автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Состав, структура и свойства легких конструкционных самоуплотняющихся туфобетонов

На правах рукописи

005534157

Бычков Михаил Владимирович

СОСТАВ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЛЕГКИХ КОНСТРУКЦИОННЫХ САМОУПЛОТНЯЮЩИХСЯ ТУФОБЕТОНОВ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 ОКТ 2013

Ростов — на — Дону 2013

005534157

Работа выполнена на кафедре производства строительных конструкций и строительной механики Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кубанский государственный технологический университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Удодов Сергей Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Несветаев Григорий Васильевич, Ростовский государственный строительный университет, зав. каф. технологии строительного производства

кандидат технических наук, доцент Мантуров Загир Абдулнасирович Дагестанский государственный технический университет, Доцент каф. строительных материалов и инженерных коммуникаций Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Воронежский архитектурно-

строительный университет».

Защита состоится 25 октября 2013 г. в 10-15 часов на заседании диссертационного совета Д212.207.02 при Ростовском государственном строительном университете по адресу: 344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162, ауд. 232, т/ф (863) 2019003, E-mail: dis_sovet_rgsu@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного строительного университета.

Автореферат разослан Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

«23» сентября 2013 г.

А.В. Налимова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Бетон как искусственный каменный материал известен человечеству уже не одно тысячелетие. Но и в XXI веке бетон и железобетон являются одним из самых распространенных конструкционных строительных материалов. По различным данным в мире производится ежегодно от 2 до 4 млрд. м3 бетонных смесей в год. В России этот показатель составляет порядка 12 млн. м3/год, в Краснодарском крае - до 2,5 млн. м3/год.

Несмотря на длительную историю существования, технология бетона и сегодня динамично развивается. Многие новейшие достижения в смежных отраслях науки и техники (физике, химии, нанотехнологии) находят свое отражение и в бетоноведении. В современной строительной отрасли все большую актуальность приобретают вопросы технологичности применения бетонной смеси: простота траспортировки и укладки, комфортность работы со смесью для человека, снижение трудоемкости и энергоемкости укладки, уменьшение негативных шумовых и вибрационных воздействий.

В рамках решения этих задач четверть века назад, благодаря работам профессора X. Окамуры (Япония), в технологии бетона выделилось отдельное направление - самоуплотняющиеся бетоны (СУБ). Такой бетон значительно отличается от традиционного как по составу, так и по некоторым свойствам. Основное преимущество СУБ заключается в том, что укладка смеси может производиться без уплотнения даже в густоармиро-ванные конструкции сложной пространственной формы. Около 50% новых железобетонных конструкций в Японии изготовляется из СУБ;:в Европе на долю СУБ приходится 7-10% объема производимого бетона; в России данная технология слабо распространена, хотя и здесь имеются примеры успешной ее реализации.

С другой стороны, существует не теряющее своей актуальности направление легких конструкционных бетонов. Эффективность конструк-

ционных бетонов на пористых заполнителях доказана многолетними исследованиями и практикой применения как в России, так и за рубежом.

Исходя из приведенных данных, весьма перспективным видится объединение уникальных реологических свойств СУБ и конструкционно-эксплуатационных преимуществ легких бетонов в одном материале. При этом научных исследований в данном направлении крайне мало, еще меньше реальных практических примеров реализации.

В связи с этим, развитие научно обоснованных принципов создания легких конструкционных самоуплотняющихся бетонов, изучение свойств смеси и затвердевшего бетона, закономерностей изменения этих свойств в процессе эксплуатации под действием нагрузки является весьма актуальной проблемой.

Цели и задачи исследования. Целью работы является развитие научных представлений в области разработки и применения легких конструкционных самоуплотняющихся бетонов, исследование их структуры и свойств как на стадии смеси, так и затвердевшего бетона, а также формулирование основных принципов разработки их составов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- выявить основные закономерности и условия обеспечения реологической стабильности легкобетонных самоуплотняющихся смесей;

- на основе полученных закономерностей сформулировать принципы подбора оптимального пористого заполнителя;

- разработать базовые составы легких конструкционных самоуплотняющихся бетонов, изучить свойства смесей, рассмотреть возможность применения в товарном бетоне и при производстве железобетонных изделий;

- исследовать физико-механические и строительно-технические свойства и структуру затвердевшего легкого конструкционного самоуплотняющегося бетона.

- выявить закономерности развития деформационных характеристик бетона: модуля упругости, усадки, ползучести.

Научная новизна работы заключается в:

- установленной закономерности изменения реологической стабильности легких самоуплотняющихся бетонных смесей от соотношения плотностей растворной части и пористого заполнителя;

- определении влияния рецептурно-технологических факторов на свойства (плотность, подвижность, вязкость, расслаиваемость, сохраняемость и др.) легких самоуплотняющихся бетонных смесей на основе заполнителя из вулканического туфа;

- выявлении закономерностей формирования структуры и физико-механических свойств легкого конструкционного самоуплотняющегося туфобетона в зависимости от вещественного состава;

- определении значений деформационных характеристик (модуль упругости, усадка, ползучесть) легкого конструкционного самоуплотняющегося туфобетона и факторов, влияющих на них;

Практическая значимость результатов работы заключается в:

- разработанной методике подбора оптимального пористого заполнителя для получения нерасслаиваемых легких самоуплотняющихся бетонных смесей с диаметром расплыва конуса 85-97 см, плотностью 1800-1900 кг/м3.

- определенных качественных и количественных параметрах пористого заполнителя из вулканического туфа, позволяющего получать легкие конструкционные (в т.ч. высокопрочные) самоуплотняющиеся туфобетоны в широком диапазоне прочности при сжатии: 11сж=24-57,6 МПа,

- разработанных составах конструкционного легкого самоуплотняющегося туфобетона классов В15-В45, с маркой по плотности Б1700-01800.

- установленных деформационных характеристиках бетонов классов В20-В45:начальный модуль упругости Е0=15,7-23,4 ГПа; усадка в период

7-120 суток составила 1,68-0,86 мм/м; мера ползучести С0=(9,43-15,23)-10"5 МПа"1.

- определенной прочности сцепления арматуры периодического профиля А400 с разработанными легкими самоуплотняющимися туфобетона-ми класса В20-В45 (условная 11сц=10,75-11,55 МПа) и уточненных зависимостях прочности сцепления от прочности при сжатии, при изгибе и при раскалывании: Ксц=0,03'11сж+9,76; 11сц=3,74112изг-13,М1изг+22; Ксц=0,97'112рас-7,59'11рас+25.

