Фибробетонная смесь
Владельцы патента RU 2386599:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет" (ВолгГАСУ) (RU)
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам фибробетонных смесей, используемых при изготовлении сборных и монолитных железобетонных изделий и конструкций. Технический результат - повышение прочности в ранние сроки твердения начиная с 1-х суток. Фибробетонная смесь, включающая цемент, заполнитель и упрочнитель - стальную проволоку, содержит в качестве цемента портландцемент, в количестве 1,0-2,0% от объема смеси стальную проволоку «Миксарм» диаметром 1 мм и длиной 54 мм с анкерами на концах и дополнительно комплексную добавку в количестве 0,75-1,5 мас.% от портландцемента, состоящую из пластифицирующей добавки «Д-11» и технического углерода-сажи в массовом соотношении 1:1. 2 табл.
Заявляемое изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам бетонных смесей, используемых при изготовлении сборных и монолитных железобетонных изделий и конструкций.
Известна бетонная смесь, включающая цемент, заполнитель и комплексную добавку, содержащую хлористый кальций, азотнокислый аммоний и бишофит [Патент РФ №2149850, 2000 г. - аналог].
Недостатком бетонной смеси является низкая скорость набора прочности в ранние сроки твердения, начиная с 1-х суток, и значительное содержание хлористых соединений в комплексной добавке, негативно влияющих на коррозию арматуры в железобетонных изделиях.
Известна фибробетонная смесь, включающая цемент, заполнитель и упрочнитель - стальную проволоку [Патент РФ №2188804, 10.09.2002 - прототип].
Недостатком фибробетонной смеси является небольшой прирост прочности как в ранние, так и в конечные сроки твердения при повышенном расходе дорогостоящего упрочнителя - стальной фибры.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение прочности, включая ранние сроки твердения фибробетонной смеси, за счет применения комплексной добавки с минимальным количеством хлористых соединений и снижения расхода упрочнителя - стальной фибры.
Технический результат, полученный в процессе решения поставленной задачи, достигается тем, что фибробетонная смесь, включающая цемент, заполнитель и упрочнитель - стальную проволоку, содержит в качестве цемента портландцемент, в количестве 1,0-2,0% от объема смеси стальную проволоку «Миксарм» диаметром 1 мм и длиной 54 мм с анкерами на концах и дополнительно комплексную добавку в количестве 0,75-1,5 мас.% от цемента, состоящую из пластифицирующей добавки «Д-11» и технического углерода-сажи в массовом соотношении 1:1.
Бетон, являясь неоднородным материалом, характеризуется микроструктурой цементного геля, а также макроструктурой, обусловленной взаимодействием вяжущего и заполнителей. Формирование микроструктуры цементного камня, от которой зависят основные физико-механические свойства бетонов, начинается с надмолекулярного уровня дисперсности частиц размером 3-5·10-9 м (3-5 нм). Образующиеся в результате взаимодействия вяжущего с водой в начальный период гидратации цемента гидросиликаты кальция на надмолекулярном уровне имеют размер элементарных зародышей новой кристаллической фазы до 3 нм. Дефекты структуры в виде дислокации, имеющие подобные размеры, также начинают формироваться на этой стадии образования цементного камня.
Для повышения прочности бетона на макроуровне вводились стальные волокна-фибры «Миксарм», выполненные из проволоки диаметром 1 мм и длиной 54 мм с анкерами на концах, блокирующие развитие макротрещин и являющиеся центрами ускоренного образования крупных прочных новообразований в структуре фибробетона.
Применение комплексной добавки на основе пластифицирующей добавки «Д-11» и технического углерода-сажи позволило модифицировать гелевую на наноуровне микроструктуру фибробетона за счет более быстрого и полного связывания гидросиликатов и гидроксидов кальция, что значительно снижает их растворимость и увеличивает скорость нарастания прочности.
Многофункциональная пластифицирующая добавка «Д-11», разработана в ООО НПП «Ирстройпрогресс» в соответствии с ТУ 574325-004-44628610-2006. В соответствии с ТУ «Д-11» содержит суперпластификатор в количестве не более 35 мас.%, ускоритель твердения и минеральный уплотнитель состава, мас.%; SiO2 18-30, SO3 25-35, Na2O 8-15, CaO 3-8, Cl не более 0,15, п.п.п. не более 30. Адсорбция частиц добавки на поверхности зерен цемента повышает смачиваемость раствора и снижает его водопотребность, что приводит к ускоренному увеличению прочности затвердевшего бетона.
Тонкоизмельченный порошок технического углерода-сажи с размерами частиц не более 5 мкм при введении в бетонную смесь увеличивает ее подвижность, что позволяет снизить количество воды затворения на 10-15%, уменьшить водоцементное отношение смеси и тем самым увеличить прочность начиная с ранних сроков твердения.
