№ 1-2 (2024)

В современном строительстве рециклинг бетона является одним из перспективных направлений утилизации многотоннажных отходов бетона и железобетона. Чаще всего продукты дробления бетона повторно используются в качестве крупного и мелкого заполнителей. В работе показано, что повторное вовлечение в производство бетонной смеси пылевидной фракции цементно-песчаного камня в качестве активной коллоидной добавки, полученной путем ее щелочной механохимической активации, позволяет частично заместить цемент в товарных бетонах и гидравлически твердеющих составах без потери их прочности. В работе представлены результаты влияния коллоидной добавки на технологические и физико-механические свойства бетонной смеси.

Рассмотрены вопросы, связанные с разработкой технологических решений для получения защитных лакокрасочных покрытий с высокой эксплуатационной стойкостью для строительных металлических конструкций. Представлена разработанная технологическая карта и схема создания наноструктурированных лакокрасочных покрытий на поверхностях строительных металлических конструкций. Данные предложения дополняют комплексный подход к разработке защитных лакокрасочных покрытий, состоящий из методических, технологических и рецептурных решений, представленных в других исследованиях авторов, что позволяет эффективно его применять на предприятиях лакокрасочной промышленности. Результаты исследований на основании применения разработанных решений в лабораторных и эксплуатационных условиях подтверждают высокую эффективность применения комплексного подхода. Оценка качества покрытий в лабораторных условиях показала, что образцы покрытий после 100 ч теплового воздействия сохраняют высокие показатели свойств, отвечающие эксплуатационным условиям строительных металлоконструкций. В рамках производственной апробации установлено повышение срока службы наноструктурированных покрытий в 1,5–2,6 раза по сравнению с традиционными. В связи с этим сокращаются затраты на ремонт и восстановление покрытий, а также повышается их межремонтный ресурс. Внедрение разработанных решений в производстве позволит решить проблему низкой эксплуатационной стойкости защитных лакокрасочных покрытий стальных строительных металлоконструкций, эксплуатируемых в условиях различных воздействий.

При актуализации ГОСТ 17608 «Плиты бетонные тротуарные. Технические условия» и ГОСТ 6665 «Камни бетонные и железобетонные бортовые. Технические условия» разработчики запретили применение шлаковых заполнителей. В связи с этим у производителей изделий, выпускающих продукцию по данным стандартам, возникает проблема: использование только природных инертных материалов приводит к увеличению себестоимости конечного продукта. Предполагалось, что это должно привести к улучшению качества выпускаемых изделий. Но так ли это? В статье приведен сравнительный анализ стандартов на заполнители природного происхождения и из отходов металлургического производства с целью выявления причин, не позволяющих использовать заполнители из шлаков в бетонных изделиях для дорожного строительства. Установлено, что большинство требований к заполнителям природного и техногенного происхождения одинаковы, т. е. при соблюдении и выполнении производителями требований стандартов, предъявляемых к шлаковым заполнителям, не должно возникать рисков снижения качества конечного продукта. Авторы статьи попытались найти аргументированный ответ на вопрос, почему разработчики ГОСТ 17608 и ГОСТ 6665, исключая из перечня заполнителей для бетонов материалы по ГОСТ 3344–83, не дают альтернативы в виде заполнителей по ГОСТ 5578–2019.

Исследовано изменение свойств мелкозернистых бетонов, содержащих доменный гранулированный шлак в количестве 20–80% и бактерии Bacillus Subtilis. Проведена оценка изменения прочности, самозалечивания трещин методами оптической, электронной микроскопии и измерения скорости прохождения ультразвука перпендикулярно плоскости трещины; изучен состав и характеристики залечивающего агента в трещинах методами рентгеновского анализа. Самозалечивание трещин в бетонах без бактерий происходило за счет осаждения кальцита в результате карбонизации портландита в течение 50–65 циклов увлажнения-высушивания, а в присутствии бактерий Bacillus Subtilis благодаря осаждению кальцита в процессе их жизнедеятельности – за 10–15 циклов. Показано, что добавка доменного гранулированного шлака замедляет кристаллизацию кальцита, формирующего залечивающее вещество в трещине. Предполагается, что совместное использование в бетонных конструкциях, работающих в условиях переменного увлажнения, доменного гранулированного шлака в дозировках 40–80% и бактерий Bacillus Subtilis может обеспечить процесс самозалечивания трещин и поддержания прочности бетона в длительной перспективе благодаря одновременным процессам упрочнения структуры за счет длительной гидратации шлаковых минералов и осаждения кальцита в трещинах за счет жизнедеятельности бактерий Bacillus Subtilis.

Ячеистые фосфатные бетоны используются в качестве изоляционного материала для некоторых высокотемпературных агрегатов благодаря высокой термостойкости, огнеупорности и остаточной прочности на уровне значений после сушки. Использование промышленных отходов в технологии фосфатных ячеистых бетонов позволило улучшить некоторые свойства без снижения температуры применения. В работе показано, что дисперсные алюмосиликатные отходы огнеупорного производства обладают достаточной для получения фосфатного связующего активностью (способностью к поризации). Изучены особенности твердения алюмосиликофосфатного связующего, отвержденного дисперсным металлическим алюминием; методами дифференциально-термического и рентгенофазового анализа исследовано изменение фазового состава отвержденного связующего после обжига при различной температуре. Установлено, что разработанное алюмосиликофосфатное связующее позволяет получить шамотный ячеистый бетон с температурой применения до 1400^оС. Выполнено сравнение изменения фазового состава для разработанного алюмосиликофосфатного состава и чистого алюмофосфатного связующего. Отмечен сдвиг температуры протекания процессов в большую сторону для алюмосиликофосфатного связующего, что объясняется тем, это ионы кремния не образуют самостоятельных фосфатных соединений, а встраиваются в кристаллическую решетку алюмофосфатов, изменяя их свойства и смещая интервалы фазовых переходов.

