УДК 691.32

ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ И ОТХОДОВ ГОРНОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА СЕВЕРО-КАВКАЗСКОГО РЕГИОНА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОРОШКОВО-АКТИВИРОВАННЫХ БЕТОНОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Байматов Андрей Михайлович1, Калашников Владимир Иванович2, Мороз Марина Николаевна3, Петухов Андрей Владимирович4
1Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет), к.т.н., доцент
2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, д.т.н., профессор
3Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, к.т.н.
4Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, студент

Аннотация
В статье приводится описание возможности использования минеральных ресурсов и отходов горнопромышленного комплекса Северо-Кавказского региона для получения высокоэффективных композиционных порошково-активированных бетонов нового поколения.

Ключевые слова: бетоны нового поколения, минеральные ресурсы, суперпластификатор, эффективность


POSSIBILITY OF USE OF MINERAL RESOURCES AND WASTE MINING COMPLEX OF THE NORTH CAUCASIAN REGION FOR HIGH-PERFORMANCE COMPOSITE POWDER-ACTIVATED CONCRETES OF A NEW GENERATION

Baymatov Andrey Michaylovich1, Kalashnikov Vladimir Ivanovich2, Moroz Marina Nikolaevna3, Petukhov Andrey Vladimirovich4
1North Caucasian Institute of Mining and Metallurgy (State Technological University), сandidate of Technical Sciences
2Penza State University of Architecture and Construction, doctor of Technical Sciences, professor
3Penza State University of Architecture and Construction, сandidate of Technical Sciences
4Penza State University of Architecture and Construction, student

Abstract
The article describes the capabilities of mineral resources and waste mining complex of the North Caucasian region for high-performance composite powder-activated concrete of the new generation.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Байматов А.М., Калашников В.И., Мороз М.Н., Петухов А.В. Возможность использования минеральных ресурсов и отходов горнопромышленного комплекса Северо-Кавказского региона для получения высокоэффективных композиционных порошково-активированных бетонов нового поколения // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 11. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/11/40800 (дата обращения: 03.10.2017).

Северо-Кавказский регион является стратегически важным регионом России, обладающий развитой транспортно-инфраструктурной сетью, через который проходит прямой путь в Закавказье через Главный Кавказский хребет посредством двух автомобильных дорог федерального значения: Военно-Грузинская дорога – и Транскавказская автомагистраль, которая представляет собой кратчайший путь между европейским центром России и государствами Закавказья, Турцией и Ираном.

По уровню сейсмической опасности Северный Кавказ занимает одно из первых мест в Российской Федерации среди территорий, находящихся в сейсмоопасных зонах и характеризуется высокой степенью сейсмической и вулканической активности, что может являться причинами разрушительных тектонических и природных явлений, наносящих существенный материальный ущерб народному хозяйству и представляющих высокую опасность для ее населения.

Кроме того, горные районы Северного Кавказа подвержены воздействию опасных геодинамических процессов – снежные лавины, селевые потоки и оползни. Землетрясения способны влиять на динамику этих процессов, а негативные последствия землетрясений, в свою очередь, могут усугубляться вторичными эффектами: сходом снежных лавин, селевых потоков и оползней.

При этом, многие объекты, характеризуются дефицитом сейсмостойкости в 1-3 балла. Необеспеченность сейсмостойкости особо опасна для объектов повышенной ответственности: образовательные и дошкольные учреждения, учреждения здравоохранения и здания массового пребывания людей. Такое положение дел требует серьезных изменений в подходах к выбору строительных материалов при
строительстве в сейсмоопасных районах, которые должны отвечать требованиям повышенной сопротивляемости динамическим воздействиям и долговечности. Все это в немалой степени относится к разработке и внедрению в производство специальных видов бетонов, обладающих необходимыми характеристиками для работы в условиях горных районов и районов с повышенной сейсмической опасностью.

