В России разработали нанобетон для заливки в условиях отрицательных температур

Инженеры Военного учебного центра Дальневосточного федерального университета (ВУЦ ДВФУ) вместе с коллегами из Российского университета дружбы народов (РУДН) разработали бетонную смесь с нанодобавками для возведения монолитных конструкций высотой до десяти этажей. Заливать бетон можно в условиях очень влажного климата при температурах до минус пяти градусов — то есть, в обстоятельствах, традиционно проблематичных для возведения монолитных зданий.

Заливка бетона при отрицательных температурах — серьезный вызов для строительной индустрии. Вода в составе бетона может замерзнуть, что нарушает текучесть бетонной смеси, которая в этом случае «схватится» неправильно, с образованием комков. Заливка при температуре ниже плюс пяти градусов уже требует специальной методики. Нарушение технологии снижает характеристики монолитных конструкций, которые разрушаются преждевременно. В связи с этим инженеры предлагают вводить в состав бетонной смеси добавки российской разработки (гиперпластификаторы), свойства которых улучшены с помощью нанотехнологий. Такой состав бетона поможет сохранить прочность и долговечность бетонных конструкций, возводимых на холоде, без удорожания технологического процесса.

«Характеристики новой нано-смеси соответствуют потребностям гражданского строительства и в целом превосходят нормативные требования. Бетон можно использовать для возведения гражданских конструкций высотой до десяти этажей в условиях высокой влажности, что делает разработку актуальной для строительных работ, к примеру, на юге Дальнего Востока России. Смесь быстро схватывается, бетонный камень получается более плотным, без комкования, и обладает гелевой пористостью, то есть размер его пор меньше технологических капиллярных у обычных бетонов. Таким образом, в новый бетон не проникает влага, которая разрушает обычный бетон. Свойства бетонного камня останутся неизменными на протяжении 50 лет», — говорит один из авторов работы, профессор ВУЦ ДВФУ, победитель XIII Всероссийского конкурса «Инженер года-2018» подполковник Роман Федюк. По словам ученого, новая бетонная смесь содержит меньше цемента, который заменили на зольные отходы энергетических производств и отсевы дробления песка, что делает бетон более экологичным.Технологические свойства новой смеси аналогичны смесям, которые содержат цементы высоких марок, отметил Роман Федюк.

Инженеры рассчитали пропорции модифицированных добавок опытным путем, расчет уточнили с помощью математических моделей. Благодаря выверенному составу смеси удалось повысить морозостойкость бетона и решить проблему его повышенной текучести, которая в условиях низких температур становится причиной комкования бетона (сегрегации) и снижения прочности заливаемой конструкции. При этом в смеси использовали до 40 процентов меньше воды, повысили прочность и плотность бетонного камня. Высокая плотность и гелевый размер пор были достигнуты не только благодаря нанодобавкам, но и за счет технологии дополнительного измельчения частиц бетонной смеси — установку для измельчения также разработали в ДВФУ.

Разработчики технологии уже проверили свойства смеси в реальных условиях: в процессе полевого исследования они построили перекрытия и несущие конструкции пятиэтажной парковки. Бетонный камень застывал 28 дней в естественных условиях при перепадах температур от плюс пяти до минус шести градусов, итоговый результат полностью соответствует заявленным стандартам.

В качестве добавок ученые использовали уже хорошо известные в строительной индустрии компоненты, свойства которых они улучшили наночастицами. Так, смолу нафталин формальдегида усилили свойствами диоксида кремния, в итоге бетон получился прочнее и может дольше сохранять эксплуатационные характеристики. Также в смесь добавили омыленную древесную смолу и нитрат натрия.

Примечательно, что, по словам разработчиков, построенные с применением новой технологии объекты не потребуют капитального ремонта в течение 50 лет. На следующем этапе исследований ученые планируют разработать бетонную смесь для заливки при минус пятнадцати градусах.

Справочно:

В ВУЦ ДВФУ создана научная школа по разработке интеллектуальных композитов для специальных сооружений и гражданского строительства. В основе подхода — природоподобие искусственных материалов: бетон, по задумке разработчиков, должен обладать прочностью природного камня. Этот принцип разрабатывается современной наукой геоникой (геомиметикой). Ее основы заложены профессором Валерием Лесовиком из БГТУ им. В.Г. Шухова, членом-корреспондентом Российской академии архитектуры и строительных наук, и развиваются учеными-инженерами в Москве, Казани и на Дальнем Востоке. Новый бетон разработан согласно принципам геоники.