Эврика!
научно-популярный сайт
  Главная Идеи Поиски Решения Карта сайта Контакты  
Решения
Поиск по сайту
искать:
расширенный поиск

Каменный клей

Известно, что прочности можно добиться ценой разрушения. Парадокс? Нет. Конспект новой технологии сверхпрочных строительных материалов. Допустим, мы хотим создать сверхпрочный бетон. Как поступить? Может быть, прежде всего приглядеться к изделиям природы? Скажем, гранит — почему он такой прочный? Да потому, что его зерна однородны, плотно упакованы, нет промежутков, пор. Что скрепляет отдельные зерна гранита между собой? Мощные поверхностные силы сцепления. Чем больше поверхность частиц, из которых состоит тело, тем больше силы сцепления, тем тело прочнее.

Значит, путь к упрочению бетона лежит через измельчение исходных материалов. Уменьшая размер частиц, мы получим гигантскую сумму их поверхностей, создадим колоссальные силы сцепления — тело станет сверхпрочным. Следовательно, схема создания нового материала должна выглядеть так. Прежде всего, чтобы покончить с неоднородностью, надо избавиться от крупного наполнителя — щебня. Заменить щебень песком.

Цемент, выполняющий в бетоне роль клея, сейчас используется очень плохо, примерно наполовину. Дело в том, что частицы цемента крупны (десятки микрон), поэтому их сердцевина в процессе склеивания не участвует. И получается: дорогой цемент тратится очень неэкономно. Таким образом, мы приходим к необходимости тонкого измельчения и цемента.

Теперь о песке. Раньше считали, что это лишь инертная, не играющая активной роли добавка. Однако исследования, проведенные в Институте физической химии АН СССР, показали: применение тонкомолотого песка позволяет экономить цемент и улучшать его клеевые качества.

Дробление полезно еще по одной причине. Науке известно, что в структуре всех твердых тел есть множество дефектов, изъянов. В среднем на каждую сотню правильно и плотно упакованных атомов или молекул попадается один изъян.

Что можно сказать о цепи, у которой на сотню стальных звеньев приходится одно бумажное? Конечно, она будет рваться по бумажному звену, именно оно будет определять прочность цепи как целого. Эта аналогия хотя и упрощает, но в своей основе верно обрисовывает разницу между реальными и идеальными твердыми телами. К ней мы еще вернемся.

Итак, перед нами лежит тонко размолотый цемент, песок совсем мелкий и песок покрупнее, исполняющий обязанности щебня. Все готово для решающего опыта, остается лишь равномерно перемешать смесь, и мы получим прочнейший песчаный бетон.

Но сделать это средствами старой технологии нельзя! Те же самые силы сцепления, делающие твердое тело таким прочным, препятствуют перемешиванию смеси. Частицы сцепляются в плотные комочки — раздробить их теперь простым перемешиванием невозможно. Уменьшить сцепление можно было бы, разбавляя смесь водой. Однако много воды добавлять в смесь нельзя: вода — это будущие поры, это будущие слабые места.

Как же быть? Тупик? Нет, новая область науки — физико-химическая механика, созданная советскими учеными, указывает выход из положения.

Надо использовать поверхностно-активные вещества (ПАВ) и вибрацию. Поверхностно-активные вещества способствуют измельчению, облегчают и удешевляют этот столь трудоемкий процесс. Молекулы ПАВ находят в веществе скрытые дефекты — те самые «бумажные звенья» — и рвут по ним цепи на отдельные прочные отрезки, которые затем склеятся в монолит. Присутствие ПАВ позволяет уменьшить количество воды в смеси и в то же время сохранить ее подвижность.

Вибрация в бетонном деле не новость, ее применяют уже лет тридцать, но раньше это была лишь попытка как-то модернизировать старую технологию, теперь же вибрацию используют на всех этапах приготовления бетона.

Вначале вибропомол цемента и песка. Затем перемешивание смеси в вибросмесителях. Вибротранспорт бетона не дает ему загустеть, сохраняет его подвижность. Наконец укладка и уплотнение бетонной смеси также с помощью вибрации.

Здесь мы подошли вплотную к новой науке — виброреологии. Это она должна указать нам, с какими частотами и амплитудами, как долго надо подвергать бетонную смесь воздействию вибрации.

Огромная вязкость бетонной смеси, в сотни тысяч раз превышающая вязкость воды, не позволяет перемешать ее равномерно обычными методами. Однако воздействие точно подобранных вибраций (виброреология!) делает густую смесь текучей, как вода, резко уменьшая ее вязкость...

Вибрации в союзе с поверхностно-активными веществами значительно ускоряют растворение клинкерных минералов и процессы кристаллизации. Включен вибросмеситель, минута-другая — смеситель выключен, смесь загустевает. Это значит, что в растворе образуются мелкие кристаллы, которые срастаются между собой. Соединяясь, отдельные частицы песка обеспечивают образование однородного тонкопористого монолита. Это и есть песчаный бетон.

А теперь я хочу привести пример, где песчаный бетон уже проявил свои достоинства. Вот, скажем, бортовой камень (он отделяет мостовую от тротуара), сколько с ним бед! Он хорош, когда его делают, распиливая природный серый гранит. Но это удовольствие дорогое, гранит надо найти, добыть, привезти. А бортик из обычного бетона стоит лишь один-три года: цементная прокладка между кусками щебня разрушается, щебень оголяется. Бортовой же камень из песчаного бетона стоит вот уже девять лет и будет стоять еще многие годы! Даже после тысячи циклов замораживания и оттаивания он не снижает своей прочности.

Еще цифры. Прочность на изгиб тротуарной плитки, приготовленной с помощью усовершенствованной технологии, достигает не менее 75 килограммов на квадратный сантиметр, а приготовленной по обычной технологии — 52—55. При этом коэффициент полезного использования цемента возрастает почти в два раза, и существенно повышается качество бетона.

Профессор Н. Михайлов, СССР, 1974 г.

Реклама:
 
 
© 1975 ЦК ВЛКСМ Изд. «Молодая гвардия»
© 2009 «Эврика!»