СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ЛЕГКОГО ФИБРОБЕТОНА
CRUDE MIXTURE FOR LIGHT FIBRE CONCRETE

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к составам легких фибробетонных смесей, и может быть использовано при изготовлении элементов внутренних стен (в частности пазогребневых плит для возведения межкомнатных и межквартирных перегородок и др.).
Известна керамзитобетонная смесь для малоэтажного строительства (Патент РФ №2527974, МПК С04В 38/02, 38/08, опубл. 10.09.2014), включающая портландцемент, керамзит, суперпластификатор ЛСТМ, воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент
18,87 – 21,34
Керамзит
41,13 – 41,56
Суперпластификатор ЛСТМ
0,0312
Зола-унос ТЭЦ
13,92 – 18,87
Газообразующая добавка ПАК-3
0,022 – 0,025
Вода
Остальное
Недостатком данной смеси является низкая прочность, трещиностойкость и вязкость разрушения, изготавливаемого из нее керамзитобетона.
3
Известна бетонная смесь для изготовления ограждающих конструкций из легкого бетона (Патент РФ №2116273, МПК С04В 28/00, 38/00, опубл. 27.07.1998), состоящая из цемента, заполнителей, обладающих абсорбционно-адсорбционными свойствами (крупного пористого заполнителя фракции 5-10 и 10-20 мм, мелкого заполнителя фракции 0,15-5 мм) и воды, при следующем соотношении компонентов, на 1 м бетона:
Цемент
0,125 – 0,168
Крупный пористый заполнитель фракции 5-10 мм
0,38 – 0,43
фракции 10-20 мм
0,58 – 0,62
Мелкий заполнитель
0,2 – 0,28
Тонкомолотый «королек» с удельной поверхностью
1500-2000 см<sup>2</sup>/г
0,06 – 0,081
Газообразующая добавка ПАК-3
0,022 – 0,025
Вода
0,16 – 0,198
Воздухововлекающая добавка
0,02 – 1,0% от массы цемента
3
3
Недостатком известной бетонной смеси является низкая прочность при сжатии и растяжении легкого бетона средней плотностью более 1200 кг/м, а также низкие звукоизоляционные и звукопоглощающие свойства легкого бетона со средней плотностью менее 1200 кг/м.
Наиболее близким к изобретению (прототип) является (Патент РФ №2502709, МПК С04В 38/08, опубл. 27.12.2013) легкий фибробетон, приготовленный из смеси, включающей портландцемент в качестве вяжущего, микросферы, пластифицирующую добавку, стабилизирующую добавку – микрокремнезем, фиброволокно и воду, при следующем соотношении компонентов, об.%:
Портландцемент
10,0 – 22,0
Гранулированное пеностекло
40,0 – 70,0
Микрокремнезем в уплотненном или
неуплотненном виде
0,5 – 3,0
Суперпластификатор 4 поколения
0,1 – 0,3% от массы вяжущего
Фиброволокно
0,5 – 4,0 г на 1 л готовой смеси
Вода
Остальное
3
Недостатком данной фибробетонной смеси является относительно невысокая прочность на растяжение при изгибе и трещиностойкость, изготавливаемого из нее легкого фибробетона, при одновременно высоком расходе цемента, что вызвано применением исключительно низкомодульных полипропиленовых волокон, имеющих низкое сцепление с бетонной матрицей композита на границе раздела фаз. Низкая плотность легкого фибробетона ρ = 850-1000 кг/м, заявленная в прототипе, не позволяет добиться высокого индекса изоляции воздушного шума, что приводит к пониженным звукоизоляционным свойствам, являющимися важнейшими для межкомнатных и межквартирных перегородок.
Задача, решаемая заявляемым изобретением, заключается в создании легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов для изготовления элементов внутренних стен (в частности пазогребневых плит для возведения межкомнатных и межквартирных перегородок и др.) с повышенными показателями прочности при сжатии, прочности на растяжение при изгибе, трещиностойкости и индекса изоляции воздушного шума.
Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в обеспечении совместной работы высокомодульных и низкомодульных волокон в единой комбинации. При этом, надежное сцепление базальтовой высокомодульной фибры с цементным камнем повышает способность материала к пластическому деформированию и, таким образом, сдерживает процесс трещинообразования на микроуровне. В дальнейшем, при увеличении нагрузки, когда микротрещины переходит в магистральную, в работу на макроуровне включается полипропиленовая фибра. В этот момент модуль деформации бетона в результате пластического деформирования снижается, и полипропиленовые волокна начинают вести себя относительно бетонной матрицы, как высокомодульные, блокируя дальнейший рост трещины, и увеличивая прочность композита.
