Фибробетонная смесь
Изобретение относится к составу фибробетонной смеси и может найти применение в промышленности строительных материалов. Технический результат - повышение прочности. Фибробетонная смесь, включающая цемент, заполнитель и упрочнитель - стальную проволоку, содержит в качестве цемента портландцемент, в количестве 1,0-2,0% от объема смеси стальную проволоку «Миксарм» диаметром 1 мм и длиной 54 мм с анкерами на концах и дополнительно комплексную добавку в количестве 0,88-1,76 мас.% от цемента, состоящую из пластифицирующей добавки «Д-11» 0,5-1.0 мас.% от цемента и модифицирующей добавки, включающей технический углерод-сажу 0,375-0,75 мас.% от цемента и многослойные углеродные нанотрубки диаметром 8-40 нм и длиной 2-50 мкм 0,0005-0,1 мас.% от цемента. 2 табл.
Заявляемое изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам бетонных смесей, используемых при изготовлении сборных и монолитных железобетонных изделий и конструкций.
Известна бетонная смесь, включающая цемент, заполнитель и комплексную добавку, содержащую хлористый кальций, азотнокислый аммоний и бишофит [Патент РФ №2149850, 2000 г. - аналог].
Недостатком бетонной смеси является низкая скорость набора прочности в ранние сроки твердения, начиная с 1-х суток, и значительное содержание хлористых соединений в комплексной добавке, негативно влияющих на коррозию арматуры в железобетонных изделиях.
Известна фибробетонная смесь, включающая цемент, заполнитель и упрочнитель - стальную проволоку [Патент РФ №2188804, 10.09.2002 - прототип].
Недостатком фибробетонной смеси является небольшой прирост прочности как в ранние, так и в конечные сроки твердения при повышенном расходе дорогостоящего упрочнителя - стальной фибры.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение прочности, включая ранние сроки твердения фибробетонной смеси, за счет применения комплексной добавки с минимальным количеством хлористых соединений и снижения расхода упрочнителя - стальной фибры.
Технический результат, полученный в процессе решения поставленной задачи, достигается тем, что фибробетонная смесь, включающая цемент, заполнитель и упрочнитель - стальную проволоку, содержит в качестве цемента портландцемент, в количестве 1,0-2,0% от объема смеси стальную проволоку «Миксарм» диаметром 1 мм и длиной 54 мм с анкерами на концах и дополнительно комплексную добавку в количестве 0,88-1,76 мас.% от цемента, состоящую из пластифицирующей добавки «Д-11» 0,5-1,0 мас.% от цемента и модифицирующей добавки, включающей технический углерод-сажу 0,375-0,75 мас.% от цемента и многослойные углеродные нанотрубки 0,0005-0,01 мас.% от цемента диаметром 8-40 нм и длиной 2-50 мкм.
Для повышения прочности бетона на макроуровне вводились стальные волокна-фибры «Миксарм», выполненные из проволоки диаметром 1 мм и длиной 54 мм с анкерами на концах, блокирующие развитие макротрещин и являющиеся центрами ускоренного образования крупных прочных новообразований в структуре фибробетона.
Многофункциональная пластифицирующая добавка «Д-11» разработана в ООО НПП «Ирстройпрогресс» в соответствии с ТУ 574325-004-44628610-2006. В соответствии с ТУ «Д-11» содержит суперпластификатор в количестве не более 35 мас.%, ускоритель твердения и минеральный уплотнитель состава, мас.%: SiO2 18-30, SO3 25-35, Na2O 8-15, CaO 3-8, Cl не более 0,15, п.п.п. не более 30. Адсорбция частиц добавки на поверхности зерен цемента повышает смачиваемость раствора и снижает его водопотребность, что приводит к ускоренному увеличению прочности затвердевшего бетона.
Для модификации структуры на микроуровне использовался тонкоизмельченный порошок технического углерода-сажи с размерами частиц не более 5 мкм, который при введении в бетонную смесь увеличивает ее подвижность, что позволяет снизить количество воды затворения на 10-15%, уменьшить водоцементное отношение смеси и тем самым увеличить прочность, начиная с ранних сроков твердения.
В составе комплексной добавки, модифицирующей микро- и наноструктуру фибробетона, использовались многослойные углеродные нанотрубки диаметром 8-40 нм, длиной 2-50 мкм. Эффект усиления прочности на наноуровне связан с тем, что высокопрочные нанотрубки являются центрами кристаллизации новообразований цементного камня. В результате образуется упрочненная армированная структура цементного камня, что значительно повышает прочность фибробетона.
Таким образом, комплексное введение в сырьевую смесь металлических волокон-фибр «Миксарм», выполненных из проволоки диаметром 1 мм и длиной 54 мм, а также применение комплексной добавки, состоящей из пластифицирующей добавки «Д-11» и модифицирующей добавки, включающей технический углерод-сажу и многослойные углеродные нанотрубки диаметром 8-40 нм и длиной 2-50 мкм, способствует увеличению прочности фибробетона в ранние сроки твердения, начиная с 1-х суток на макро-, микро- и наноуровнях, что и является новым техническим свойством заявляемой фибробетонной смеси.