- доказанной возможности применения разработанного состава класса ВЗО с расплывом 90 см и временем сохраняемости расплыва 65-70 минут как в товарном бетоне, так и при производстве ЖБИ. При этом время предварительной выдержки может быть не более 1,5 часов при температуре изотермической выдержки 80°С и выше.

На защиту выносятся:

- впервые разработанная методика подбора оптимального пористого заполнителя для получения нерасслаиваемых самоуплотняющихся бетонных смесей и получаемых из них конструкционных легких бетонов;

- разработанные составы легких конструкционных (в т.ч., высокопрочных) самоуплотняющихся бетонов;

- результаты экспериментальных исследований по определению реологических свойств смесей и физико-механических и деформационных свойств бетонов в затвердевшем состоянии, а также факторов, влияющих на них.

Достоверность исследований обеспечена использованием стандартных методов испытаний, применением калиброванного и поверенного испытательного оборудования и средств измерений. При постановке экспериментов применены методы математического планирования, обработка экспериментальных данных и математическое моделирование произведено с использованием современной ЭВТ. Количество контрольных образцов-

близнецов обеспечивает доверительную вероятность 0,95 при погрешности не более 10%.

Апробация работы. Диссертационная работа выполнялась в период с 2010 по 2013 гг. на кафедре производства строительных конструкций и строительной механики Кубанского государственного технологического университета.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных и Всероссийских научных конференциях и конкурсах:

- Международный семинар-конкурс молодых ученых и аспирантов, работающих в области вяжущих веществ, бетонов и сухих смесей, 27-28 октября 2010 г., Москва.

- II Международная научно-практическая конференция «Проблемы инновационного биосферно-совместимого социально-экономического развития в строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах», 30 ноября 2010 г., г. Брянск.

- XIII Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи, 18-25 июня 2013 г., Москва.

- Всероссийская научно-техническая конференция «Качество строительных материалов, изделий и конструкций», 29-31 октября 2012 г., Махачкала, ФГБОУ ВПО ДГТУ.

- Вторая итоговая региональная научно-практическая конференция молодых инноваторов Кубани "Молодежные научно-инновационные проекты Краснодарского края" (получен грант по программе «У.М.Н.И.К.» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере), 25-26 июня 2012 г., Краснодар.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 3 печатных работах, в том числе одна (принята к печати) - в издании, рецензируемом ВАК РФ; в 3 работах, опубликованных в интернет-изданиях, рецензируемых ВАК РФ (одна без соавторов).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка использованной литературы. Работа изложена на 166 страницах машинописного текста, содержит 40 таблиц, 51 рисунок, библиографию из 88 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследования, отражены научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе показана роль сравнительно нового направления в

технологии бетона — самоуплотняющегося бетона (СУБ). Начало данной технологии было положено в Японии в 80-х годах прошлого века в ходе решения задачи снижения трудоемкости и энергоемкости укладки бетонных смесей при сохранении высокого качества конструкций. Это обусловило развитие технологии СУБ сначала за рубежом (Япония, США, Европа). Среди зарубежных ученых и исследователей, работающих над проблемами СУБ можно выделить: Okamura H., Andreas L., Bram D., F. Nai-Qian, Y. Hao-Wen, Sahmaran M., C. Yun Wang и др.

Более чем 20-ти летний опыт применения данной технологии во всем мире доказывает ее эффективность. В ряде случаев применение СУБ является наиболее эффективным решением бетонирования. Благодаря своим уникальным реологическим свойствам смесь может заполнять опалубку сложной пространственной формы даже в условиях густого армирования. Тем не менее, в России, при всех ее преимуществах, данная технология пока не получила распространения. Одной из причин этого может являться недостаточно всестороннее исследование СУБ. Многие вопросы прогнозирования свойств таких бетонов, закономерностей поведения при эксплуатации в зависимости от вещественного состава и внешних воздействий остаются открытыми. Тем не менее, в нашей стране уже существует опыт

реального применения СУБ на практике, в том числе, масштабных строительных объектов.

Развитию технологии СУБ в нашей стране способствуют работы М.И. Ваучского, С.Г. Головнева, В.И. Калашникова, С.С. Каприелова, Г.С. Кардумян, K.M. Мозгалева, Г.В. Несветаева и др.

Другим актуальным направлением в бетоноведении является технология легких бетонов. Согласно современным нормативным документам легким считается бетон с плотностью в сухом состоянии не более 2000 кг/м3 (EN 206, ГОСТ 25820). Эффективность легких бетонов в строительстве доказана десятилетиями исследований и практикой применения. В России в разное время вопросами совершенствования технологии легких бетонов занимались ученые A.A. Аракелян, А.Г. Ариджаюга, И.Н. Ахвердов, Г.А. Бужевич, Ж.П. Леви, Л.П. Орентлихер, Б.Г. Скрамтаев, В.М. Худавердян и др. Современные достижения химической технологии, науки и техники в смежных со строительством отраслях обуславливают новый виток развития этого направления. Все чаще исследователи говорят о конструкционных, в том числе, высокопрочных бетонах.

В свете этого перспективным является направление технологии легких самоуплотняющихся бетонов (ЛСУБ), объединяющих в себе способность самоуплотняться на стадии бетонной смеси и строительно-технические преимущества затвердевшего легкого бетона. В результате анализа научно-исследовательских работ в этой области была сформулирована рабочая гипотеза, согласно которой легкие конструкционные самоуплотняющиеся бетоны, в том числе высокопрочные, можно получать с помощью рационально подобранного пористого заполнителя, например, вулканического туфа, обеспечивающего необходимый для получения реологической стабильности баланс плотности компонентов смеси и величину средней плотности затвердевшего бетона не более 1800 кг/м3, при одновременном использовании эффективной добавки эфира поликарбоксилата

в качестве суперпластифицирующего компонента, обеспечивающей оптимальное соотношение в системе «подвижность-вязкость» смеси.

