Зимний бетон
Российские ученые создали материал для строительства в условиях экстремальных морозов
Российские ученые НИУ МГСУ разработали новый метод быстрого твердения бетона при экстремально низких температурах. Благодаря этому появилась возможность возвести сооружение буквально за считаные месяцы вне зависимости от погодных условий.
Фото: Олег Харсеев, Коммерсантъ
Фото: Олег Харсеев, Коммерсантъ
Это особенно актуально в районах Крайнего Севера и Сибири, где традиционные методы крайне неэффективны, и для развития инфраструктуры по пути Северного морского пути. По оценкам специалистов, себестоимость нового материала оказывается примерно в полтора раза ниже ближайших аналогов и уже доступна для применения.
Зачем нужен зимний бетон?
Строительная отрасль РФ давно сталкивается с проблемой коротких сезонов строительства в большинстве регионов страны. Например, в районах с резко континентальным климатом, таких как Якутск, Чита, Иркутск, строительный сезон длится всего около пяти месяцев в году. Подобная ситуация негативно влияет на скорость реализации крупных инфраструктурных проектов и освоение новых территорий.
Традиционно применяются два подхода для возведения объектов при низких температурах. Метод термоса, который предполагает укрытие свежезалитых конструкций специальными материалами, удерживающими тепло. Этот способ эффективен, но ограничен возможностями сохранения тепла. Второй метод — электропрогрев — включает различные варианты подогрева конструкции, однако требует значительных энергоресурсов и сложного оборудования.
В итоге длительное застывание бетона, снижение прочности и необходимость дорогостоящих обогревательных мероприятий приводят к значительным экономическим расходам и увеличению сроков строительства. Поэтому создание новых материалов, устойчивых к низким температурам, играет ключевую роль в развитии инфраструктуры и экономики России.
Новый способ получения быстротвердеющего бетона
«Для интенсификации строительно-монтажных работ в зимний период был разработан состав самоуплотняющегося быстротвердеющего бетона. Наши эксперименты подтвердили, что использование новой технологии получения быстротвердеющего бетона позволяет достичь значительного увеличения прочности материала. Например, через 24 часа твердения при температуре –25°C прочность разработанного состава была в 2,6 раза выше, чем у традиционного бетона, состав которого рассчитан на применение при температурах окружающей среды до –10°C»,— рассказывает заведующая лабораторией кафедры строительного материаловедения НИУ МГСУ Виктория Швецова.
Разработанный в МГСУ состав включает в себя композиционное вяжущее, мелкий заполнитель, инертную минеральную добавку, добавку-ускоритель, суперпластификатор (специальное химическое вещество, которое добавляется в бетонную смесь для улучшения ее свойств) и воду. Композиционное вяжущее вещество состоит из портландцемента — порошка серого цвета, который получают путем измельчения спеченной смеси известняка и глины, с добавлением гипса и специальных добавок, и глиноземистого цемента, который производится преимущественно из бокситов. Оно обладает повышенным тепловыделением и ускоренными сроками схватывания. Инертная минеральная добавка — тонкомолотый кальцит, который необходим для повышения плотности бетона и снижения диаметра капиллярных пор. Цитрат натрия — добавка, безвредная для человека и экологии, широко использующаяся в медицине и пищевой промышленности, также повышает тепловыделение и увеличивает подвижность бетонной смеси.
«При совместном использовании цитрата натрия с современными суперпластифицирующими добавками на основе эфиров поликарбоксилатов, то есть химических веществ, которые помогают сделать бетонные смеси более удобными для работы и улучшают их качественные показатели, удалось дополнительно увеличить тепловыделение, подвижность и сохраняемость бетонной смеси»,— подчеркивает Швецова.
Плюсы новой технологии получения бетона
По предварительным оценкам, сухая строительная смесь оказывается примерно в полтора раза дешевле ближайших аналогов на рынке. Предполагаемая рыночная стоимость готовой продукции будет составлять около 1905,2 руб. за один мешок весом 25 кг.
При этом экономия достигается не только благодаря снижению стоимости самой смеси, но и за счет отсутствия необходимости использования дорогостоящих обогревательных установок и тепловой изоляции.
«Применение быстротвердеющей бетонной смеси приведет к уменьшению количества сварочных работ и сокращению использования оборудования для прогрева бетона, которое требует рабочих высокой квалификации»,— отмечает доцент кафедры строительного материаловедения НИУ МГСУ, кандидат технических наук Вадим Соловьев.
Технология предполагает также простой процесс приготовления раствора прямо на месте, что делает ее доступной практически любому предприятию строительного сектора.
«В качестве формата производства продукта выбрана сухая строительная смесь. Использование готовых сухих строительных смесей упрощает логистику и уменьшает транспортные расходы, позволяет сохранить качественные характеристики продукта при перевозке и хранении в условиях морозов, что избавляет от необходимости частых поставок компонентов и сопутствующих организационных сложностей»,— объясняет Соловьев.
Более того, по словам Соловьева, новая рецептура применима не только для традиционного бетонирования, но и для технологий 3D-печати зданий:
«Композиционное вяжущее вещество и комплексную добавку можно применять в составе любого бетона. Кроме зимнего бетонирования новый композитный материал может применяться для 3D concrete printing, торкретирования (нанесения бетонной смеси на поверхность с помощью специального оборудования под давлением воздуха), ремонта и на заводах железобетонных изделий».
Наконец, все используемые материалы экологически чисты и безопасны для здоровья человека, указывают исследователи.
Итоги испытаний и перспективы использования
Лабораторные тесты уже показали, что бетон сохраняет высокие механические свойства и стабильность размеров, а также защищает от коррозии арматурную сталь даже спустя длительное время эксплуатации. Исследования проводились в течение одного года, в ходе которых не наблюдалось признаков разрушения поверхности бетона, появления трещин, шелушения или иных дефектов.
«Это означает, что новый материал способен выдерживать значительные нагрузки сразу после укладки, что существенно сокращает время строительства и снижает затраты на дополнительные мероприятия по утеплению конструкций»,— объясняет Швецова.
Таким образом, новая формула получения композитного бетона дает возможность для круглогодичного строительства в сложных климатических зонах.
«Теперь возведение мостов, дорог, жилых домов и промышленных объектов становится возможным даже зимой, что значительно увеличивает сезон строительных работ и экономит ресурсы. Более того, этот материал идеально подходит для возведения инфраструктуры в арктических зонах, где традиционные методы строительства неэффективны»,— указывает Соловьев.
По словам ученых НИУ МГСУ, застройщики давно заинтересованы в появлении такого продукта на рынке, так как он позволит интенсифицировать строительные процессы без их удорожания, а институт, со своей стороны, готов предоставить строителям готовое решение для их нужд.
Подготовлено при поддержке Национального исследовательского Московского государственного строительного университета (НИУ МГСУ)