Zemstroyplan.com

Современное строительство немыслимо без бетона. 2 млрд. м³ в год — таков сегодня мировой объем его применения. Это один из самых массовых строительных материалов, во многом определяющий уровень развития цивилизации. Вместе с тем, бетон — самый сложный искусственный композиционный материал, который может обладать совершенно уникальными свойствами. Он применяется в самых разных эксплуатационных условиях, гармонично сочетается с окружающей средой, имеет неограниченную сырьевую базу и сравнительно низкую стоимость. К этому следует добавить высокую архитектурно-строительную выразительность, сравнительную простоту и доступность технологии, возможность широкого использования местного сырья и утилизации техногенных отходов при его изготовлении, малую энергоемкость, экологическую безопасность и эксплуатационную надежность. Именно поэтому бетон, без сомнения, останется основным конструкционным материалом и в обозримом будущем.

Последние десятилетия двадцатого века ознаменовались значительными достижениями в технологии бетона. В эти годы появились и получили широкое распространение новые эффективные вяжущие, модификаторы для вяжущих и бетонов, активные минеральные добавки и наполнители, армирующие волокна, новые технологические приемы и методы получения строительных композитов. На рубеже столетия существенно обогатились наши представления о структуре и свойствах бетона, о процессах структурообразования, появилась возможность прогнозирования свойств и активного управления характеристиками материала, успешно развивается компьютерное проектирование бетона и автоматизированное управление технологическими процессами.

Все это позволило не только создать и освоить производство новых видов бетона, но и значительно расширить номенклатуру применяемых в строительстве материалов: от суперлегких теплоизоляционных (с объемной массой менее 100 кг/м³) до высокопрочных конструкционных (с прочностью на сжатие свыше 200 МПа). Сегодня в строительстве применяется более тысячи различных видов бетона и процесс создания новых бетонов интенсивно продолжается. Бетон широко используется в жилищном, промышленном, транспортном, гидротехническом, энергетическом и других видах строительства.

В новом веке теория, технология и практика применения бетона получат несомненно дальнейшее развитие, сохранив за ним ведущее положение среди строительных материалов. Бетон, являясь наиболее ярким представителем более широкого класса материалов — строительных композитов гидратационного твердения, проектируемых на единой материаловедческой основе, даст новый импульс для создания гибридных, слоистых, тонкостенных, профильных и других видов строительных конструкций нового поколения.

Строительные композиты, к числу которых наряду с бетоном относятся растворы, мастики и другие материалы, являются особым видом композиционных материалов, структура которых имеет две стадии формирования: первоначальное образование структуры из пластичных многокомпонентных (и многофазных) сырьевых смесей и последующее «укрепление» структуры затвердевшего материала в результате сложных физико-химических процессов.

Теоретическими предпосылками синтеза прочности и долговечности высококачественных строительных композитов является более полное использование энергии портландцемента или другого гидравлического вяжущего, создание оптимальной микроструктуры цементного камня, уменьшение макропористости и повышение трещиностойкости, упрочнение контактных зон цементного камня и заполнителя за счет направленного применения комплекса эффективных химических модификаторов, высокодисперсных силикатных материалов с аномальной гидравлической активностью, расширяющих добавок с регулируемой энергией напряжения, а также интенсивной технологии производства.

Наиболее полно современные возможности технологии бетона получили в создании и производстве высококачественных, высокотехнологичных бетонов (High Performance Concrete, НРС). Под этим термином, принятым в 1993г. совместной рабочей группой ЕКБ/ФИП, объединены многокомпонентные бетоны с высокими эксплуатационными свойствами, прочностью, долговечностью, адсорбционной способностью, низким коэффициентом диффузии и истираемостью, надежными защитными свойствами по отношению к стальной арматуре, высокой химической стойкостью, бактерицидностью и стабильностью объема. Высококачественные бетоны, приготавливаемые из высокоподвижных и литых бетонных смесей с ограниченным водосодержанием, имеют прочность на сжатие в возрасте двух суток 30-50 МПа, в возрасте 28 суток 60-150 МПа, морозостойкость F 600 и выше, водонепроницаемость W 12 и выше, водопоглощение менее 1-2 % по массе, истираемость не более 0,3-0,4 г/см2, регулируемые показатели деформативности, в том числе с компенсацией усадки в возрасте 14-28 суток естественного твердения, высокую газонепроницаемость. В реальных условиях прогнозируемый срок службы такого бетона превышает 200 лет. Возможно получение и супердолговечных бетонов со сроками службы до 500 лет, что подтверждается исследованиями японских ученых.