Таким образом, комплексное введение в сырьевую смесь металлических волокон-фибр «Миксарм», выполненных из проволоки диаметром 1 мм и длиной 54 мм, а также применение комплексной добавки, включающей пластифицирующую добавку «Д-11» и технический углерод-сажу, способствует увеличению прочности фибробетона в ранние сроки твердения, начиная с 1-х суток, что и является новым техническим свойством заявляемой фибробетонной смеси.
Фибробетонную смесь готовят из расчета расхода материалов на 1 м3 смеси, кг:
| портландцемент Себряковского | |
| цементного завода марки 400 | 300 |
| песок Орловского карьера | |
| Волгоградской области | 620 |
| щебень гранитный Быстрореченского | |
| карьера двух фракций (5-10 мм) и (10-20 мм) | |
| в соотношении 1:2 | 1230 |
| вода | 140 |
Комплексную добавку, включающую пластификатор «Д-11» и технический углерод-сажу в соотношении 1:1, в количестве 0,75-1,5% от массы цемента предварительно растворяют в небольшом количестве воды затворения до получения однородного раствора и равномерно вводят в бетонную смесь с остальной водой. Упрочнитель в виде фибры «Миксарм» диаметром 1 мм и длиной 54 мм в количестве 1,0-2,0% от объема смеси вводят в бетоносмеситель после предварительного перемешивания цемента, заполнителей, раствора комплексной добавки и оставшейся воды затворения.
Для определения механических свойств из фибробетонной смеси приготавливают по стандартной методике образцы-кубы размером 15×15×15 см, твердеющие в естественных условиях, и испытывают на прочность при сжатии в ранние, начиная с 1-х суток, сроки твердения.
Для экспериментальной проверки заявленной фибробетонной смеси готовили несколько составов смесей, отличающиеся различным содержанием компонентов комплексной добавки в процентном соотношении по массе, три из которых показали оптимальные результаты.
Количественные составы комплексной добавки и упрочнителя в фибробетонной смеси представлены в табл.1.
| Таблица 1 | |||
| Составы заявленной комплексной добавки | Содержание компонентов комплексной добавки, % от массы цемента | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Пластификатор «Д-11» | 0,375 | 0,5 | 0,75 |
| Технический углерод-сажа | 0,375 | 0,5 | 0,75 |
| Фибра «Миксарм» диаметром 1 мм и длиной 54 мм, % от объема смеси | 1,0 | 1,5 | 2,0 |
Влияние комплексной добавки и упрочнителя в виде фибры «Миксарм» на рост прочности фибробетона в естественных условиях твердения представлено в таблице 2. Для определения прочности на сжатие и сравнения результатов испытаний были изготовлены образцы фибробетонной смеси по прототипу (см. табл.2).
| Таблица 2 | ||||
| Составы заявленной фибробетонной смеси | Предел прочности при сжатии, МПа | |||
| Возраст фибробетона | ||||
| 1 сутки | 3 суток | 7 суток | 28 суток | |
| 1 | 14,3 | 31,2 | 45,7 | 53,4 |
| 2 | 18,5 | 34,6 | 49,8 | 55,8 |
| 3 | 21,6 | 38,2 | 51,2 | 57,4 |
| Бетонная смесь по аналогу | 13,8-16,4 | 23,5-27,9 | 32,1-37,2 | 38,2-43,8 |
| Фибробетонная смесь по прототипу | 15,7 | 28,3 | 41,8 | 52,5 |
Анализ представленных в таблице 2 данных показывает, что введение в заявленную фибробетонную смесь металлических волокон-фибр «Миксарм», а также комплексной добавки, включающей пластификатор «Д-11» и технический углерод-сажу, при указанных соотношениях входящих в нее компонентов способствует, согласно составам №1-3, увеличению прочности на сжатие в возрасте 28 суток по сравнению с аналогом на 31-40%, а по сравнению с прототипом - на 2-9%. Прирост прочности заявленной фибробетонной смеси (состав №3) при твердении в возрасте 1, 3 и 7 суток по сравнению с аналогом составляет 31-38%, а по сравнению с прототипом - 22-37%.
Увеличение прочности заявленной фибробетонной смеси по сравнению с прототипом достигается при снижении расхода дорогостоящего упрочнителя - стальной проволоки на 20% (2,0% от объема заявленной фибробетонной смеси против 2,4% - по прототипу).
Использование сажевых отходов (технического углерода) теплогенерирующих установок позволит повысить реологические свойства смесей при увеличении прочности фибробетонов, улучшить экологическую обстановку и снизить стоимость за счет использования неутилизированных отходов производства и снижения расхода стальной проволоки.
Фибробетонная смесь, включающая цемент, заполнитель и упрочнитель - стальную проволоку, отличающаяся тем, что она содержит в качестве цемента портландцемент в количестве 1,0-2,0% от объема смеси, стальную проволоку «Миксарм» диаметром 1 мм и длиной 54 мм с анкерами на концах и дополнительно комплексную добавку в количестве 0,75-1,5 мас.% от цемента, состоящую из пластифицирующей добавки «Д-11» и технического углерода-сажи в массовом соотношении 1:1.
