Результат интеллектуальной деятельности: Фибробетонная смесь для центрифугированного бетона

Изобретение относится к составам бетонных смесей для изготовления центрифугированных железобетонных изделий кольцевого сечения, применяемых на предприятиях по производству сборного железобетона.

Известна фибробетонная смесь для получения центрифугированного бетона (см. RU 242333 C1, C04B 28/04, C04B 111/20, опубл. 10.07.2011), содержащая портландцемент, базальтовое волокно, пластификатор, песок и воду, а также в качестве химической добавки суперпластификатор С-3 или гиперпластификатор Melflux 2651F. В состав фибробетонной смеси входит, масс. %:

- песок кварцевый фракционированный 55–60;

- портландцемент 25–30;

- микрокремнезем 3–4;

- добавка супер- или гиперпластификатора в дозировке 0,3–0,9;

- базальтовое волокно (фибра) 1,5–2,0.

Наиболее близким техническим решением является состав бетонной смеси, подобранный на основе расчетно-экспериментального метода (Ахвердов И.Н. Железобетонные напорные центрифугированные трубы. – М., 1967, Стройиздат. 165 с.)., содержащий следующие компоненты, масс. %:

Гранитный щебень – 38 – 42;

Песок кварцевый фракционированный – 30 – 32;

Портландцемент – 16 – 20;

Вода – 8 – 10.

Наиболее существенным недостатком известной бетонной смеси является применение гранитного крупного заполнителя фракции 10-20 мм, так как в этом случае происходит разделение бетонной смеси на зоны по крупности зерен. Крупнозернистый конгломерат с большей массой перемещается к внешней поверхности изделия, а с меньшей массой соответственно ближе к внутренней, что приводит к неоднородности центрифугированных железобетонных изделий кольцевого сечения по прочности.

Задачей предлагаемого изобретения является получение центрифугированного бетона с более высокой однородностью и повышенным пределом прочности на растяжение при изгибе на основе разработанного состава фибробетонной смеси.

Сущность изобретения заключается в том, что фибробетонная смесь для центрифугированного бетона, включающая два вида крупного заполнителя одной фракции 5-10 мм – гранитного щебня и керамзитового гравия, песок кварцевый фракционированный, портландцемент, базальтовое волокно, металлическое волокно и воду при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Гранитный щебень – 28 – 38;

Керамзитовый гравий – 8 – 13;

Песок кварцевый фракционированный – 12 – 18;

Портландцемент – 20 – 25;

Базальтовое волокно (фибра) – 1 – 2;

Металлическое волокно (фибра) – 3 – 5;

Вода – 9 – 18.

Технический результат получаем за счет введения в состав бетонной смеси двух видов крупного заполнителя (гранитного щебня и керамзитового гравия) одной фракции 5-10 мм, что позволяет снизить неоднородность центрифугированных железобетонных изделий кольцевого сечения по толщине стенки.

Легкий заполнитель из керамзитового гравия способствует снижению средней плотности изделий при сохранении прочностных характеристик бетона и служит демпфирующей добавкой. Армирующий компонент из базальтовой и металлической фибры при дозировке 1,5+5 % соответственно от массы сухих компонентов бетонной смеси повышает предел прочности на растяжение при изгибе за счет микроармирования цементного камня (базальтовая фибра) и макроармирования бетона (металлическая фибра) на уровне крупного заполнителя. Кроме того, дисперсное армирование базальтовой фиброй повышает пластичность бетонной массы и уменьшает образование усадочных трещин в бетоне.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава были разработаны и испытаны несколько составов с добавкой комбинированной фибры, которые приведены в таблице 1.

Таблица 1

Расход компонентов фибробетонной смеси

Характеристика исходных компонентов:

1. Крупный и мелкий заполнитель:

- щебень гранитный ОАО «Павловск Неруд» фракции 5-10 мм с маркой по дробимости Др1400;

- гравий керамзитовый;

- песок кварцевый Грушевского месторождения (М_к=2,0).

Физические свойства крупного и мелкого заполнителя (песка) представлены в таблице 2.

Таблица 2

Физические свойства крупного и мелкого заполнителя

2. Металлическая фибра

Металлическую фибру вводят в бетонную смесь обычно в количестве 1–2,5 % объема бетона (3–9 % по массе, что составляет 80–170 кг фибры на 1 м³ смеси). Для улучшения сцепления с бетоном фибра изготовляется волновой формы, специально профилированной либо прямой с загнутыми концами. Диаметр 1±0,075 мм, длина 50±2,0, плотностью 7800 кг/м³. Модуль упругости волокна находится в пределах 200 ГПа, прочность на растяжение 0,3–2,0 ГПа.

3. Базальтовая фибра

Базальтовая фибра имеет очень высокие показатели по химической стойкости. Волокна диаметром 10 мкм, плотностью 2600 кг/м³, прочностью при растяжении от 1,62 до 3,2 ГПа. Модуль упругости волокна находится в пределах от 7 до 60 ГПа, прочность на растяжение от 600 до 3500 МПа.

Из указанных в таблице 1 составов формовали образцы призмы с размерами 10×40 см и образцы кубы с размером ребра 10 см. По истечении 1 суток предварительного выдерживания все образцы помещали в камеру нормального твердения, в которой они твердели в течение 27 суток.

Призменная прочность является основной характеристикой бетона, применяемой в расчетах. Поэтому для перехода от кубиковой прочности к призменной служит коэффициент К_b, равный отношению нормативной призменной прочности к нормативной кубиковой прочности.

Согласно СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» величина прочности бетона при осевом растяжении R_bt включена в ряд формул, определяющих прочность, жесткость и трещиностойкость железобетонных элементов. Также эта величина значительно влияет на определение размеров и армирования некоторых бетонных и железобетонных конструкций.

Для определения предела прочности бетона на растяжение при изгибе использована методика, описанная в ГОСТ 10180.

Полученные данные (таблица 3) свидетельствуют о том, что величины коэффициентов призменной прочности бетона на комбинированном заполнителе находится в пределах значений К_b для обычных легких бетонов.

Значения предела прочности на растяжение при изгибе для разработанного состава выше, чем у других составов

Таблица 3

Составы и свойства изделий

Таким образом, анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что для изготовления железобетонных изделий кольцевого сечения наиболее подходящим являются разработанные составы №2 и №4 на комбинированном заполнителе с добавкой фибры.