочности на сжатие Rсж к прочности на осевое растяжение или к прочности на растяжение при изгибе Rи, то Rсж/Rи = 7,3. У бетона с Rсж = 50 МПа это отношение равно 7. Хрупкий характер разрушения легко устраняется стальной, минеральной и углеродной фиброй. Важно то, что при исключении из состава АДБ пигмента такой бетон может быть конструкционным (для изготовления железобетонных конструкций) без использования дефицитного и дорогостоящего микрокремнезема, т. е. без использования нанотехнологической платформы. Аналогичные высокопрочные самоуплотняющиеся неокрашенные бетоны получены авторами при использовании в качестве всех дисперсных и зернистых компонентов из гранита, мрамора, базальта, диабаза и т. п. В настоящее время появились карбонатные цементы низкой водопотребности, полученные совместным домолом цемента с известняком, с использованием которых получены высокопрочные бетоны [7]. Как следует из полученных результатов, при расширении возможности использования прочных известняков на всю номенклатуру дисперсно-зернистых компонентов мелкозернистого бетона могут быть достигнуты очень высокие технические показатели. Технология порошковой активации является наиболее перспективной и будет развиваться, как бы долго ни выпускались в России бетоны старого поколения с СП. Главное то, что все компоненты, кроме цемента, получены из огромных отходов камнедробления
Список литературы
1. Даниель Пфеффер Серафим. Использование бетона, армированного стекловолокном в конструкциях с высокими архитектурными требованиями. CPI. Международное бетонное производство. 2012. № 2. С. 130–134.
2. Цветы из бетона. Новое здание музея Форарльберга в Брегенце. CPI. Международное бетонное производство. 2013. № 5. С. 24–26.
3. Кунцевич О.В. Бетоны высокой морозостойкости для сооружений Крайнего Севера. Л.: Стройиздат, 1983. 131 с.
4. Калашников В.И., Cуздальцев О.В., Дрянин Р.Н., Сехпосян Г.П. Роль дисперсных и тонкозернистых наполнителей в бетонах нового поколения // Известия вузов. Строительство. 2014. № 7. С. 11–21.
5. Kalashnikov V., Kornienko P., Gorshkova L., Gakshteter G., Sarsenbayeva A. Development of compositions of self-compacting fine-grained refractoty concrete. Journal of Advanced Concrete Technology. 2014. Vol. 12, pp. 299–309.
6. Мороз М.Н., Калашников В.И., Петухов А.В. Морозостойкость гидрофобизированных бетонов. Молодой ученый. 2014. № 19. С. 222–225.
7. Хозин В.Г., Хохряков О.В., Сибгатуллин И.Р., Гиззатуллин А.Р., Харченко И.Я. Карбонатные цементы низкой водопотребности — зеленая альтернатива цементной индустрии России // Строительные материалы. 2014. № 5. С. 76–83.
Для разработанных архитектурно-декоративных порошково-активированных песчаных бетонов характерны не только рекордные показатели прочности и морозостойкости, но и необычная картина разрушения образцов (рис. 3). Отмечается, что при нагрузке 162 т на кубический образец с ребром 100 мм происходит его «взрывное» разрушение с образованием большого количества пыли и разлетающихся осколков бетона. Это свидетельствует о высокой хрупкости бетона. Для архитектурно-декоративных бетонов сверхвысокая прочность определяет и высокую функциональность бетона: низкие усадочные деформации, высокую коррозионную стойкость и водонепроницаемость, низкую ползучесть. Усадка исследуемого бетона чрезвычайно низкая – 0,3 мм/м, водонепроницаемость более W20. Что касается высокой хрупкости бетона, которую часто оценивают по отношению прочности на сжатие Rсж к прочности на осевое растяжение или к прочности на растяжение при изгибе Rи, то Rсж/Rи = 7,3. У бетона с Rсж = 50 МПа это отношение равно 7. Хрупкий характер разрушения легко устраняется стальной, минеральной и углеродной фиброй. Важно то, что при исключении из состава АДБ пигмента такой бетон может быть конструкционным (для изготовления железобетонных конструкций) без использования дефицитного и дорогостоящего микрокремнезема, т. е. без использования нанотехнологической платформы. Аналогичные высокопрочные самоуплотняющиеся неокрашенные бетоны получены авторами при использовании в качестве всех дисперсных и зернистых компонентов из гранита, мрамора, базальта, диабаза и т. п. В настоящее время появились карбонатные цементы низкой водопотребности, полученные совместным домолом цемента с известняком, с использованием которых получены высокопрочные бетоны [7]. Как следует из полученных результатов, при расширении возможности использования прочных известняков на всю номенклатуру дисперсно-зернистых компонентов мелкозернистого бетона могут быть достигнуты очень высокие технические показатели. Технология порошковой активации является наиболее перспективной и будет развиваться, как бы долго ни выпускались в России бетоны старого поколения с СП. Главное то, что все компоненты, кроме цемента, получены из огромных отходов камнедробления
Список литературы
1. Даниель Пфеффер Серафим. Использование бетона, армированного стекловолокном в конструкциях с высокими архитектурными требованиями. CPI. Международное бетонное производство. 2012. № 2. С. 130–134.
2. Цветы из бетона. Новое здание музея Форарльберга в Брегенце. CPI. Международное бетонное производство. 2013. № 5. С. 24–26.
3. Кунцевич О.В. Бетоны высокой морозостойкости для сооружений Крайнего Севера. Л.: Стройиздат, 1983. 131 с.
4. Калашников В.И., Cуздальцев О.В., Дрянин Р.Н., Сехпосян Г.П. Роль дисперсных и тонкозернистых наполнителей в бетонах нового поколения // Известия вузов. Строительство. 2014. № 7. С. 11–21.
5. Kalashnikov V., Kornienko P., Gorshkova L., Gakshteter G., Sarsenbayeva A. Development of compositions of self-compacting fine-grained refractoty concrete. Journal of Advanced Concrete Technology. 2014. Vol. 12, pp. 299–309.
6. Мороз М.Н., Калашников В.И., Петухов А.В. Морозостойкость гидрофобизированных бетонов. Молодой ученый. 2014. № 19. С. 222–225.
7. Хозин В.Г., Хохряков О.В., Сибгатуллин И.Р., Гиззатуллин А.Р., Харченко И.Я. Карбонатные цементы низкой водопотребности — зеленая альтернатива цементной индустрии России // Строительные материалы. 2014. № 5. С. 76–83.