Во второй главе приведена характеристика исходных материалов и методика экспериментальных исследований. В качестве вяжущего применялся портландцемент М500 ДО Новороссийского завода «Верхнебакан-ский». В качестве крупного и мелкого заполнителя применяли дробленный вулканический туф (Кабардино-Балкарская Республика, Чемгенский муниципальный район, с. Каменка, Туфкарьер «Козлинка - 2»), В качестве наполнителя применяли минеральный порошок - известняковую муку, применяемую для асфальтобетонных и органоминеральных смесей (ГОСТ 52129-2003), выпускаемый ОАО «Ильский завод Утяжелитель - НПО «Бурение», Краснодарский край. В качестве основной пластифицирующей добавки применялся гиперпластификатор на основе эфиров поликарбоксила-тов БУса УюсоСгйе 32 БСС, так же применялись и другие добавки: Синте-пол 401 (ООО «Синтэк»), Синтепол 430 (ООО «Синтэк»), 81ка Уисосгйе 5-600 ЫРЬ (Б&а), МС1190 (МС ВаисИегше), МС 3100 (МС ВаисЬепие).

При изучении свойств пористого заполнителя, растворных смесей и затвердевших растворов использовались методы испытаний, регламентированные соответствующими ГОСТ и ЕЫ или по аналогии с ними. Поскольку отечественные нормативные документы не содержат методик испытания самоуплотняющихся бетонов, для определения нормируемых характеристик СУБ использовали методики европейских документов: £N206-1, ЕШ23450-12, £N123450-8, £N123450-9, £N123450-10, £N123450-11.

Представлено основное испытательное оборудование: весы электронные, гидравлические пресса для испытаний на прочность ПСУ-50, ПГМ-1000; стандартный конус для определения подвижности бетонной смеси высотой 300 мм (конус Абрамса) по ГОСТ 10181; индикаторы по ГОСТ 10180; блокировочное кольцо по EN 123450-12; камера универсальная

пропарочная КУП-1; сушильный шкаф CHOJI 58/350; смеситель ручной двухлопастной W= 1,2 КВт и др.

Для обеспечения точности оценки параметров выхода применялись методы статистической обработки, в том числе проверка параметров выхода по критерию Стьюдента с определением доверительного интервала. Был реализован также композиционный ротатабельный план второго порядка с варьированием каждого из факторов на трех уровнях плюс «звездные» точки. Оценку значимости коэффициентов уравнений регрессии проводили с помощью t-критерия Стьюдента, проверку адекватности уравнений с помощью F-критерия Фишера. На основе полученных адекватных математических моделей были построены графические зависимости параметров эксперимента от принятых факторов. Графические построения производились с помощью программных пакетов MS Excel, Statistica 6.0, Mathcad 11.0.

Третья глава посвящена выявлению факторов, влияющих на стабильность (нерасслаиваемость) самоуплотняющейся бетонной смеси на пористых заполнителях, разработке составов ЛСУБ с учетом полученных закономерностей и изучению из свойств.

В ходе выявления факторов реологической стабильности смеси на пористых заполнителях в условиях высокой текучести, было установлена решающая роль соотношения плотностей растворной части Рр.ра, доля которой в СУБ может достигать 60%, и плотность заполнителя в растворе р3д. Для количественной оценки разности плотностей введен условный показатель Кр:

Кр=р,.д/р,>ра. (!)

Также был введен показатель расслаиваемое™ Пр (%), который характеризовал разницу концентрации крупного заполнителя в верхней и нижней частях сосуда после приложения кратковременной (10 секунд) вибрационной нагрузки. Для подтверждения универсальности оценки потенциальной стабильности самоуплотняющейся смеси по разности плотно-

стей компонентов, был использован как пористый заполнитель (легче растворной части - керамзит, вулканический туф), так и плотный заполнитель (тяжелее растворной части - щебень осадочного и магматического происхождения). Графически полученная зависимость представлена на рисунке 1.

Рис. 1. - Зависимость показателя расслаиваемости Пр от параметра Кр.

Математически зависимость показателя расслаиваемости Пр от параметра Кр удовлетворительно описывается функцией:

Пр=131,4 Кр2-273,1 Кр+152,4. (2)

На основании полученной закономерности с учетом ряда других факторов для дальнейшей работы был выбран вулканический туф, как заполнитель, дающий наиболее стабильную смесь. Свойства породы приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Свойства породы вулканического туфа

Показатель Значение

Истинная плотность, кг/м3 2340

Средняя плотность, кг/м' 1650

Пористость, % 30

Водопоглощение по массе, % 16

Коэффициент размягчения 0,72

Исследование гранулометрических характеристик заполнителя из туфа показало, что его можно эффективно применять в виде двух фракций:

мелкой (от 0 до 5 мм) и крупной (5-10 мм). При этом в туфовом песке (фракция 0-5 мм), доставляемом с карьера, присутствует 16-18% зерен менее 0,14 мм. Во фракции 0-0,14 мм около 60% составляют зерна менее 0,08 мм. Зерна тонких фракций могут оказывать упрочняющее действие на цементный камень, кроме того, тонкая фракция туфа обладает некоторой гидравлической активностью.

Помимо оптимального зернового состава пористого заполнителя важное значение для обеспечения реологической стабильности (а также величины расплыва, параметров вязкости и др.) смеси играет рационально подобранный гиперпластификатор с учетом индивидуальной эффективности работы с конкретным цементом. Эффективность ряда гиперпластификаторов оценивалась по их влиянию на величину предельного напряжения сдвига цементной суспензии т0 с учетом влияния добавки на вязкость смеси. Добавка тем эффективней, чем ниже полученное значение т0. Результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Диаметр расплыва цементной суспензии, мм, при различных

сочетаниях цемента и добавки и соответствующее значение (т0), даПа

Гиперпластификатор Цемент

«Новоросцемент», M500 ДО, В/Ц=0,3 «Новоросцемент», М500 Д20 ССПЦ, В/Ц=0,33 СЕМ 1-52,5 R, пр-во Турция, В/Ц=0,33

Синтепол 401 (ООО «Синтэк») 255 (3,48) 195 (6,24) 195 (6,30)

Синтепол 430 (ООО «Синтэк») 233 (4,17) 173 (7,92) 130(14,16)

Sika Viscocrete 32SCC (Sika) 260 (3,35) 260(3,51) 240 (4,16)

Sika Viscocrete 5-600 NPL (Sika) 238 (4,17) 213 (5,23) 150(10,64)

MCI 190 (MC Bauchemie) 280 (2,89) 233 (4,37) 280 (3,05)

MC 3100 (MC Bauchemie) 273 (3,11) 260 (3,51) 270 (3,28)

На основании пористого заполнителя и выбранного эффективного пластификатора, оптимально работающего с точки зрения баланса системы «подвижность-вязкость», были разработаны базовые составы ЛСУБ с различным содержанием цемента (от 200 до 600 кг/м3). Основными реологическими параметрами смеси принимались расплыв конуса и вязкость, в за-

твердевшем состоянии состав оценивался по средней плотности и прочности при сжатии. Учитывались экономические показатели составов (см. таблицу 3).