Появление высококачественных бетонов открыло новую эру в строительстве. Их уникальные свойства позволили реализовать такие строительные проекты, о которых еще сравнительно недавно трудно было даже мечтать. Достаточно упомянуть тоннель под Ла-Маншем, 125-этажный небоскреб в Чикаго высотой 610 метров, мост через пролив Акаси в Японии с центральным пролетом 1990 метров (мировой рекорд 1990 года). Мост через пролив Нордамберленд в Восточной Канаде длиной 12,9 км сооружен на опорах, которые на глубину более 35 м погружены в воду. При крайне суровых условиях эксплуатации (ежегодно бетон подвержен 100 циклам замораживания и оттаивания) конструкции этого моста рассчитаны на срок службы 100 лет.

Выдающимся примером реализации концепции высококачественных бетонов является построенная в 1995 году в Норвегии платформа для добычи нефти на месторождении Тролл в Северном море. Ее полная высота — 472 метра, что в полтора раза превышает высоту Эйфелевой башни, в том числе высота железобетонной части — 370 метров. Платформа установлена на участке моря глубиной более 300 метров и рассчитана на воздействие ураганного шторма с максимальной высотой волны 31,5 м. Расчетный срок эксплуатации платформы — 70 лет.

Разработка специальных цементов для особо высокопрочных бетонов и новые технологии открывают принципиально новые возможности синтеза прочности.

Уже первые опыты по оптимизации гранулометрического состава вяжущих в начале 70-х годов выявили значительные резервы снижения водоцементного отношения и интенсификации реакций гидратации. Вслед за получением цементных камней с прочностью на сжатие свыше 250 МПа были получены так называемые DSP-композиты (уплотненные системы, содержащие гомогенно распределенные ультрамалые частицы). Эти материалы, включающие специально подготовленные цементы, микрокремнезем, специальные заполнители и микроволокна за счет специальных технологических приемов при В/Ц = 0,12-0,22 позволяют достичь прочности 270 МПа при высокой стойкости к коррозионным воздействиям и истиранию. Известково-кварцевые материалы с прочностью на сжатие до 250 МПа были получены путем формования под давлением 138 МПа перед автоклавированием. Аналогичная обработка цементного теста позволила снизить В/Ц до 0,06 и обеспечить прочность камня до 330 МПа в возрасте 28 суток нормального твердения, а использование алюминатных цементов и горячего прессования при давлении 345 МПа повысить ее до 650 МПа.

Следующим шагом стало получение так называемых MDF-цементов (цементов, свободных от макродефектов). Берчелл с сотрудниками в начале 80-х годов сообщил, что при каландрировании цементов в присутствии суперпластификаторов и гелеобразователей (например, поливинилацетата) при В/Ц = 0,10-0,18 можно получить композиты, имеющие чрезвычайно плотную микроструктуру без капиллярных пор. Они имели прочность на изгиб 40-150 МПа, модуль Юнга 35-50 ГПа, прочность на сжатие 100-300 МПа и энергию излома 40-200 Дж/м². Аналогичные работы, проведенные в середине 80-х годов в НИИЖБ и НИИЦемент при участии Института химической физики АН СССР, позволили получить практически аналогичные результаты при использовании высокоглиноземистых цементов струйного помола, суперпластификатора и частично ацетилированного поливинилового спирта (так называемый «пластцемент»).

Близкую структуру имеют цементные материалы с пониженным содержанием пор (РRС). При получении этих композитов цементные пасты подвергаются специальной обработке давлением выше 200 МПа, в результате чего неадсорбированная вода полностью отжимается, снижая реальное водоцементное отношение. Полученный высоконаполненный композит с прочностью на сжатие выше 250 МПа и с прочностью на растяжение при изгибе свыше 35 МП представляет собой негидратированные цементные частицы, равномерно распределенные в плотной матрице гидратированного продукта.

Использование полученных результатов на макроуровне привело к развитию концепции реактивных порошковых композитов (RРС).

Реактивные порошковые композиты — специальные высокопрочные фибронаполненные растворы с высоким содержанием микрокремнезема и химических добавок, прежде всего, суперпластификаторов. Согласно литературным данным прочность на сжатие таких систем может достигать 200-800 МПа, а прочность на растяжение при изгибе — 100 МПа. При этом для получения композитов с прочностью около 200 МПа достаточно простого выдерживания приготовленных растворов при температуре около 90 °С, а для синтеза особо высокопрочных материалов необходима специальная техника и температура около 400 °С.

