Перспективы развития методов интенсификации твердения бетона в XXI веке

XX-й век внес огромный вклад в развитие технологии строительства благодаря бетону и интенсификации его твердения. Были разработаны теоретические основы твердения бетона, производства бетонных работ на морозе, различные методы ускорения твердения бетонов на заводах и стройках, новые эффективные виды цементов и бетонов, химические добавки для бетонов и многое другое. Это позволило строительству вообще, а из бетона и железобетона в частности, подняться на новую ступень – оно стало быстрым, менее дорогостоящим, широкомасштабным, а возводимые здания и сооружения, в том числе высокохудожественные (см., например, рис.), – более долговечными и надежными.
  Высокие темпы строительства из бетона и железобетона, который останется основным строительным материалом до конца XXI века, требуют изыскания способов ускорения твердения бетона без снижения его качества и долговечности.
  В XXI веке развитие методов интенсификации твердения бетона приведет к:
  появлению особо быстротвердеющих вяжущих, которые позволят или вообще отказаться от термообработки бетона, или значительно сократить ее продолжительность. Разработанные в последние десятилетия вяжущие такого рода, к сожалению, дороги и обладают быстрыми сроками схватывания, что существенно затрудняет операции с бетонной смесью;
  появлению новых эффективных химических добавок ускорения твердения вяжущих, которые будут способствовать существенному снижению времени твердения бетона при обычных температурах до достижения требуемой прочности. В прошлом столетии не удалось получить хороших ускорителей твердения, поэтому разработки надежных и эффективных добавок этого вида следует интенсифицировать;
  термообработке бетона с использованием в основном электрической энергии. Тепловое воздействие на свежий бетон является наиболее мощным методом ускорения его твердения и большое будущее у методов электротермообработки, ибо электрическая энергия позволяет легко управлять процессом прогрева и автоматизировать его.
  Электротермообработка относится к наиболее экологически безопасным методам, и в этом отношении с ней не могут конкурировать паро-водо-газовые методы прогрева бетона.
  Поскольку основным методом теплового воздействия на бетон на заводах и стройках будет электротермообработка в различных модификациях, то совершенствованию этой группы методов будет уделено особое внимание. Будут разработаны новые, более экономичные и долговечные нагревательные устройства, новые материалы для электродов, паро- и термоизоляции. Особое внимание будет уделено автоматизации термообработки, что сократит расход электроэнергии.
  Применение методов ускорения твердения бетона будет осуществляться на заводах и стройках. При основном принципе – термообработке с помощью электрической энергии, модификации методов прогрева бетона на заводах и стройках частично будут совпадать, но будут и отличные модификации, наиболее целесообразные для конкретных специфических условий производства.
  Для конструкций массивных и средней массивности расширяется применение предварительного электроразогрева бетонных смесей. Усовершенствованные установки электроразогрева бетонной смеси типа “труба в трубе”, конструктивное решение которых выполнено в Санкт-Петербурге Л.М. Колчеданцевым и во Владимире А.С. Арбеньевым, позволяют свести к минимуму расход электроэнергии, сделать процесс электроразогрева более простым и удобным. Следует отметить, что в конструкциях, забетонированных предварительно разогретой бетонной смесью, формируется благоприятное термонапряженное состояние, что исключает появление в них трещин.
  В массивных конструкциях по-прежнему выгодно и с технической, и с экономической точек зрения выдерживать бетон методом термоса. Укладка предварительно разогретых бетонных смесей в такие конструкции существенно расширяет возможности метода термоса при минимальных затратах электроэнергии (40–60 кВт.ч/м3 бетона).
  Будут расширяться применение электрообогрева бетона в виде греющей опалубки с различными видами нагревателей при возведении монолитных и производстве сборных железобетонных изделий. Перспективными представляются нагреватели, разработанные А.А. Афанасьевым, обеспечивающие совершенно равномерное температурное поле на поверхности палубы. Будет применяться в качестве нагревателя греющий провод. В перспективе начнет применяться греющий провод с полимерной токопроводящей жилой конструкции В.П. Лысова, отличающейся гибкостью и удобством в работе.
  Для конструкций с большой неопалубленной поверхностью целесообразным станет применение греющих покрывал (матов). С установкой поверх них термоизоляции существенно повысится равномерность температурного поля в конструкции и снизятся теплопотери в окружающую среду, что уменьшит расход электроэнергии.
  На заводах электрообогрев выгодно применять в виде греющих стендов. При производстве трехслойных панелей греющий стенд будет применяться в комплектации с греющими покрывалами.
  Электродный прогрев будет использоваться и далее, но его применение сократится из-за сложностей при термообработке армированных конструкций. Помимо традиционных стержневых и ленточных электродов начнут применяться напыленные электроды из цинка, позволяющие в 20 раз сократить расход металла на электроды.
  На заводах широкое распространение получит прогрев изделий в электромагнитном поле (индукционный прогрев), в частности при термообработке железобетонных труб, мачт для энергосети и других конструктивных элементов с густым равномерно распределенным по сечению армированием.
  На стройках этот метод будет экономически и технически выгодным для прогрева стыков сборных железобетонных конструкций с большим количеством арматуры.
  В новом столетии, несомненно, начнут использоваться для прогрева бетона нетрадиционные альтернативные источники энергии. В конце ХХ века разработаны весьма эффективные методы прогрева бетона при производстве сборных изделий на полигонах с использованием солнечной энергии (гелиотехнологии). По гелиотехнологии уже изготовлены миллионы сборных изделий в южных районах страны (в Астраханской и Волгоградской областях, в Краснодарском и Ставропольском краях, а также в Калмыкии и на Кавказе), что позволило сэкономить большие объемы электроэнергии.
  Широкие возможности открываются перед бетонами, твердеющими на морозе, что для России крайне важно. Уже сейчас разрабатываются новые экологически чистые противоморозные добавки с температурой замерзания –45 °С. Их использование в осенний и весенний периоды может дать хороший эффект. В зимнее время, особенно при сильных морозах, они в небольших количествах окажутся полезными в комбинации с прогревом. Это позволит беспрепятственно укладывать бетонную смесь в густоармированные колонны, стены, пилоны, балки большой высоты и др. подобные конструкции без ее намерзания на арматуру и опалубку, после чего можно начинать прогрев бетона. Этот метод хорошо зарекомендовал себя на важных стройках Москвы.
  Вполне возможно, что появятся эффективные добавки, выделяющие большое количество тепла в щелочной среде бетона, что приведет к быстрому разогреву бетонной смеси перед укладкой в конструкцию.
  Экономное расходование электроэнергии прежде всего зависит от правильно выбранного метода термообработки бетона при производстве продукции, возможностей предприятий или стройки и от ряда других факторов. Универсальных методов нет, каждый метод имеет свои достоинства и оптимальные области применения.
  При использовании технически и экономически рационального метода термообработки бетона наибольший эффект может быть получен при автоматическом управлении процессом прогрева. Автоматизация термообработки бетона обеспечит не только экономное расходование электроэнергии, но и сделает процесс управления этим технологическим процессом проще, эффективнее и надежнее.
  В общем перед наукой следующего столетия стоит задача дать производственникам эффективные, экологически безопасные, малоэнергоемкие и экономичные методы интенсификации твердения бетона при обеспечении высокого качества и долговечности сборных и монолитных железобетонных конструкций.