Влияние полого и плотного заполнителя на реологию самоуплотняющихся бетонных смесей

Введение. Строительство нуждается в новых бетонах. Популярность набирают самоуплотняющиеся бетоны (СУБ). Преимуществом СУБ является высокая подвижность, поэтому акцент ставится на их реологических свойствах. Развитие технологии продолжается в легких самоуплотняющихся бетонах (ЛСУБ), сочетающих высокую подвижность и низкую плотность. Изучение ЛСУБ акцентируется на влиянии рецептуры на свойства смеси. Цель исследования — изучение влияния соотношения сухих компонентов на реологические свойства ЛСУБ на полых микросферах.

Материалы и методы. Объектом исследования приняты ЛСУБ на полых микросферах. Соотношение сухих компонентов менялось в зависимости от целевой плотности бетона. Состав включает: портландцемент, керамические микросферы, кремнеземистую добавку, фракционный песок (Пф), кварцевую муку (Пм), гиперпластификатор и воду. Количество воды и концентрация пластификатора приняты постоянными: 0,5 и 1,4 % соответственно. Получены результаты исследований реологических характеристик ЛСУБ. Ключевые реологические параметры — напряжение сдвига и вязкость.

Результаты. Бетонные смеси плотностью 1400 кг/м3 имеют дилатантный характер течения вне зависимости от соотношения Пм/Пф. При плотности 1500 и 1600 кг/м3 характер течения сменяется на псевдопластичный при Пм/Пф =
= 25/75. Показана возможность управления типом течения тяжелых бетонов изменением Пм/Пф. Разница течения между легкими и тяжелыми бетонными смесями отражается на зависимостях напряжения сдвига и вязкости от Пм/Пф.
Увеличение Пм повышает напряжения сдвига и вязкость у ЛСУБ, у тяжелых составов наблюдается смена нисходящей зависимости на восходящую в диапазоне Пм/Пф = 25/75–75/25 при разных скоростях сдвига.

Выводы. Представлена возможность изменения реологического характера течения легких и тяжелых смесей при изменении исследуемых факторов. Выполнен сравнительный анализ реологических кривых с использованием уравнения Оствальда – Вейля для тяжелых и легких бетонных смесей. Рассмотрена роль дисперсности минерального заполнителя и полых микросфер в управлении реологическими свойствами исследуемых ЛСУБ.

1. Усова А.В. Современные бетоны в строительстве и их применение // Тенденции развития науки и образования. 2021. № 74–4. С. 102–105. DOI: 10.18411/lj-06-2021-149. EDN HDJONR.

2. Рыльская К.А., Ничинский А.Н. Способы модификации свойств бетонной смеси и тяжелого бетона // Актуальные вопросы современной науки : сб. ст. по мат. XX Междунар. науч.-практ. конф. 2019. С. 193–197. EDN HPHXMJ.

3. Кравцов А.В., Цыбакин С.В. Опыт применения химических добавок пластифицирующего действия на основе поликарбоксилатов в бетонах // Труды Костромской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. С. 50–55. EDN VZCXRL.

4. Соловьев А.К., Соловьев К.А., Стекольников Н.В. Самоуплотняющийся бетон в архитектурных конструкциях // Архитектура и современные информационные технологии. 2018. № 2 (43). С. 171–184. EDN UORRCZ.

5. Соргутов И.В., Иванов П.Ю., Крюкова О.В. Применение самоуплотняющихся бетонов в строительстве монолитных зданий и сооружений в РФ // Системные технологии. 2021. № 3 (40). С. 14–20. EDN MGMXHQ.

6. Мовсисян А.М. Влияние применения самоуплотняющегося бетона в монолитных конструкциях на эффективность возведения строительного объекта // Современные научные исследования и инновации. 2024. № 2 (154). EDN UKGYLK.

7. Федюк Р.С., Мочалов А.В., Лесовик В.С., Гридчин А.М., Фишер Х.Б. Композиционные вяжущие и самоуплотняющиеся фибробетоны для защитных сооружений // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2018. № 7. С. 77–85. DOI: 10.12737/article_5b4f02bf93df52.30110991. EDN XVLQJV.

8. Мозгалев К.М., Головнев С.Г. Самоуплотняющиеся бетоны: возможности применения и свойства // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. 2011. № 4. С. 55–60. EDN ONJNAZ.

9. Фаликман В.Р., Денискин В.В., Калашников О.О., Сорокин В.Ю. Отечественный опыт производства и применения самоуплотняющегося бетона // Национальная ассоциация ученых. 2015. № 2–3 (7). С. 68–73. EDN YMGQDD.

10. Батяновский Э.И., Бондарович А.И., Калиновская Н.Н., Рябчиков П.В. Самоуплотняющийся бетон и технология бетонирования фундаментного массива с использованием 9000 кубических метров бетона // Наука и техника. 2021. Т. 20. № 4. С. 329–337. DOI: 10.21122/2227-1031-2021-20-4-329-337. EDN RIPRJM.

