Новые технологии в стройматериалах: легкий нанобетон

В лабораториях НОЦ «Нанотехнологии» действующего на базе Московского государственного строительного университета разработана структура высокопрочного легкого бетона. Актуальность задачи объясняется углублением мировой тенденции повышения качества бетонов, как материалов, получивших наибольшее распространение в технологиях современного строительства.

В рамках этой тенденции наблюдается стремление к снижению плотности бетонов, что должно значительно снизить механические нагрузки на несущие конструкции зданий (особенно при высотном строительстве) и улучшить теплоизоляционные свойства материала, без потери основных конструкционных свойств, таких как прочность.

В процессе разработки рецептуры и технологий многие отечественные и зарубежные коллективы столкнулись с пределом средней плотности в 1900 кг/куб. м, при снижении ниже которого конструкционные свойства бетона не отвечают требованиям современного строительства.

Коллективу разработчиков из НОЦ «Нанотехнологии» удалось получить высокопрочные легкие бетоны (ВПЛБ) со средней плотностью на уровне 1300...1500 кг/куб.м и маркой по прочности не менее М600. По сравнению с лучшими зарубежными аналогами ВПЛБ обеспечивают 15...20-ти процентное снижение плотности при повышении прочности на 30...40%. При этом сохранены и характерные для тяжелых бетонов свойства морозостойкости (F300 и выше), что для ячеистых бетонов считалось недостижимым.

Технология изготовления ВПЛБ использует метод мелкозернистого бетона без крупных частиц заполнителя. В состав материала входят вяжущее (ПЦ 500 Д0), минеральная часть, наномодифицированный наполнитель, пластификаторы и вода. Минеральная часть содержит частицы с различными показателями дисперсности – кварцевый песок (0,16...0,63 мм), каменная мука (продукт измельчения горных пород, содержащих кремнезем) и микрокремнезем с размером частиц от 0,001 до 1 мкм.

Такой состав основы обеспечивает образование плотного каркаса за счет равномерного заполнения пустот между более крупными частицами элементами более мелких фракций. Для снижения плотности бетона используется наполнитель в виде полых алюмосиликатных или стеклянных сфер, с поверхностью модифицированной и использованием добавки, которая содержит особый нанокомплекс.

Плотность и другие физико-механические свойства бетона определяются процентным содержанием наполнителя в составе смеси. При этом использование модифицирующего нанокомплекса позволяет увеличить прочность оболочки микросфер наполнителя, что существенно увеличивает (совместно с образованием плотной однородной структуры минеральной основы) прочность конечного материала.

Разработанный специалистами НОЦ «Нанаотехнологии» бетон относится к конструкционным материалам и предназначен для использования в жилищном, промышленном и дорожном строительстве, при возведении высотных зданий и сооружений, а также при изготовлении строительных конструкций с высокими значениями механических нагрузок при эксплуатации. Его широкое применение позволит:

• Значительно (не менее чем на 40%) сократить вес конструкций, за счет чего может быть увеличена этажность зданий;
• Снизить технологические требования к фундаментам и основаниям зданий и сооружений, за счет чего может быть достигнута значительная экономия материалов и средств при производстве работ «нулевого цикла»;
• Уменьшить количество необходимых материалов, в первую очередь бетона и металлической арматуры в несущих конструкциях;
• За счет улучшения теплоизоляционных свойств существенно повысить энергоэффективность зданий, снизив уровень затрат на отопление;
• Получить экономию на транспортировке материалов и монтажных работах.

По оценкам специалистов при применении ВПЛБ может быть достигнуто общее увеличение эффективности строительства на 30-35%.