МНОГОКОМПОНЕНТНЫЕ ДЕКОРАТИВНЫЕ БЕТОНЫ

Аннотация. В данной статье рассмотрены процессы образования структуры в декоративных бетонах с повышенными эксплуатационными характеристиками. Показано, при достижении непрерывного зернового состава заполнителя из данной горной породы, использования добавок микрокремнезема, суперпластификатора и пигмента, значительно повышается художественная выразительность бетона и его долговечность. Доказано, что при изготовлении декоративных бетонных смесей в измененном турбулентном смесителе уменьшается количество микродефектов, активизируется поверхность заполнителя, способствуя улучшению контактной зоны и структуры материала.

«Современная архитектура зданий и сооружений выдвигает высокие эксплуатационные требования к отделочным материалам. Наибольшее распространение получили облицовочные материалы из горных пород, имеющие высокую архитектурную выразительность и имеющих достаточно большую механическую прочность, долговечность и морозостойкость. Из-за высокой стоимости горных пород в сложившейся экономической ситуации их использование ограничивается» [1, с.82-86].

Во многих странах мира, и безусловно в России, проводятся регулярные эксперименты (опыты) по выявлению облицовочных и отделочных материалов с высокими эксплуатационными показателями. Для увеличения художественной выразительности декоративных бетонов, применяют нестандартные способы, которые позволяют обнажить заполнитель и выявить структуру бетона. В рассматриваемом случае декоративный бетон может моделировать различные породы отделочных камней или иметь оригинальную декоративную фактуру.

Несмотря на это их главным недостатком является достаточно низкая долговечность. Это обусловлено наличием в них обширной сети пор, капилляров, микротрещин и других дефектов структуры, которые формируются как на стадии изготовления, так и в процессе использования.

Ликвидация данных недостатков связано с повышением плотности и прочности бетонов. «Кроме того, принимая во внимание большой спрос на декоративные отделочные материалы, процесс их производства должен быть простым и экономически выгодным. Концептом такой технологии является вибрационная, традиционно применяемая для производства бетонных изделий с набором стандартного оборудования» [2, c.15].

Декоративная выразительность бетонов находится в прямой пропорциональности от цвета, гранулометрического состава заполнителя и распределения его зерен. Причем добавление в состав заполнителей кварцевого песка крайне недопустимо, так как он искажает цвет исходной горной породы и выкрашивается при механической обработке.

Для декоративных бетонов, имитирующих горные породы, важно соблюдение непрерывной гранулометрии заполнителя. При этом крупные и мелкие фракции должны быть из одной горной породы. Такие характеристики к зерновому составу заполнителя могут быть достигнуты путем дробления имеющейся горной породы с дальнейшим рассевом на фракции и их смешивания в указанных долях, что является дополнительным технологическим этапом. «Помимо этого, получение песка путем дробления твердых горных пород не эффективно, потому что при этом образуется большое количество пылевидных частиц, которые координально увеличивают водопотребность бетонной смеси и отходов в виде отсева» [3, c.61-66].

«Результативным способом увеличения прочности и стойкости бетонов является добавление в состав бетона кремнеземосодержащих добавок, которые повышают плотность цементного камня и улучшают контактную зону (что является важнейшим фактором), между цементным камнем и заполнителем» [4, c.21-23].

На сцепление цементного камня с заполнителем оказывает наибольшее влияние качество его поверхности. Максимальные результаты возможно достигнуть при частичном измельчении заполнителя с изменением формы зерен (приближая к кубической) и активации их поверхности (очистка заполнителей от глинистых и окисных пленочек).

Для выше сказанного приготовление декоративных бетонных смесей производилось в высокоскоростном турбулентном смесителе с вращением ротора со скоростью 600 об/мин, снабженным пропеллерообразной насадкой, изготовленной из высокопрочной стали.  «При перемешивании компонентов бетонной смеси осуществляется дробление крупного заполнителя с образованием непрерывной гранулометрии зерен, активация цемента и повышение однородности бетонной смеси»[5, c.4-5].

Для проведения опыта был взят портландцемент марки М500.

