Прочностные и деформационные характеристики высокопрочных самоуплотняющихся легких бетонов на искусственных и природных пористых заполнителях

Введение. Представлены результаты исследований высокопрочных самоуплотняющихся легких бетонов на портландцементном вяжущем с органоминеральным модификатором типа МБ и тремя различными видами легких заполнителей (песка и гравия/щебня), которые могут быть использованы для расчета и проектирования облегченных железобетонных конструкций зданий и сооружений, а также для внесения изменений и расширения границы параметрического ряда легких бетонов с В40 до В70 в СП 63.13330.2018.

Цель. Оценка влияния технологических факторов на прочностные и деформационные характеристики высокопрочных самоуплотняющихся легких бетонов классов В40–В70 марок по средней плотности D1600–D2000 из самоуплотняющихся смесей.

Материалы и методы. Для приготовления высокопрочных самоуплотняющихся легких бетонов использовали материалы: портландцемент ЦЕМ I 42,5; органоминеральный модификатор МБ10-50С; микронаполнитель – молотый известняк; природный кварцевый песок; легкие пористые заполнители – искусственный керамзитовый песок и гравий и природный туфовый песок и ще-бень двух месторождений. Испытания бетонных смесей и бетонов выполнены с использованием стандартизированных и специальных методик.

Результаты. Определены прочностные (кубиковая и призменная прочность на сжатие) и деформационные (начальный модуль упругости, коэффициент Пуассона и предельные относительные деформации сжатия) характеристики и построены диаграммы напряженного состояния (σ – ɛ) шести высокопрочных самоуплотняющихся легких бетонов классов по прочности на сжатие от В41 до В73 с маркой по средней плотности от D1600 до D2000. Выполнена оценка влияния расхода цемента, вида легких пористых заполнителей (песка и гравия/щебня) и замены легкого керамзитового песка на природный песок из плотных горных пород на физико-технические характеристики легкого бетона.

Выводы. Использование различных видов легких пористых заполнителей искусственного (керамзитового песка и гравия) и природного (туфового песка и щебня) происхождения, а также мелкого заполнителя из плотных горных пород (природного кварцевого песка), совместно с портландцементным вяжущим с добавкой органоминерального модификатора типа МБ, позволяет получать высокопрочные самоуплотняющиеся легкие бетоны классов В40–В70 марок по средней плотности D1600–D2000 c прочностными и деформационными характеристиками, значительно превосходящими максимальные нормативные значения для легкого бетона класса В40 марки по средней плотности D2000 по СП 63.13330.2018.

1. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Кардумян Г.С. Новые модифицированные бетоны. Москва: Парадиз, 2010. 258 с.

2. Каприелов С.С., Травуш В.И., Карпенко Н.И., Шейнфельд А.В., Кардумян Г.С., Киселева Ю.А., Пригоженко О.В. Модифицированные высокопрочные бетоны классов В80 и В90 в монолитных конструкциях. ЧАСТЬ II // <i>Строительные материалы</i>. 2008. № 3. С. 9–13.

3. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Аль-Омаис Д., Зайцев А.С., Амиров Р.А. Технология возведения конструкций каркасов высотных зданий из высокопрочных бетонов классов В60–В100 // <i>Вестник НИЦ «Строительство»</i>. 2022. № 2 (33). С. 106–121. DOI: https://doi.org/10.37538/2224-9494-2022-2(33)-106-121.

4. Шейнфельд А.В. Органоминеральные модификаторы как фактор, повышающий долговечность железобетонных конструкций // <i>Бетон и железобетон</i>. 2014. № 3. С. 16–21.

5. ГОСТ 25192-2012. Бетоны. Классификация и общие технические требования. Москва: Стандартинформ, 2013.

6. Бондарь В.В. Конструкционный керамзитобетон в строительстве. Опыт и перспективы применения // <i>Вестник Полоцкого Государственного университета. Серия F. Строительство. Прикладные науки</i>. 2018. № 8. С. 112–119.

7. Кондращенко В.И., Ярмаковский В.Н., Гузенко С.В. О применении конструкционных легких бетонов в мостостроении // <i>Транспортное строительство</i>. 2007. № 9. С. 10–13.

8. Lightweight aggregate concrete: СЕВ/FIP manual of design and technology. The Construction Press, Lancaster, London, New York, 1977, 169 р.

9. Johannesen H., Petersen S.A. Ultimate Compressive Strain and Ductility of LWAC Beams. Master thesis submitted to the faculty of Engineering science and technology of the Norwegian University of Science and Technology. Trondheim, 2017, 155 p.

10. Пригоженко О.В., Ярмаковский В.Н., Андрианов Л.А. Высокопрочный керамзитобетон из высокоподвижных смесей // <i>Научные труды II Всероссийской (Международной) конференции по бетону и железобетону</i>. Москва, 2005. Т. 4. С. 128–134.

11. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Селютин Н.М. Самоуплотняющийся высокопрочный керамзитобетон классов В50–В65 – новое поколение легких бетонов для конструкций высотных зданий // <i>Строительные материалы</i>. 2023. № 4. С. 42–50. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-812-4-42-50.

