Подходы к усовершенствованию бетона

Страница 2

Новый бетон уже начали применять в строительстве. В настоящий момент он используется в строительстве моста через Волгу в городе Кимры.

Это первый в мире автодорожный мост, дорожная плита которого была выполнена из легкого конструкционного фибробетона на основе базальтовой микрофибры, модифицированной нанокластерами углерода. Один из участников проекта, генеральный директор ООО "НТЦ прикладных нанотехнологий" А.Н. Пономарев рассказывает: "При реконструкции моста строители столкнулись с острой необходимостью обеспечить выравнивание дорожной плиты в условиях обязательного повышения судоходности за счет увеличения пролетной части. Принятое решение о применении легкого конструкционного бетона с отказом от выполнения утяжеляющей гидроизоляции было экспериментальным шагом, но практически единственным". Это позволило снизить собственный вес покрытия более чем на треть.

Фибробетон – это разновидность бетона, в котором достаточно равномерно распределены волокна (фибры) из металла, стекла, полимера или другого материала. Фиброволокно выполняет функции армирующего компонента, способствуя снижению удельного веса бетона при повышении его трещино-стойкости и устойчивости к деформациям. В данном случае было использовано базальтовое фиброволокно, на поверхность которого наносились углеродные нанокластеры. Опыты показали, что добавление углеродных нанокластеров даже в количестве менее 0.001 % заметно улучшает свойства бетона. Существенно увеличивается прочность и ударная вязкость, меняется и характер кристаллизации цементного камня – происходит направленная кристаллизация соединений кальция на углеродных нанотрубках.

В ходе работ по реконструкции моста встал вопрос о создании производства наноструктурированных сухих добавок к цементу в условиях действующих бетонных заводов. В 2008 г. в Санкт-Петербурге ввели в эксплуатацию полуавтоматическую линию мощностью до 800 т добавок в год. Это позволило начать работы на следующем объекте, которым стал мост через реку Вятка, также сданный в 2008 г. Сейчас проходят государственную экспертизу еще два крупных проекта.

Добиться упрочения бетона можно и по-другому, используя измельченный песок. Оказалось, что максимально заполнить пустоты в бетонном камне можно при использовании трех фракций наполнителя: Н1 = 6–7 мкм, Н2 = 0.6–0.7 мкм, Н3 = 50–90 нм. При этом эффект упрочения достигается не только за счет заполнения пор, на поверхности частичек песка под электронным микроскопом отчетливо видны игольчатые наросты длиной 0.1–0.3 мкм. Их наличие может свидетельствовать об увеличении прочностных характеристик материала, т.к. они выполняют ту же роль, что и металлическая арматура. Это позволило в лабораторных условиях при введении нанодисперсных составляющих в количестве до 30 кг/м3 или 2–3 % от массы цемента получить бетон с прочностью при сжатии в 3–4 раза больше обычного. И это еще не предел. По мнению специалистов, в течение ближайших 5 лет за счет применения нанотехнологий прочность бетона может быть доведена до 300 МПа, что почти в 10 раз превышает среднюю прочность современных бетонов. Такие материалы должны выдерживать более 3000 циклов замораживания и оттаивания и даже в морской воде служить более 100 лет.

Еще одну возможность для упрочения бетона подсказала природа. Оказалось, что добавление в бетон анаэробных микроорганизмов определенного вида позволяет повысить его прочность на 25 %, а также улучшить его гидроизолирующие свойства. Это происходит потому, что микроорганизмы, продолжая жить внутри гибридного биоматериала, заполняют поры продуктами своей жизнедеятельности.

Конечно, способов создания высококачественных бетонов найдено уже довольно много, подходы эти весьма разнообразны, и они позволяют реализовать инновационные конструкторско-технологические решения, полезные для самых различных областей строительства.

Способы модификации бетона