Прочность на сжатие через 1 сутки испытания 88 МПа, прочность на изгиб – 12 МПа; через 28 суток прочность на сжатие – 144 МПа, а прочность на изгиб – 19,7 МПа, плотность – ρ_вл (1 сут) = 2454 кг/м³.

Определение морозостойкости проводили согласно ГОСТ 10060-2012 «Бетоны. Методы определения морозостойкости» по 3 ускоренной методике при насыщении образцов 5%-ым водным раствором хлорида натрия. Испытания осуществляли в независимой лаборатории производственного предприятия ООО «ПУС» (г. Пенза) в морозильной камере отечественного производства типа КТХ-14 при температуре -50°С по режиму: 8 часов замораживания ‒16 часов оттаивания.

Результаты эксперимента показывают, что после 1000 циклов «замораживания-оттаивания», вопреки ожиданиям, наблюдается прирост массы образцов без видимых деструктивных изменений. А это должно гарантировать прирост прочности. В этой связи было необходимым доказать отсутствие деструктивных процессов и изменение прочности. Нормированный предел прочности на сжатие исследуемого бетона после 28 суток твердения в нормально-влажностных условиях составлял 144 МПа, а к моменту окончания испытания на морозостойкость, контрольные образцы, хранившиеся в солевом растворе, имели прочность 154 МПа. После 1000 циклов замораживания-оттаивания прочность образцов бетона повысилась до 162 МПа, т.е. прирост прочности составил 5,5 %! Это подтверждает то, что конструктивные процессы структурообразования в высокоплотных, сверхвысокопрочных бетонах, бесспорно, продолжаются и в жестких условиях эксплуатации не только под воздействием расширения малого количества поглощенной воды при переходе ее в лед, но и в результате расшатывания структуры материала при знакопеременном температурном расширении-сжатии компонентов бетона с различными коэффициентами температурного расширения (3 гипотеза разрушения материала от мороза). Закономерно и то, что в таком бетоне имеется достаточное количество резервных пор без использования воздухововлекающих добавок, обязательно рекомендуемых к применению стандартами всех стран для дорожных бетонов старого поколения. В бетонах это количество пор может быть небольшим, но вполне достаточным для размещения выдавливаемой в них воды в количестве 10% от всей поглощенной воды. А водопоглощение разработанных бетонов чрезвычайно малое – 0,8-1,5% от массы, т.е. в 4-6 раз меньше, чем в бетонах старого поколения. Температурных напряжений и расшатывания структуры практически быть не должно, т.к. использована одна и та же горная порода для получения муки, тонкого песка и песка заполнителя. Таким образом, почти все компоненты различного размерного уровня имеют одинаковый коэффициент теплопроводности, за исключением цемента. А это дает основания утверждать, что морозостойкие бетоны являются также термостойкими, изготовленными преимущественно из одинаковых по природе компонентов.

Для разработанных архитектурно-декоративных порошково-активированных песчаных бетонов характерны не только рекордные показатели прочности и морозостойкости, но необычная картина разрушения образцов. Отмечается, что при нагрузке на кубический образец с ребром 100 мм, равной 162 т (рисунок), зафиксированной дисплеем пресса марки «Technotest KD 300/R серии 3363» производства Италии, происходит «взрывное» разрушение образца, с образованием большого количества пыли и разлетающихся осколков бетона.

Рисунок

Это свидетельствует о хрупкости бетона. Для архитектурно-декоративных бетонов сверхвысокая прочность не является основным критерием. Важна высокая средовая трещиностойкость от усадочных деформаций. А усадка исследуемого бетона чрезвычайно низкая – 0,3 мм/м. Что касается высокой хрупкости бетона, которую часто оценивают по отношению прочности на сжатие R_сж к прочности на осевое растяжение или к прочности на растяжение при изгибе R_и, то R_сж /R_и = 7. У бетона с R_сж = 50 МПа это отношение тоже АДБ 5% пигмента мы можем получить белые высокопрочные бетоны с аналогичной прочностью без микрокремнезема и тогда «восторжествует» технология порошковой активации мелкозернистых бетонов, в котором почти компоненты получены из огромных залежей отходов, которые «лежат на земле».