Особую остроту эта проблема приобретает при возведении противолавинных (снегоудерживающие, лавинозащитные и т.д.), противоселевых сооружений (селепропускные и т.д.), противооползневых сооружений. Высокая интенсивность развития экзогенных процессов (оползней, лавин, селей и др.), которые могут быть спровоцированы даже незначительными землетрясениями, является причиной серьезных разрушений, наносящих серьезный экономический, экологический, а, зачастую, приводить к человеческим жертвам.

Решением данной проблемы, могло бы стать разработка и внедрение в производство порошково-активированных композиционных бетонов нового поколения, обладающих существенно лучшими характеристиками прочности, пластичности, коррозионной стойкости, обуславливающих повышение долговечности инженерных сооружений в сложных климатических, сейсмических и геологических условиях горных территорий [1-4] .

В настоящее время в России строительство зданий и сооружений осуществляется из бетонных несущих изделий и конструкций с классом бетона по прочности В10-В35, что соответствует марке бетона по прочности на осевое сжатие 150-450 (15,0-45 МПа). За последние 20 лет ситуация в создании бетонов более высоких классов конструкционного назначения мало что изменилась, несмотря на повышение этажности зданий, если не принимать во внимание возведение уникальных зданий и сооружений в столице России г. Москвы и крупных городах России (С. Петербург, Н. Новгород, Самара и др.).

Революционные этапы на пути эволюционного развития бетона и железобетона: изобретение супер- и гиперпластификаторов, дисперсной арматуры (фибры) и новых плотных искусственных пуццоланических добавок, позволяющих изготавливать бетоны нового поколения с классами по прочности В100-120 МПа, не реализованы в России. По-прежнему, как и 20 лет назад, массовое строительство ориентировано на использование материалоемких бетонов низких марок. Отставание от передовых стран разительно и с каждым годом оно нарастает большими темпами.

Мы удивляемся уникальными зарубежными зданиями-небоскребами из высокопрочного и особовысокопрочного бетона высотой до 500-800 м, однопролетным вантовым мостам пролетом 1500-2000 м, нефтяным и газовым платформам из бетона классов В100-В120 для добычи нефти в морских шельфах и другим сооружениям, возведенных не из стали, а из железобетона.

Простые расчеты показывают, что центрально-нагруженная колонна с сечением 600×600 мм, изготовленная из бетона класса В25 потребляет для изготовления в 4 раза больше цемента, песка, щебня, воды, суперпластификаторов по сравнению с колонной сечением 300×300 мм (одинаковой длины), изготовленной из особовысокопрочного бетона класса В100. Транспортные перевозки цемента, щебня и стали (производство которых децентрализовано), песка и других вспомогательных материалов сокращается в тоже количество раз, как и снижается масса зданий и сооружений. Трудно оценить затраты на перевозку этих сырьевых материалов, перевозимых тяжеловесными железнодорожными составами. Немаловажный экономический эффект состоит в ускорении темпов строительства зданий и сооружении – суточная прочность особовысокопрочного бетона класса В100 составляет 50-60 МПа, а класса В25 – 8-10 МПа. Использование высокопрочных бетонов существенно ускоряются темпы строительства (быстрый съем опалубки при монолитном домостроении).

Железобетонные конструкции из щебеночных и бесщебеночных порошковых высокопрочных и особовысокопрочных бетонов с дисперсным армированием или комбинированным дисперсно-стержневым армированием, имеют в 4-5 раз большую прочность на осевое растяжение, в 10-20 раз более высокую ударную прочность, что определяет повышенную надежность при возведении сейсмостойких зданий и сооружений или конструкций, эксплуатируемых при воздействии динамических нагрузок (мосты, дороги, аэродромы, военные фортификационные сооружения и т.д.). Высокопрочный и особовысокопрочный бетон имеет сверхнизкую пористость и вследствие этого обладает очень высокой водонепроницаемостью (более W20), морозостойкостью (более F1000), стойкостью к сульфатной, магнезиальной, хлоридной, карбонатной коррозии, долговременной стойкостью в морской воде, насыщенной хлоридами металлов.

