Что такое высокопрочные и сверхэффективные бетоны?

Общемирового признанного определения высокопрочных бетонов не существует. Понятие о высокопрочном бетоне со временем менялось, так как менялись технологии и материалы. Например, в 1970-х годах в Америке высокопрочным бетоном считался любой бетон, который на 28 день жизни имел прочность на сжатие от 40 МПа и более. Впоследствии были разработаны бетоны с прочностью на сжатие 60-100 МПа, которые стали использоваться при постройке высотных зданий и мостов с большими пролетами. В это же время свои разработки вели и другие страны, что привело к путанице в терминологии и определениях, сохранившейся до сих пор. Кроме того, в отечественных и зарубежных источниках вы можете встретить термин «особо высокопрочные бетоны», который точно так же не имеет четкого определения. В СССР также были в курсе того, что такое высокопрочный бетон. Так, в пыльном шкафу нашлись «Рекомендации по технологии изготовления изделий и конструкций из высокопрочных бетонов», разработанные в 1966 году. По тексту этих рекомендаций высокопрочными считались «бетоны марки М600 и более или класса по прочности на сжатие В45 и более по СНиП 2.03.01-84» Что же сейчас принято понимать под высокопрочным бетоном? В качестве основы возьмем определение из европейского стандарта EN 206-1 (Бетон. Часть1: общие технические требования, производство и контроль качества.) В конце концов, поскольку мы планируем через несколько лет переходить на европейские стандарты, то, наверное, логично использовать то определение высокопрочного бетона, которое использует все страны Европейского союза.

Согласно этому стандарту высокопрочным бетоном считается обычный бетон классом по прочности С50/60 и выше или легкий бетон классом LC50/55 и выше. Буква С обозначает бетон (concrete),а LC-легкий бетон (Light concrete). 50/60-это класс бетона по прочности. 50 обозначает минимальную прочность стандартного цилиндра диаметром 150 мм и высотой 300 мм на сжатие. 60 обозначает, соответственно, прочность на сжатие стандартного кубика с размером ребра 150 мм. В Европе разработаны стандарты для бетонов класса прочности до С100/115, о чем и написано в стандарте EN 206-1. Высокопрочные бетоны могут быть как тяжелыми (со средней плотностью 2100-2500 кг/м³), так и легкими (со средней плотностью менее 2000 кг/м³). При производстве высокопрочного бетона стремятся к максимальному увеличению предела его прочности. Это достигается за счёт использования в составе бетонной смеси особых марок цемента и заполнителей минимально возможной величины.

Классическими компонентами высокопрочного бетона считаются:

1) Микрокремнезем — высокоактивная минеральная добавка к бетону, тонкодисперсный материал. Основной компонент диоксид кремния аморфной модификации. Размер частиц, как правило, не превышает 1 мкм. Очень хорошо сцепляется с цементным камнем, что позволяет получать высокопрочный бетон.
2) Микроволокна (на пример, стальная фибра), которые применяются для армирования бетона и также положительно сказываются на повышении предела прочности.
3) Самые современные суперпластификаторы, позволяющие повысить предел прочности за счёт снижения количества воды в бетонной смеси. Чтобы сохранять свои уникальные прочностные характеристики, все высокопрочные бетоны должны иметь соотношение вода/цемент значительно ниже 0,4.

Преимущества высокопрочного бетона следующие:

- позволяет создавать более тонкостенные конструкции, чем из обычного бетона 
- уменьшаются габариты опалубки для бетона
- при строительстве большепролетных мостов можно создавать более изящные конструкции, работающие на изгиб
- сокращение общего расхода цемента и арматуры 
- быстрый набор прочности и ранняя распалубка
- очень высокая стойкость к различного рода нагрузкам, воздействию агрессивных сред, попеременному замораживанию и оттаиванию. 