Технический результат достигается тем, что фибробетонная смесь для получения легкого бетона, состоящая из портландцемента, песка, мелкого пористого заполнителя, неметаллических армирующих волокон, суперпластификатора и воды, отличающаяся тем, что в качестве фибры она содержит смесь низкомодульных полипропиленовых и высокомодульных базальтовых волокон при их объемном соотношении 1: (0,4…2,3) и длине, превосходящей наибольший размер мелкого заполнителя в 2…4,8 раза, при следующем соотношении компонентов, об. доли:
Портландцемент
0,08-0,11
Кварцевый песок с модулем крупности 2,2
0,21-0,36
Мелкий пористый заполнитель – керамзитовый песок,
или бой газобетона
0,45-0,6
Армирующие волокна
0,003-0,01
Суперпластификатор «Макромер П-163»
0,001-0,0015
Вода
Остальное
Для решения поставленной задачи были использованы следующие материалы: портландцемент бездобавочный марки ПЦ500Д0Н производства ОАО «ЕВРОЦЕМЕНТ групп» с завода ЗАО «Осколцемент»; кварцевый песок с модулем крупности 2,2; мелкий пористый заполнитель (керамзитовый песок, бой газобетона); высокомодульная базальтовая фибра, длиной 12 мм, диаметром 18 мкм; низкомодульная полипропиленовая фибра, длиной 12 мм, диаметром 18 мкм; суперпластификатор «Макромер П-163».
Фибробетонную смесь готовили следующим образом.
В смеситель принудительного действия последовательно помещали кварцевый песок, мелкий пористый заполнитель (керамзитовый песок, бой газобетона), портландцемент и воду с растворенной в ней добавкой суперпластификатора в количестве 0,4% от массы цемента, взятые в заявляемом количестве, и перемешивали в течение 2-х минут. По мере готовности раствора в него вводили высокомодульную базальтовую фибру и низкомодульную полипропиленовую фибру при их объемном соотношении 1:(0,4…2,3) соответственно при общем проценте армирования по объему, равном 0,2-1,2%. Далее смесь перемешивали еще в течение 45-60 секунд до обеспечения равномерного распределения волокон по всему объему замеса.
Для обоснования преимуществ заявляемой фибробетонной смеси по сравнению со смесью, принятой в качестве прототипа, на действующей технологической линии по изготовлению пазогребневых плит были проведены испытания. Для этого изготовили изделия следующим образом.
Приготовленную по вышеописанному способу смесь формовали по технологии вибропрессования, заключающуюся в уплотнении бетонной смеси вибрированием с одновременным давлением. Время одной формовки составляло 30-45 секунд.
Предварительно, по вышеописанной технологии, для подбора матрицы композита, было изготовлено десять контрольных составов бетонных смесей, приведенных в таблице 1 и таблице 2.
В таблице 3 и таблице 4 представлены полученные, в ходе эксперимента, результаты прочности при сжатии, прочности на растяжение при изгибе, трещиностойкости и индексу изоляции воздушного шума.
В качестве матрицы для легкого бетона был выбран состав №4 и №9.
После подбора матрицы было приготовлено десять составов фибробетонных смесей, с одинаковым объемным соотношением полипропиленовых и базальтовых волокон, равным 1:1, и отличающихся разным общим процентом армирования. Конкретные составы фибробетонных смесей для легких бетонов приведены в таблице 5 и таблице 6.
В таблице 7 и таблице 8 приведены полученные, после испытаний, результаты по прочности при сжатии, прочности на растяжение при изгибе, трещиностойкости и индексу изоляции воздушного шума готовой композиции.
По полученным данным можно сделать вывод о том, что составы, в которых общий процент армирования по объему составляет 0,3%, 0,6% и 1,0%, обладают наибольшими прочностными характеристиками, трещиностойкостью и индексом изоляции воздушного шума. При этом изготовление фибробетонных смесей, в составах которых общий процент армирования по объему выходит за заявляемые пределы, является нецелесообразным в виду низких итоговых характеристик легкого фибробетона в случае применения полидисперсного армирования с общим объемным содержанием волокон менее 0,3%, и прекращения роста прочности на растяжение при изгибе и трещиностойкости в случае применения полидисперсного армирования с общим объемным содержанием волокна более 1,0%, что вызвано невозможностью обеспечить однородность структуры получаемого бетона.
Для сравнительного анализа заявляемой фибробетонной смеси с прототипом было изготовлено еще десять составов по вышеописанному способу с общим процентом армирования по объему, равным 1% при объемном соотношении полипропиленовой и базальтовой фибры, равном 1:(0,4…2,3). Составы указанных фибробетонных смесей приведены в таблице 9 и таблице 10.
Полученные, в ходе эксперимента результаты, приведены в таблице 11 и таблице 12.
Наилучшие характеристики продемонстрировали легкие фибробетоны, изготовленные из состава №21 и №26, с объемным соотношением полипропиленовой фибры к базальтовой 1:2,3.
Для определения влияния длины применяемых армирующих волокон на прочностные и звукоизоляционные характеристики легкого фибробетона, были приготовлены восемь составов с постоянным содержанием фибры равном 1% по объему, объемным соотношением полипропиленовой и базальтовой фибры, равным 1:2,3, и разной длиной волокон: 10 мм, 12 мм, 18 мм, и 24 мм соответственно. Составы фибробетонных смесей приведены в таблице 13 и таблице 14.
Полученные результаты приведены в таблице 15 и таблице 16.
На основании результатов, приведенных в таблице 15 и таблице 16, можно сделать вывод о том, что заявляемый полиармированный легкий фибробетон при указанных соотношениях, входящих в нее компонентов, способствует увеличению прочности на сжатие по сравнению с прототипом до 7,7%; прочности на растяжение при изгибе - до 36,6%; трещиностойкости - до 38,8% и индекса изоляции воздушного шума - до 15,4%.
Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами, и методами, с помощью которых возможно осуществление изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения.