Фибробетонная смесь для центрифугированного бетона
FIBER-CONCRETE MIXTURE FOR CENTRIFUGED CONCRETE

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 м<sup>3</sup>
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;
к
- песок кварцевый Грушевского месторождения (М=2,0).
Физические свойства крупного и мелкого заполнителя (песка) представлены в таблице 2.
Таблица 2
Физические свойства крупного и мелкого заполнителя
Наименованиематериала
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
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
3
3
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 м 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/м. Модуль упругости волокна находится в пределах 200 ГПа, прочность на растяжение 0,3–2,0 ГПа.
3. Базальтовая фибра
3
Базальтовая фибра имеет очень высокие показатели по химической стойкости. Волокна диаметром 10 мкм, плотностью 2600 кг/м, 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.
b
Призменная прочность является основной характеристикой бетона, применяемой в расчетах. Поэтому для перехода от кубиковой прочности к призменной служит коэффициент К, равный отношению нормативной призменной прочности к нормативной кубиковой прочности.
bt
Согласно СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» величина прочности бетона при осевом растяжении R 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.
b
Полученные данные (таблица 3) свидетельствуют о том, что величины коэффициентов призменной прочности бетона на комбинированном заполнителе находится в пределах значений К 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
№ состава
Гранит.щебень, %
Керамзитовый гравий, %
Песок кварц. фракцион., %
Порт-ланд-це-мент, %
Базаль.волокно, %
Метал.волок., %
Вода, %
Средн. призм. прочн., МПа
Прочн.на раст., МПа
Плот-ность, кг/м<sup>3</sup>
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.