Современный бетон и его технологии

Бетон, история которого насчитывает почти 6000 лет, окончательно закрепился в качестве основного строительного материала человечества.
Весьма показательна в этом плане, приводимая в различных источниках и вариантах, ретроспективная схема развития бетона ?
Отчетливо просматривается тенденция увеличения прочности, снижения значений водоцементного отношения, за счет применения высокоэффектив-ных химических и минеральных добавок, фибры. А также регулирование составов, структуры и свойств бетонной смеси и бетона.
Высокие достижения, в свою очередь, революционизируют строительные технологии возведения зданий и сооружений любой степени сложности и архитектурно-художественной выразительности из монолитных и сборных железобетонных конструкций.
Ошибочно, вместе с тем, думать об однозначном решении проблем технологии бетона на многие годы вперед. Несмотря на рост наукоёмкости бетоноведения, предстоит рассмотреть и решить серьезные задачи, в т. ч. адаптации специфических, местных компонентов к новым технологическим возможностям. Образно выражение корифея науки о бетоне сэра В. Невилля: «Хороший и плохой бетон могут быть получены из одних и тех же компонентов».
В общем, процесс освоения бетонов нового поколения (БНП) удачно стартовал, хотя и традиционные материалы пока никто не отвергал.

Многокомпонентность — суть БНП:
многокомпонентны цементы, содержание в которых разнообразных минеральных дисперсных компонентов (МДК), не считая клинкера, может достигать 60 – 80 %.
2-3х-фракционны мелкий и крупный заполнители,
комплексны химические и минеральные добавки, называемые даже мультикомпонентными;
комбинации полимерной и стальной фибры — прямые свидетельства растущей многокомпонентности бетонов.
На диаграмме (справа) заметна тенденция к снижению доли и, следовательно, роли крупного заполнителя при одновременном увеличении содержания и значимости МДК в обеспечении высоких свойств бетона.
Объемы компонентов в БНП
1 — традиционный;
2 — высокофункциональный НРС;
3 — самоуплотняющийся SCC;
4 — ультравысокофункциональный UHPC;
5 — реакционно-порошковый RPC
Бетоны нового поколения (БНП) — это высокотехнологичные бетонные смеси и бетоны с добавками, приобретающие и сохраняющие требуемые свойства при твердении и службе в любых эксплуатационных условиях:
high performance concrete (HPC) — высокофункциональный бетон (ВФБ);
self-compacting concrete (SCC) — самоуплотняющийся бетон (СУБ);
reactive powder concrete (RPC) — реакционно-порошковый бетон (РПБ);
macrodefect free concrete (MDFС) — бездефектный бетон (БДБ) и др.

Добавки в бетон
Особую роль в БНП играют суперпластификаторы (СП) IV поколения.
Это — поверхностно-активные вещества на основе поликарбоксилатов и акрилатов обеспечивают устойчивые технологические свойства бетонных смесей — растекаемость, связность, однородность, нерасслаиваемость, длительное сохранение удобоукладываемости, перекачиваемости и пр. Образно сравнение консистенции бетонной смеси с консистенцией меда или хорошей сметаны ???
Иллюстрация к консистенции бетонной смеси БНП
Минеральные добавки (МД) —измельченная обожженная глина (цемянка) и пуццолан, микрокремнезем, метакаолин, граншлак, зола-унос, кварцевый песок, известняк — активный и полезный компонент бетона. Именно компонент, минеральный дисперсный компонент (МДК), а не добавка. Часто МДК относят к категории «наполнителей».
К числу достигаемых довольно ощутимых технологических эффектов от применения МД относят:
снижение доли клинкерного цемента;
управляемое регулирование реологии смесей;
рост прочности, плотности, стойкости и долговечности;
регулирование экзотермии, линейных и объемных изменений в процессе твердения и др. эффекты
нанокремнезем Ø 0,015
микрокремнезем Ø 0,1
?
Заполнение межцементного пространства частицами нано- и микрокремнезема
Именно такие СП позволяют транспортировать бетонные смеси до 2 км по горизонтали и 400 м по вертикали. Фантастическая реальность!
Реология — раздел физики, изучающий деформации и текучесть вещества

Совместимость «цемент — добавка» систематически изучается и обсуждается в связи с необходимостью длительного сохранения удобоукладываемости бетонной смеси. Причин падения удобоукладываемости достаточно. Здесь — содержание алюминатов, гипса, тонкость помола цементов, составы, строение полимерных цепей СП нового поколения, температурные условия и др.
Последовательность оценки совместимости «цемент — добавка»
Добавки в бетон

Добавки в бетон
Комплексные добавки — химические и минеральные — объединяются в комплексы для достижения максимальной эффективности в БНП. К примеру, совместное введение СП и МДК нивелирует высокую водопотребность порошкообразного компонента, снижает значение В / Ц без ущерба для реологических свойств смесей и темпа нарастания ранней прочности. Сочетание СП с ускорителями или замедлителями гидратации — реальный путь регулирования свойств товарного бетона в зимних или летних климатических условиях. Наглядна схема формирования составов комплексных добавок
Диаграмма формирования составов комплексных добавок
Основные комплексные добавки

Наглядный пример воистину революционных разработок — самоуплотняющийся бетон предложен в конце ХХ века японскими технологами. Сам термин прост до гениальности. Он означает способность бетонных смесей с низким В / Ц к самоуплотнению при укладке без приложения механических (вибрационных) воздействий за счет гравитационных сил с одновременным вытеснением вовлеченного воздуха. Применение СУБ органично решает задачи достижения высоких показателей технологичности, прочности, плотности и качества бетона, снижения энерго-и трудозатрат. Бетонная смесь не просто «самоуплотняется», но за счет уникальных реологических свойств преодолевает препятствия при укладке в виде арматурных элементов. Кстати, эти особенности обусловили появление новых методов испытаний взамен стандартного конуса Абрамса — основного прибора 150‑летней давности. На смену пришли разного рода воронки, блокировочные кольца, V– и L-образные приборы для оценки свойств самоуплотняющейся бетонной смеси, в т. ч. и преодоления препятствий.

Архитектурно-декоративные сверхвысокопрочные цветные бетоны