Установки середины ХХ в. для испытаний бетона на ползучесть, как правило, имеют существенный износ и не предназначены для испытания новых бетонов. Для проведения испытаний современных высокопрочных бетонов требуется их модернизация и до- оснащение. Ввиду отсутствия стандартных технических решений в рамках подготовки к испытаниям требуется проведение проектных и изыскательских работ. Целью представленного исследования явилось изучение узлов и элементов пружинных установок для определения ползучести бетона и установление возможности их использования под увеличенные нагрузки, модернизация установок для возможности испытаний образцов различной длины без полной разборки, обеспечение безопасности при проведении таких испытаний. Для определения прочностных и жесткостных параметров пружин потребовалось провести их двухэтапные испытания с разработкой специальной оснастки. Также по результатам оценки шарнирных узлов для осевой передачи нагрузки на образец потребовалась их замена с изменением конструктивных решений. По результатам экспериментальных исследований хрупко разрушились отдельные пружины и упорные шарнирные элементы, в связи с чем был разработан шарнирный узел новой конструкции, внесены изменения в конструкцию установки для обеспечения физической защиты обслуживающего персонала, разработана модульная система стальных проставок с защитой от горизонтальных перемещений, позволяющая испытывать на существующих установках образцы разной длины без изменения конфигурации самих установок. Важным результатом работы является предложенная система двойного экспериментального контроля, когда вначале проводится выборочное испытание отдельных элементов для оценки возможного уровня нагрузок на оборудование, затем осуществляется сплошной контроль уже собранных испытательных установок на бльшие относительно планируемого эксперимента нагрузки. Только в таком случае возможно одновременно обеспечить высокую достоверность получаемых при испытании результатов, надежность и долговечность оборудования. Причем провести такую работу только численно, без испытаний, как показала практика, невозможно.

Технология строительной 3D-печати методом послойной экструзии является инновационным и перспективным способом возведения зданий и сооружений. В качестве сырьевых смесей в данной технологии широкое применение нашли составы мелкозернистых бетонов на основе портландцемента. Альтернативой применению цементного вяжущего является использование гипсоцементно-пуццоланового вяжущего, которое позволяет в значительной степени снизить стоимость готовой продукции и соответственно повысить ее конкурентоспособность. Представленные на строительном рынке смеси на основе гипсоцементно-пуццоланового вяжущего не в полной мере отвечают требованиям технологии аддитивного строительного производства. Достижение оптимальных показателей гипсоцементно-пуццолановых смесей в аддитивном строительном производстве возможно путем регулирования содержания мелкого заполнителя в составе мелкозернистых бетонов, а также применения многокомпонентных модифицирующих добавок. Целью проведенного исследования явилась разработка модифицированных гипсоцементно-пуццолановых бетонов для 3D-печати на основе оптимизации содержания заполнителя и полифункциональной комплексной добавки, обеспечивающих оптимальные реотехнологические свойства сырьевых смесей и технологические характеристики готовых изделий. Формование образцов при проведении экспериментальных исследований осуществлялось методом послойной экструзии на цеховом строительном 3D-принтере АМТ S-6044. Разработаны модифицированные гипсоцементно-пуццолановые бетоны для 3D-печати с повышенными предельным напряжением сдвига смеси (87,6 Па), формоустойчивостью (23 см), средней плотностью композита (1920 г/м³), пределами прочности при изгибе (8,4 МПа) и сжатии (30,6 МПа) и водостойкостью (0,85). Доказана возможность направленного регулирования структуры и свойств гипсоцементно-пуццолановых смесей и бетонов за счет синергетического воздействия компонентов разработанной полифункциональной комплексной добавки, включающей водный раствор поликарбоксилатного эфира, сополимер на основе эфиров карбоновых кислот, гомогенную смесь олигоэтоксисилоксанов. Полученные результаты согласуются с результатами выполненного дифференциального термического анализа модифицированного гипсоцементно-пуццоланового камня.

Один из авторов статьи – участник XVI Международного конгресса по химии цемента (ICCC 2023), который состоялся в Бангкоке (Таиланд) 18–22 сентября 2023 г. под девизом «Дальнейшая декарбонизация и циркуляционное производство и применение цемента и бетона». Приведены статистические данные, тематические направления конгресса и представлены доклады, содержание которых может быть наиболее интересно российским специалистам.

Стойкость хлормагнезиальных композитов к длительному водонасыщению определяется показателями коэффициента размягчения и склонностью к растрескиванию. Технологические способы предотвращения растрескивания камня магнезиального вяжущего при контакте с водой имеют ряд недостатков, в частности связанных с их затрудненной воспроизводимостью в производственных условиях. Данное исследование посвящено поиску добавок, позволяющих регулировать процессы структурообразования хлормагнезиальных композитов с целью формирования преимущественно стабильных фаз, равномерно распределенных в объеме при длительном насыщении водой. В ходе работы применяли стандартные методики исследования свойств теста и камня вяжущего, а также микрокалориметрию. В результате установлено, что добавка триполифосфата натрия способствует значительному замедлению сроков схватывания хлормагнезиальной композиции, но устраняет склонность полученного из нее искусственного камня к растрескиванию при длительном водонасыщении.