В России изобрели новый вид бетона для строительства в условиях Крайнего Севера

Разработанный в УВЦ Дальневосточного федерального университета бетон позволит застроить новые города российского Севера. фото РИА Новости

Инженеры Учебного военного центра (УВЦ) Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) совместно с коллегами из Казанского государственного архитектурно‑строительного университета (КГАСУ) разработали новый вид бетона с повышенной ранней прочностью, благодаря которому темпы бетонирования строительных конструкций могут быть увеличены в три‑четыре раза. Бетон не растрескивается, не пропускает воду, устойчив к морозу и подходит для возведения сооружений на Дальнем Востоке и в условиях Крайнего Севера. 

Марочная прочность нового бетона – показатель, который достигается через 28 дней после заливки – возросла в 2,7–3,3 раза (B60) по сравнению с традиционными бетонными смесями из аналогичных компонентов. Морозостойкость увеличилась в три раза – F600 вместо F200. Водонепроницаемость (давление, под которым в бетон проникает вода) выросла более чем в четыре раза – W18 вместо W4.

Новый бетон экологичнее традиционных образцов. При его заливке не требуется термовлажностная (паром и температурой) обработка, а значит, связанные с этим этапом строительства выбросы тепла в атмосферу отсутствуют. Энергозатраты ниже до 70%.

Технологию производства нового бетона можно внедрить на заводах с минимальными затратами. Для производства бетона подбирались наиболее подходящие по химическому составу и физико‑механическим характеристикам компоненты. Этого соответствия, согласно принципам геоники, можно добиться, если щебень, песок, цемент и вода – все традиционные компоненты бетона – одинакового геологического происхождения, получены в одной географической области. Таким образом, компоненты для смеси экономически выгодно добывать в том регионе, где будет производиться бетон.

В производстве нового бетона инженеры отказались от излишнего применения воды. Обычно ее добавляют, чтобы обеспечить текучесть бетонной смеси. Однако при высыхании вода провоцирует трещины и снижение прочности бетона. В новом составе всю дополнительную воду заменили на суперпластификаторы пятого поколения. Эти вещества заставляют молекулы бетонной смеси отталкиваться друг от друга, в результате ее текучесть, удобоукладываемость и другие полезные для строителей качества возрастают.

 Технология производства нового бетона включает в себя еще один важный этап – механо‑химическую активацию: компоненты бетона на высокой скорости смешиваются и измельчаются в роторно‑пульсационном аппарате – специальной бетономешалке. Благодаря измельчению частиц бетона на выходе получается большее количество искусственного камня из единицы объема смеси.

Ранняя прочность нового бетона – это качество смеси, позволяющей уже через 3–7 дней снимать опалубку с залитых конструкций и применять ее на новых этапах заливочных работ. Для достижения марочной прочности новому бетону, как обычно, требуется 28 дней.

В настоящее время бетон, обладающий такой же ранней прочностью, как у новой разработанной смеси, производить на заводах традиционными способами экономически и экологически невыгодно. Для этого в смесь нужно будет добавлять большее количество более высокомарочного, дорогого цемента, производство которого – номер два в мире по степени загазованности.

«НГ‑энергия» обратилась с вопросами относительно экологичности нового продукта к ученым Дальневосточного университета. С их точки зрения, в условиях Крайнего Севера бетонирование на строительной площадке происходит при отрицательных температурах. Это может привести к тому, что бетонная смесь замерзнет до завершения процесса гидротации, то есть образования искусственного цементного камня. Чтобы этого избежать, бетон необходимо подогревать либо с помощью повышенной температуры воды для его смешивания, либо сооружая вокруг залитой конструкции специальную защиту – короб или пленку, – препятствующую воздействию низких температур. В таких условиях гораздо более целесообразно применять бетоны с высокой ранней прочностью, которой и обладает наша разработка. Гидротация в таких бетонах успешно протекает даже при низких температурах. Поэтому и планируется применять данный вид бетона именно в условиях Крайнего Севера, Арктики.

Что касается углеродоемкости предлагаемого для строительства в условиях Крайнего Севера бетона, то углеродоемкость не очень верный термин в данном случае. При изготовлении цемента в атмосферу выбрасывается множество вредных парниковых газов, в частности углекислый и серный, поэтому в нашем случае можно говорить о снижении выброса парниковых газов. Это достигается, во‑первых, за счет пониженных затрат электроэнегрии во время производства конструкций из нашего бетона – их не надо обрабатывать паром, а во‑вторых, за счет пониженного содержания цемента в бетоне. С другой стороны, в случае этой разработки ученые не стремились к замене цемента в бетоне на другие компоненты, а просто снизили его количество. В связи с этим количество выброшенного углекислого газа точно меньше, чем при изготовлении традиционных бетонов, за счет пониженного содержания цемента. 

Во всем мире есть тенденция на максимальную замену в бетоне цемента на различные отходы производств, которые обладают теми же свойствами, что и цемент. Например, активно используют золу. Она способна вступать в реакцию гидротации и образовывать кристаллы искусственного камня – гидросиликаты кальция. Аналогичные разработки есть и на базе научной школы в ДВФУ. Некоторые внедрены в практику. На них уже оформлено 15 патентов. В этих смесях мы заменяем цемент золой на 40 и 50%. 

ДВФУ также работает над тем, чтобы полностью отказаться от использования цемента в бетоне, то есть разрабатываются так называемые геополимерные бетоны. Они достигают марочной прочности в течение 7 дней, а не 28, как цементосодержащие смеси. У геополимерных бетонов еще выше трещиностойкость. Их мы со временем планируем применять при производстве дорожных покрытий и взлетных полос.