Фибробетонная смесь для центрифугированного бетона
Владельцы патента RU 2724631:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет", (ДГТУ) (RU)
Изобретение относится к составам бетонных смесей для изготовления центрифугированных железобетонных изделий кольцевого сечения, применяемых на предприятиях по производству сборного железобетона. Изобретение содержит фибробетонную смесь для центрифугированного бетона. Фибробетонная смесь для центрифугированного бетона включает гранитный щебень, керамзитовый гравий, песок кварцевый фракционированный, портландцемент, базальтовое волокно, металлическое волокно. Гранитный щебень и керамзитовый гравий являются крупными заполнителями одной фракции 5-10 мм. Массовое соотношение компонентов составляет, мас.%: 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 – повышаются однородность смеси, предел прочности на растяжение при изгибе, пластичность бетонной массы, уменьшается образование усадочных трещин в бетоне. 3 табл.
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
| № | Расход материалов на 1 м3 | ||||||
| Гранит | Керамзит | Песок | Цемент | Вода | Фибра | ||
| базаль-товая | метал-лическая | ||||||
| 1 | 1120–1380 | – | 580–730 | 325–480 | 125–250 | – | – |
| 2 | 604–820 | 173–280 | 258–388 | 431–539 | 216–323 | 21,5–43,1 | 64,7–108 |
| 3 | – | 123–246 | 445–1300 | 615–740 | 320–440 |
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 (Мк=2,0).
Физические свойства крупного и мелкого заполнителя (песка) представлены в таблице 2.
Таблица 2
Физические свойства крупного и мелкого заполнителя
| Наименование материала |
Плотность, кг/м3 | Пустот-ность, % | Порис-тость,% | ||
| насып-ная | средняя | истинная | |||
| Щебень гранитный | 1510 | 2690 | 2700 | 43,8 | 0,37 |
| Гравий керамзитовый | 510 | 1610 | 2400 | 68,3 | 33,0 |
| Песок кварцевый | 1260 | – | 2600 | 51,5 | – |
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 Кb, 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 Rbt 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 Кb 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
| № сос тава |
Гранит. щебень, % |
Керам зитовый гравий, % |
Песок кварц. фракцион., % | Порт- ланд- це-мент, % |
Базаль. волокно, % |
Метал. волок., % |
Вода, % | Средн. призм. прочн., МПа | Прочн.на раст., МПа | Плот- ность, кг/м3 |
| 1 | 24 | 15 | 20 | 28 | 2,5 | 5,5 | 5 | 41,1 | 3,1 | 2410 |
| 2 | 28 | 13 | 18 | 25 | 2 | 5 | 9 | 43,5 | 3,2 | 2405 |
| 3 | 34 | 12 | 15 | 23 | 1,3 | 4 | 10,7 | 45,3 | 3,7 | 2153 |
| 4 | 38 | 8 | 12 | 20 | 1 | 3 | 18 | 40,1 | 3,0 | 1799 |
| 5 | 42 | 7 | 10 | 17 | 0,8 | 2,5 | 20,7 | 38,9 | 2,7 | 1752 |
| Ахвер- дов |
40 | - | 31 | 18 | - | - | 11 | 40,5 | 2,2 | - |
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.
Фибробетонная смесь для центрифугированного бетона, включающая два вида крупного заполнителя одной фракции 5-10 мм – гранитный щебень и керамзитовый гравий, песок кварцевый фракционированный, портландцемент, базальтовое волокно, металлическое волокно и воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
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.
