18-21 июня в Киеве в НИИ строительных конструкций (НИИСК) прошла Всеукраинская научно-техническая конференция «Современные проблемы бетона и его технологий». Организаторами конференции выступили Госстрой Украины, Академия строительства Украины, Творческий научно-технический союз строителей Украины, корпорации «Укрстрой», «Укрстройматериалы», «Познякижилстрой», ХК «Киевгорстрой», НИИСК, КНУСА, научно-производственная фирма «Композит» (г.Черновцы»), завод железобетонных конструкций им. С.Ковальской (г.Киев). В работе конференции приняли участие более 350 специалистов из разных регионов Украины. К конференции выпущен сборник научных работ.

На конференции рассматривались следующие проблемы:
- структурообразование и свойства бетона;
- модифицированные бетоны;
- эффективные теплоизоляционные бетоны;
- специальные бетоны;
- ремонт и восстановление свойств бетона;
- информационные технологии и компьютерное материаловедение.
В рамках конференции прошел практический семинар «Применение арматурного проката по ДСТУ 3760-98 при проектировании и изготовлении железобетонных конструкций», в организации которого приняли участие Технический комитет по стандартизации «Арматура для железобетонных конструкций», НИИСК, НИИАСС, комбинат «Криворожсталь», корпорация «Укрстрой», ХК «Киевгорстрой».

Мировые тенденции технологии бетона
Доклад ХГУСА и Университета Варминско-Мазурский (Польша)
Международная систематика и терминология включают более 100 типов бетона на портландцементе и около 25 разновидностей бесцементных бетонов. В эту систему закладываются технологические признаки, составы, свойства, способы транспорта и укладки бетонных смесей, формования и твердения изделий и конструкций. В настоящее время принятая терминология дополнилась определениями, отражающими прогресс в науке о бетоне.
Концепция высокофункционального бетона (БВФ/НРС) была обоснована в конце 1980-х годов в Великобритании и является развитием уже хорошо известных высокопрочных бетонов. Эта концепция направлена на снижение стоимости бетонов для ответственных конструкций, например, мостовых - до 10%, с повышением эксплуатационного срока в 2-3 раза. Эти требования не всегда могут быть достигнуты при использовании традиционных компонентов, методов их смешения, формования и ухода.
Технология получения самоуплотняющегося бетона (БСУ/SCC) была предложена в Японии в конце 1980-х годов. Она основана на использовании литых бетонных смесей, способных без вибрации заполнять самые сложные конфигурации конструкций в форме или опалубке, высокой однородности без вовлеченного воздуха и водоотделения, с тщательными контактами с арматурой, отсутствием предрасположенности к образованию микротрещин и снижением важности последующего ухода за твердеющим бетоном.
В середине 1990-х годов во Франции была сформулирована концепция реакционнопорошковых (БРП/RPC) бетонов, основанных на принципах повышения однородности композиций за счет устранения крупного заполнителя и сокращения содержания песка и увеличения плотности матрицы за счет подбора гранулометрии зерен дисперсных компонентов, включая металлические, в сочетании с прессованием. Усадка не допускается, так как растет связность массы за счет микроармирования специальными волокнами при очень низком В/Ц.
Цемент перестает, в определенной мере, играть основополагающую роль, сложившуюся на протяжении столетий. Меняется стратегия производства клинкерных и смешанных цементов со специальными свойствами. Производство и применение цементов все больше формирует единую цепочку «цемент - химические добавки -товарный бетон и специальные смеси». По такой схеме формируется сегодня структура крупнейших мировых производителей цемента и бетона.
Традиционные и новые химические добавки, вводимые на стадиях получения цемента и приготовления бетонных смесей, стимулируют прогресс в технологии бетона. Это обосновывается не достижимыми ранее технологическими эффектами -разжижением, снижением до 40-45% водосодержания бетонных смесей при высокой однородности и стабильности, сохранности этих показателей длительное время. Проблема совместимости современных добавок с цементами является первоочередной.
Информационные технологии исследований и производства бетона основаны на широких возможностях компьютерной техники. Данные о тепловыделении, формировании температурных полей и напряжений, включая моделирование и прогноз, применительно к изделиям и конструкциям различной конфигурации и массивности составляют основу современных подходов к наблюдению и контролю твердения бетонов непосредственно на объектах или дистанционно.