Работа выполнена при поддержке Стипендии Президента РФ молодым ученым и аспирантам, осуществляющим перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики на 2013-2015 годы (СП-4621.2013.1) (Суздальцев О.В.).

Бетоны в силу своей пористой структуры в значительной степени подвержены коррозии в неблагоприятных условиях. Это обуславливается проникновением в поры атмосферной влаги или ее миграция из грунтовых вод. В результате в теле бетона происходит растворение водорастворимых соединений и продуктов гидратации цемента, прежде всего Cа(ОН)₂, который взаимодействует с солями из грунтовых вод (сульфатами) с образованием так называемой «цементной бациллы» или газообразными компонентами атмосферы, растворенными в воде (оксиды углерода, серы, азота и фосфора, аммиак, хлор и хлористый водород), что приводят к разрушению затвердевшего бетона. Поэтому для повышения коррозионной стойкости при изготовлении бетонной смеси и бетонов необходимо использовать специальные технологические приемы и материалы. К технологическим процедурам относятся мероприятия по снижению пористости бетона, а в качестве материалов, надежно зарекомендовавших себя в повышении коррозионной стойкости, используют гидрофобные модификаторы.

Современный рынок химических добавок представлен широкой гаммой разнообразных гидрофобных модификаторов. В силу своего химического состава некоторые модификаторы имеют избирательное действие в бетонах в зависимости от химического состава его компонентов, прежде всего цемента, а также условий эксплуатации строительных конструкций. Поэтому для выбора оптимального гидрофобизатора требуется знать химический и минералогический состав бетонной смеси и химический состав гидрофобизатора. Однако, производитель последних редко разглашает полный состав своих добавок. В связи с этим инженерам-технологам необходимо проводить длительные исследования для выявления наиболее эффективного гидрофобизатора.

Потребность длительных исследований модифицированных гидрофобизаторами бетонов также обусловлена тем фактом, что производители модификаторов заявляют о значительном снижении водопоглощения образцов в течение короткого интервала времени: не более 15-20 минут насыщения водой. При этом о дальнейшей динамике водопоглощения производители умалчивают. Это не позволяет получить полную картину действия гидрофобизатора в заданных условиях эксплуатации.

Разработанные на кафедре «Технологии строительных материалов и деревообработки» Пензенского государственного университета архитектуры и строительства д.т.н., профессором В.И. Калашниковым  современные высококачественные бетоны [1-5] отличаются низким значением пористости (2-4% по массе). Однако, такое низкое водопоглощение позволяет повысить стойкость конструкций к агрессивному воздействию окружающей среды, но не исключает коррозию бетона вследствие диффузии воды в поры строительного материала.

С целью оптимизации состава водостойкого бетона, полученного методом структурной гидрофобизации, было приготовлено 3 состава гидрофобного высокопрочного бетона. В качестве гидрофобных добавок использовали порошковые металлоорганические гидрофобизаторы – стеараты цинка и кальция и их комбинации, которые показали значительный гидрофобный эффект ранее [6] в минерально-шлаковых строительных материалах.

1 состав: гидрофобная бетонная смесь приготовлялась из следующих компонентов:

1. Цемент ВНВ ЦДС с 0,9% Melflux 2651 – 700 кг;

2. Песок немолотый Сурский фр. 0,14-0,63 мм с Новокузнецким микрокремнеземом – 1100 кг;

3. Песок молотый со стеаратом цинка S_уд = 3200 см²/г – 350 кг, включая 13,1 кг стеарата цинка (0,6 % от массы сухих компонентов);

4. Вода – 210 л, В/Ц – 0,30;   В/Т – 0,098.

При приготовлении гидрофобной смеси использовали метод совместного помола Сурского песка с торговыми металлоорганическими гидрофобизаторами – стеаратами цинка и/или кальция до удельной поверхности, равной удельной поверхности цемента. Переизмельченные частицы порошкового гидрофобизатора, судя по полученным электронномикропическим снимкам, имеют размер верхнего наномасштабного уровня и равномерно распределяются в бетоне, создавая водоотталкивающий «барьер». После затвердевания бетона, такая структура обеспечивает бетону сильный водоотталкивающий эффект.