Фибробетонную смесь готовят из расчета расхода материалов на 1 м3 смеси, кг:
| портландцемент Серебряковского | |
| цементного завода марки 400 | 300 |
| песок Орловского карьера | |
| Волгоградской области | 620 |
| щебень гранитный Быстрореченского | |
| карьера двух фракций (5-10 мм) и (10-20 мм) | |
| в соотношении 1:2 | 1230 |
| вода | 140 |
Комплексную добавку, состоящую из пластифицирующей добавки «Д-11» и модифицирующей добавки, включающей технический углерод-сажу и многослойные углеродные нанотрубки диаметром 8-40 нм и длиной 2-50 мкм, в количестве 0,88-1,76% от массы цемента, предварительно растворяют с небольшим количеством воды затворения в ультразвуковом диспергаторе (УЗД) с частотой 20 кГц в течение 1-1,5 минут до получения однородного раствора и равномерно вводят в бетонную смесь с остальной водой. Упрочнитель в виде фибры «Миксарм» диаметром 1 мм и длиной 54 мм в количестве 1,0-2,0% от объема смеси вводят в бетоносмеситель после предварительного перемешивания цемента, заполнителей, раствора комплексной добавки и оставшейся воды затворения.
Для определения механических свойств из фибробетонной смеси приготавливают по стандартной методике образцы-кубы размером 15×15×15 см, твердеющие в естественных условиях, и испытывают на прочность при сжатии в ранние, начиная с 1-х суток, сроки твердения.
Для экспериментальной проверки заявленной фибробетонной смеси готовили несколько составов смесей, отличающихся различным содержанием компонентов комплексной добавки в процентном соотношении по массе, три из которых показали оптимальные результаты.
Количественные составы комплексной добавки и упрочнителя в фибробетонной смеси представлены в табл.1.
| Таблица 1 | |||
| Составы заявленной комплексной добавки | Содержание компонентов комплексной добавки, % от массы цемента | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Пластификатор «Д-11» | 0,5 | 0,75 | 1,0 |
| Технический углерод-сажа | 0,375 | 0,5 | 0,75 |
| Многослойные углеродные нанотрубки диаметром 8-40 им и длиной 2-50 мкм | 0,005 | 0,0075 | 0,01 |
| Фибра «Миксарм» диаметром 1 мм и длиной 54 мм, % от объема смеси | 1,0 | 1,5 | 2,0 |
Влияние комплексной добавки и упрочнителя в виде фибры «Миксарм» на рост прочности фибробетона в естественных условиях твердения представлено в таблице 2. Для определения прочности на сжатие и сравнения результатов испытаний были изготовлены образцы фибробетонной смеси по прототипу (см. табл.2).
| Таблица 2 | ||||
| Составы заявленной фибробетонной смеси | Предел прочности при сжатии, МПа | |||
| Возраст фибробетона | ||||
| 1 сутки | 3 суток | 7 суток | 28 суток | |
| 1 | 17,5 | 33,8 | 48,9 | 54,6 |
| 2 | 20,1 | 37,4 | 50,6 | 56,8 |
| 3 | 22,3 | 39,6 | 53,4 | 61,5 |
| Бетонная смесь по аналогу | 13,8-16,4 | 23,5-27,9 | 32,1-37,2 | 38,2-43,8 |
| Фибробетонная смесь по прототипу | 15,7 | 28,3 | 41,8 | 52,5 |
Анализ представленных в таблице 2 данных показывает, что введение в заявленную фибробетонную смесь металлических волокон-фибр «Миксарм», а также комплексной добавки, состоящей из пластифицирующей добавки «Д-11» и модифицирующей добавки, включающей технический углерод-сажу и многослойные углеродные нанотрубки диаметром 8-40 нм и длиной 2-50 мкм, 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 40-43%, а по сравнению с прототипом - на 3-16%. Прирост прочности заявленной фибробетонной смеси (состав №3) при твердении в возрасте 1, 3 и 7 суток по сравнению с аналогом составляет 36 - 43,5%, а по сравнению с прототипом - 22,4-37,5%.
Увеличение прочности заявленной фибробетонной смеси по сравнению с прототипом достигается при снижении расхода дорогостоящего упрочнителя - стальной проволоки на 20% (2,0% от объема заявленной фибробетонной смеси против 2,4% - по прототипу).
Фибробетонная смесь, включающая цемент, заполнитель и упрочнитель - стальную проволоку, отличающаяся тем, что она содержит в качестве цемента портландцемент, в количестве 1,0-2,0% от объема смеси стальную проволоку «Миксарм» диаметром 1 мм и длиной 54 мм с анкерами на концах и дополнительно комплексную добавку в количестве 0,88-1,76 мас.% от цемента, состоящую из пластифицирующей добавки «Д-11» 0,5-1,0 мас.% от цемента и модифицирующей добавки, включающей технический углерод-сажу 0,375-0,75 мас.% от цемента и многослойные углеродные нанотрубки 0,0005-0,1 мас.% от цемента диаметром 8-40 нм и длиной 2-50 мкм.
