В последние годы наблюдается тенденция уменьшения долговечности железобетонных изделий. Если, например, старые дорожные плиты лежат по 50 и более лет и не портятся, то новые зачастую разрушаются в труху уже через несколько сезонов эксплуатации. Вот для примера фото аэродрома Нойтиф в Балтийске, построенным немцами до Великой отечественной войны.
Современные стандарты на дорожные бетоны содержат повышенные требования по морозостойкости, водонепроницаемости, воздухововлечению, чего раньше не было. Что же такого произошло, что современные бетоны стали такими недолговечными? Конечно, это сочетание ряда факторов – и изменение условий эксплуатации (от увеличения машинопотока, до использования современной более мощной противогололедной химии), и использовании в производстве бетонных смесей большого количества минеральных и химических добавок с малоизученными последствиями.
Однако, по мнению специалистов, большое влияние на долговечность бетонов оказывает и такой, на первый взгляд малозначимый параметр, как тонкость помола цемента. Как известно, в процессе производства цемента, клинкер перемалывают в специальных шаровых мельницах до порошкообразного состояния.
Так вот раньше средний размер каждой песчинки составлял около 50-60 мкм, а сейчас 10-20 мкм, т.е. цемент стал гораздо более «тонким», что приводит к определенным последствиям. С одной стороны, повысилась активность цементов – конструкции набирают прочность гораздо быстрее. Это диктуется, прежде всего, спросом со стороны строителей – им надо показать прочность как можно раньше. Однако, с другой стороны, цемент отдает всю свою активность практически сразу, не имея запаса дли гидратации в более поздние сроки – в ходе эксплуатации.
Если посмотреть на сроки гидратации цементов различного помола, то получится, что клинкер, размером 0-2 мкм гидратирует практически сразу, мгновенно, размером 2-5 мкм – в течение первых минут, 5-10 мкм – в первые часы, 20-40 мкм – в первые недели, 40-80 – месяцы, годы и тд. Считается, что частицы цемента размером свыше 80 мкм не гидратируют вообще.
Так вот получается что современные «тонкие» цементы отдают всю свою активность сразу, и позволяют достичь высоких прочностей в ранние сроки, зато более «грубые» цементы гидратировали в более поздние сроки, что придавало бетону свойство «самозаживления» в процессе эксплуатации. А если мы вспомним, что в процессе алюминатной фазы гидратации образуются расширительные напряжения в бетоне, то поздняя гидратация части цемента оказывает огромное влияние на долговечность бетонов.
Существует такое выражение «клинкерный фонд», то есть та часть цемента, которая пока не вступила в реакцию – она прогидратирует позднее и нивелирует деструктивные процессы в процессе эксплуатации. Так вот у современных тонких цементов клинкерный фонд стремится к нулю. Если посмотреть на паспорта качества на цементы, то на сите 0045 (45 мкм) остаток будет не более 5-7%, как правило.
Но как же так получилось, что так сильно возрасла удельная поверхность цемента? Может стоит вернуться к прежней практике? Так вот с одной стороны, необходимость тонкого помола диктуется самим потребителем – сроки сдачи объекта превратились в значительный фактор современного строительства. А с другой стороны, на заводах по производству цемента появились новые современные сепараторы, позволяющие в больших объемах разделять фракции и отправлять на домалывание более крупные частицы в автоматическом режиме – без простоя производства. Тенденции таковы, что тонкость помола будет уменьшаться пока содержание фракции 30-40 мкм и больше не окажется равным нулю – далее прогресс портландцемента остановится.
Остается вопрос, а что же делать потребителю, чтобы получать долговечные железобетонные конструкции и изделия? У меня нет ответа на этот вопрос. Наука пока только начинает разбираться с этими негативными тенденциями. Большое значение придается контролю воздухововлечения, как решающему фактору повышения морозостойкости. СП 28.13330 накладывает ограничения как на содержание С3А в цементе, чтобы уменьшить микроразрушения при алюминатной фазе, так и обязывает использовать не менее определенного количества цемента при проектировании состава бетонной смеси. Также возрастает роль вторичной защиты ЖБИ – покрытий, пропиток и тп.