11. Mandal R., Panda S.K., Nayak S. Evaluation of the rheological properties of self-compacting recycled aggregate concrete // Materials Today: Proceedings. 2023. Vol. 93. Pp. 170–175. DOI: 10.1016/j.matpr.2023.07.114

12. Ерофеев В.Т., Санягина Я.А., Ерофеева И.В., Максимова И.Н. Подбор составов декоративно-отделочных порошково-активированных бетонов с зернистой фактурой поверхности по реологическим свойствам // Региональная архитектура и строительство. 2022. № 3 (52). С. 16–31. DOI: 10.54734/20722958_2022_3_16. EDN OVYJCE.

13. Jiao D., Shi C., Yuan Q., An X., Liu Y., Li H. Effect of constituents on rheological properties of fresh concrete : а review // Cement and Concrete Composites. 2017. Vol. 83. Pp. 146–159. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2017.07.016

14. Mandal R., Panda S.K., Nayak S. Rheology of Concrete: Critical Review, recent Advancements, and future prospectives // Construction and Building Materials. 2023. Vol. 392. P. 132007. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2023.132007

15. Kaufmann J., Winnefeld F., Hesselbarth D. Effect of the addition of ultrafine cement and short fiber reinforcement on shrinkage, rheological and mechanical properties of Portland cement pastes // Cement and Concrete Composites. 2004. Vol. 26. Issue 5. Pp. 541–549. DOI: 10.1016/S0958-9465(03)00070-2

16. Zhang X., Han J. The effect of ultra-fine admixture on the rheological property of cement paste // Cement and Concrete Research. 2000. Vol. 30. Issue 5. Pp. 827–830. DOI: 10.1016/S0008-8846(00)00236-2

17. Lee S.H., Kim H.J., Sakai E., Daimon M. Effect of particle size distribution of fly ash–cement system on the fluidity of cement pastes // Cement and Concrete Research. 2003. Vol. 33. Issue 5. Pp. 763–768. DOI: 10.1016/S0008-8846(02)01054-2

18. Chen J.J., Kwan A.K.H. Superfine cement for improving packing density, rheology and strength of cement paste // Cement and Concrete Composites. 2012. Vol. 34. Issue 1. Pp. 1–10. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2011.09.006

19. Li T., Liu J. Effect of aggregate size on the yield stress of mortar // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 305. P. 124739. DOI: 10.1016/j.conbuil-dmat.2021.124739

20. Benaicha M., Jalbaud O., Alaoui A.H., Burt-schell Y. Porosity effects on rheological and mechanical behavior of self-compacting concrete // Journal of Building Engineering. 2022. Vol. 48. P. 103964. DOI: 10.1016/j.jobe.2021.103964

21. Adhikary S.K., Ashish D.K., Sharma H., Patel J., Rudzionis Z., Al-Ajamee M. et al. Lightweight self-compacting concrete : а review // Resources, Conservation & Recycling Advances. 2022. Vol. 15. P. 200107. DOI: 10.1016/j.rcradv.2022.200107

22. Kumar P., Pasla D., Saravanan T.J. Self-compacting lightweight aggregate concrete and its properties : а review // Construction and Building Materials. 2023. Vol. 375. Р. 130861. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2023.130861

23. Kumar P., Dinakar P., Saravanan T.J. Development and performance analysis of structural lightweight aggregate self-compacting concrete: A sustainable solution // Process Safety and Environmental Protection. 2025. Vol. 197. P. 107052. DOI: 10.1016/j.psep.2025.107052

24. Kuttagola I., Prashanth M.H. Development and performance evaluation of self-compacting lightweight alkali-activated concrete incorporating hydroton clay balls // Structures. 2025. Vol. 71. P. 108124. DOI: 10.1016/j.istruc.2024.108124

25. Palacio A.J., Raggiotti B.B., Rougier V.C. Development and experimental verification of a design method for steel fibre-reinforced high strength lightweight self-compacting concrete // Construction and Building Materials. 2024. Vol. 453. P. 139012. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2024.139012

26. Aslani F., Kelin J. Assessment and development of high-performance fibre-reinforced lightweight self-compacting concrete including recycled crumb rubber aggregates exposed to elevated temperatures // Journal of Cleaner Production. 2018. Vol. 200. Pp. 1009–1025. DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.07.323

27. Wang Z., Zhang H., Wang Z., Yu O. Rheological and mechanical performances of ultralightweight expanded polystyrene concrete: Synergistic effect of accelerator and multiscale fibers // Construction and Building Materials. 2025. Vol. 476. P. 141265. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2025.141265

28. Патент RU № 2548303 C1. Высокопрочный легкий фибробетон / Королев Е.В., Иноземцев А.С.; заявл. от 11.04.2014. Опубл. 20.04.2015. EDN ZFGSHZ

29. Иноземцев А.С., Королев Е.В. Высокопрочные легкие бетоны : монография. СПб. : СПбГАСУ, 2022. 192 с. EDN UCJRAZ.

30. Епихин С.Д., Иноземцев А.С. Реологические свойства самоуплотняющихся легких бетонных смесей на полых микросферах // Строительство: наука и образование. 2024. Т. 14. № 1. С. 135–148. DOI: 10.22227/2305-5502.2024.1.9. EDN UHPUAB.

31. Епихин С.Д., Иноземцев А.С. Физико-механические свойства самоуплотняющихся легких бетонов на полых микросферах // Современное строительство и архитектура. 2024. № 11 (54). DOI: 10.60797/mca.2024.54.5. EDN GNNJGQ.