Трудно переоценить значительные технико-экономические преимущества от использования высокопрочного и особовысокопрочного бетона, и особенно, при строительстве зданий и сооружений из монолитного бетона.

Основным преимуществом высокопрочных и особовысокопрочных бетонов является высокая текучесть их бетонных смесей, определяющая самоуплотняемость смесей для изготовления конструкций. Самоуплотняющиеся бетонные смеси самонивелируются с образованием горизонтальной поверхности без механического уплотнения вибрационным оборудованием.

Их низкий предел текучести, равный 5-10 Па при содержании воды 9-11% от массы сухих компонентов, позволяет самопроизвольному удалению воздушных пузырьков. Производительность труда при изготовлении конструкций из самоуплотняющихся бетонных смесей существенно повышается за счет снижения трудоемкости бетонирования, улучшении условий труда.

Таким образом, глобальная экономика строительства из железобетона – это строительство из высокопрочного и особовысокопрочного железобетона. Глобальность ее определяется взаимосвязанными суммарными экономическими эффектами в строительстве, в транспорте, в технологии помола, в энергосбережении, в природопользовании, в экологии. Переход на строительство из бетона нового поколения – важнейшая народнохозяйственная проблема, решение которой существенно изменит экономику строительства, архитектуру зданий и сооружений с высокоэстетичным формообразованием, преобразованием массивных, материалоемких конструкций в ажурные, легкие, надежные и долговечные.

Фундаментальность научной проблемы определяется наукоемкостью при создании нового конструкционного материала. В ней реализованы научные положения реологии многокомпонентных дисперсных систем, более полно связанных с физико-химией агрегативно-устойчивых, предельно-концентрированных дисперсных систем, электрокинетическими явлениями на границе раздела фаз, поверхностными зарядами частиц различного минералогического состава с приемами перезарядки поверхности кислых пород под действием гидролизной извести клинкера, с химией твердения цемента и механизмами его гидратации, с механикой разрушения хрупких материалов и более дуктильных дисперсно-армированных композиционных материалов. Технология производства высокопрочных дисперсно-армированных бетонов нового поколения с супер- и гиперпластификаторами, каменной мукой и плотными пуццоланами, является более наукоемкой, нежели традиционная, в которых лишь частично улучшаются прочностные свойства бетонов в течение последних 30-40 лет, с экономией портландцемента в бетоне на 10-20%.

Использование наносистем в мало- и микродефектных особовысокопрочных бетонах будет новым революционным этапом в технике бетонов.

Северо-Кавказский регион обладает огромными запасами минерального сырья и отходов горно-промышленного комплекса. В большинстве своем эти ресурсы находятся в мелкодисперсном состоянии и использование их в качестве заполнителей традиционных бетонах затруднено, ввиду значительного увеличения расхода цемента. В порошково-активированных бетонах нового поколения мелкодисперсные отходы производства являются реакционно-активными компонентами, способными в значительной степени снизить расход цемента в бетонной смеси, что, в свою очередь снижает себестоимость самого бетона.


Библиографический список
  1. Калашников В.И. Промышленность нерудных строительных материалов и будущее бетонов. Строительные материалы. 2008. № 3. С. 20-23.
  2. Калашников В.И. Через рациональную реологию в будущее бетонов. Ч.3. От высокопрочных и особовысокопрочных бетонов будущего к суперпластифицированным бетонам общего назначения настоящего. Технологии бетонов. 2008. № 1. С. 22.
  3. Калашников В.И., Демьянова В.С., Дубошина Н.М. Сухие строительные смеси на основе местных материалов. Строительные материалы. 2000. № 5. С. 30-33.
  4. Калашников В.И., Тараканов О.В., Кузнецов Ю.С., Володин В.М., Белякова Е.А.Бетоны нового поколения на основе сухих тонкозернисто-порошковых смесей.  Инженерно-строительный журнал. 2012. № 8 (34). С. 47-53.


Все статьи автора «Мороз Марина Николаевна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: