СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННОГО ИЗДЕЛИЯ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF FABRICATING CONCRETE ARTICLE (VERSIONS)

Изобретения предназначено для изготовления бетонных изделий, конструкций и сооружений (блоков, шпал и т.п.) и может быть использовано в области строительства.
Известен способ изготовления бетонных изделий, включающий использование совместно с бетонной смесью жгутов волокон термопластичных (волокна, размягчающиеся при повышении температуры) - RU 2009104469 А, 20.08.2010.
Известен также способ изготовления бетонных изделий, в котором используют совместно с бетонной смесью извитые термопластичные волокна, сформированные в цилиндрический пучок - US 5985449 А, 16.11.1999.
Наиболее близким аналогом каждого из заявленных вариантов изобретения является раскрытый в патенте JP 5331965 А, 14.12.1991 способ изготовления бетонных изделий, включающий подготовку сухой бетонной смеси путем смешивания цемента, щебня и песка, последующее дозированное добавление воды, перемешивание смеси, размещение в форме армирующего материала, заливку подготовленной бетонной смеси в форму, в качестве армирующего материала используются углеродные и арамидные волокна, расположенные параллельно металлической арматуре.
В известных способах частично устраняются недостатки, присущие бетонным изделиям со стальной арматурой - низкая прочность, трещинообразование, нестойкость к высоким и низким температурам, особенно при резких перепадах температур. Однако указанный способ также не обеспечивает получение бетонных изделий с высокими прочностными характеристиками и высокой термостойкостью.
Задачей заявленного изобретения является устранение указанных недостатков и создание способа, обеспечивающего получение бетонных изделий высокого качества.
Технический результат - повышение качества получаемых бетонных изделий путем повышения их прочностных характеристик, морозостойкости, трещиностостойкости, размеростабильностью.
Это достигается тем, что в известном способе изготовления бетонного изделия по первому варианту, включающий подготовку сухой бетонной смеси путем смешивания цемента, щебня и песка, последующее дозированное добавление воды, перемешивание смеси, размещение в форме армирующего материала, заливку подготовленной бетонной смеси в форму, согласно изобретению в качестве армирующего материала используют предварительно подготовленные шнуры без пропитки или с пропиткой связующим, выполненные в виде сердечника из углеродных или арамидных нитей с оплеткой из арамидных нитей, при этом шнуры в форме размещают параллельно друг другу и натягивают, после чего заливают форму со шнурами подготовленной бетонной смесью, подвергают форму вибрации, выдерживают при температуре 22±2°C и влажности 95±3% в течение 28 суток.
По второму варианту указанный технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления бетонного изделия, включающий подготовку сухой бетонной смеси путем смешивания цемента, щебня и песка, добавление армирующего материала, перемешивание смеси с армирующим материалом, последующее дозированное добавление воды, заливку подготовленной смеси в форму, согласно изобретению в качестве армирующего материала используют предварительно подготовленные и разрезанные на отрезки длиной 10-60 мм шнуры без пропитки или с пропиткой связующим, выполненные в виде сердечника из углеродистых или арамидных нитей с оплеткой из арамидных нитей, при этом перед добавлением воды отрезки шнуров смешивают с сухой смесью путем их дозированной подачи, после чего заливают форму подготовленной бетонной смесью с отрезками шнуров, подвергают форму вибрации, выдерживают при температуре 22±2°C и влажности 95±3% в течение 28 суток.
Кроме того, по любому из вариантов вибрацию формы с арматурой и бетонной смесью осуществляют путем виброколебаний с амплитудой колебания 0,5 мм и частотой 3000 колебаний/мин. В качестве связующего для пропитки шнуров используют эпоксидные, фенольные или амидные связующие.
Способ по первому варианту включает подготовку сухой бетонной смеси путем смешивания цемента, щебня и песка. Количественное соотношение компонентов приведено в таблицах 4,6 соответственно с использованием шнуров без пропитки и шнуров с пропиткой. Далее осуществляют дозированное добавление воды и перемешивание смеси. В форме размещают армирующий материал. В качестве армирующего материала используют предварительно подготовленные шнуры без пропитки или с пропиткой связующим. В качестве связующего используют эпоксидные, фенольные или амидные и другие связующие. Количество связующего берут из расчета 30-45 вес. % к шнуру.