В результате использования разнообразных приемок направленного структурообразования сегодня на практике удается получить высококачественный многокомпонентный цементный камень, модифицированный минеральными и химическими добавками, на основе которого могут создаваться самые различные материалы:

— при введении прочных заполнителей — высококачественные бетоны;

— при введении тонкодисперсной газовой фазы и/или особо легких заполнителей — суперлегкие эффективные теплоизоляционные бетоны;

— при введении дисперсных волокнистых наполнителей — фибробетоны повышенной эксплуатационной надежности;

— при введении пигментов, наполнителей и заполнителей из отделочного камня, декоративного стеклобоя и других подобных материалов — архитектурно-декоративные бетоны;

— при использовании отходов промышленности — «экологические» бетоны;

— при использовании полимерных компонентов — полимербетоны и бетонополимеры различного назначения;

— при применении специальных компонентов — специальные бетоны (защитные, электротехнические и другие).

Пожалуй, нигде так ярко не проявляются многообразные свойства бетона в качестве композиционного материала, как в специальных бетонах. Здесь представлена вся палитра строительно-технических свойств: особо высокопрочные, особо высокоплотные, особо быстротвердеющие, кислото- и жаростойкие, радиоэкранирующие и радиоизолирующие, электропроводящие и многие другие.

С 1867 года, когда Сорель открыл вяжущие свойства оксихлорида магния, хорошо изучены бетоны на магнезиальных вяжущих. Многие их свойства лучше, чем у бетонов на портландцементе: они не требуют влажного хранения при твердении, обеспечивают очень высокую огнестойкость и низкую теплопроводность, хорошие износостойкость, прочность при сжатии и изгибе. Такие бетоны легко получить с различными видами заполнителей — как неорганических (известняк и мраморная крошка, асбест, песок, дробленый камень и гравий, каолин, гранулированные шлаки, сульфат магния и пигменты), так и органических (опилки, стружка, резиновый дробленый материал, отходы пластмасс и картонажного производства, льняная костра, битумы и т. д.). Магнезиальные бетоны характеризуются эластичностью, высокой ранней прочностью, легкостью, стойкостью к действию масел, смазок, лаков и красок, органических растворителей, щелочей и солей, включая сульфаты, они обладают бактерицидными свойствами.

Сегодня такие бетоны широко применяются в качестве материала для полов в зданиях индустриального, торгового и жилищного назначения, а также стяжек под полы из ковровых материалов и линолеума. Их используют в качестве изоляционных составов и адгезивов, при изготовлении художественных изделий, для специальных штукатурок и легкобетонных стен.

К сожалению, масштабы применения магнезиальных бетонов пока еще ограничены, поскольку они неустойчивы к действию воды, что проявляется в потере прочности при длительном водном хранении. Искусственный камень на основе оксихлорида магния нестоек и к действию некоторых кислот и солей и сам может вызывать коррозию стали и алюминия. Однако превосходные характеристики бетонов поддерживают постоянный интерес к этому материалу. Растет число исследований с целью повышения его водостойкости как за счет модифицирования вяжущего, так и за счет пропитки. Все это может оказаться не только легко осуществимым, но и экономически оправданным за счет широкого использования разнообразных отходов в качестве компонентов вяжущего и заполнителей, а также применения широко доступного и дешевого доломита как материала для замены каустического магнезита.

В последние десятилетия достигнуты значительные успехи в применении бетонов на фосфатных цементах. Благодаря очень коротким срокам схватывания их широко используют при ремонте многих объектов гражданского и промышленного строительства, прежде всего, автострад, труб и сборных железобетонных изделий. Так, промышленно выпускаемые ремонтные составы на аммонийфосфатных цементах позволяют получать прочность на сжатие около 10 МПа за 45 минут твердения, а бетоны на силикатно-фосфатных цементах схватываются за 30 минут и через 4 часа имеют прочность на сжатие свыше 50 МПа. Вяжущие на основе гексаметафосфата натрия могут применяться с оксидами магния как превосходное связующее для огнеупорных бетонов и кирпича для футеровки электропечей при плавке чугуна. Через 24 часа твердения и при температуре 120 ОС получаются очень устойчивые материалы с прочностью более 65 МПа.

Другим типом бетонов с регулируемыми сроками схватывания являются бетоны на модифицированных цементах с галогеноалюминатами кальция общей формулы С 11 А 7 СХ 2, где Х=F, Сl, Br, J. Такие цементы готовят путем смешения портландцемента с соответствующими галогеноалюминатами либо при производстве клинкера путем введения в шихту необходимого количества галогенидов, кальция, причем применение фторалюминатов (или фторидов) наиболее перспективно как по экономическим соображениям, так и с учетом токсичности, возможности образовании высолов на поверхности бетона и коррозионного воздействия на арматуру.

Бетоны на описанных выше цементах характеризуются короткими сроками схватывания и имеют высокую раннюю прочность, что делает их весьма привлекательными для некоторых сборных конструкций при строительстве взлетно-посадочных полос аэродромов, ремонте дорожных покрытий и т. д. Эти бетоны пригодны и для зимнего бетонирования из-за хорошего темпа твердения при температуре -10 °С, их морозостойкость также достаточно высока и соответствует морозостойкости бетонов на портландцементе с воздухововлекающими добавками, чего, к сожалению, нельзя сказать о сульфатостойкости. Последняя, правда, по имеющимся в литературе сведениям, может быть повышена за счет дополнительного введения в бетон фторалюмината кальция или при замене примерно 20 % этого цемента активными минеральными добавками, например золы уноса.

Кислотостойкие бетоны обычно получают, используя в качестве связующего так называемое растворимое стекло — высоковязкий водный раствор силикатов натрия или калия с высоким силикатным модулем. Заполнители для таких бетонов должны обладать растворимостью в кислотах максимум 1 % по массе, что прежде всего определяется их минералогическим составом и структурой. Как правило, используют плотные кварц, базальт или порфир, причем в отличие от цементных бетонов повышение доли тончайших фракций сказывается в высшей степени позитивно. Именно поэтому заполнители обычно содержат около 30 % частиц с крупностью

То же связующее позволяет получать огнестойкие бетоны, причем для обычных огнеупоров чаще всего применяется жаропрочный шамот, а огнестойкие легкие бетоны содержат перлит и керамзит.

Развитая в последние годы техника прессования порошков может придать дополнительный импульс созданию электропроводящих бетонов. Традиционно получение таких бетонов было связано с введением в бетонную смесь в качестве наполнителя или заполнителя частиц проводников: графитсодержащих материалов или металлических порошков, что позволило, например, расширить номенклатуру дешевых электронагревателей, особенно для протяженных пространств (полы, стены гаражей, стоянок и спецсооружений). Однако определенная нестабильность свойств, связанная с повышенным влагосодержанием, блокированием электропроводящих частиц продуктами гидратации, а также проблемы обеспечения высокой начальной прочности и плотности таких бетонов значительно ограничивают область их применения, тем более что использование добавок-электролитов в этом случае крайне нежелательно.

Современные тенденции совершенно очевидны: использование смешанных вяжущих с контролируемой дырочной проводимостью на основе силикатов кальция и применение сухого прессования материалов под высоким давлением с последующей обработкой паром или кипящей водой без снятия давления. В этом случае удается получать электропроводящие бетоны, сравнимые по своим физико-механическим и электрическим характеристикам с обычно применяемой керамикой. Достаточно сказать, что прочность таких бетонов изменяется в пределах от 150 до 300 МПа, остаточная влажность не превышает 4 %, а электросопротивление легко варьируется в пределах от 600 ом см до 6 Мом см при абсолютно стабильной элек-тропроводящей структуре. Развитие атомной энергетики и необходимость надежной защиты персонала и окружающей среды от радиоактивного излучения дали мощный стимул совершенствованию технологии бетона и созданию радиоэкранирующих бетонов. Защитное экранирование — главное средство, с помощью которого можно максимально снизить дозу, а бетон сегодня — наиболее широко применяемый экранирующий материал.

В принципе, материал, конструкция и толщина защитных экранов определяются конкретными условиями работы ядерного реактора или источника радиоактивного излучения: энергией и характером излучения, продолжительностью работы и т. д. Если защита от a-излучающих источников и b-частиц, как правило, не вызывает больших затруднений, для g-излучения, и особенно для нейтронных источников, используется сложная система комбинированной защиты.

Наиболее существенными требованиями к радиоэкранирующим бетонам являются высокая плотность, однородность, стойкость при воздействии радиоактивного флюэнса, в том числе стойкость к тепловым воздействиям, газонепроницаемость.