Таблица 3 - Составы, свойства смесей и затвердевшего бетона

Компонент / показатель Расход компонентов, кг/м"*

Состав 1 Состав 2 Состав 3 Состав 4 Состав 5

ПЦ М500 ДО ОАО «Новорос-цемент» 200 300 400 500 600

Минеральный порошок МП-1 220 110 - - -

Микрокремнезем 20 30 40 50 60

Туфовый песок (0-5 мм) 910 910 910 800 690

Туфовый щебень (5-10 мм) 214 214 214 214 214

81ка У1зсосге1е 323СС (жидкая) 8 8 8 10 12

Вода 358 358 360 360 360

Свойства бетонной смеси

В/Ц 1,79 1,19 0,9 0,72 0,6

Диаметр расплыва конуса, см 85 87 89 93 97

ВЯЗКОСТЬ 1)500, с 3,0 3,2 3,5 3,7 4

Свойства затвердевшего бетона (28 сут)

Прочность при сжатии, МПа 24,04 31,14 41,83 45,58 57,64

Ср. плотность, кг/м" 1745 1764 1781 1789 1793

Примерная себестоимость, руб./м 3548 3758 3968 4568 5168

Совместив в одной системе координат прирост прочности к приросту себестоимости, проанализировали технико-экономическую сторону вопроса (рисунок 2).

Рис.2

- Прирост прочности ЛСУБ при сжатии и его себестоимости в относительных единицах

С технико-экономической точки зрения оптимальным расходом цемента в наших условиях является 400 кг/м3. В этой точке кривые преломляются.

Рассматривая вопрос применения разработанных базовых составов для производства товарного ЛСУБ, важно ответит на вопрос, какова будет сохраняемость подвижности самоуплотняющейся смеси на пористых заполнителях. Сохраняемость подвижности контролировали при 1=20±2°С по изменению диаметра расплыва конуса, периодически перемешивая и испытывая пробу смеси (рисунок 3).

Рис. 3 - Динамика изменения подвижности ЛСУБ во времени

Установлено, что в условиях эксперимента в течение первых 70 минут после затворения скорость падения подвижности составляет 13 см/час, после чего возрастает. В целом, можно считать, время сохраняемости подвижности ЛСУБ без дополнительных мероприятий составляет 65-70 минут, что позволяет применять состав для производства товарного бетона.

В четвертой главе изложены результаты исследований структуры затвердевшего бетона, физико-механических и деформационных свойств. Для подробных исследований были приняты три основных состава ЛСУБ

из приведенных в таблице 3 с расходом цемента 300, 400 и 600 кг/м3. Структура бетонов приведена на рисунке 4.

г*.. : '

в) Ц=600 кг/м* р=1793 кг/м3

а) Ц=300 кг/м3, р=1764 кг/м3

б) Ц=400 кг/м р=1781 кг/м3

Рис. 4 - Структура различных составов ЛСУБ

Согласно рисунку 4, структура бетона соответствует ожидаемой: преобладающее содержание растворной части, в которой распределен «плавающий» крупный заполнитель. Экспериментально был определен коэффициент теплопроводности X для этих составов, установлена эмпирическая зависимость X от средней плотности, проведено сравнения с существующими зависимостями (формулы В.П. Некрасова, Б.Н. Кауфмана, В.И. Оде-левского, Н.Н. Гришина). Определена кинетика водопоглощения образцов, выявлена корреляция объемного водопоглощения с содержанием вулканического туфа в составах.

Подробно изучены прочностные характеристики разработанных составов ЛСУБ (таблица 4).

Согласно современным представлением, легкий бетон относится к высокопрочным, если отношение Л^/рсух (МПа/(кг/дм3)) больше 25. Установлено, что при расходе цемента более 400 кг/м3 ЛСУБ можно отнести к высокопрочным.

Таблица 4 - Прочностные характеристики ЛСУБ

Расход цемента, кг/м3 Прочность при сжатии, МПа Прочность на растяжение при изгибе Яизг ,МПа Прочность на растяжение при раскалывании И-расх, МПа Отношение 1^сж/рсух» МПа/(кг/дм3)

Кубиковая Ксж Призменная ^призм

300 31,14 30,07 3,4 1,52 17,65

400 41,83 34,67 4,65 2,10 23,49

600 57,64 52,0 4,97 2,27 32,15

В исследуемом диапазоне прочностей ЛСУБ от 31 до 57 МПа выявлены следующие зависимости между различными прочностными характеристиками: Я^зм = (0,83-0,96) Ясж; Яизг = (0,09-0,11) Ь^; ^ = (0,04-0,05) Полученные данные согласуются с известными зависимостями для конструкционных легких бетонов.

Зависимость модуля упругости Е0 ЛСУБ от приведенной прочности Япр при сжатии в сравнении со значениями для легких и тяжелых бетонов приведена на рисунке 5. При этом 11пр=К.сж(р/2,4)1,25, где р - плотность бетона (т/м3).

15,67

Рис. 5 - Зависимость модуля упругости Е0 ЛСУБ от приведенной прочности Япр

Как следует из графика, Е0 ЛСУБ, как и обычного легкого бетона, в среднем ниже, чем у тяжелого. Кроме того, в основном диапазоне прочностей Ео ЛСУБ ниже, чем у обычного легкого бетона, что согласуется с известными данными о самоуплотняющихся бетонах. Лишь в области высо-

копрочных ЛСУБ значение модуля упругости превышает обычный равнопрочный легкий бетон. Эта особенность отмечается и в исследованиях некоторых зарубежных авторов.

Исследования усадки и ползучести ЛСУБ также выявили снижение их интенсивности при переходе в область высокопрочных ЛСУБ (рисунки 6 и

7).

1.8 ».в

•£1.2

с

1 1

2 0,3 <

£0,5 0,4 0.2

ч

\

Д

» \ >

1

\

- Ц=300нг/м3 *

5.00 7,00 Влыкиость, К

• Ц=4Э0кг/мЗ •

■ Ц=6С0кг/мЗ

1,00 &.00 5,00 7,00 9.03 11,03 влажность, Н

-Ц=ЗООкгУмЗ ......Ц=400 кг/мЗ---Ц=600кг/мЗ

Рис. 6 - Зависимость усадки (мм/м) и удельной усадки (мм/м-%) от изменения влажности образцов График зависимости меры ползучести С0 от прочности ЛСУБ в сравнении с тяжелым бетоном приведен на рисунке 7.