Состояние бетоноведения в Украине
Доклад НИИСК
В Украине решение проблемы получения высококачественных бетонов с заданной долговечностью зависит от многих факторов: синтеза и применения высокоэффективных добавок отечественного производства; создания современных бетоносмесительных узлов; применения информационных технологий; расширения гаммы бетонов и смесей, в том числе сухих, специального назначения; создания нормативной базы и систем качества; разработки композиций и конструктивных решений по ремонту и санации существующих бетонных конструкций и т.д.
Самоуплотняющиеся бетоны. Сегодня современные пластификаторы (разрыхлители акрилатной и поликарбоксилатной природы) позволяют снизить потребление воды бетонной смесью на 45-50%. Их наличие позволило бы производить новый вид бетона - самоуплотняющегося. Но в Украине не разработаны рекомендации по определению их рецептур, не изучены в полном объеме свойства этих бетонов, в первую очередь деформационные. Об актуальности этой проблемы свидетельствует появление многочисленных трещин на объектах, построенных в Чернобыле.
Высокопрочные бетоны. В Украине ведутся исследования по созданию конкурентоспособных добавок отечественного производства и уже есть первые позитивные результаты. Основными добавками отечественного производства являются: дофен, система добавок Релаксол, разновидность добавок ГІЛКП и УПБ, амкироз, формиат натрия технический.
В Украину импортируется значительное количество добавок, но свойства бетонов, производимых с этими добавками из местных компонентов, не изучены специализированными институтами в достаточной мере. Кроме того, импортные добавки часто смешивают с отечественными, что ведет к непредсказуемым последствиям. Поэтому необходимо ввести обязательную сертификацию всех иностранных добавок. Существует также большая потребность в разработке новых нормативных документов, касающихся добавок к бетону (старые разработаны 30-15 лет назад).
Специальные бетоны. Номенклатура специальных бетонов в Украине постоянно расширяется. За последние 10 лет отечественными учеными разработаны новые виды бетонов и технологии для защиты от действия ионизирующего излучения, связывания радиоактивных отходов в водонераствори-мые композиции. Они нашли применение на объектах атомной энергетики.
Большую роль в придании специальных свойств играет дисперсное армирование, для которого может быть использовано базальтовое, стеклянное, стальное, чугунное, углегшастиковое волокна. Масштабные работы по созданию фибробетона с базальтовым волокном проведены в НИИСК, со стеклянным - в Национальном техническом университете Украины (КПИ). Такие добавки позволяют значительно увеличить прочность на растяжение, трещиностройкость, стойкость к удару и др. Эти виды бетонов нашли особое применение при усилении строительных конструкций. Предложены технологии ремонта строительных конструкций методом торкретирования из бетонных смесей с содержанием стальной фибры.
Получение современных высокопрочных бетонов возможно только на автоматизированных бетоносмесительных узлах. Такие узлы оборудуются современными информационными технологиями, которые обеспечивают автоматическую корректировку рецептур, подсчет использования сырья и др. Компьютерная сеть учитывает работу складов, дозаторного отделения и т.д. - управляет всем технологическим процессом. Информационные технологии разработаны украинскими учеными в ХГУСА, КНУСА и др. Современными узлами уже оборудованы завод им. С.Ковальской, фирма «Основа-Солсиф», строительство в Чернобыле. В настоящее время в Киеве строится несколько современных заводов.
Сегодня соотношение сборного и монолитного бетона изменяется в пользу последнего. Для производства монолитного бетона требуются высокоподвижные бетонные смеси с временем использования уже не 30-40 мин., а 3-4 часа, обеспечивающие высокую прочность.
К сожалению, в проектах массового жилищного строительства заложены бетоны низких марок. Это существенно повышает материалоемкость строительства. Анализ объектов ХК «Киевгорстрой», выполненный немецкими специалистами, показал, что применение высокопрочных бетонов, эффективных теплоизоляционных материалов и новых конструктивных решений позволило бы снизить материалоемкость на 25-30%.
В Украине широко распространяется производство сухих смесей. Коллективом украинских ученых совместно с Ассоциацией производителей сухих строительных смесей разработаны и утверждены Госстроем Украины ДБН В.2.6-22-2001 «Конструкції будинків і споруд. Влаштування покритів із застосуванням сухих будівельних сумішей». Это первый в Украине государственный нормативный документ по применению сухих смесей. В настоящее время разрабатывается технические условия для производства сухих строительных смесей.

