ЛЕГКИЙ ФИБРОБЕТОН
LIGHT FIBRE-REINFORCED CONCRETE

Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, в частности к легким бетонам для проведения работ по утеплению перекрытий и фасадов зданий и сооружений, а также изготовления декоративных изделий, применяемых для отделки (украшения) фасадов и интерьеров зданий.
Известна сырьевая смесь для производства легкого огнеупорного фибробетона, включающая алюминиевую пудру, ортофосфорную кислоту 60% концентрации, глиноземистый шлак, сернокислый шлам, вермикулит, фибровые волокна из проволоки «Хромель Т» при следующем соотношении компонентов, мас.%: алюминиевая пудра - 3-4, указанная ортофосфорная кислота - 24-26, глиноземистый шлак - 32,5-34,5, сернокислый шлам - 13-15, вермикулит фракции 0-5 мм - 18-26, фибровые волокна из проволоки «Хромель Т» диаметром 0,5 мм, длиной 30 мм - 1,5-2,5 (патент РФ №2361847). Данная сырьевая смесь после затвердевания может применяться в конструкциях теплотехнических сооружений, испытывающих помимо сжимающих значительные растягивающие напряжения.
Известен легкий бетон, включающий, мас.%: цемент - 25,4-30,9, зола-уноса - 6,2-13,1, микросфера - 35,3-41,1, вода - остальное (патент РФ №2154619). Данный легкий бетон обладает относительно невысокой прочностью и плотностью.
Известен легкий бетон, включающий цемент, полые микросферы, воду, кремнистую опал-кристобалитовую породу - опоку при следующем соотношении компонентов, мас.%; цемент - 24,9-29,3, указанная опока - 11,8-20,2, указанные микросферы - 29,8-35,1, вода - остальное (патент РФ №2289557). Введение опоки, осадочной породы биохимического генезиса вместо золы-уноса позволяет повысить плотность и прочность при сохранении теплопроводности бетона.
Известен легкий фибробетон, приготовленный из смеси, включающей портландцемент, микросферы, пластифицирующую добавку, стабилизирующую добавку - микрокремнезем, фиброволокно и воду (патент РФ №2036886 - прототип). Однако прототип имеет целый ряд существенных недостатков, устраняемых заявленной нами совокупностью существенных признаков: используемый в нем наполнитель (варианты наполнителей) имеет значительно большую плотность нежели применяемое заявителем гранулированное пеностекло, что позволяет нам получать бетон с довольно высокими плотностями, хотя и относящиеся по ГОСТу к классу легких; снижение плотности, судя по информации приведенной в примерах, достигается путем изменения водоцементного соотношения, иначе говоря путем увеличения содержания воды в бетонной смеси, что в свою очередь ведет к увеличению пористости конечной продукции, что при определенных условиях эксплуатации может дать низкую морозостойкость, чем ограничит сферу применения материала.
3
Заявленный нами материал обладает низкой плотностью за счет наполнителя имеющего закрытую пористую структуру не впитывающую влагу, что в свою очередь обеспечивает высокую морозостойкость конечной продукции; получаемые заявителем образцы бетона могут обладать довольно низкой плотностью (до 560 кг на 1 м) без принудительной поризации либо вспенивания.
Известные легкие фибробетоны, при использовании которых для изготовления декоративных изделий, применяемых для украшения фасадов и интерьеров зданий, не обеспечивают гладкую лицевую поверхность деталей с минимальным содержанием раковин.
Задачей изобретения является создание легкого фибробетона для изготовления декоративных изделий, применяемых для украшения фасадов и интерьеров зданий, имеющего сопоставимую с обычным фибробетоном стоимость (исходя из расхода готовой смеси на единицу продукции), обладающего небольшими сроками изготовления, удобством монтажа, хорошими пластическими свойствами и обеспечивающего гладкую лицевую поверхность декоративных изделий. Кроме того, задачей изобретения является создание материала с низкой теплопроводностью, позволяющей применить его при проведении работ по утеплению фасадов зданий и сооружений, как в виде готовой смеси, так и виде готовых изделий (панели, блоки).
Согласно изобретению легкий фибробетон, приготовленный из смеси, включающей портландцемент в качестве вяжущего, микросферы, пластифицирующую добавку, стабилизирующую добавку - микрокремнезем, фиброволокно и воду, в качестве микросфер используют гранулированное пеностекло с размером фракций 0,1-5 мм, в качестве пластифицирующей добавки - суперпластификатор 4 поколения, в качестве микрокремнезема - микрокремнезем в уплотненном или неуплотненном виде, 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 литр готовой смеси, вода - остальное.
Легкий фибробетон, приготовленный из смеси, которая дополнительно может содержать вторичный наполнитель - микрокальцит фракции от 5 до 100 мкм, или доломитовую муку, или сеянный морской песок.
Легкий фибробетон, приготовленный из смеси, в которой в качестве суперпластификатора 4 поколения используют поликарбоксилатный эфир Sika Viscocrete 105Р.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, совокупности признаков которых совпадают с совокупностью отличительных признаков заявленного изобретения.