Основные сферы применения высокопрочных бетонов - конструкции транспортных сооружений (в особенности, строительство мостов), высотное строительство, бетонирование хранилищ радиоактивных отходов, промышленные напольные покрытия.
Высокопрочные бетоны находят себе применение и в России. Например, при строительстве известных московских бизнес-башен были использованы считающиеся высокопрочными бетоны В80 и В90, причём объём применения высокопрочных бетонов оказался впечатляющим даже по европейским меркам.

Применение высокопрочного бетона в России ограничено по двум причинам:

1) отсутствие нормативных требований к возведению объектов с применением высокопрочного бетона
2) отсутствие самих объектов, в которых необходимо было бы применение высокопрочного бетона (высотное строительство более-менее развито только в столице, а в других сферах высокопрочный бетон у нас почти не применяется).

Далее расскажем об относительно новом строительном материале. На английском языке его называют Ultra-high-performance concrete (UHPC). В русском языке официального перевода этого названия нет, однако чаще всего встречается обозначение «сверхэффективный бетон», которое мы и будем применять в дальнейшем по тексту статьи. Сверхэффективный бетон разрабатывался с прицелом на создание очень прочных, долговечных и, в то же время, менее габаритных конструкций, чем те, что изготавливаются из обычного бетона. Конструкции из сверхэффективного бетона отличаются тонкими контурами, но при этом имеют высокую несущую способность. Использование сверхэффективного бетона позволит, в конечном итоге, снизить общую стоимость строительства. Годом рождения сверхэффективного бетона считается 1994 год, в котором одна известная французская фирма запатентовала коммерческую версию сверхэффективного бетона и распространяет его под названием Ductal. Американцы, в свою очередь, продают версию сверхэффективного бетона Taktl. У сверхэффективного бетона есть близкий родственник. Это знакомый нам, строителям, фибробетон. Так же и фибробетон., сверхэффективный бетон армируется стальной фиброй. Прочность на сжатие сверхэффективного бетона находится в пределах 150-250 МПа. В будущем прочность на сжатие может превысить предел в 250 МПа. В 2007 году группа ученых из Тегеранского университета в рамках конкурса, устроенного Американским Институтом Бетона, продемонстрировала опытные образцы бетона с прочностью на сжатие в пределах 340-410 МПа (на 28 день жизни бетона). Такого результата удалось добиться, благодаря использованию кварцевого порошка в качестве заполнителя. 

Помимо стальной фибры, характерными компонентами сверхэффективного бетона являются качественный мелкозернистый песок, микрокремнезём и специальные марки высокопрочного портландцемента. В сверхэффективный бетон не добавляют привычных для нас крупных заполнителей, таких как щебень. Сверхэффективный бетон отличается крайне низким соотношением вода/цемент. Спустя сутки после укладки сверхэффективного бетона, производят его прогрев водяным паром с постоянно поддерживаемой температурой 88°С на протяжении следующих двух суток. После этого бетон набирает необходимую для распалубки прочность. Сверхэффективный бетон используется в развитых странах мира. В Канаде и Южной Корее с помощью этого бетона построили пешеходные мосты. Канадский мост, построенный в 1997 году, имеет длину 58 метров, а толщина мостового полотна при этом составляет всего 38 мм.

Корейский мост длиной 122 метра построен в 2002 году, толщина мостового полотна также 38 мм. В Португалии сверхэффективный бетон использовали при строительстве дамбы, В Австралии – для постройки автодорожного моста, а во Франции – при возведении нескольких электростанций. Во всех случаях сверхэффективный бетон был выбран в качестве стройматериала за свою способность переносить большие нагрузки. На сегодняшний день сверхэффективный бетон пока не получил общемировое признание. Основные причины: очень высокие требования к соблюдению технологии и укладки бетона. Требуется постоянный контроль над процедурой изготовления бетона, который должен осуществлять специально обученный персонал. Из-за этих сложностей даже в высокоразвитых странах специалисты рекомендуют использовать сверхэффективный бетон, в основном, для сборных элементов, а не для монолитного строительства. Словом, еще есть куда расти.

Источник: журнал "Кирпич"