■2Х. цуь; 31, Т7 1111 ! 11 | 1!

С 2 11 1 " II 1 1СУБ;~?17 ■ЦШк н 11 1 1

■ь" ! 1 1 1. келыи 111! ИТ »11 11 1

он; 30 1)11 11! [ | -ло БГД43

-е-01 7 | 1 -Ш£ ПТ келдй-5Д4_"" "ТЯЖ злый беток 5—~яжёль " )Ьетонг«

Я К о 1 ^ 1 1 | ММ

<9 а 1 | 1 мм М1 1 1 1 \ 4,56

! I 1 1 1Р мм нность лр 1 с 1 1 1 жатии; IV Па | I 1 1

ч_. ........ ■■■■-

Рис. 7 - Зависимость меры ползучести С0 от прочности ЛСУБ в сравнении

с тяжелым бетоном

Известно, что мера ползучести тяжелого СУБ может существенно превышать это показатель в сравнен™ с равнопрочным тяжелым бетоном, полученным из смесей Ж1, П1. Также известно, что, как правило, ползучесть легких бетонов выше, чем у тяжелых. Наложение этих факторов обусловило довольно высокую ползучесть ЛСУБ. При этом абсолютные деформации ползучести ЛСУБ класса В45 оказались почти вдвое ниже, чем у классов В20, ВЗО. Данные по деформационным характеристикам сведены в таблицу 5.

Таблица 5 - Деформационные характеристики разработанных ЛСУБ

Расход цемента, кг/м3 Класс по прочности Модуль упругости, Ео'10"3, МПа Коэффициент Пуассона Полная усадка, изме-эенная в возрасте от 7 до 120 суток, мм/м Мера ползучести Со'Ю5, МПа"1.

300 В20 15,67 0,148 1,51 15,23

400 ВЗО 17,30 0,150 1,68 13,04

600 В45 23,37 0,128 0,86 9,43

В ходе исследования влияние состава и свойств ЛСУБ на прочность сцепления с арматурой периодического профиля А400 010 установлено, что этот показатель меньше зависит от прочности бетона при сжатии, а более чувствителен к изменению прочности на растяжение при раскалывании и особенно, изгибе (рисунок 8).

35 40 45 50

Прочность при сжатии, ЛОТа

¡тер —»-ЕачьцК. —ГвсздевА.Д.

Прочность, МПа

-Раскалывания

Рис. 8 - Зависимость прочности сцепления ЛСУБ с арматурой А400 010 от прочности при сжатии и растяжении

В пятой главе рассмотрены технико-экономические вопросы практического применения разработанных составов.

Приведен разработанный автором технологический регламент производства конструкционного легкого самоуплотняющегося туфобетона на базе производственного предприятия ООО «Кредо» (г. Геленджик, п. Ар-хипо-Осиповка). Предприятие специализируется на выпуске товарного бетона и производстве мелких железобетонных изделий на трех производственных площадках суммарной мощностью до 15 тыс. м3/мес.

Произведен сравнительный сметный расчет и сравнительный анализ затрат на строительство монолитно-каркасного 16 этажного жилого дома по стандартной технологии с применением обычного тяжелого бетона и с применением легкого конструкционного самоуплотняющегося туфобетона. Здание жилого дома сложной конфигурации с максимальным размером в плане 22,96x19,28 м (в осях). Конструктивная схема здания - рамная, монолитная, с безригельными перекрытиями и вертикальными несущими конструкциями в виде продольных и поперечных стен-диафрагм жесткости. Расчет показал, что благодаря снижению затрат труда и работы техники, улучшения качества готовых конструкций, сокращения сроков строительства применение новой технологии и материала удешевляет строительство не менее, чем на 5 млн. рублей на одном объекте. При том, что себестоимость 1 м3 ЛСУБ в 1,5 раза выше обычного бетона. Качество проведенных расчетов рецензировано ГБУ Краснодарского края «Управление

ценообразования в строительстве».

Описан положительный опыт применения разработанных составов при производстве железобетонных изделий на базе ОАО «Агропромышленный строительный комбинат «Гулькевичиский». Комбинат выпускает объемные железобетонные блок-комнаты и другие элементы объемного домостроения из керамзитобетона. В числе прочей продукции - наружные стеновые панели серии ПБКР-2с из керамзитобетона класса В20П4 с маркой по плотности Б1800.

Состав и свойства стеновых панелей достаточно изучены, технология производства отработана и успешно применяется длительное время. Тем не менее, в данной технологии существуют некоторые аспекты, требующие совершенствования. В результате замены применяемого керамзитобе-тона на легкий конструкционный самоуплотняющийся туфобетон В20 D1800 выявлены следующие преимущества:

1. Формование изделий происходит без принудительного виброуплотнения, как следствие, снижение уровня шумовых и вибрационных воздействий на работающий персонал, а также увеличение ресурса дорогостоящей форм-оснастки.

2. Благодаря более интенсивному набору прочности изделий цикл тепловой обработки удалось сократить в среднем на 20% - с 6 до 4,5-5 часов. Это позволяет ускорить оборачиваемость форм и сократить весь цикл производства, снизить энергопотребление и паропотребление.

3. Благодаря увеличению оборачиваемости форм повысился показатель съема продукции с единицы производственной площади (м3/м2).

4. Улучшилась категория фасадной поверхности изделий с A4 до A3 без дополнительной доводки поверхности.

5. Повысилась трещиностойкость изделий, что проявляется в сокращении случаев растрескивания и сколов при транспортировке изделий.

Опробованная технология и состав легкого конструкционного самоуплотняющегося туфобетона рекомендована для производства легкобетонных изделий класса В20 и выше.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Впервые разработана методика подбора оптимального пористого заполнителя, позволяющего получать реологически стабильные легкие самоуплотняющиеся бетонные смеси с диаметром расплыва конуса 8597 см, плотностью не более1800-1900 кг/м3. Согласно методике, одним из

важных параметров, определяющих пригодность пористого заполнителя для производства ЛСУБ, является введенный автором параметр Кр, значение которого должно приближаться к единице.

2. В соответствие с методикой подобран оптимальный для решения задачи получения ЛСУБ пористый заполнитель - дробленный вулканический туф (Кабардино-Балкарская Республика), применяемый в качестве мелкого и крупного заполнителя в составах.