Поскольку g-излучение лучше всего ослабляется материалами с высоким атомным номером и высокой плотностью, наиболее часто для экранирования применяют особо тяжелые бетоны, в которых в качестве заполнителей используют магнетит, лимонит, барит, металлический скрап и др.

В целях защиты от g-радиоактивного излучения используют и сверхособотяжелые бетоны. К их числу относится, например, разработанный CFNMET (Канада) бетон на ильмените (удельная насыпная масса песка — 4,62, щебня — 4,76 т/м3) с объемной массой свыше 4000 кг/м³ . Для обеспечения высокой однородности достаточно подвижной бетонной смеси (ОК = 100 мм) используют повышенную дозировку суперпластификатора и увеличивают долю ильменитового песка (соотношение мелкий заполнитель: крупный заполнитель — 1,15). Объем вовлеченного воздуха не превышает при этом 3 %.

Сложнее защита от нейтронных источников. Нейтроны слабо поглощаются в веществе, поэтому общий принцип защиты заключается в предварительном замедлении нейтронов, для чего наиболее пригодны вода, парафин, графит. Замедленные нейтроны затем поглощают веществом с высоким сечением поглощения медленных нейтронов, например соединениями лития, кадмия, бора. При этом следует иметь в виду, что поглощение нейтронов в веществе сопровождается ядерными реакциями и испусканием g-квантов, поэтому следует предусматривать одновременную защиту и от g-излучения.

Нейтронный поток наиболее эффективно останавливается гидратными бетонами, т. е. бетонами, имеющими повышенное содержание химически связанной воды. Для их приготовления чаще всего используют глиноземистый цемент, а в качестве заполнителей — лимонит и серпентинит. Значительного улучшения защитных свойств можно добиться, вводя в бетонную смесь карбид бора, хлорид лития, сульфат кадмия и другие химические добавки. Сравнительно новым направлением модифицирования таких бетонов является применение специальных парафиновых эмульсий, поскольку дополнительная кольматация пор и изменение капиллярной структуры бетона в процессе термовлажностной обработки или естественного разогрева бетона под воздействием радиации повышает газонепроницаемость при одновременном замедлении нейтронов за счет их взаимодействия с парафинами.

Специальный высококачественный бетон с низким тепловыделением был разработан для подземных хранилищ радиоактивных отходов. Этот бетон имеет прочность на сжатие выше 75 МПа в возрасте 28 суток, обнаруживает максимальное увеличение температуры только на 15 °С в процессе гидратации и волюмометрически стабилен.

Для возведения столь ответственных конструкций и сооружений необходимы новые материалы, новая технология бетона и железобетона, новая культура производства и мышления.

Ярким примером развития этих принципов являются разработанные в России и запатентованные бетоны на цементах (вяжущих) низкой водопотребности (ЦНВ, ВНВ).

ЦНВ получают по специальной технологии совместным помолом ингредиентов: клинкера или готового портландцемента и сухого модификатора, а также при необходимости активной минеральной добавки (золы-уноса, пуццоланы, шлака и т. п.) и/или наполнителя, а также гипсового камня (гипса). Механохимическая обработка позволяет синергетически усилить полезные свойства компонентов комплексного вяжущего: прочность цемента возрастает на 2-3 марки, а пластифицирующий эффект органического компонента модификатора увеличивается примерно в два раза. На практике это приводит к снижению водосодержания изопластичных бетонных смесей до 120-135 л/м3 и В/Ц до 0,25-0,30 для подвижных смесей и до 0,20-0,25 — для жестких (под Ц здесь понимается расход вяжущего).

Заметным преимуществом применения бетонов на ЦНВ является снижение температуры изотермического прогрева или полный отказ от тепловой обработки. Так, при изготовлении объемных блоков из мелкозернистого бетона при температуре прогрева 35-50 ОС выявлена возможность сокращения ТВО в два раза, причем проектная прочность достигалась уже в возрасте 1 суток, а в возрасте 28 суток фактическая прочность превышала проектную на 50-70 % и более.

Наряду с этим эффективность использования ЦНВ обусловлена снижением расхода вяжущего при изготовлении 1 м³ равнопрочных бетонов: коэффициент использования вяжущего по данным промышленной апробации составляет 1,7-2,4 для тяжелого бетона и 1,3-1,4 — для мелкозернистого (коэффициент использования портландцемента — 0,6-0,9, т. е. каждому килограмму расхода портландцемента соответствует 0,06-0,09 МПа прочности бетона).