Технический результат, достигаемый при реализации отличительных признаков изобретения, заключается в том, что заявленная композиция за счет использования микросфер, например, пеностекла, позволяет получить простой в применении, основанный на всем известном вяжущем (портландцементе) легкий, но достаточно прочный фибробетон, который не требует специальной инженерно-технической подготовки здания, что позволяет монтировать изготовленные на его основе элементы декора даже на стены обычных и дачных домов из бруса или пенобетона, либо на армированный утеплитель. Заявленный легкий фибробетон имеет сопоставимую с обычным фибробетоном стоимость, обладает небольшими сроками изготовления и удобством монтажа; он имеет хорошие пластические и теплоизолирующие свойства позволяющие применять его при утеплении перекрытий и фасадов зданий как путем заливки, либо нанесения непосредственно по месту, так и в виде готовых изделий (панелей блоков). Обладает огнестойкостью и незначительным водопоглощением, что позволяет использовать его для изготовления любых элементов декора, применяемых как на фасадах зданий, так и в помещениях с высокой влажностью.
Заявленный легкий фибробетон приготавливают следующим образом:
В емкость, используемую для приготовления бетона, засыпается готовая сухая смесь, потом добавляется вода из расчета 10-11 литров на 25 кг сухой смеси. Раствор перемешивается миксером на низких оборотах. Смесь перемешивается до получения однородной массы. Затем смесь отстаивается в течение 5 минут для насыщения пористой поверхности наполнителя влагой, после чего повторно перемешивается и заливается в форму. Точное время отстаивания определяется объемом единовременно приготовляемого раствора.
3
Плотность растворной смеси составляет 0,9 кг/м. Раскрытие формы производится через 10-12 часов.
Высокие эксплуатационные характеристики заявленного бетона подтверждены исследованием конкретных примеров его реализации.
Смесь для приготовления исследуемых образцов бетона была изготовлена с использованием следующих компонентов, выпускаемых промышленностью:
- Портландцемент без минеральных добавок 1-го сорта марки 500 (ПЦБ-1-500-ДО) (ГОСТ 965-89, европейский стандарт EN 197-1:2000 СЕМ I 52.5N). Производства ОАО «Щуровский цемент»;
2
2
- Гранулированное пеностекло с размером фракций 0,1-5 мм (ТУ 5914-001-15068529-2006), является продуктом вспенивания измельченного силикатного стекла, химический состав: NaO - 12.9%, CaO - 11.6%, SiO - 75.5%;
- Микрокремнезем конденсированный уплотненный, по ТУ 5743-048-02495332-96, представляет собой очень мелкие шарообразные частички аморфного кремнезема со средней удельной поверхностью около 20 кв. м/г. Химический состав микрокремнезема марки МКУ-85. %:
SiO<sub>2</sub>
п.п.п.
H<sub>2</sub>O
Na<sub>2</sub>O
K<sub>2</sub>O
CaO
SiO
91,1
2,1
0,18
1,32
2
0,35
0,68
- Пространственно-армирующая добавка.
Фибра полипропиленовая (ТУ 5743-001-33181465-2006)
Длина волокна 6, 12, 19 мм, диаметр волокна до 12 микрон, форма сечения - круглая;
- Пластификатор Sika Viscocrete 105P - модифицированный поликарбоксилат, белый порошок. Предназначен для производства составов для растворов и сухих смесей из бетона. Sika Viscocrete - 105P способствует снижению чрезмерной воды, обладает превосходной текучестью с тем же временем оптимального сцепления и наивысшим самокомпактным поведением. Положительное воздействие на вышеуказанные применения оказывают свойства высокого снижения воды, превосходной текучести, совмещенные с хорошим ранним затвердеванием. Информация предоставлена поставщиком данного продукта на рынок РФ ООО «ETC» (www.utsrus.com);
- Мука доломитовая. Мука известняковая ГОСТ 14050-93;
- Микрокальцит фракции от 5 до 100 мкм: мрамор молотый фракционированный. ТУ 5716-001-12574404-2006;
- Сеяный морской песок: песок природный фракционированный по ГОСТ 8736-93. фракции 0-0,63 и 0,63-2,5 мм.
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.
Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает изготовление декоративных элементов, предназначенных как для внутренней, так и внешней отделки зданий и сооружений (колонн, пилястр, рустов, карнизов, обрамлений оконных и дверных проемов, декоративных панно); проведения реставрационных работ, особенно в тех случаях, когда излишняя нагрузка объекта является нежелательной; декорирования утепленных фасадов современных зданий с установкой элементов декора без создания дополнительных несущих конструкций, а также утепления зданий и сооружений.
Для экспериментальной проверки заявляемого состава были изготовлены стандартные образцы с различным соотношением вышеперечисленных компонентов.
Легкий фибробетон эталонный (образец изготовлен в августе 2011 г.)