12. Карпенко Н.И., Ярмаковский В.Н. Конструкционные легкие бетоны для нефтедобывающих платформ в северных приливных морях и морях Дальнего Востока // <i>Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета</i>. 2015. № 2 (23). С. 85–99.

13. Иноземцев А.С., Королев Е.В. Высокопрочные легкие бетоны. Санкт-Петербург: СПбГАСУ, 2022. 192 с.

14. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Кардумян Г.С., Киселева Ю.А., Пригоженко О.В. Новые бетоны и технологии в конструкциях высотных зданий // <i>Высотные здания</i>. 2007. № 5. C. 94–101.

15. СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Москва: Стандартинформ, 2019.

16. Федеральное агентство по недропользованию: сайт. г. Москва, 2025. URL: https://rosnedra.gov.ru/data/Fast/Files/202011/2ab5b06099ebcf65b278 d740084ee8ac.pdf. (дата обращения 05.03.2025). Текст: электронный / Справка о состоянии и перспективах использования минерально-сырьевой базы Кабардино-Балкарской Республики на 15.06.2020 г. Подготовлена ФГБУ «ВСЕГЕИ» в рамках выполнения Государственного задания Федерального агентства по недропользованию от 26.12.2019 г. № 049-00017-20-04. 2020. 10 с.

17. Отчет по переоценке качества сырья и перерасчету запасов Святогорского месторождения туфов по состоянию на 1.07.90 г. / Всесоюзное научно-техническое геологическое общество. Хабаровское территориальное правление. ВТК № 17. 1990. 114 с.

18. ГОСТ Р 55224-2020. Цементы для транспортного строительства. Технические условия. Москва: Стандартинформ, 2021.

19. Kaprielov S., Sheinfeld A. Influence of Silica Fume / Fly Ash / Superplasticizer Combinations in Powderlike Complex Modifiers on Cement Paste Porosity and Concrete Properties. <i>Sixth CANMET/ACI International Conference on Super-plasticizers and other Chemical Admixtures in Concrete</i>. 2000, vol. 195, pp. 383–400.

20. ГОСТ Р 56178-2014. Модификаторы органо-минеральные типа МБ для бетонов, строительных растворов и сухих смесей. Технические условия. Москва: Стандартинформ, 2015.

21. ГОСТ Р 52129-2003. Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей. Технические условия. Москва: Стандартинформ, 2003.

22. ГОСТ Р 56592-2015. Добавки минеральные для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия. Москва: Стандартинформ, 2015.

23. ГОСТ 8736-2014. Песок для строительных работ. Технические условия. Москва: Стандартинформ, 2019.

24. ГОСТ 32496-2013. Заполнители пористые для легких бетонов. Технические условия. Москва: Стандартинформ, 2014.

25. ГОСТ 22263-76. Щебень и песок из пористых горных пород. Технические условия. Москва: Стандартинформ, 1978.

26. ГОСТ 23732-2011. Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия. Москва: Стандартинформ, 2012.

27. ГОСТ Р 59715-2022. Смеси бетонные самоуплотняющиеся. Методы испытаний. Москва: Российский институт стандартизации, 2022.

28. ГОСТ Р 59714-2021. Смеси бетонные самоуплотняющиеся. Технические условия. Москва: Российский институт стандартизации, 2021.

29. ГОСТ 10180-2012. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам. Москва: Стандартинформ, 2013.

30. ГОСТ 24452-2023. Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона. Москва: Стандартинформ, 2024.

31. Безгодов И.М., Левченко П.Ю. К вопросу о методике получения полных диаграмм деформирования бетона // <i>Технологии бетонов</i>. 2013. № 10 (87). С. 34–36.

32. Безгодов И.М. Методические особенности исследования полных диаграмм деформирования и релаксации напряжений в бетоне // <i>Технологии бетонов</i>. 2020. № 11–12 (172–173). С. 39–44.

33. Resonant Frequency Testing. Technical Reference Manual / CNS Farnell Limited Elstree Business Center, Elstree Way, Borehamwood, Hertfordshire, WD6 1RX, August 2005, 24 p.

34. ГОСТ 18105-2018. Бетоны. Правила контроля и оценки прочности. Москва: Стандартинформ, 2019.

35. ГОСТ 31914-2012. Бетоны высокопрочные тяжелые и мелкозернистые для монолитных конструкций. Правила контроля и оценки качества. Москва: Стандартинформ, 2014.

36. ГОСТ 25820-2021. Бетоны легкие. Технические условия. Москва: Российский институт стандартизации, 2022.

37. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Карпенко Н.И., Селютин Н.М., Моисеенко Г.А., Безгодов И.М. Влияние вида заполнителя на физико-технические характеристики высокопрочных самоуплотняющихся цементных систем //<i> Бетон и железобетон</i>. 2025. № 2 (627). С. 27–42. DOI: https://doi.org/10.37538/0005-9889-2025-2(627)-27-42. EDN: TSNYUO.