Авторы статьи анализируют положение, сложившееся с контролем качества крупных заполнителей, используемых при создании бетонной смеси. Особо отмечается, что в условиях кризиса определяющим мотивом выбора заполнителя является его стоимость в ущерб минералогическому составу щебня, его прочности, морозостойкости.

УДК 693

С.Н. ЕФИМОВ, канд. техн. наук, С.Н. ЕМЕЛЬЯНОВ, канд. геолого-минералогических наук, МАДИ, В.В. ТАЛАЛАЙ, канд. техн. наук, МИП «МАДИ-ДТ», А.Ю. ТАРАСОВА, канд. техн. наук, ООО «Лаборатория ККМ» (Мостовая инспекция), В.В. ЧЕРНЫШОВ, ООО «ТоргБетон»

Ключевые слова: щебень, заполнитель, минералогический состав, прочность, морозостойкость, бетон, сжатие
Keywords: gravel, aggregate, mineral composition, durability, frost resistance, concrete, compression

Весомое когда-то слово «качество» в наше смутное время звучит все реже, все тише… В последние несколько лет в российском строительстве особенно остро стоит проблема качества материалов и, в частности, железобетонных конструкций. Принимаемая зачастую без учета мнения большинства специалистов, новая нормативно-техническая документация (например, ГОСТ 18105-2010; ГОСТ 10060-2012; различные рекомендации), пестря красивой математикой, отнюдь не улучшает ситуации.

Что касается цементных бетонов, то если качеству портландцементов при входном контроле еще уделяется определенное внимание, то ситуация с заполнителями, особенно крупными, просто пугающая.

Если 10-15 лет назад на большинстве строек и заводов товарных бетонных смесей существовал более-менее серьезный контроль поступающих заполнителей, то сейчас, особенно с нарастанием кризисных тенденций в экономике, основным критерием целесообразности применения того или иного заполнителя при производстве бетонной смеси является стоимость. Минералогическому составу щебня, его прочности, морозостойкости внимания практически не уделяется. При этом существуют редкие исключения. Обычно это объекты, контролируемые Мостовой инспекцией.

Примеров, подтверждающих сказанное выше, к сожалению, бесконечно много. Для иллюстрации остановимся на некоторых, на наш взгляд, весьма актуальных.

1. Несколько лет назад на одном из построенных в Забайкалье аэродромов после одной-двух зим имело место растрескивание значительной части поверхности верхнего слоя аэродромного покрытия. Керны, отобранные с участков, еще не подвергшихся деструкции, были доставлены в Москву и испытаны авторами на прочность и морозостойкость в соответствии с требованиями существующей нормативно-технической документации. В процессе выполнения работы отмечалось следующее: предел прочности при сжатии бетона до испытания на морозостойкость колебался от 50 до 70 МПа. При проведении циклов замораживания-оттаивания по третьему методу ГОСТ 10060 до 10 циклов все было нормально. Затем в интервале 12-15 циклов происходило резкое, «взрывное» разрушение кернов, при этом образцы рассыпались на куски. Из полученных фрагментов при их осмотре выкрашивались слоями зерна щебня. При этом сам цементный камень оставался плотным и прочным. Очевидно, что в данной ситуации причиной преждевременного разрушения явилось низкое качество крупного заполнителя. Скорее всего, в данном случае бетонные смеси приготовлялись с использованием гнейсогранита или его включений в гранитный щебень.

Метаморфизованный гранит (гнейсогранит), как известно [1], отличается от гранита слоистой текстурой и более высокой пористостью. При этом кварц и полевой шпат в граните представлены в виде равномерно распределенных мелких кристаллов. В гнейсограните эти минералы вследствие метаморфизма находятся в виде аморфных прослоек. Этими особенностями гнейсогранита объясняется пониженная морозостойкость бетонов, содержащих его в качестве щебня, а также анизотропия по прочности в различных направлениях. Кроме того, данная порода опасна в отношении щелочной коррозии ввиду наличия аморфных реакционно-способных минералов. Структура гнейсогранита хорошо видна на фотографии пробы щебня, представленной на рис. 1. Если для бетонов общестроительного назначения невысоких классов по прочности (до В25), эксплуатирующихся в сухих условиях (внутренние стены, междуэтажные перекрытия), применение такого щебня возможно; то оно совершенно недопустимо в транспортных сооружениях, а также в высокопрочных конструкциях, работающих в контакте с атмосферной влагой.

2. Отдельно следует остановиться на щелочной коррозии заполнителей в бетонах. Случаи коррозии этого типа отмечались при строительстве транспортных сооружений в Южном и Приволжском федеральных округах.

Известно, что данный тип коррозии развивается в бетонных и железобетонных конструкциях при наличии влаги в бетоне через несколько лет после его укладки. Для возникновения и развития щелочной коррозии необходимо наличие в цементе оксидов Nа2О и К2О в количестве более 0,5% массы цемента (в пересчете на Nа2О), а также наличие заполнителей, содержащих аморфные разновидности диоксида кремния, растворимого в щелочах (халцедон, опал, кремень, гнейс, песчаники с опаловым связующим и др.) в количестве более 50 ммоль/л. При этом бетон разрушается за счет протекания щелоче-силикатных реакций и накопления в порах гелей гидросиликатов натрия и калия [2, 3].

Данный вид коррозии является весьма опасным. Однако строители на многих объектах не информированы об этой опасности. И производители зачастую применяют для изготовления бетонных смесей на своих заводах такие заполнители. Примером может служить партия щебня, завезенная в прошлом году на один из подмосковных заводов (см. рис. 2). На ней даже без химанализа видно присутствие зерен гнейса, опаловидного кварца, кремния.

3. Следует также сказать о том, что в последние годы на ряде строительных объектов применяется крупный заполнитель, формально не опасный с точки зрения тех видов коррозии, о которых говорилось выше. Однако зачастую щебень, именуемый в паспортах как «известняковый» или «гранитный», в действительности представляет собой смесь весьма разнородных по своей минералогии пород и часто состоит преимущественно из слабых зерен.

Фотографии структуры бетонов с такими щебнями представлены на рис. 3 и 4.

Из рис. 3 и 4 видно, что при испытании бетонов разрушение в первую очередь происходило по слабым зернам заполнителей (песчаник с железистым цементом, известняк, окремнелый известняк). При этом полученные прочности бетонов при сжатии часто недотягивали до проектного класса В25. Получение при использовании подобных заполнителей высокопрочных бетонов классов В35 и более проблематично.

Таким образом, для обеспечения надлежащего качества производимых в нашей стране бетонных и железобетонных конструкций необходимо вернуться к системе входного контроля составляющих бетонных смесей: портландцементов, заполнителей, химических добавок. Нужно, чтобы эта система заработала на каждом бетонном заводе. При необходимости должны привлекаться соответствующие специалисты. По нашему мнению, данная статья расходов должна быть обязательно введена в себестоимость производства бетонных смесей. В противном случае погоня за удешевлением бетона «любой ценой» неизбежно будет сопровождаться дальнейшим снижением его качества.

Библиографический список

1. Теоретические основы инженерной геологии. Геологические основы. Под редакцией академика Сергеева Е.М. – М.: Недра, 1985, – 332 с.

2. Рояк Г.С. Внутренняя коррозия бетона / Тр. ЦНИИС. – М., 2002, вып. № 210.

3. Рояк Г.С., Грановская И.В. Продукты реакции при развитии щелочной коррозии бетона и меры ее предотвращения // ALITinform, № 1 (33), 2014.