Особенностью ЦНВ является многовариант- ность составов, и соответственно свойств вяжущих, дающая возможность наиболее полно реализовать потенциал портландцементного клинкера в зависимости от конкретных требований, предъявляемых технологией производства и условиями эксплуатации бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Известно, например, что использование на практике принципов механохимической активации позволило получить вяжущие, качество которых при содержании в них 50-70 % минеральных добавок не уступает качеству цементов марок 500-600 (класса 45 по ЕN). При замене гипса в ЦНВ на химические регуляторы схватывания и твердения, а также с применением специальных добавок, понижающих точку замерзания воды в бетоне, получена широкая гамма вяжущих для ведения бетонных работ при отрицательных температурах. Наконец, особого внимания заслуживают полученные по технологии ЦНВ новые гипсовые, гипсоцементопуццолановые и пробужденные безклинкерные вяжущие, бетоны на которых характеризуются повышенными по сравнению с аналогичными традиционными бетонами прочностью и стойкостью при воздействии внешних факторов.

Важно при этом подчеркнуть, что все бетоны на ЦНВ отличаются значительно меньшей энергоемкостью, а с экологической точки зрения новая технология позволяет почти вдвое сократить выбросы промышленных газов в цементной промышленности и вовлечь в производство огромное количество разнообразных техногенных отходов.

Легко прогнозировать, что в ближайшем будущем будет происходить постепенное замещение обычных традиционных бетонов многокомпонентными бетонами. Как уже отмечалось, в последних используются химические модификаторы структуры, свойств и технологических характеристик бетона, в том числе комплексные модификаторы, включающие порой несколько десятков индивидуальных химических добавок, активные минеральные компоненты различной дисперсности (от 2000 до 25000 см2/г) и, в ряде случаев, композиционные вяжущие вещества, в том числе вяжущие низкой водопотребности, расширяющие добавки (неорганические и органические), дисперсные волокнистые наполнители (углеволокно, стекловолокно, полипропиленовая и кевларовая фибра, асбест, растительные волокна и т. д.), а также другие специальные компоненты. Многокомпонентность бетонной смеси позволяет эффективно управлять структурообразованием на всех этапах технологии и получать материалы с самым различным комплексом свойств.

Вместе с тем, многокомпонентность системы повышает одновременно требования к дотированию материалов и перемешиванию бетонной смеси, так как часто требуется вводить модификатор (часто не один, а несколько) в очень небольших количествах и перемешивать высокодисперсные порошки (цемент + наполнитель) до получения однородной массы, что может быть обеспечено только за счет применения соответствующего оборудования.

Значительно упростить технологию и сделать общедоступным применение многокомпонентных бетонов и растворов возможно за счет использования предварительно приготовленных сухих смесей. Производство сухих смесей легко организовать в различных регионах на модульных быстромонтируемых заводах с использованием местных сырьевых ресурсов и в соответствии с номенклатурой, определяемой конкретными потребностями строительного комплекса. В ближайшие годы следует ожидать резкого увеличения производства сухих смесей, тем более что эта отрасль промышленности строительных материалов во многом ориентирована на возможности среднего и мелкого бизнеса.

Из различных видов бетона наиболее заметно в ближайшем будущем расширится применение мелкозернистого бетона. Этот вид бетона при правильно подобранном составе характеризуется высококачественной структурой и отличается высокой технологичностью, позволяя сравнительно просто изготавливать изделия как методом прессования с немедленной распалубкой, так и методом литья, что особенно удобно для монолитного домостроения, и, кроме того, он легко и эффективно модифицируется с помощью органоминеральных добавок, обеспечивая получение материалов с различным комплексом свойств. Его несомненным достоинством является использование дешевых местных песков, что позволяет снизить стоимость бетона на 15-25 % по сравнению с крупнозернистыми бетонами на щебне. Мелкозернистый бетон позволяет получать тонкостенные и слоистые конструкции, декоративный бетон и фибробетон — конструкции, в которых сочетаются различные материалы, конструкции и изделия переменной плотности, в том числе фильтрующие, а также использовать ряд других эффективных материалов и решений.