В качестве заполнителей были выбраны: щебень из красного гранита с насыпной плотностью 1290 кг/м³, плотностью - 2,4 г/см³, водопотребностью - 6,1%; щебень из габбро с насыпной плотностью - 1485 кг/м³, плотностью - 2,84 г/см³, водопотребностью - 6,4%; известняковый щебень с насыпной плотностью 1260 кг/м³,  плотностью - 2,64 г/см³, водопотребностью - 8,2%.

Для сокращения расхода воды и повышения качества бетона использовали суперпластификатор С-3 (порошкообразный), микрокремнезем - отход ферросплавного производства с удельной поверхностью 2000 м²/кг, плотностью 2.2 г/м³, насыпной плотностью – 0.2 – 0.25 г/см³.

В качестве пигментов были использованы: сурик железный (красный) с удельной поверхностью около 970 м²/кг, сажа (черный) - технический углерод марки ПМ-15, с удельной поверхностью 1450 м²/кг, белый – мел.

Добавление микрокремнезема и суперпластифицирующей добавки С-3 способствуют снижению содержания макропор и увеличению прочности при сохранении высокой подвижности бетонной смеси.

Подбор составов для исследования структуры и свойств декоративного бетона производили исходя из вида заполнителя и расхода цемента при одинаковой удобоукладываемости смеси.

Составы бетонных смесей, приготовленных в модифицированном турбулентном смесителе представлены в табл.1. Рассматривалось влияние вида заполнителя при одинаковой подвижности бетонной смеси (ОК = 2-3 см) и расходе цемента 530 кг на 1 м³ бетона.

Таблица 1.

Свойства бетонных смесей

Примечание: расход сажи – 2%, сурика железного – 5%, мела – 8% от массы цемента.

В ходе опыта определяли прочность при сжатии, пористость и водопоглощение декоративных бетонов. Данные представлены в табл.2.

Таблица 2.

Свойства декоративных бетонов

Полученные бетоны обладали прочностью при сжатии от 42,0 до 57,5 МПа, пористостью от 10,5 до 14,4%, водопоглощением по массе от 5,6 до 7,0%.

Было выявлено воздействие вида заполнителя и пигмента, а также расхода цемента при одинаковой удобоукладываемости на структуру, прочность и другие характеристики декоративных бетонов. Показано, что декоративные бетоны, приготовленные на габбро, граните, известняке, имеют достаточно высокие эксплуатационные характеристики и подобны исходным горным породам.

Данные бетоны предназначены для использования или восстановления элементов интерьера (декора), без них не представляется возможным реставрация или частичная реконструкция зданий, построенных в 19–20 веках а также не мало известных сталинских многоэтажек. Декоративные элементы и детали позволяют реализовывать интерьер любой эпохи, а сочетание элементов классической архитектуры и современных вариаций декора позволяют создавать оригинальный, неповторимый дизайнерский вид современных зданий и сооружений, в том числе и помещений.

Ниже приведены элементы декора на замковым камне над входом здания (рис.1), медальон для оформления внутренних помещений (рис.2) и оконный наличник (рис.3).

Рисунок1. Декоративный элемент на замковом камне

Рисунок 2. Медальон

Рисунок 3. Оконный наличник

Список литературы:

1. Салливан К. Тенденции на рынке декоративного бетона. / К. Салливан  // Цемент и его применение. 2015.№4. С. 82-86.
2. Баженова О.Ю. Эффективные отделочные каменные материалы. Строительные материалы, оборудование, технологии ХХ1 века, № 3, 2003. С. 15.
3. Лошак В.В., Черкасов С.В., Власов В.В. Влияние гранулометрического состава заполнителя на эстетические и эксплуатационные свойства декоративного бетона. / В.В. Лошак, С.В. Черкасов, В.В. Власов// Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. 2011. №3-4. С. 61-66.
4. Баженова О.Ю., Баженова С.И. Особенности структуры декоративных бетонов. /О.Ю. Баженова, С.И. Баженова// Успехи современной науки. 2016. №6. Т.3. С. 21-23.
5. Магдеев У.Х., Баженова О.Ю. Декоративные бетоны, имитирующие горные породы. /У.Х. Магдеев, О.Ю. Баженова// Информационный бюллетень «Строительство». № 3. 2003. С. 4-5.