Наименование компонента
Об.%
Цемент ПЦБ-1-500 ДО
22.0
Гранулированное пеностекло с размером фракций 0,1-5 мм
55,0
Микрокремнезем МКУ-85
2,0
Микрокальцит фракции от 5 до 100 мкм
11,0
Фиброволокно полипропиленовое, длина волокна 12 мм
0,5 г на 1 л готовой смеси
Суперпластификатор Sika ViscoCrete 105P
0,1% от массы вяжущего
Вода
10
Испытания образцов заявленного легкого фибробетона, проведенные Испытательным центром «СПбГАСУ» в сентябре 2011 года, показали следующее.
3
3
По объемной массе заявленный фибробетон бетон имеет плотность от 850 кг/м до 1000 кг/м и относится к классу легких.
3
Близкую плотность от 500 до 1800 кг/м имеют керамзитобетон, пенобетон, газобетон, арболит, вермикулитовый, перлитовый бетоны.
Морозостойкость - F200, что означает количество циклов замерзания-оттаивания, которые способен выдержать заявленный бетон.
Средняя прочность при сжатии - 12,2 МПа.
По удобоукладываемости, согласно ГОСТ 7473-94 «Смеси бетонные. Технические условия», заявленный фибробетон относится к классу подвижных (жесткость менее 4 секунд, подразделяются по осадке конуса).
По содержанию вяжущего вещества и заполнителей, бетон является товарным (с соотношением заполнителей и вяжущего вещества по стандартной рецептуре).
По степени готовности: в условиях производства бетонная смесь выпускается в готовом к употреблению виде, а для проведения работ на удаленных объектах бетонная смесь изготавливается в сухом виде (п.3.1. ГОСТ 7473-94 «Смеси бетонные. Технические условия»).
Для создания цветного бетона используется белый цемент марки ПЦ-500 Д0, позволяющий получить светлую готовую бетонную смесь, наиболее пригодную для введения колерующих добавок.
Легкий фибробетон конструкционно-теплоизоляционный (образец изготовлен 15 апреля 2013 г.)
Наименование компонента
Об.%
Цемент ПЦБ-1-500 ДО
10,0
Гранулированное пеностекло с размером фракций 0,1-5 мм
63,0
Микрокремнезем МК-85
1,0
Сеяный морской песок
15,0
Фиброволокно полипропиленовое, длина волокна 12 мм
1 г на 1 л готовой смеси
Суперпластификатор Sika ViscoCrete 105P
0,25% от массы вяжущего
Вода
11
Легкий фибробетон конструкционный (образец изготовлен 16 апреля 2013 г.)
Наименование компонента
Об.%
Цемент ПЦБ-1-500 ДО
22,0
Гранулированное пеностекло с размером фракций 0,1-5 мм
40,0
Микрокремнезем МКУ-85
3.0
Доломитовая мука
25,0
Фиброволокно полипропиленовое, длина волокна 12 мм
4 г на 1 л готовой смеси
Суперпластификатор Sika ViscoCrete 105P
0,3% от массы вяжущего
Вода
10
Легкий фибробетон архитектурный (образец изготовлен 17 апреля 2013 г.)
Наименование компонента
Об.%
Цемент ПЦБ-1-500 ДО
16,0
Гранулированное пеностекло с размером фракций 0,1-5 мм
70,0
Микрокремнезем МК-85
0,5
Фиброволокно полипропиленовое, длина волокна 12 мм
0,5 г на 1 л готовой смеси
Суперпластификатор Sika ViscoCrete 105P
0,3% от массы вяжущего
Вода
13,5
Сравнение полученных технических результатов по отношению к прототипу
№ п/п
Измеряемый параметр
Методика испытаний
Соотношения вода/цемент
0,51
0,22
0,47
Плотность в сухом состоянии, кг/м<sup>3</sup>
ГОСТ 12730.1-78
776
1289
1182
Предел прочности при сжатии в сухом состоянии, МПа
ГОСТ 10180-90
3,1
13,1
8,6
Образцы изготовлялись следующим образом:
Предварительно смешивались компоненты в сухом состоянии (портландцемент, гранулированное пеностекло, микрокремнезем, микрокальцит или сеянный морской песок или доломитовая мука) в соответствующей пропорции. Для смешивания применялся бетоносмеситель принудительного действия типа «СКАУТ-200». Перемешивание сухой смеси осуществлялось в течение 1 минуты. Далее в смесь добавлялась вода затворения и осуществлялось их совместное перемешивание в течение 2 минут. Затем производились формовка и виброуплотнение смеси в форме с использованием вибростола в течение 30 секунд.
По результатам лабораторных испытаний следует, что заявленный материал обладает высокими потребительскими свойствами и может быть применен в различных областях строительной отрасли.
К настоящему моменту из легкого фибробетона производится архитектурный декор и конструкционно-теплоизоляционные панели, применяемые для финишной отделки фасадов зданий. Разрабатываются образцы шумоизоляционных панелей. Изучается возможность применения конструкционного легкого фибробетона в малоэтажном строительстве. Легкий фибробетон рассматривается КГИОП Санкт-Петербурга в качестве инновационного продукта, предназначенного для производства работ по реставрации либо воссозданию памятников архитектуры.