Технологии в пластификации бетонных смесей

Страница 1

В настоящее время уже существуют и продолжают разрабатываться рецептуры высокопрочных бетонов для подземного, высотного и гидротехнического строительства. Средняя прочность таких бетонов достигает 100 МПа при подвижности смеси П 4. При стандартном коэффициенте вариации 13,5 % это класс В75, а при снижении коэффициента вариации – В80 или даже В90.

Приготовить такой бетон без использования крупного карьерного песка, используя местный намывной песок, или превратить этот бетон в самоуплоняющийся, безусловно, заманчиво и экономически оправдано. Год назад (2008 г.) это было практически невозможно, а сегодня – вполне реально.

Причина такой настырности кроется не только в моде на нанотехнологии, но и главным образом в том, что благодаря ничтожно малой доле нанокластеров углерода у бетона действительно улучшается целый ряд свойств. Существенно увеличивается прочность, в несколько раз возрастает ударная вязкость, качественно изменяется характер кристаллизации цементного камня. На рисунке 1 приведены фотографии микроструктуры цементного камня, сделанные при помощи электронного микроскопа.

Рис. 1 Микрофотография структуры цементного камня:

а) обычная структура цементного камня, представляющая собой изотропно расположенные чешуйки;

б) фибриллярная структура цементного камня в модифицированной композиции;

На левой показана микроструктура обычного цементного камня, а на правой (при том же увеличении) – микроструктура, образовавшаяся после введения в бетонную смесь гомеопатической дозы углеродных нанотрубок. В данном случае имеет место эффект направленной кристаллизации гидросиликатов и гидроалюминатов кальция на зародышах, роль которых играют углеродные нанотрубки.

К сожалению, не смотря на ряд уникальных эффектов, широкого внедрения наномодификаторов в производство строительных материалов тогда не произошло. Во-первых, кластеры стоили очень дорого, и даже гомеопатическая дозировка приводила к существенному удорожанию. Во-вторых, возникла производственная проблема: как равномерно распределить несколько граммов кластеров в кубическом метре бетонной смеси? Углеродные нанокластеры не растворяются в воде. Можно создать суспензию в щелочном растворе, но она быстро оседает. Для промышленного производства это непригодно.

Попробовали наносить углеродные нанокластеры на поверхность базальтовой микрофибры. Получилось – мост через Волгу в районе г. Кимры, реконструкция которого закончилась в ноябре 2007 года. Покрытие этого моста выполнено из легкого конструкционного фибробетона на основе базальтовой микрофибры, модифицированной нанокластерами углерода.

Известно, что мостостроение является одной из самых консервативных областей строительной отрасли. Обычно, на согласование каких-либо изменений в конструкции моста, касающихся строительных материалов, уходит много лет. Данный случай можно считать исключением из этого правила. В процессе реконструкции, после сокращения числа опор и вызванного этим увеличения длины пролетов, оказалось, что покрытие, выполненное из обычного бетона, чрезвычайно утяжеляет конструкцию. Положение изменило применение легкого фибробетона класса В30 с увеличенной прочностью на растяжение. Это позволило снизить собственный вес покрытия более чем на треть! Километровый мост – это уже серьезный аргумент, но еще не революция.

А в этом году, эволюционно накапливающиеся изменения, наконец, достигли критической массы, и произошел революционный скачок. Благодаря смелой идее сегодня научились получать водный раствор аддуктов углеродных нанокластеров. Если микродозу такого раствора смешать с пластифицирующей добавкой, то пластифицирующая и водоредуцирующая эффективность этой добавки весьма существенно усилится.

Разумеется, за короткий срок мы не могли проверить все пластифицирующие добавки – их сотни. Да этого и не требовалось. Мы модифицировали слабейшую из имеющихся на Санкт-Петербургском рынке пластифицирующую добавку – "Актипласт" и сильнейшую – "Зика Вискокрит". Параллельно, на Полипласте под руководством Любови Дмитриевны Соловьевой попробовали модифицировать их пластифицирующие добавки на основе суперпластификатора С-3. Кардинальное усиление пластифицирующих и водоредуцирующих свойств наблюдалось во всех случаях. Суперпластификаторы превращались в гиперпластификаторы.

Результаты экспериментов с "Актипластом". После добавления гомеопатической дозы нашей присадки добавка четвертой категории приобрела свойства суперпластификатора. При этом вклад присадки в пластификацию бетонной смеси в три раза превысил собственное действие пластифицирующей добавки. Если в бетонную смесь с В/Ц = 0,48, имеющую подвижность 3 см ввести добавку "Актипласт", то подвижность смеси увеличивается до 8 см. Малоподвижная бетонная смесь превращается в подвижную. При добавке "Актипласта", модифицированного аддуктом фуллероидных нанокластеров углерода, подвижность смеси увеличивается до 21 см. Малоподвижная смесь превращается в литую. Для получения аналогичного эффекта путем разбавления смеси водой требуется увеличить В/Ц с 0,48 до 0,60. При одинаковой подвижности прочность бетона, полученного из модифицированной смеси, в 2 раза выше, чем из контрольной.