СТЕКЛОФИБРОБЕТОН (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к строительным композиционным материалам, более конкретно к смеси стеклофибробетона, и может быть использовано в строительстве, например, в качестве несъемной опалубки, декоративных облицовочных элементов, вентилируемых фасадов и т.д. В смеси стеклофибробетона для использования в строительстве, включающей цемент, химическую добавку, песок мелкозернистый, ровинг рассыпающийся из щелочестойкого стекловолокна и воду, химическая добавка содержит, мас.%: SiO2 - 88, пластификатор С-3 - 9-10, вода - 2-3, а щелочестойкое стекловолокно имеет длину от 21 мм до 40 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент 48-53, указанная химическая добавка 4-6, песок мелкозернистый 20-28, указанный ровинг рассыпающийся 3-7, вода 13-17. В другом варианте в смеси стеклофибробетона для использования в строительстве, включающей цемент, химическую добавку, песок мелкозернистый, фибру щелочестойкого стекловолокна и воду, химическая добавка содержит, мас.%: SiO2 88, пластификатор С-3 9-10, вода 2-3, а щелочестойкое стекловолокно имеет длину от 21 мм до 40 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент 45-57,5, указанная химическая добавка 2-8, песок мелкозернистый 25-35, указанная фибра 0,5-9, вода 15-20. Технический результат - повышение прочности на сжатие, прочности на растяжение и на растяжение при изгибе, снижение водопроницаемости смесей. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.



ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к строительным композиционным материалам, более конкретно к смеси стеклофибробетона, и может быть использовано в строительстве, например в качестве несъемной опалубки, декоративных облицовочных элементов, вентилируемых фасадов и т.д.
Известна фибробетонная смесь (SU 1201258, ВНИИ по применению полимерных материалов, опубликованное 30.12.1985), включающая портландцемент, песок, стекловолокно, жидкий полимерный состав и воду.
Известна бетонная смесь (RU 2101248 С1 (Елшина Л.И.), опубликованная 10.01.1998), включающая портландцемент, песок, стекловолокно, микрокремнезем, суперпластификатор на основе натриевой соли продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом, воду и биоцидную добавку алкилполибензилпиридинийхлорид.
Наиболее близким аналогом (прототип) является фибробетонная смесь (ЕР 0921107 А1 (MCI SA), опубликованная 09.06.1999). Смесь включает цемент, песок, горную муку, мелкий песок, воду, полимерные волокна, стекловолокна, пластическую вату и удерживающий агент.
Общим недостатком всех перечисленных источников является недостаточная прочность на сжатие, недостаточная прочность на растяжение и на растяжение на изгибе и высокая водопроницаемость смесей.
Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в улучшении характеристик бетона, а именно повышение прочности, повышение прочности на сжатие, повышение водонепроницаемости.
Поставленная задача решается с помощью стеклофибробетона, состоящего из цементно-песчаной матрицы, армированной отрезками (фибрами) щелочестойкого (цементостойкого) стекловолокна.
Более конкретно, в одном из вариантов в смеси стеклофибробетона для использования в строительстве, включающей цемент, химическую добавку, песок мелкозернистый, ровинг рассыпающийся из щелочестойкого стекловолокна и воду, химическая добавка содержит, мас.%:
SiO2 88 
пластификатор С-3 9-10 
вода 2-3 

щелочестойкое стекловолокно имеет длину от 21 мм до 40 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
цемент 48-53 
указанная химическая добавка 4-6 
вода 13-17 

В другом варианте в смеси стеклофибробетона для использования в строительстве, включающей цемент, химическую добавку, песок мелкозернистый, фибру щелочестойкого стекловолокна и воду, химическая добавка содержит, мас.%:
SiO2 88 
пластификатор С-3 9-10 
вода 2-3, 

а щелочестойкое стекловолокно имеет длину от 21 мм до 40 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
цемент 45-57,5 
указанная химическая добавка 2-8 
песок мелкозернистый 25-35 
указанная фибра 0,5-9 
вода 15-20 