Шнуры выполнены в виде сердечника из углеродных или арамидных нитей с оплеткой из арамидных нитей. Шнур выполнен диаметром не менее 1,0 мм и состоит из сердечника и оплетки. Оплетка шнура выполнена из одиночных или трощеных в 2÷10 сложений арамидных нитей линейной плотности от 9,0 до 600 текс. Сердечник выполнен из одиночных арамидных нитей линейной плотности от 9,0 до 3600 текс и одиночных или трощеных в два и более сложений углеродных нитей линейной плотности от 100 до 3700 текс. Число плетений оплетки составляет от 1,0 до 12,0 плет./см. Количество нитей для оплетки берут от 3 до 64. Такие шнуры обладают высокой прочностью, высоким модулем упругости, морозостойкостью и термостойкостью, низким коэффициентом линейного расширения и, как следствие, размеростабильностью при перепаде температур.
Шнуры в форме размещают параллельно друг другу и натягивают, После чего заливают подготовленную бетонную смесь в форму. Подвергают форму вибрации, выдерживают при температуре 22±2°C и влажности 95±3% в течение 28 суток. По второму варианту способ включает подготовку сухой бетонной смеси путем смешивания бетона, щебня и песка с добавлением армирующего материала. В качестве армирующего материала используют предварительно подготовленные и разрезанные на отрезки длиной 10-60 мм шнуры без пропитки или с пропиткой связующим.
Шнуры выполнены в виде сердечника из углеродных или арамидных нитей с оплеткой из арамидных нитей. Далее дозированно подают отрезки шнуров в сухую бетонную смесь и перемешивают. Производят дозированное добавление воды. После чего заливают форму подготовленной бетонной смесью с отрезками шнуров. Подвергают форму со смесью вибрации, выдерживают при температуре 22±2°C и влажности 95±3% в течение 28 суток.
По второму варианту способ включает подготовку сухой бетонной смеси путем смешивания цемента, щебня и песка с добавлением армирующего материала. Количественное соотношение компонентов приведено в таблицах 8,9, соответственно, для шнуров без пропитки и с пропиткой.
В качестве армирующего материала используют предварительно подготовленные и разрезанные на отрезки длиной 10-60 мм шнуры без пропитки или с пропиткой связующим. Количество связующего берут в соответствии с первым вариантом.
Шнуры выполнены в виде сердечника из углеродных нитей с оплеткой из арамидных нитей. Шнуры изготавливают так же, как в первом варианте.
Далее дозированно подают отрезки шнуров в сухую бетонную смесь и перемешивают. Производят дозированное добавление воды. После чего заливают форму подготовленной бетонной смесью с отрезками шнуров. Подвергают форму со смесью вибрации, выдерживают при температуре 22±2°C и влажности 95±3% в течение 28 суток.
Способ осуществляют в соответствии с приведенными ниже примерами.
Пример 1а. Предварительно готовили шнуры из сердечника из арамидных нитей с оплеткой из арамидных нитей. Сухую бетонную смесь готовили в бетоносмесительном реакторе V=250 литров путем смешивания цемента в количестве 44 кг, щебня - 120 кг, песка - 73 кг в течение 2,5 мин. Затем дозированно подавали воду в общем количестве 11 кг и перемешивали в течение 1 мин. В формы в виде кубов размером 15 см×15 см×15 см для бетонного изделия, с предварительно натянутыми параллельно друг другу шнурами (0,644 кг) заливали бетонную смесь. Залитые формы ставили на вибростол для уплотнения смеси. Вибрацию осуществляли путем виброколебаний с амплитудой колебания 0,5 мм и частотой колебания 3000 колебаний/мин в течение 10 мин.
В течение 28 суток выдерживали бетонное изделие при температуре 22±2°C и влажности 95±3%.
Пример 16. Предварительно готовили шнуры из сердечника из углеродных нитей с оплеткой из арамидных нитей. Сухую бетонную смесь готовили в бетоносмесительном реакторе V=250 литров путем смешивания цемента в количестве 44 кг, щебня - 120 кг, песка - 73 кг в течение 2,5 мин. Затем дозированно подавали воду в общем количестве 11 кг и перемешивали в течение 1 мин. В формы в виде кубов размером 15 см×15 см×15 см для бетонного изделия, с предварительно натянутыми параллельно друг другу шнурами (0,645 кг) заливали бетонную смесь. Залитые формы ставили на вибростол для уплотнения смеси. Вибрацию осуществляли путем виброколебаний с амплитудой колебания 0,5 мм и частотой колебания 3000 колебаний/мин в течение 10 мин.
В течение 28 суток выдерживали бетонное изделие при температуре 22±2°C и влажности 95±3%.
Пример 2а.
