Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БАЗАЛЬТОФИБРОБЕТОННОЙ СМЕСИ

Настоящее изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности, к технологии производства дисперсно-армированных бетонных смесей для изготовления строительных изделий и конструкций.

Из существующего уровня техники известен способ приготовления дисперсно-армированного раствора (патент RU 2191690, опубл. 27.10.2008), который включает в себя три этапа: перемешивание вяжущего с мелким заполнителем; к смеси вяжущего с мелким заполнителем добавляется минеральное волокно, диаметр и длина которого составляет 0,25-3 мкм и 0,25-2000 мкм соответственно, затем производится перемешивание в бетоносмесителе принудительного действия; на последнем этапе принудительного перешивания сухие компоненты постепенно смачиваются водой затворения. Недостатком этого способа является неравномерное распределение волокон в объеме бетонной смеси, что повышает показатели изменчивости прочности цементных материалов.

Известны бетонные смеси (патенты RU 2480428, опубл. 27.04.2013 г., RU 2355656, опубл. 20.05.2009 г, RU 2569140, опубл. 20.11.2015 г., RU 2609784 C1, опубл. 03.02.2017 г.), которые в качестве дисперсного армирования (фибры) содержат базальтовые волокна различной модификации. Способы приготовления таких бетонных смесей не отличаются по технологическим особенностям от стандартных методик. Все компоненты перемешиваются в бетоносмесителе. Различия состоят в составе бетонной смеси и наличии различных модификаторов. Недостатком этих способов является неравномерное распределение волокон в объеме бетонной смеси, что повышает показатели изменчивости прочности фибробетона и снижает класс бетона по прочности на сжатие и растяжение.

Введение микроармирующих компонентов, как органических, так и минеральных в бетонную смесь осложнено тем, что без учета природы поверхности волокон равномерно распределить их по объему смеси достаточно проблематично. С увеличением удельной поверхности фибры увеличивается склонность к адгезии отдельных волокон друг к другу, что приводит к образованию комков из переплетенных волокон (ежей), их неравномерному распределению по объему материала и существенному нарушению однородности структуры бетонной смеси. Стандартными механическими способами перемешивания компонентов осуществить качественное распределение базальтовых волокон в бетонной смеси не представляется возможным.

Известны способы приготовления базальтофибробетонной смеси из источника (Совершенствование технологии изготовления базальтофибробетона с повышенной однородностью / А.И. Кудяков, B.C. Плевков, К.Л. Кудяков, А.В. Невский, А.С. Ушакова // Строительные материалы. - 2015. - №10. - С. 44-47). В данном источнике задачу по введению волокон в бетонную смесь предлагается решить путем применения нескольких технологических приемов: введение волокон в сухую смесь, введение волокон в частично затворенную водой бетонную смесь, введение волокон в составе водного раствора поверхностно-активного вещества. Наиболее близким из перечисленных способов является способ приготовления базальтофибробетонной смеси с введением базальтовых волокон в частично затворенную водой бетонную смесь. Сначала перемешивают в сухом виде цемент, крупный и мелкий заполнители. Затем полученную сухую бетонную смесь частично затворяют водой в количестве 40% от проектного объема воды затворения. В частично затворенную водой бетонную смесь вводят базальтовые волокна в количестве 0,4-0,6% от общей массы цемента, и оставшуюся часть проектного объема воды затворения. После этого фибробетонную смесь перемешивают в высокоскоростном роторном смесителе до однородного состояния.

Недостатком данного способа является наличие «ежей», а в случае удовлетворительного распределения волокон в объеме фибробетонной смеси ухудшается сцепление волокон с цементным камнем, что приводит к снижению показателей изменчивости и/или прочности фибробетона.

Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в совершенствовании технологического процесса для обеспечения равномерного распределения волокон в объеме при приготовлении фибробетонной смеси и обеспечении уменьшения показателей изменчивости.

Технический результат заключается в получении базальтофибробетонной смеси с высокой степенью стабильности прочностных показателей. За счет этого обеспечивается повышение прочностных характеристик бетона, а именно класса бетона по прочности на сжатие и растяжение.

Указанный технический результат достигается следующим образом. По заявляемому способу, как и по способу-прототипу, сначала перемешивают в сухом виде цемент, крупный и мелкий заполнители. Полученную сухую бетонную смесь частично затворяют водой в количестве не менее 40% от проектного объема воды затворения. В частично затворенную водой бетонную смесь вводят базальтовые волокна в количестве 0,4-0,6% от общей массы цемента, и оставшуюся часть проектного объема воды затворения. Полученную фибробетонную смесь перемешивают в высокоскоростном роторном смесителе до однородного состояния.

В отличие от прототипа для приготовления сухой бетонной смеси берут 90% проектного количества цемента, а сухую бетонную смесь затворяют водой в количестве 40-50% от проектного объема воды затворения. Отличием является также то, что базальтовые волокна вводят в частично затворенную бетонную смесь в виде суспензии. Суспензию готовят из базальтовых волокон, оставшихся 10% сухого цемента и оставшейся воды затворения, которые смешивают в высокоскоростном роторном смесителе.

Для приготовления суспензии можно использовать весь оставшийся после частичного затворения бетонной смеси объем воды в количестве 60-50% или только 55-40% оставшейся воды затворения, а 5-10% использовать для приготовления водного раствора гиперпластификатора PowerFlow 1190, взятого в количестве 0,4-0,8% от общей массы цемента. В последнем случае полученный водный раствор гиперпластификатора PowerFlow 1190 вводят в фибробетонную смесь на последнем этапе ее перемешивания. Второй вариант характеризуется более стойким техническим результатом, а также увеличением подвижности бетонной смеси. Однако в обоих случаях обеспечивается повышение прочностных характеристик бетона, а именно класса бетона по прочности на сжатие и растяжение, при высокой степени стабильности прочностных показателей.

