Инновации в технологии бетона

Помимо инвестиций непосредственно в строительство цементных заводов, актуальными представляются и планы по возведению предприятий по производству бетонов. Ряд крупных предприятий отрасли в последние несколько месяцев либо начали строительство подобных производств, либо объявили о планах сделать это в ближайшее время. Так, концерн «Крост» приступил к работам по возведению одноименного технопарка в Воронеже. Его первым предприятием станет завод «Бетон 222 — Воронеж», следом за ним будет построена фабрика «Мажино — Воронеж». Общий объем инвестиций в проект составит более 50 млн долларов. Новый завод станет частью сети заводов концерна «Крост» по производству товарного бетона любой марки и сборных железобетонных конструкций по технологии и на оборудовании компании Libherr. Примерно такой же проект намерен реализовать крупный производитель товарного бетона «Объединение 45». В следующем году компания инвестирует в развитие бизнеса 35 млн долларов, что позволит увеличить объем производства бетона почти в полтора раза. Из этих средств на развитие петербургского офиса пойдет около 9 млн долларов, сумма покроет расходы на ввод нового производства BETOMAT-3 концерна Libherr мощностью 230 кубических метров в час, а также покупку более 20 единиц спецтехники. Остальные 26 млн долларов «Объединение 45» вложит в свою московскую сеть, здесь планируется ввод такого же завода BETOMAT-3 концерна Libherr, и покупку двух площадок для производств, а также приобретение 45 спецмашин. Это приблизит общий объем производства компании к 2 млн кубических метров в год. Похожие планы существуют у холдинга НПРО «Урал» и еще нескольких строительных компаний в Центральном, Приволжском и Сибирском федеральных округах.

В ближайшей перспективе бетон останется одним из самых ключевых строительных материалов в градостроительстве. Во-первых, при его производстве происходит минимальное потребление невосполнимых природных ресурсов. К примеру, для того чтобы получить одну тонну бетона, надо переработать 6–7 тонн природных ресурсов. Для сравнения: чтобы выработать одну тонну стали, требуется почти в три раза больше природных ресурсов — примерно 20 тонн, причем 19 тонн — в виде отходов. Во-вторых, по своим показателям прочности, долговечности и т. д. бетон и железобетон практически не уступают другим видам стройматериалов. Нормативный ресурс его службы рассматривается в пределах 100 лет. И, в-третьих, у этого материала самая высокая сочетаемость с другими материалами.

В современном строительстве находят применение десятки видов бетонов, среди которых традиционные бетоны, фибробетоны, полистиролбетоны, пористые, гидроизолирующие и другие. По некоторым показателям они приблизились к природному камню и даже металлу.

Процесс изучения и создания новых бетонов продолжается. Все в больших объемах обычные бетоны замещаются многокомпонентными модифицированными, что дает возможность, применяя компьютерное проектирование состава бетонов и технологии их приготовления, прогнозировать физико-механические и эксплуатационные характеристики, эффективно управлять структурообразованием на всех технологических этапах и получать материал с требуемыми свойствами.

Сегодня нигде в мире бетон не производится без разного рода химических добавок. К сожалению, в России объемы производства бетона с добавками пока составляют всего лишь 50–60%. Но модифицированный бетон куда более эффективен, чем обычный. В этой области мы очень сильно отстаем от зарубежных игроков. Специалисты отмечают, что пока лишь два отечественных модификатора отвечают мировому уровню — суперпластификатор СЗ и комбинированный модификатор МБ на основе микрокремнезема и того же суперпластификатора СЗ. Большинство других добавок мы пока вынуждены закупать за рубежом. Это и ускорители твердения, в том числе и суперпластифицирующие комплексы.