Предварительно готовили шнуры из сердечника из арамидных нитей с оплеткой из арамидных нитей. Резали шнуры на отрезки 10 мм. Сухую бетонную смесь готовили в бетоносмесительном реакторе V=250 литров путем смешивания в течение 2,5 мин цемента в количестве 44 кг, щебня -120 кг, песка - 73 кг. Затем дозированно добавляли воду в общем количестве 11 кг и перемешивали в течение 1 мин. В формы в виде кубов размером 15 см×15 см×15 см для бетонного изделия, с предварительно натянутыми параллельно друг другу пропитанными связующим шнурами в количестве 0,9 кг заливали бетонную смесь. Залитые формы ставили на вибростол для уплотнения смеси. Вибрацию осуществляли путем виброколебаний с амплитудой колебания 0,5 мм и частотой колебания 3000 колебаний/мин в течение 10 мин.
В течение 28 суток выдерживали бетонное изделие при температуре 22±2°C и влажности 95±3%.
Пример 2б.
Предварительно готовили шнуры из сердечника из углеродных нитей с оплеткой из арамидных нитей. Резали шнуры на отрезки 10 мм. Сухую бетонную смесь готовили в бетоносмесительном реакторе V=250 литров путем смешивания в течение 2,5 мин цемента в количестве 44 кг, щебня - 120 кг, песка - 73 кг. Затем дозированно добавляли воду в общем количестве 11 кг и перемешивали в течение 1 мин. В формы в виде кубов размером 15 см×15 см×15 см для бетонного изделия, с предварительно натянутыми параллельно друг другу пропитанными связующим шнурами в количестве 0,9 кг заливали бетонную смесь. Залитые формы ставили на вибростол для уплотнения смеси. Вибрацию осуществляли путем виброколебаний с амплитудой колебания 0,5 мм и частотой колебания 3000 колебаний/мин в течение 10 мин.
В течение 28 суток выдерживали бетонное изделие при температуре 22±2°C и влажности 95±3%.
Пример 3.
Предварительно готовили шнуры из сердечника из углеродных нитей с оплеткой из арамидных нитей. Резали шнуры на отрезки 40 мм. Отрезки шнуров пропитывали связующим в количестве 0,32 кг. Сухую бетонную смесь готовили в бетоносмесительном реакторе V=250 литров путем смешивания в течение 2,5 мин цемента в количестве 44 кг, щебня - 120 кг, песка - 73 кг с дозированной подачей отрезки шнуров в количестве 0,9 кг. Затем добавляли воду в общем количестве 11 кг и перемешивали в течение 1 мин. В формы в виде кубов размером 15 см×15 см×15 см для бетонного изделия заливали бетонную смесь. Залитые формы ставили на вибростол для уплотнения смеси. Вибрацию осуществляли путем виброколебаний с амплитудой колебания 0,5 мм и частотой колебания 3000 колебаний/мин в течение 10 мин.
В течение 28 суток выдерживали бетонное изделие при температуре 22±2°C и влажности 95±3%.
При армировании бетона шнурами, состоящими из продольного сердечника и внешней поперечной оплетки, они выступают в качестве воздухововлекающей добавки, способствующей улучшению качественных характеристик бетонных изделий: морозостойкость, трещиностойкость, прочность. Кроме того, применение в виде армирующего материала шнуров, выполненных в виде сердечника из углеродных нитей с оплеткой из арамидных нитей, обладающих коррозионной стойкостью, высокой прочностью, высоким модулем упругости, морозостойкостью и термостойкостью, низким коэффициентом линейного расширения и, как следствие, размеростабильностью при перепаде температур от -180°C до +250°C, способствует увеличению прочности бетонных изделий и улучшает их другие качественные характеристики.
Результаты испытаний предлагаемых бетонных изделий (блоков) по сравнению с различными бетонными изделиями приведены в таблице 10.