3. Выявлены закономерности влияния суперпластифицирующих добавок эфиров поликарбоксилатов на предельное напряжение сдвига цементных суспензий. Из шести различных добавок и трех цементов выбрано оптимальное их сочетание, позволяющее получать легкие самоуплотняющиеся бетонные смеси с расплывом конуса 85-97 см и показателем вязкости и5оо = 3-4 с.

4. Разработаны базовые составы конструкционных ЛСУБ в широком диапазоне прочностей от 24,04 до 57,64 МПа, в интервале средней плотности в сухом состоянии 1745-1793 кг/м3.

5. Определены основные факторы, влияющие на формирование структуры ЛСУБ. Установлено, что содержание цемента, гиперпластификатора и крупного пористого заполнителя в составе оказывают наиболее значимое влияние на теплопроводность, водопоглощение бетона и пористость растворной части.

6. Дана количественная оценка зависимости между различными прочностными характеристиками ЛСУБ: в исследуемом диапазоне прочностей ЛСУБ от 31 до 57 МПа получены следующие соотношения между различными прочностными характеристиками: Япризм = (0,83-0,96) К„зг = (0,09-0,11) Ясж; Краск = (0,04-0,05) где ^ - кубиковая прочность при сжатии, ГЦ,*™ - призменная прочность, Кизг - прочность на растяжение при изгибе, Яраск - прочность на растяжение при раскалывании.

7. Определена прочность сцепления арматуры периодического профиля А400 с разработанными легкими самоуплотняющимися туфобе-

тонами класса В20-В45 (условная 11сц=10,75-11,55 МПа). Уточнены зависимости прочности сцепления от прочности при сжатии, при изгибе и при раскалывании: 11сц=0,03-11сж+9,76; 11сц=3,74а2изг-13,1'КшИ-22; 11сц=0,97-112рас-7,59-К.рас+25.

8. Впервые для легких конструкционных самоуплотняющихся туфобетонов дана количественная оценка деформационным характеристикам: для бетонов классов В20-В45 начальный модуль упругости Е0=15,7-23,4 ГПа; коэффициент Пуассона 0,128-0,150; усадка в период 7-120 суток составила 1,68-0,86 мм/м; мера ползучести С0=(9,43-15,23),Ю'5 МПа'1.

9. По результатам производственных проверок разработанных составов: а) при производстве товарного бетона разработан и утвержден технологический регламент на производство легких конструкционных самоуплотняющихся туфобетонов для ООО «Кредо» (г. Геленджик, п. Архи-по-Осиповка»); б) при производстве легкобетонных ЖБИ составлен акт внедрения на производстве ОАО «Агропромышленный строительный комбинат «Гулькевичиский» (г. Гулькевичи).

10. Ожидаемый экономический эффект при переходе с обычного бетона на технологию ЛСУБ при строительстве одного 16-ти этажного монолитно-каркасного жилого дома составляет не менее 5 млн. рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Бычков М.В., Удодов С.А. Применение вулканического туфа в сухих строительных смесях // материалы II Международной научно-практической конференции «Проблемы инновационного биосферно-совместимого социально-экономического развития в строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах», том 1. — Брянск, 2010 г., г. Брянск. - с.92-97. - Авт. - 2 с.

2. Черных В.Ф., Удодов С.А., Бычков М.В. Влияние легкого заполнителя из вулканического туфа на физико-технические свойства сухих строительных смесей // материалы международной научно-практической

конференции «Строительство-2011». - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2011. - с. 150-151. - Авт.-1 с.

3. Бычков М.В., Удодов С.А. Деформационные свойства легкого конструкционного самоуплотняющегося бетона // научный журнал «Вестник ДГТУ. Технические науки». - Махачкала: ДГТУ, 2013 (принят к печати) — Авт. — 3 с.

4. Бычков М.В., Удодов С.А. Особенности разработки легких самоуплотняющихся бетонов на пористых заполнителях // электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2013 г., №3. Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1774. - Авт. -4 с.

5. Бычков М.В. Самоуплотняющиеся бетоны пониженной плотности с применением вулканического туфа // электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2013 г., №3. Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1775.

6. Бычков М.В., Удодов С.А. Легкий самоуплотняющийся бетон как эффективный конструкционный материал // интернет-журнал «Науковедение», 2013 г., №4. Режим доступа: http://naukovedenie.ru/PDF/42tvn413.pdf. - Авт. - 3 с.

Подписано в печать 20.09.2013 г. Гарнитура Тайме. Печать ризография. Бумага офсетная. Заказ № 9075 Усл. печ. лист. 1. Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии ООО «Копи-Принт». Краснодар, ул. Красная, 176, оф. 3. т/ф 279-10-40. E-mail: copyprint@mail.ru ТК «Центр города»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

04201362786 _ ^ ^

^ на правах рукописи

Бычков Михаил Владимирович

СОСТАВ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЛЕГКИХ КОНСТРУКЦИОННЫХ САМОУПЛОТНЯЮЩИХСЯ ТУФОБЕТОНОВ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, С. А. Удодов

Краснодар 2013

Содержание

Введение......................................................................................................................................................4

ГЛАВА 1 Состояние вопроса и задачи исследования......................................7

1.1 Самоуплотняющийся бетон как эффективный конструкционный материал..........................................................................................................................7

1.1.1 Преимущества самоуплотняющихся бетонов перед традиционными бетонными смесями....................................................................................7

1.1.2 Особенности производства и применения СУБ....................................12

1.1.3 Проектирование состава СУБ................................................................................18

1.1.4 Контроль качества СУБ................................................................................................26

1.2 Легкий конструкционный самоуплотняющийся бетон..................33

1.2.1 преимущества современных легких бетонов..........................................33

1.2.2 Легкий самоуплотняющиийся бетон (ЛСУБ) - перспективное

направление технологии бетонов........................................................................36

1.3 Рабочая гипотеза. Цель и задачи исследования....................................38

ГЛАВА 2 Материалы и методика экспериментальных исследований......................................................................................................................................................40

2.1 Характеристика исходных материалов..................................................40

2.2 Методика исследований................................................................................................44

2.3 Планирование и обработки экспериментальных данных............58

ГЛАВА 3 Компоненты для легкого самоуплотняющегося бетона..........60

3.1 Разработка методики выбора пористого заполнителя......................60

3.2 Свойства вулканического туфа как полифракционного заполнителя в составе ЛСУБ..........................................................................................69

3.3 Выбор оптимального сочетания суперпластификатора и портландцемента..................................................................................................................76

3.4 Оптимизация составов по содержанию цемента....................................82