Наиболее активные разработки в области модификации цементных бетонов и растворов полимерными композициями в настоящее время осуществляются в Японии, в частности в университете г. Корияма под руководством профессора И. Охама. Среди новых разработок следует упомянуть применение дисперсий стирол-бутадиеновых латексов, эмульсий полиэтиленвинилацетатных и полиакриловых эфиров, полимерных порошков с восстанавливаемой дисперсией (полиэтиленвинилацетат) и других композиций. К новинкам можно отнести модификацию растворов и бетонов стандартной эпоксидной смолой, причем модифицирующая композиция в этих случаях используется без отвердителя, что существенно снижает ее токсичность. Полимеризация смолы проистекает в ходе гидратации цемента, а в случае ее ускорения за счет прогрева наблюдается заметный рост прочности бетона.

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. 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.

В активную фазу применения входит также так называемый high performance concrete — так называют бетон высоких технологий, в котором сконцентрированы лучшие характеристики, присущие бетону. При приготовлении это высокоподвижная, легко укладываемая бетонная смесь, не требующая вибрации для своего уплотнения. При выдерживании она отличается быстрым набором прочности, после затвердевания — это бетон, имеющий великолепные поверхность и цветовую гамму. 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. Еще одна задача — создание новых видов архитектурных бетонов, обеспечивающих цветовое и стилевое единство со старой застройкой.

Многие специалисты указывают, что, учитывая зарубежный опыт и возможность получения экономического эффекта в высотном строительстве, необходимо переходить на тяжелые высокопрочные бетоны класса В60 и выше. За рубежом конструкционная прочность бетонов с 1970 года по 1990 год возросла с 40 до 120 МПа. У нас бетоны класса В60 применялись лишь при изготовлении тюбингов для Лефортовского тоннеля и тоннеля в Серебряном бору — пока это единичные примеры.

В области легких бетонов также предстоит серьезная работа по созданию и освоению конструкционно-теплоизоляционных бетонов классов В30–В45 с маркой по плотности D1400–1800 и в первую очередь для реконструкции и санации жилищного фонда первого периода индустриального домостроения. Ведь чем легче надстройка, тем больше этажей можно надстроить, тем больший экономический эффект можно получить за счет дополнительной площади.

В отрасли совершенствуется также технология армирования железобетона, поиск эффективных сталей и неметаллической арматуры. В производстве сборного железобетона заканчивается переход на сталь класса А500. На «Моспромжелезобетоне» создан экспериментальный участок по изготовлению базальтопластиковой арматуры. На ЖБИ-15 завершается монтаж установки для формования труб-стволов мусоропроводов с дисперсным армированием базальтовой фиброй. Есть задача расширить эксперимент и искать другие области применения изделий из базальта, например для замены нержавеющей стали в трехслойных панелях на базальтопластиковые связи. В связи с высотным домостроением в мегаполисах должно быть интересно применение фибробетона. Последний представляет собой композиционный материал, включающий дополнительно распределенную в объеме фибровую арматуру. Дисперсное фибровое армирование позволяет в большой степени компенсировать главные недостатки бетона — низкую прочность при растяжении и хрупкость разрушения. По показателю работы разрушения фибробетон может в 15–20 раз превосходить бетон. Это обеспечивает его высокую технико-экономическую эффективность при применении в строительных конструкциях и их ремонте. Свойства фибробетона как композиционного материала определяются свойствами составляющих его компонентов. В определенной степени важнейший компонент — фибра (стальная или неметаллическая). Основные характеристики материалов, используемых в настоящее время для изготовления фибры, приведены в таблице 2.

Таблица 2. Основные характеристики волокон для армирования композитов

Исследования физико-механических свойств фибробетонов и опыт их применения позволили выявить эффективную номенклатуру конструкций, сооружений и изделий из них. В настоящее время имеются практически все возможности для создания высокопрочных фибробетонов нового поколения на основе отечественных материалов. Наличие современных эффективных видов фибры позволяет упростить ее введение и перемешивание в бетонной смеси, что в свою очередь дает возможность в большей степени использовать технологическое оборудование, применяемое для обычных бетонов.