Таблица 1
Базовый вариант (Б)
Бетонные изделия
№ п/п
Состав бетонной смеси
Количество, кг
Массовый процент, %
1
Цемент
44,0
17,74
2
Щебень
120,0
48,39
3
Песок
73,0
29,44
4
Вода
11,0
4,43
Итого
248,0
100,0
Таблица 2
Прототип (В1)
Бетонные изделия, армированные стальной арматурой, и с параллельно расположенными арамидными и углеродными волокнами
№ п/п
Состав бетонной смеси
Количество, кг
Массовый процент, %
1
Стальная арматура
3,5
1,4
2
Арамидные и углеродные волокна
0,185
0,08
3
Цемент
44,0
17,0
4
Щебень
120,0
48,0
5
Песок
73,0
29,12
6
Вода
11,0
4,4
Итого
251,685
100,0
Таблица 3
(В2)
Бетонные изделия, армированные в осевом направлении при холодно-тянутом напряжении с усилием более 150 кг/мм<sup>2</sup> наполненными шнурами из арамидных нитей с сердечником из арамидных нитей
№ п/п
Состав бетонной смеси
Количество, кг
Массовый процент, %
1
Шнуры
0,644
0,26
2
Цемент
44,0
17,7
3
Щебень
120,0
48,28
4
Песок
73,0
29,36
5
Вода
11,0
4,4
Итого
248,644
100,0
Таблица 4
(В3)
Бетонные изделия, армированные в осевом направлении при холодно-тянутом напряжении с усилием более 150 кг/мм<sup>2</sup> наполненными шнурами из арамидных нитей с сердечником из и углеродных нитей
№ п/п
Состав бетонной смеси
Количество, кг
Массовый процент, %
1
Шнуры
0,645
0,26
2
Цемент
44,0
17,7
3
Щебень
120,0
48,26
4
Песок
73,0
29,36
5
Вода
11,0
4,42
Итого
248,645
100,0
Таблица 5
(В4)
Бетонные изделия, армированные в осевом направлении при холодно-тянутом напряжении с усилием более 150 кг/мм<sup>2</sup> наполненными пропитанными шнурами из арамидных нитей с сердечником из арамидных нитей
№ п/п
Состав бетонной смеси
Количество, кг
Массовый процент, %
1
Шнуры с пропиткой
0,9
0,36
2
Цемент
44,0
17,7
3
Щебень
120,0
48,2
4
Песок
73,0
29,33
5
Вода
11,0
4,41
Итого
248,9
100,0
Таблица 6
(В5)
Бетонные изделия, армированные в осевом направлении при холодно-тянутом напряжении с усилием более 150 кг/мм<sup>2</sup> наполненными пропитанными шнурами из арамидных нитей с сердечником и углеродныхнитей
№ п/п
Состав бетонной смеси
Количество, кг
Массовый процент, %
1
Шнуры с пропиткой
0,9
0,36
2
Цемент
44,0
17,7
3
Щебень
120,0
48,2
4
Песок
73,0
29,33
5
Вода
11,0
4,41
Итого
248,9
100,0
Таблица 7
(В6)
Бетонные изделия, хаотично-армированные резаными шнурами из арамидных нитей с сердечником из арамидных нитей с длиной резки 10-60 мм.
№ п/п
Состав бетонной смеси
Количество, кг
Массовый процент, %
1
Шнуры резаные
0,644
0,26
2
Цемент
44,0
17,7
3
Щебень
120,0
48,28
4
Песок
73,0
29,36
5
Вода
11,0
4,4
Итого
248,644
100,0
Таблица 8
(В7)
Бетонные изделия, хаотично-армированные резаными шнурами из арамидных нитей с сердечником из углеродных нитей с длиной резки 10-60 мм
№ п/п
Состав бетонной смеси
Количество, кг
Массовый процент, %
1
Шнуры резаные
0,644
0,26
2
Цемент
44,0
17,7
3
Щебень
120,0
48,28
4
Песок
73,0
29,36
5
Вода
11,0
4,4
Итого
248,644
100,0
Таблица 9
(В8)
Бетонные изделия, хаотично-армированные пропитанными резаными шнурами из арамидных нитей с сердечником из углеродных нитей с длиной резки 10-60 мм
№ п/п
Состав бетонной смеси
Количество, кг
Массовый процент, %
1
Шнуры резаные пропитанные
0,9
0,36
2
Цемент
44,0
17,7
3
Щебень
120,0
48,2
4
Песок
73,0
29,33
5
Вода
11,0
4,41
Итого
248,9
100,0
Таблица 10
№ п/п
Показатель
ГОСТ
Ед. изм.
Характеристика
В
B1
В2
В3
В4
В5
В6
В7
В8
1
Прочность на сжатие
28570-90
МПа
45
50
50
65
70
50
50
70
71
2
Прочность на растяжение при изгибе
28570-90
МПа
13
13,5
14
14
15,5
14
14
15,5
15,5
3
Морозостойкость
26134-84
циклы
400
400
450
500
500
450
450
500
500
4
Коэффициент линейного расширения в интервале температур 20-100°C
15173-70
Град<sup>-1</sup>
80·10<sup>-7</sup>
70·10<sup>-7</sup>
75·10<sup>-8</sup>
75·10<sup>-8</sup>
79·10<sup>-8</sup>
75·10<sup>-8</sup>
75·10<sup>-8</sup>
80·10<sup>-8</sup>
80·10<sup>-8</sup>