3.5 Влияние содержания крупного заполнителя на свойства смеси и затвердевшего ЛСУБ............................................................................................85

3.6 Сохраняемость подвижности легкой самоуплотняющейся бетонной смеси....................................................................................................................86

3.7 Выводы по главе 3............................................................................................................88

ГЛАВА 4 Структура и свойства легкого конструкционного бетона.. 90

4.1 Структура, водопоглощение и теплопроводность ЛСУБ................90

4.2 Прочностные характеристики ЛСУБ..............................................................96

4.3 Деформационные характеристики ЛСУБ....................................................99

4.4 Влияние тепловлажностной обработки на свойства легких конструкционных самоуплотняющихся туфобетонов....................120

4.5 Выводы по главе 4..............................................................................................................125

ГЛАВА 5 Практические результаты................................................................................127

5.1 Расчет экономической эффективности применения технологии ЛСУБ....................................................................................................................................127

5.2 Технологический регламент производства легких конструкционных самоуплотняющихся туфобетонов........................................139

5.3 Акт внедрения ЛСУБ в производстве железобетонных изделий..................................................................................................................................................150

5.4 Выводы по главе 5..............................................................................................................154

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ................................................................................................................155

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК................................................................................157

Введение

Бетон как искусственный каменный материал известен человечеству уже не одно тысячелетие. Но и в XXI веке бетон и железобетон являются одним из самых распространенных конструкционных строительных материалов. По различным данным в мире производится ежегодно от 2 до 4 млрд. м3 бетонных смесей в год. В России этот показатель составляет порядка 12 млн.

3 3

м /год, в Краснодарском крае - до 2,5 млн. м /год.

Несмотря на длительную историю существования, технология бетона и сегодня динамично развивается. Многие новейшие достижения в смежных отраслях науки и техники (физике, химии, нанотехнологии) находят свое отражение и в бетоноведении. В современной строительной отрасли все большую актуальность приобретают вопросы технологичности применения бетонной смеси: простота траспортировки и укладки, комфортность работы со смесью для человека, снижение трудоемкости и энергоемкости укладки, уменьшение негативных шумовых и вибрационных воздействий.

В 80-х годах прошлого века японский профессор Хаджиме Окамура в рамках решения задачи снижения трудоемкости возведения бетонных и железобетонных конструкций создал новый подход к проектированию и производству как бетонных смесей, так и методов его укладки. Новое направление в бетоноведении получило название «самоуплотняющийся бетон - СУБ» («Self-compacting concrete» - SCC). Во многом развитие этой технологии стало возможным благодаря применению в качестве суперпластификатора добавок на основе эфиров поликарбоксилатов. Такой бетон значительно отличается от традиционного как по составу, так и по некоторым свойствам. Основное преимущество СУБ заключается в том, что укладка смеси может производиться без уплотнения даже в густоармированные конструкции сложной пространственной формы. Около 50% новых железобетонных конструкций в Японии изготовляется из СУБ; в Европе на долю СУБ приходится 7-10%

объема производимого бетона; в России данная технология слабо распространена, хотя и здесь имеются примеры успешной ее реализации.

С другой стороны, существует не теряющее своей актуальности направление легких конструкционных бетонов. Эффективность конструкционных бетонов на пористых заполнителях доказана многолетними исследованиями и практикой применения как в России, так и за рубежом. Сегодня легкие бетоны на основе различных пористых заполнителей уверенно осваивают нишу высокопрочных бетонов, имеют высокую морозостойкость и водонепроницаемость, сопоставимые с долговечными тяжелыми бетонами.

Исходя из приведенных данных, весьма перспективным видится объединение уникальных реологических свойств СУБ и конструкционно-эксплуатационных преимуществ легких бетонов в одном материале. При этом научных исследований в данном направлении крайне мало, еще меньше реальных практических примеров реализации.

Теоретические предпосылки создания высокотекучих смесей на пористых заполнителях, а также результаты предварительных экспериментов по их созданию выявили ряд проблем, которые проявляются прежде всего на этапе обеспечения реологической стабильности и нерасслаиваемости легкобетонной самоуплотняющейся смеси. Есть также особенности применения таких смесей, эксплуатации конструкций после затвердевания и т.д.

В связи с этим, развитие научно обоснованных принципов создания легких конструкционных самоуплотняющихся бетонов, изучение свойств смеси и затвердевшего бетона, закономерностей изменения этих свойств в процессе эксплуатации под действием нагрузки является весьма актуальной проблемой.

Цели и задачи исследования. Целью работы является развитие научных представлений в области разработки и применения легких конструкционных самоуплотняющихся бетонов, исследование их структуры и свойств

как на стадии смеси, так и затвердевшего бетона, а также формулирование основных принципов разработки их составов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- выявить основные закономерности и условия обеспечения реологической стабильности легкобетонных самоуплотняющихся смесей;

- на основе полученных закономерностей сформулировать принципы подбора оптимального пористого заполнителя;

- разработать базовые составы легких конструкционных самоуплотняющихся бетонов, изучить свойства смесей, рассмотреть возможность применения в товарном бетоне и при производстве железобетонных изделий;

- исследовать физико-механические и строительно-технические свойства и структуру затвердевшего легкого конструкционного самоуплотняющегося бетона.

- выявить закономерности развития деформационных характеристик бетона: модуля упругости, усадки, ползучести.

ГЛАВА 1 Состояние вопроса и задачи исследования 1.1 Самоуплотняющийся бетон как эффективный конструкционный материал

1.1.1 Преимущества самоуплотняющихся бетонов перед традиционными

бетонными смесями

Традиционный бетон - один самых распространенных и применяемых строительных материалов. И если обычный бетон известен уже более 70000 лет, то самоуплотняющиеся бетоны (СУБ) являются сравнительно молодым направлением. Исторически появление СУБ относят к 80-м годам прошлого века. Это понятие введено японским профессором Хаджиме Окамурой в 80-х годах прошлого века [81]. В английском языке это явление получило аббревиатуру SCC (от полного названия Self-compacting concrete), в немецком -SVB (Selbstverdichtender beton), во французском - ВАР (beton autoplacant) [25]. В российской нормативной документации на сегодняшний день не зафиксировано определение самоуплотняющегося бетона. Одно из наиболее полных, на наш взгляд, определений дано А.В. Ушеровым-Маршаком [42]: «...Бетон самоуплотняющийся - способный к самоуплотнению без расслоения под действием гравитационных сил и вытеснению вовлеченного воздуха с ограниченным содержанием крупного заполнителя (до 40% объема) в смеси, с увеличенной долей мелкого заполнителя и минеральных добавок размером не более 0,125 мм (до 20-30% от массы цемента) в присутствии эффективных суперпластификаторов...».

