В статье описываются свойства и возможности высокопрочных порошковых бетонов, а также области и технологии их применения.

Высокие темпы строительства жилых и промышленных зданий с новыми и уникальными архитектурными формами и особенно специальных особо нагруженных сооружений (таких, как большепролетные мосты, небоскребы, морские нефтяные платформы, резервуары для хранения газов и жидкостей под давлением и др.) потребовали разработки новых эффективных бетонов. Значительный прогресс в этом особо отмечается с конца 80-х годов прошлого столетия. Современные высококачественные бетоны (ВКБ) классификационно сочетают в себе большой спектр бетонов различного назначения: высокопрочные и ультра высокопрочные бетоны [см. Bornemann R., Fenling E. Ultrahochfester Beton-Entwicklung und Verhalten.// Leipziger Massivbauseminar, 2000, Bd. 10; Schmidt M. Bornemann R. M?glichkeiten und Crensen von Hochfestem Beton.// Proc. 14, Jbausil, 2000, Bd. 1], самоуплотняющиеся бетоны [Gr?be P., Lemmer C., R?hl M. Vom Gussbeton zum Selbstverdichtenden Beton; Kleingelh?fer P. Neue Betonverflissiger auf Basis Policarboxilat.// Proc. 13. Jbasil Weimar 1997, Bd. 1], высоко коррозионностойкие бетоны. Эти виды бетонов удовлетворяют высоким требованиям по прочности на сжатие и растяжение, трещиностойкости, ударной вязкости, износостойкости, коррозионной стойкости, морозостойкости.

Безусловно, переходу на новые виды бетонов способствовали, во-первых, революционные достижения в области пластифицирования бетонных и растворных смесей, а во-вторых, появление наиболее активных пуццолановых добавок – микрокремнеземов, дегидратированных каолинов и высокодисперсных зол. Сочетания суперпластификаторов и особенно экологически чистых гиперпластификторов на поликарбоксилатной, полиакрилатной и полигликолиевой основе позволяют получать сверхтекучие цементно-минеральные дисперсные системы и бетонные смеси. Благодаря этим достижениям количество компонентов в бетоне с химическими добавками достигло 6–8, водоцементное отношение снизилось до 0,24–0,28 при сохранении пластичности, характеризующейся осадкой конуса 4–10 см. В самоуплотняющихся бетонах (Selbstverdichtender Beton-SVB) с добавкой каменной муки (КМ) или без нее, но с добавкой МК в высокоработоспособных бетонах (Ultrahochfester Beton, Ultra hochleistung Beton) на гиперпластификаторах в отличие от литых на традиционных СП совершенная текучесть бетонных смесей сочетается с низкой седиментацией и самоуплотнением при самопроизвольном удалении воздуха.

«Высокая» реология при значительном водопонижении в суперпластифицированных бетонных смесях обеспечивается жидкотекучей реологической матрицей, которая имеет различные масштабные уровни структурных элементов, составляющих ее. В щебеночных бетонах для щебня реологической матрицей на различном микро-мезоуровне служит цементно-песчаный раствор. В пластифицированных бетонных смесях для высокопрочных бетонов для щебня как макроструктурного элемента реологической матрицей, доля которой должна быть значительно выше, чем в обычных бетонах, является более сложная дисперсия, состоящая из песка, цемента, каменной муки, микрокремнезема и воды. В свою очередь для песка в обычных бетонных смесях реологической матрицей на микроуровне является цементно-водная паста, увеличить долю которой для обеспечения текучести можно за счет увеличения количества цемента. Но это, с одной стороны, неэкономично (особенно для бетонов классов В10 – В30), с другой – как это ни парадоксально, суперпластификаторы являются плохими водоредуцирующими добавками для портландцемента, хотя все они создавались и создаются для него. Практически все суперпластификаторы, как было показано нами, начиная с 1979 г., «работают» значительно лучше на многих минеральных порошках или на смеси их с цементом [см. Калашников В. И. Основы пластифицирования минеральных дисперсных систем для производства строительных материалов: Диссертация в форме научного доклада на соискание степени докт. техн. наук. – Воронеж, 1996], чем на чистом цементе. Цемент – нестабильная в воде, гидратирующаяся система, образующая коллоидные частицы сразу же после контакта с водой и быстро загустевающая. А коллоидные частицы в воде трудно диспергировать суперпластификаторами. Примером являются глинистые суспензии слабо поддающиеся суперразжижению.

Таким образом, напрашивается вывод: к цементу надо добавлять каменную муку, и она увеличит не только реологическое воздействие СП на смесь, но и долю самой реологической матрицы. В результате появляется возможность значительно снизить количество воды, повысить плотность и увеличить прочность бетона. Добавление каменной муки практически будет равносильно увеличению цемента (если водоредуцирующие эффекты будут значительно выше, чем при добавлении цемента).

Важно здесь акцентировать внимание не на замене части цемента каменной мукой, а добавлении ее (причем значительной доли – 40–60 %) к портландцементу. Исходя из полиструктурной теории в 1985–2000 гг. все работы по изменению полиструктуры преследовали цель замены на 30–50 % портландцемента минеральными наполнителями для экономии его в бетонах [см. Соломатов В. И., Выровой В. Н. и др. Композиционные строительные материалы и конструкции пониженной материалоемкости. – Киев: Будивельник, 1991; Аганин С. П. Бетоны низкой водопотребности с модифицированным кварцевым наполнителем: Автореферат на соискание уч. степени канд. техн. наук. – М, 1996; Фадель И. М. Интенсивная раздельная технология бетона, наполненного базальтом: Автореферат дис. канд. техн. наук – М, 1993]. Стратегия экономии портландцементов в бетонах той же прочности уступит место стратегии экономии бетона с в 2–3 раза более высокой прочностью не только при сжатии, но и при изгибном и осевом растяжении, при ударе. Экономия бетона в более ажурных конструкциях даст более высокий экономический эффект, чем экономия цемента.

Рассматривая составы реологических матриц на различных масштабных уровнях, устанавливаем, что для песка в высокопрочных бетонах реологической матрицей на микроуровне является сложная смесь цемента, муки, кремнезема, суперпластификатора и воды. В свою очередь для высокопрочных бетонов с микрокремнеземом для смеси цемента и каменной муки (равной дисперсности) как структурных элементов появляется еще одна реологическая матрица с меньшим масштабным уровнем – смесь микрокремнезема, воды и суперпластификатора.