Сборный железобетон
Доклад НПФ «Композит»
Проблема научно-технического прогресса в производстве сборного железобетона является основой реанимирования отрасли. Увлечение без должного технико-экономического обоснования монолитным строительством может нанести не меньший ущерб, чем массовое применение сборного железобетона.
Преимущества монолитного строительства ярко проявляются при возведении массивных конструкций, дорог в сейсмических районах. Но и при этом может быть успешно использована существующая база бетоносмесительных и арматурных цехов заводов сборного железобетона.
Анализ энергоемкости производства сборного и монолитного железобетона свидетельствует о том, что монолитный железобетон имеет преимущество перед сборным только при производстве работ в летних условиях. В осенне-зимний период твердение монолитного бетона требует не меньших энергозатрат, чем заводское производство сборных конструкций. Кроме того, во многих случаях при монолитном строительстве в зимних условиях необходимы дорогостоящие противоморозные добавки, вызывающие высолы на поверхности и внутреннюю коррозию бетона.
Одним из направлений снижения энергоемкости сборного железобетона является уменьшение овеществленных затрат, большую часть которых составляет цемент. Направление, связанное с использованием особо быстротвердеющих чисто клинкерных и высокопрочных цементов в условиях, когда оборачиваемость форм на заводах составляет не более двух раз в неделю, а использование мощностей предприятий не превышает 30%, является ошибочным. На основании проведенных НПФ «Композит» исследований выработаны рекомендации по наиболее экономичной структуре производства и потребления цементов в Украине.
Специалисты также считают, что целесообразно вводить пластификаторы, в частности УПБС, в вяжущее, так как при этом одновременно решаются проблемы снижения энергоемкости и интенсификации помола цемента и его пластификации. Это также позволяет избавить мелкие и средние предприятия от необходимости использования установок для приготовления добавок и их дозирования. Рациональной областью применения суперпластификаторов остаются только высокомарочные бетоны из очень подвижных и литых смесей. Для обычных бетонов предпочтительнее дешевые добавки-пластификаторы. При этом максимальный экономический эффект достигается экономией цемента, достигающей 8-12%.
НПФ «Композит» проведен анализ энергосберегающих методов твердения бетонов, результаты которого позволяют утверждать, что, несмотря на существующие серьезные проблемы, развитие отрасли сборного железобетона на основе достижений научно-технического прогресса является перспективным.

Новые конструкции из бетона
Специалистами университета «Львівська політехніка» разработано множество вариантов конструкций из монолитного железобетона для расширения, ремонта и усиления железобетонных автодорожных мостов. Основная идея состоит в устройстве накладной плиты с выступающими консолями без возведения дополнительных опор. Применение такой конструкции позволяет комплексно решить задачи реконструкции моста: обеспечить необходимую ширину проезжей части и тротуаров, заменить элементы мхтового полотна, тротуаров, ограждений, водоотвода, а также придать сооружению современный архитектурный вид. Если накладную плиту объединить со старым пролетным сооружением, его можно усилить до необходимой несущей способности и жесткости. Одновременно улучшается пространственная работа конструкций, что особенно важно для сборных пролетных сооружений с нарушенными поперечными связями. Возможность использования накладной плиты практически для всех типов существующих мостов, исключение деформационных швов, улучшение комфортности движения и небольшие затраты способствуют тому, что этот метод реконструкции мостов начинает применяться в Украине.
В частности, накладная плита использована при реконструкции моста, построенного в 1920-30 гг. Длина однопролетного моста из монолитного железобетона 8,8 м, ширина -5,5 м, тротуаров не было. Мост имел недостаточное подмостовое пространство для пропуска паводковых вод, которые во время таяния снега или осенних дождей часто переливались через мост, мешая движению транспорта. Реконструкцией предусматривалось расширение проезжей части моста до 9 м с двухсторонними тротуарами шириной 1,5 м, а также увеличение подмостового пространства за счет достройки дополнительного пролета длиной 7,8 м. Существующий мост расширен за счет устройства консолей длиной 4 м без расширения опор. Накладная плита объединена с плитой существующего сооружения армированными шпоночными соединениями, расположенными вдоль и попрек пролета между ребрами балок. Достроенный пролет моста сборно-монолитной конструкции: три массивных балки объединены сверху монолитной железобетонной плитой с консолями длиной 3,55 м.
Специалистами университета разработаны также бетонные пустотелые блоки стен подвалов. Обычно такие блоки являются массивными конструкциями, несущая способность которых используется на 10-30%. Многие годы делались попытки их усовершенствовать за счет устройства пустот, но при этом изготовление конструкций было крайне нетехнологичным, что не позволяло наладить производство. В отличие от предыдущих решений, предлагается устраивать пустоты не снизу блока, а сверху, что достигается использованием специальных вкладышей в формы.
Экспериментальные образцы блоков были изготовлены двух типов: с двумя и тремя пустотами. Габаритные размеры брались 2,4x0,4x0,6 м - наиболее распространенные. Испытания показали, что пустотелые блоки имеют высокую несущую способность и могут выдерживать нагрузки эквивалентные нагрузкам от 4-5-этажных жилых зданий. Без ограничений такие блоки можно использовать для строительства индивидуальных домов и различных невысоких сооружений. На ОАО «Львовский завод строительных изделий» налажено производство блоков марки ФБП-2 и ФБП-3 для малоэтажного строительства. Их преимущества:
- экономия бетона (соответственно 28,7% и 43%);
- уменьшение собственного веса и, соответственно, давления на грунт;
- использование существующих металлоформ с незначительным их дооснащением и несложная технология изготовления.

