БЕТОННАЯ СМЕСЬ
CONCRETE MIXTURE

Заявляемое изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам бетонных смесей, используемых при изготовлении сборных и монолитных железобетонных изделий и конструкций.
Известна фибробетонная смесь, включающая цемент М400, минеральное волокно, песок, поливиниловый спирт, гипс строительный и воду [Патент РФ №2114081, 27.06.1998 г. - аналог].
Недостатком фибробетонной смеси является низкая прочность на сжатие и небольшая морозостойкость при повышенном содержании минерального волокна, а также дополнительного использования поливинилового спирта и воздушного вяжущего - гипса строительного, снижающего морозостойкость.
Известна бетонная смесь, включающая портландцемент, кварцевый песок, отходы производства базальтового волокна и воду [Патент РФ №2288198, 27.11.2006 г. - прототип].
Недостатком бетонной смеси является низкая прочность на сжатие и недостаточная морозостойкость ввиду того, что мелкие фракции отходов производства базальтового волокна в процессе формирования структуры бетонной смеси не обеспечивают достаточное сцепление с портландцементом, снижая плотность, а следовательно, прочность и морозостойкость затвердевшего бетона.
Технической задачей заявляемого изобретения является увеличение прочности на сжатие и морозостойкости бетонной смеси за счет повышения ее однородности и плотности на макро- и микроуровнях.
Технический результат, полученный в процессе решения поставленной задачи, достигается тем, что бетонная смесь, включающая портландцемент, кварцевый песок, минеральное волокно и воду; в качестве минерального волокна содержит базальтовое волокно диаметром 13-17 мкм и длиной 6-12 мм, кроме этого дополнительно содержит суперпластификатор «Полипласт СП-4» при следующем соотношении компонентов, масс.%:
портландцемент - 28-30,
кварцевый песок - 56-60,
указанное минеральное волокно - 0,05-0,18,
указанный суперпластификатор - 0,12-0,18,
вода - остальное.
Для повышения прочности бетона на макроуровне вводились базальтовые волокна-фибры диаметром 13-17 мкм и длиной 6-12 мм, блокирующие развитие макротрещин и являющиеся, за счет сцепления с цементной матрицей, центрами образования крупных прочных новообразований в структуре затвердевшего бетона.
Для упрочнения структуры на микроуровне использовался суперпластификатор «Полипласт СП-4», разработанный в соответствии с ТУ 5745-026-58042865-2007, который представляет собой порошок сополимеров темно-коричневого цвета на основе нафталинсульфокислоты. Добавка, адсорбируясь на поверхности зерен цемента, обладает пластифицирующе-водоредуцирующим действием, что позволяет значительно (до 1,5 раз) увеличить подвижность смеси, снизить количество воды затворения, уменьшить водоцементное отношение и, тем самым, увеличить плотность, прочность и морозостойкость затвердевшего бетона.
Таким образом, комплексное введение в бетонную смесь базальтовых волокон-фибр и суперпластификатора «Полипласт СП-4» способствует увеличению подвижности смеси при низком количестве воды затворения, что значительно повышает ее однородность и плотность, а следовательно, способствует увеличению прочности и морозостойкости на макро- и микроуровнях в результате более равномерного распределения небольшого количества базальтовых фибровых волокон по всему объему бетонной смеси, что и является новым техническим свойством заявляемой бетонной смеси.
Суперпластификатор «Полипласт СП-4» предварительно растворяют с небольшим количеством воды затворения (10-15% от общего объема) в ультразвуковом диспергаторе (УЗД) с частотой 20 кГц в течение 1 минуты до получения однородного раствора и вводят в бетонную смесь после предварительного перемешивания портландцемента, кварцевого песка, фибровых волокон и оставшейся воды затворения.
Для определения механических свойств из бетонной смеси приготавливают по стандартной методике образцы-кубы размером 10×10×10 см и образцы-балочки размером 4×4×16 см, твердеющие в естественных условиях, и испытывают на прочность и морозостойкость.
Для экспериментальной проверки заявленной бетонной смеси готовили несколько составов смесей, отличающиеся различным содержанием компонентов в процентном соотношении по массе, три из которых показали оптимальные результаты.
Количественные составы бетонной смеси представлены в табл.1.
Таблица 1
Составы заявленной бетонной смеси
Соотношение компонентов смеси, масс.%:
1
2
3
Портландцемент
28
29
30
Кварцевый песок
56
58
60
Базальтовые волокна-фибры диаметром 13-17 мкм и длиной 6-12 мм
0,05
0,09
0,18
Суперпластификатор «Полипласт СП-4»
0,12
0,15
0,18
Вода
15,83
12,76
9,64
Влияние базальтовых фибровых волокон и суперпластификатора «Полипласт СП-4» на прочность и морозостойкость бетона в естественных условиях 28-суточного твердения в сравнении с аналогом и прототипом представлено в таблице 2.
Таблица 2
Составы заявленной бетонной смеси
Предел прочности при сжатии, МПа
Предел прочности при изгибе, МПа
Морозостойкость, циклы
1
50,34
6,0
300
2
55,08
6,8
365
3
56,16
7,1
400
Фибробетонная смесь по аналогу
36,9-46,5
9,1-15,2
145-160
Бетонная смесь по прототипу
38-40,5
6,5-7,2
295-315
Анализ представленных в таблице 2 данных показывает, что введение в заявленную бетонную смесь базальтовых волокон-фибр, а также суперпластификатора «Полипласт СП-4» 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 20,8-36,4%, а по сравнению с прототипом - на 32,5-38,7%. Увеличение морозостойкости заявленной бетонной смеси (составы №1-3) по сравнению с аналогом составляет 2,0-2,5 раза, а по сравнению с прототипом предлагаемые составы №2-3 показали увеличение морозостойкости на 23,7-27,0% при сохранении необходимой прочности при изгибе. Увеличение прочности и морозостойкости заявленной бетонной смеси достигается при значительном снижении расхода базальтовых фибровых волокон, что позволяет уменьшить затраты на производство бетонной смеси.