Несмотря на значительное количество воды, гидрофобная бетонная смесь при затворении очень плохо смачивалась водой, чтo значительно затрудняло процесс перемешивания смеси. Уплотнение смеси осуществлялось на виброплощадке.

Прочность на сжатие состава №1 через 28 суток нормально-влажностного твердения равна 86,4 МПа, прочность на изгиб – 8,0 МПа.

Исходя из теоретических представлений об обращении фобных поверхностей в фильные, смачивающую способность гидрофобного порошкового вяжущего улучшали введением алкиларилсульфоната натрия. Поэтому последующие составы изготавливались с алкиларилсульфонатом с фирменным названием «Лотос» или «Пемос».

Во 2-ом составе гидрофобная бетонная смесь готовилась из тех же компонентов и при таком же их соотношении в смеси, только добавляли (ААСН) – порошок «Лотос» в количестве 0,1% от массы сухих компонентов с целью улучшения смачиваемости гидрофобной смеси в процессе перемешивания без снижения гидрофобного эффекта.

Водный раствор алкиларилсульфоната натрия (с порошком «Лотос») не пенился. Смесь стала пластичнее, в сравнении с составом №1. Прочность на сжатие состава №2 через 28 суток нормально-влажностного твердения повысилась до 92,0 МПа, прочность на изгиб – 12,0 МПа.

Изучено водопоглощение по массе образца высокопрочного бетона состава №2. Через сутки насыщения водой высокопрочный бетон состава №2 показал достаточно низкое значение водопоглощения по массе, которое составило 0,36% , через 3 суток – 0,49 %. Такое низкое водонасыщение наблюдалось нами в этом же составе и спустя два месяца после насыщения водой.

При разработке 3-его состава попытались объединить положительные качества более дисперсного (гидрофобного) стеарата цинка и менее дисперсного стеарата кальция. Стеарат кальция в силу своей химической природы более «сродственен» катиону кальция, а, следовательно, возможно небольшое увеличение прочности на сжатие в начальные сроки твердения. Поэтому принято решение в бетон нового состава ввести эти два вида порошковых гидрофобизаторов в равных долях, но с общей дозировкой, равной 0,6% от массы сухих компонентов. В качестве гидрофобизатора в бетонную смесь добавляли другой алкиларилсульфонат натрия – порошок «Пемос» в количестве 0,1% от массы сухих компонентов с целью улучшения смачиваемости гидрофобной смеси в процессе перемешивания без снижения гидрофобного эффекта.

При одинаковых дозировках водный раствор алкиларилсульфоната натрия «Пемос» пенился, по сравнению с порошком «Лотос». Смесь стала очень пластичная, в сравнении с составом №2. Время смачивания бетонной смеси при затворении водой значительно сократилось в сравнении с составом без алкиларилсульфоната натрия.

При этом отмечено, что введение повышенного количества алкиларилсульфоната натрия способствует не только смачиванию бетонной смеси, но и увеличению ее пористости и пластичности. Бетон из этой смеси получился микропоризованным и плотность его понизилась до 1926 кг/м³.

Разработана схема последовательности введения компонентов гидрофобной высокопрочной смеси для получения водостойкого бетона.

Процедура смешивания компонентов для получения гидрофобного высокопрочного бетона заключается в смешении на первой стадии приготовления немолотого песка фр. 0,14-0,63 мм с гранулированным микрокремнеземом и песка молотого, имеющего удельную поверхность, равную удельной поверхности цемента, с порошковыми гидрофобизаторами – стеаратом цинка и/или кальция. Полученную смесь тщательно перемешивают в сухом виде и заливают низкоконцентрированным водным раствором алкиларилсульфоната натрия. Увлажненная смесь тщательно перетирается на бегунковой мешалке для получения однородной смеси. Далее добавляется навеска цемента ВНВ ЦДС с пластификатором Melflux 2651. Полученную смесь перемешивают высокоскоростным смесителем и заливают в стальные формы. Образцы после распалубки хранятся в нормально-влажностных условиях.

Для получения отделочных бетонов различных конфигураций используются специально подготовленные формы. Существует возможность получать архитектурно-отделочные бетоны самых разнообразных цветовых решений. При этом доказано, что вводимые пигменты в минимальных количествах в тело бетона не понижает прочностных характеристик получаемых декоративно-отделочных бетонов.