Технология приготовления фибробетонной смеси с механохимической активацией базальтовых волокон может быть реализована в двух вариантах исполнения:

1. Перемешивание крупного, мелкого заполнителей и 90% проектного количества цемента по массе в высокоскоростном роторном бетоносмесителе в течение 1 мин до достижения однородности смеси в сухом состоянии. Далее к сухой бетонной смеси добавляется вода затворения в количестве 40-50% от проектного ее количества и смесь перемешивается в бетоносмесителе в том же режиме в течение 2 минут. В смесь вводится предварительно приготовленная суспензия из 10% проектного количества цемента по массе, 60-50% проектного объема воды затворения (оставшейся) и базальтовых волокон в количестве 0,4-0,6%. Далее производится перемешивание смеси в бетоносмесителе в течение 5 минут.

2. После частичного затворения сухой бетонной смеси в смесь вводится суспензия, приготовленная из 55-40% оставшейся воды, 10% сухого цемента, и 0,4-0,6% от общей массы цемента базальтовых волокон. Для обеспечения проектной подвижности на последнем этапе перемешивания в фибробетонную смесь добавляется 5-10% проектного объема воды затворения с растворенным в нем гиперпластификатором Power Flow 1190 в количестве 0,4-0,8% от общей массы цемента.

Способ показан на конкретном примере

Базальтофибробетонная смесь изготавливается из следующих сырьевых материалов: портландцемент бездобавочный Цем I 42,5Н (ГОСТ 30515-2012); песок с модулем крупности 2,8 мм (ГОСТ 8736-93); щебень из гравия фракции 5-10 мм (ГОСТ 31424-2010); водопроводная вода (ГОСТ 23732-2011); базальтовое волокно (ТУ 5769-004-80104765-2008); гиперпластификатор PowerFlow 1190 (ТУ 5745-096-51552155-2011).

Проектирование составов фибробетонной смеси с маркой по подвижности П2 (по ГОСТ 7473-2010) проводилось по учитывающей межзерновую пустотность заполнителей методике, разработанной на кафедре СМиТ Томского ГАСУ (Кудяков, А.И. Комплексная модификация компонентов и оптимизация структуры бетонов / А.И. Кудяков, С.А. Лукьянчиков // Тезисы докладов Всесоюз. конф. «Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном материаловедении». Ч. 4. Теория искусственных конгломератов и ее практическое значение / БТСМ. - Белгород, 1989. - С. 82). Был изготовлен состав фибробетонной смеси с базальтовыми волокнами, рассчитанный на 1 м бетонной смеси:

- портландцемент Цем I 42,5Н - 335 кг/м³;

- песок с модулем крупности 2,8 мм - 500 кг/м³;

- щебень из гравия фракции 5-10 мм - 1340 кг/м³;

- водопроводная вода - 215 кг/м³ (100% объема воды затворения)

- базальтовые волокна в количестве: 1,34 кг/м³ (0,4%), 1,67 кг/м³ (0,5%), 2,01 кг/м³ (0,6%).

Из полученного состава были изготовлены фибробетонные образцы, которые испытывались на прочность при сжатии и при растяжении. Для сравнения были изготовлены образцы без добавления базальтовых волокон.

На фиг. 1 представлены диаграммы прочности R при сжатии бетона без добавления базальтовых волокон (вариант (а)) и базальтофибробетона (вариант (б)) с разным содержанием базальтовых волокон μ_bf (0,4; 0,5; 0,6). На фиг. 2 - диаграммы прочности бетона R при растяжении для указанных выше бетонов.

Как видно из диаграмм, прочность образцов из базальтофибробетонной смеси в сравнении с базовым бетоном аналогичного состава без добавления базальтовых волокон выше при сжатии на 49-59%, а при растяжении на 27-40%. При этом коэффициент изменчивости прочностных характеристик фибробетонных образцов не превышал 4,1%, что свидетельствует об их удовлетворительной стабильности. Также зафиксировано увеличение значений относительных предельных деформации фибробетона при сжатии до 0,0031 и при растяжении до 0,00014.

Для второго варианта был изготовлен аналогичный предыдущему состав фибробетонной смеси с базальтовыми волокнами, рассчитанный на 1 м³ бетонной смеси, но с добавлением гиперпластификатора Power Flow 1190:

- портландцемент Цем I 42,5Н - 335 кг/м³;

- песок с модулем крупности 2,8 мм - 500 кг/м³;

- щебень из гравия фракции 5-10 мм - 1340 кг/м³;

- водопроводная вода - 215 кг/м³ (100% объема воды затворения)

- базальтовые волокна в количестве: 1,34 кг/м³ (0,4%), 1,67 кг/м³ (0,5%), 2,01 кг/м³ (0,6%).

- гиперпластификатор Power Flow 1190 в количестве: 1,34 кг/м³ (0,4%), 1,67 кг/м³ (0,5%), 2,01 кг/м³ (0,6%), 2,68 кг/м³ (0,8%).

Показатели прочности образцов, приготовленных из базальтофибробетонной смеси с добавлением гиперпластификатора, как показали эксперименты, находятся в тех же пределах, как и в предыдущем варианте. Но было отмечено, что стабильность прочностных показателей у этих образцов более высокая, чем в первом варианте: коэффициент изменчивости прочностных характеристик фибробетонных образцов составляет примерно 2,8%.

Установлено также, что фибробетонная смесь, приготовленная по заявляемому способу, в отличие от аналогов и прототипа, не содержит «ежей».