Специальные бетоны и композиционные материалы
Решение проблем, связанных с ликвидацией последствий Чернобыльской аварии предъявляют новые требования к бетонам: способности связывать радионуклиды, коррозионной стойкости, эффективной защите от действия ионизирующего излучения, повышенной (до 300 лет) долговечности.
Специалистами НИИСК разработаны такие безусадочные бетоны со средней плотностью до 5000 кг/м³ и маркой на сжатие 500-600. Они имеют заполнители из чугунной фибры. Результаты промышленной эксплуатации строительных конструкций в течение 3 лет подтвердили эффективность разработанного бетона. Были проведены также исследования радиационной стойкости бетонов под действием больших доз гамма-излучений, которые показали, что эти дозы практически не влияют на прочность материала.
Ученые установили, что для создания армирующего эффекта целесообразно применение волокнистых веществ. Для армирования композиций на макроуровне, особенно при проведении ремонтных работ, часто применяют стальную или чугунную фибру. Наиболее целесообразна последняя, так как она не подвержена коррозии. Для армирования мезоструктуры применяют добавки на основе асбеста, вискозы, полипропилена, целлюлозы, которые позволяют получить не только армирующий эффект, но и создать более благоприятные условия для гидратации цемента за счет сохранения, адсорбции ими влаги в тонких ремонтных слоях материала.
Для проведения разнообразных ремонтных работ в институте разработаны поли-мерсиликатные составы на основе полиизо-цианатов, которые можно применять на влажном основании. Такие композиции кор-розионно стойкие, имеют прочность при сжатии 80-110 МПа, адгезию к бетону больше, чем его прочность на растяжение. Испытания в агрессивных средах показывают, что эти материалы продолжают даже в них набирать прочность. Разработанные составы можно использовать для ремонтных работ, защиты железобетонных и металлических конструкций от коррозии, а также в виде клеев для склеивания различных железобетонных конструкций. Композиции прошли экспериментальную проверку при ремонте железобетонных конструкций электроустановок (опоры ЛЭП и др.) в системе Укрэнер-го и в настоящее время проводятся работы по более широкому их внедрению.
Специалистами Национального технического университета Украины «КПИ» разработаны ударопрочные бетоны на основе неорганических вяжущих и минеральных волокон. Традиционно изделия из железобетона не предназначены для восприятия ударных и динамических нагрузок. В данном случае ставилась задача обеспечить необходимую противо-ударную прочность транспортно-защитным контейнерам для радиоактивных отходов.
В качестве армирующего компонента использовали стеклянные волокна алюмоборо-силикатного и щелочестойкого составов, отличающихся высоким начальным уровнем прочности при растяжении, и утолщенные минеральные волокна, начальный уровень которых соответствует уровню прочности массивного стекла. В результате проведенных испытаний для производства контейнеров рекомендуются композиции на основе цементно-песчаного раствора, армированные щелочностойким стекловолокном в количестве 3% и минеральным волокном в количестве 1-3%. При этом достигается уровень прочности при ударной нагрузке выше необходимого расчетного значения, составляющий более 1100 МПа.

Проблемы применения арматурного проката
Госстроем Украины и Техническим комитетом по стандартизации «Арматура для железобетонных конструкций» выпущены «Рекомендации по применению арматурного проката по ДСТУ 3760-98 при проектировании и изготовлении железобетонных конструкций без предварительного напряжения арматуры». Руководитель темы - доктор технических наук Ю.А.ЮІИМОВ (НИИСК). В разработке рекомендаций приняли участие специалисты Госстроя Украины и НИИСК при участии КГГМК «Криворожсталь», ХК «Киев-горстрой», ХГУСА, Национального университета «Львівська Політехніка», Института электросварки им. Е.О.Патона.
Рекомендации являются очень актуальными. Украинскую продукцию необходимо адаптировать к международным стандартам, так как украинские строители хотят строить за рубежом, да и многие иностранные фирмы уже трудятся в Украине. Период адаптации начался, но нормативная база еще не готова полностью. В этом году планируется выпустить рекомендации для конструкций с предварительным напряжением арматуры. Пока действуют и старая, и новая системы.
В основу ДСТУ 3760-98 положены требования к арматурному прокату, установленные в зарубежных нормативных документах. Рекомендации разработаны на основе положений действующих отечественных и зарубежных нормативных документов и результатов проведенных научно-исследовательских работ. В них приведена идентификация арматурного проката классов А240, АЗОО, А400 при расчетах по СНиП 2.03.01-84*, дополнительные указания по расчету и применению арматурного проката А500С, выполнению сварных соединений и требования по анкеровке арматуры серповидного профиля, принятые на основании положений норм проектирования зарубежных стран и европейских норм (Eurocode 2).