Как следует из выше сказанного основное преимущество СУБ заключается в его уникальных реологических свойствах. На стадии бетонной смеси свойства СУБ настолько отличны от традиционного бетона, что описание его реологических характеристик требует особого подхода. Так в работе [66] отмечается, что к описанию реологии СУБ некорректно применять модель Бингама. В источнике [88] говорится о наличии резкого перехода от режима

течения с преобладанием трения между частицами заполнителей к менее диссипативному режиму с преобладанием гидродинамических взаимодействий. И хотя теоретически вопрос реологии СУБ до конца не проработан, его практические преимущества широко используются в строительстве.

Благодаря отсутствию необходимости дополнительно уплотнять бетонную смесь при укладке значительно снижается расход энергетических и человеческих ресурсов. СУБ способен заполнять сложные пространственные формы будущих конструкций, в том числе густоармированные. Возможность бетонирования крупноразмерных конструкций из одной точки снижает необходимость перемещения строительной техники по площадке. Отсутствие шума и вибрационных нагрузок на рабочих также является преимуществом СУБ и положительно сказывается на экологических показателях объекта при возведении.

Автор источника [25] описывают преимущества дл различных участников процесса строительства. Та для застройщика (заказчика) преимуществом является высокие параметры качества и надежности железобетонных конструкций, улучшенные показатели экономической эффективности проекта за счет сокращения сроков строительства и снижения стоимости и выполнения бетонных работ. В качестве преимуществ для проектировщиков отмечается возможность проектирования железобетонных конструкций сложной пространственной формы, уменьшение массивности конструкции за счет повышенных прочностных характеристик. Для лиц непосредственно осуществляющих строительство привлекательным является снижение трудоемкости укладки бетонной смеси и значительное снижение уровня шума и вибрации негативно воздействующих на организм.

Стоит отметить, что изделия с применением СУБ имеют более качественную поверхность. В работах [60, 77, 59] говорится об успешном опыте применения облицовочного СУБ и получения изделий с высококачественной

поверхностью, не требующих дополнительных декоративно-отделочных работ.

Появление СУБ как нового строительного материала стало возможным благодаря применению в качестве суперпластификатора химических добавок на основе эфиров поликарбоксилатов (ПК). В литературе эти вещества называют пластификаторами третьего поколения или гиперпластификаторами.

В отличие от традиционных пластификаторов на основе лигносульфо-натов, нафталиновых или меламиновых смол, водоредуцирующая способность ПК составляет до 40% по сравнению с бездобавочным составом. Часто ПК является продуктом направленного синтеза, в связи с чем и стоимость таких добавок в 5-10 раз превышает традиционные пластификаторы.

Исторически ПК впервые запатентованы в Японии в 80-х годах XX века. Соответственно, производство и применение ПК развивалось сначала за-рубежом: в Японии, затем в США и Европе. Только спустя почти 20 лет ПК стали применяться и в России. Неудивительно, что и теоретические, и практические основы этой технологии были заложены зарубежными специалистами. Среди иностранных ученых, работающих в области СУБ наиболее заметны: Okamura H., Andreas L., Bram D., F. Nai-Qian, Y. Hao-Wen, Sahmaran M., C. Yun Wang и др.

В зарубежной практике на сегодняшний день накоплен достаточный опыт применения СУБ для бетонирования различных бетонных и железобетонных конструкций. Причем, не только в монолитном строительстве, которое включает жилое, высотное и транспортное [58, 67, 57, 64], но и в производстве железобетонных изделий [74, 53, 50, 75, 61, 84]. В источнике [73] приводится опыт транснациональной компании, специализирующейся на изделиях из СУБ, а в источниках [54, 77] обобщен положительный опыт применения за рубежом данной технологии.

Стоит отметить, что из-за более высокой себестоимости по сравнению с традиционными бетонными смесями, СУБ наиболее рационально использо-

вать в качестве высокопрочного бетона. Мировой опыт строительства подтверждает технико - экономическую целесообразность перехода в ряде случаев на высокие классы [20, 46, 4, 48].

Безусловно, СУБ займет свою нишу в области производства и применения высокопрочных бетонов, хотя, технически можно получать СУБ рядовых классов.

С экономической точки зрения применение СУБ из-за своей повышенной себестоимости является дискуссионным моментом. Связано это прежде всего с тем, что для адекватного расчета экономического эффекта необходим комплексный учет преимуществ СУБ на всех ступенях: от производства и укладки смеси, до затрат на ремонт и эксплуатацию зданий.

В источнике [2] приводится следующая сравнительная таблица, демонстрирующая экономические преимущества применения СУБ (Таблица 1).

Таблица 1 - Предварительный подсчет выгоды (+) и потерь (-) при строительстве из СУБ по сравнению с обычным бетоном [2].

Статья Прибыль (+) и убытки (-)

Заработная плата по бетонированию -33%

Ремонт механических вибраторов -100%

Бетон +24%

Электрическая энергия -100%

Заработная плата по опалубке -33%

Расходы на материалы при подготовке опалубки -81%

Объем произведенного бетона () +20%

Общие затраты на 1 м3 бетона -10%

Существует положительный опыт применения данной технологии и в России, который также свидетельствует о её эффективности [19, 35].

Несмотря на наличие неоспоримых преимуществ СУБ перед традиционными бетонными смесями, применение этой технологи в России все же носит эпизодический характер. Связано это с тем, что технология производства и применения СУБ требует качественно нового подхода к обеспечению стабильности свойств исходных материалов, режимов дозирования, смешивания компонентов и транспортировки меси. Естественно, необходимо также повышать культуру производства строительных работ и налаживать систему контроля качества процессов на стройплощадке, которые сейчас в России все еще далеки от идеальных [8].

Другая причина видится в недостаточно развитой в этом направлении российской нормативной базы. Понятие самоуплотняющийся бетон, равно как и его характеристики, свойства и методы определения его качественных характеристик практически полностью отсутствуют в российских нормативных документах. Недостаточен объем научных исследований в этом направлении. Большой вклад в развитие этой технологии в нашей стране вносят тае российские исследователи и ученые как Несветаев Г.В., Калашников В.И., Головнев С.Г., Ваучский М.И., Киприелов С. С., Харченко И. Я., Ушеров-Маршак А. В. и др.