Следует ожидать также дальнейший рост использования теплоизоляционных поробетонов, в том числе с эффективными пористыми заполнителями (полистиролом, вспученными перлитом и вермикулитом, легкими керамзитами) и армирующими волокнами. Варьируя вяжущие, порообразователи, активаторы твердения и различные защитные составы, можно получить изделия и ограждающие конструкции, эксплуатационные характеристики которых будут заметно превосходить характеристики лучших синтетических материалов с одновременным улучшением «среды обитания» и повышением срока службы зданий и сооружений.

С целью достижения наилучших результатов при производстве новых видов бетона, изделий и конструкций получит развитие интенсивная технология бетона. В ней будет использована механохимическая активация сырьевых смесей, скоростные турбулентные смесители, в том числе двухкамерные, баротермическое воздействие, электроимпульсные и волновые агрегаты, компьютерное управление технологией и качеством материала, пропитка готовых изделий и конструкций специальными глубоко проникающими и отверждающимися композициями, близкими по структуре и свойствам к бетону, использование новых материалов, полученных в результате развития нанотехнологий (например, наносиликатов с удельной поверхностью свыше 180000 см²/г вместо микрокремнезема), литье, каландрирование и другие технологические приемы.

Ясно, что в перспективе применение на практике найдет вся гамма бетонов — от обычных традиционных до многокомпонентных и высококачественных. Однако постепенный переход к более эффективным видам бетона будет предопределен их более высоким качеством, и соответственно большей конкурентоспособностью на строительном рынке, большими возможностями в создании новых видов конструкций, возведении зданий и сооружений, всемерным снижением эксплуатационных затрат и инвестиционных рисков при строительстве сложных инженерных объектов.

Высококачественный бетон в сочетании с другими эффективными бетонами позволит создать «дом XXI века», в котором высокопрочный каркас с долговечностью более 200 лет будет сочетаться с эффективными ограждающими конструкциями из суперлегкого и декоративного бетонов и с периодически обновляемыми инженерными сетями и отделкой, что даст возможность получить архитектурно выразительное, быстровозводимое и легко трансформируемое комфортабельное жилье, а также развить объекты социальной сферы, подземные «мини-города», специальные и другие сооружения.

Для обеспечения строительства новым поколением строительных композитов и бетонов необходимо, в свою очередь, интенсифицировать развитие сопряженных отраслей промышленности:

• цементной — для создания и производства новых композиционных вяжущих, в том числе с уменьшенным содержанием клинкера, на безклинкерной основе, с применением гипса, извести, зол, шлака и других видов сырья;
• строительной химии — для создания и производства химических модификаторов различного назначения и расширяющих добавок, в том числе из техногенных отходов, ультрадисперсных активных минеральных наполнителей, ультрадисперсных волокнистых наполнителей, пигментов, смазок, клеев и других материалов;
• нерудной промышленности — для создания и производства новых видов заполнителей, в том числе суперлегких.

Российская Федерация обладает большими сырьевыми ресурсами для насыщения строительного рынка, и в ближайшие годы нельзя не уделить особое внимание созданию отечественных производств в различных регионах, чтобы преодолеть сегодняшнее засилье зарубежных товаров, зачастую не учитывающих особенности российского потребителя. Как показывает мировой опыт, инвестиции в подобные производства быстро окупаются, а продукция является высокорентабельной. За рубежом, например, именно промышленность строительных материалов быстро развивает сегодня собственные производства по переработке различного химического сырья, вторичных продуктов металлургии, горнодобывающей и других отраслей промышленности и энергетики. Вновь разрабатываемые бетоны с повышенным содержанием гранулированного шлака, зол уноса, золы рисовой шелухи, метакаолина, цеолитов, других активных минеральных добавок и техногенных отходов расширяют и без того безграничное поле применения этого удивительного материала, без которого трудно представить себе будущее строительства.

Понятно, почему дальнейшее развитие бетоноведения как науки тесно связано с новыми представлениями и требованиями, которые, правда, часто усиливаются экономическими критериями (кстати, не только дешевизной, но и надежностью). Завершая очень краткий анализ теперешнего состояния исследований и применения бетонов, хочется привести слова директора отдела исследований Национального исследовательского совета Канады Карла Б. Крауфорда:

«Из всех современных материалов бетон — один из наиболее древних и изменчивых, а вместе с тем — и наименее изученных».

А это значит, что нас ждут еще и прекрасные открытия, и блестящие инженерные находки. С этим мы и входим в XXI век.

Авторы: Ю. Баженов, академик РААСН, В. Фаликман, член-корреспондент РИА