В качестве цемента используется цемент марки ПЦ 500 ДО-Н.
Химическая добавка содержит: SiO 2 - 88 мас.%, пластификатора С-3 - 9-10 мас.% и воды 2-3 мас.%.
В качестве щелочестойкого волокна используются стеклофибры NEG.
Смесь готовят различными способами.
Например, с использованием способа производства стеклофибробетона методом пневмонабрызга. Способ включает приготовление цементно-песчаного раствора. Раствор готовят раздельным весовым дозированием цемента, химической добавки, песка и воды и их смешением в бетономешалке циклического действия. Время перемешивания 5 мин. Затем раствор подается в нагнетательную установку через сито с размером 2 мм. После чего формы должны быть тщательно очищены от остатков стеклофибробетонной смеси. Основные линейные размеры форм проверяются с помощью рулетки или шаблонов. На поверхность форм наносится тонкий ровный слой смазки. Одновременно с этим настраивается пистолет-напылитель таким образом, чтобы количество подаваемого раствора и количество нарубленного стекловолокна соответствовало требуемому составу. На следующей стадии пневмонабрызг стеклофибробетона в форму осуществляется послойно: первоначально на дно формы наносится предварительный слой раствора (без стекловолокна толщиной 0,5-2,0 мм); каждый последующий слой (6 мм) (со стекловолокном) наносится за два прохода по двум взаимно перпендикулярным направлениям; после нанесения каждого слоя смесь уплотняется с помощью пружинного валика.
Дальнейший пневмонабрызг и последующее уплотнение производятся до получения заданной толщины изделия. После этого с краев формы удаляются остатки стеклофибробетона, поверхность изделия выравнивается и заглаживается. Поддоны с формами с помощью мостового крана устанавливаются на упоры контейнеров-накопителей, которые затем плотно укрываются полиэтиленовой пленкой или любым другим водонепроницаемым материалом для исключения потерь влаги во время выдержки изделий.
Или, например, смесь готовится с помощью способа предварительного перемешивания. При этом способе процесс состоит из двух стадий. Сначала в высокоскоростном миксере (порядка 400-700 об/мин) перемешиванием изготавливается смесь, состоящая из цемента, песка, воды, и химической добавки. Затем на более низкой скорости (порядка 60-75 об/мин) добавляется щелочестойкое волокно длиной от 21 мм до 40 мм. При добавлении в очень малых количествах тончайшие и обладающие высокой способностью к дисперсии волокна способны сдерживать раскрытие трещин в бетоне на пластичной ранней стадии его твердения. В сочетании со способностью волокон сдерживать отделение цементного молока, их добавление в бетон позволяет заметно улучшить свойства затвердевшего бетона. В отличие от арматурных сеток стекловолокно не может быть неправильно уложено или смещено при укладке бетона.
Ниже приведены конкретные примеры различных вариантов смесей стеклофибробетона.
Пример 1.
Сначала готовят цементно-песчаный раствор раздельным дозированием 48 кг цемента (марки ПЦ 500 ДО-Н 48 мас.%), 6 кг химической добавки (SiO2 - 88 мас.%, пластификатора С-3 - 9-10 мас.% и воды 2-3 мас.%, 6 мас.%), 22 кг песка (22 мас.%), и 17 м3 воды (17 мас.%) смешением в бетономешалке циклического действия. Время перемешивания 5 мин. Затем раствор подается в нагнетательную установку через сито с размером 2 мм. После чего формы тщательно очищаются от остатков стеклофибробетонной смеси. Затем на поверхность форм наносится тонкий ровный слой смазки. Одновременно с этим настраивается пистолет-напылитель.
На следующей стадии пневмонабрызг стеклофибробетона в форму осуществляется послойно: первоначально на дно формы наносится предварительный слой раствора (без стекловолокна толщиной 0,5-2,0 мм).
Затем наносится последующий слой (6 мм) вместе со ровингом рассыпающимся из цементостойкого стекловолокна длиной от 21 мм до 40 мм в количестве 7 кг (7 мас.%), в два прохода по двум взаимно перпендикулярным направлениям. После этого смесь уплотняется с помощью пружинного валика.
Результаты испытаний на механические характеристики представлены в таблице 1.
Пример 2.
Смесь готовят так же, как в примере 1, но при количествах компонентов, равных: цемент 53 кг (марки ПЦ 500 ДО-Н, 53 мас.%), песка 27 кг (27 мас.%), воды 13 м3 (13 мас.%), и химической добавки (аналогично описанной в примере 2) 4 кг (4 мас.%). Затем как указано в примере 1 добавляется ровинг рассыпающийся из цементостойкого стекловолокна длиной от 21 мм до 40 мм в количестве 3 кг (3 мас.%).
Пример 3.
Сначала в высокоскоростном миксере (скорость оборотов 500 об/мин) перемешиванием изготавливается смесь, состоящая из цемента 45 кг (марки ПЦ 500 ДО-Н, 45 мас.%), песка 25 кг (25 мас.%), воды 15 м3 (15 мас.%), и химической добавки (SiO2 - 88 мас.%, пластификатора С-3 - 9-10 мас.% и воды 2-3 мас.%) 8 кг(8 мас.%). Затем скорость снижается до 75 об/мин и добавляется щелочестойкое волокно длиной от 21 мм до 40 мм в количестве 7 кг (7 мас.%).
Пример 4.
Смесь готовят так же, как в примере 3, но при количествах компонентов равных: цемент 57,5 кг (марки ПЦ 500 ДО-Н, 57,5 мас.%), песка 25 кг (25 мас.%), воды 15 м3 (15 мас.%), и химической добавки (аналогично описанной в примере 3) 2 кг (2 мас.%) и при скорости оборотов 700 об/мин. Затем скорость снижается до 60 об/мин и добавляется щелочестойкое волокно длиной от 21 мм до 40 мм в количестве 0,5 кг (0,5 мас.%).
Пример 5 (по прототипу).
Смесь готовят так же, как в примере 4, при количествах компонентов, равных: цемента 39 кг (39 мас.%), песка 5 кг (5 мас.%), горной муки 8 кг (8 мас.%), мелкого песка 6 кг (6 мас.%), воды 35 м3 (35 мас.%), полимерных волокон 0,5 кг (0,5 мас.%), пластической ваты (0,5 кг (0,5 мас.%) и удерживающего агента 5 кг (5 мас.%), и при скорости оборотов 700 об/мин. Затем скорость снижается до 60 об/мин и добавляется стекловолокно длиной от 10 мм до 20 мм в количестве 1 кг (1 мас.%).
Как видно из таблицы 1 стеклофибробетон имеет преимущество в механических характеристиках по сравнению с прототипом. Он сочетает в себе повышенную прочность при сжатии с повышенной прочностью при растяжении и растяжении при изгибе, при этом материал не подвержен коррозии и относится к негорючим.
Таблица 1. 
Характеристики конечного продукта. 
Пр-р Плотность, г/см3 - в естественном состоянии - высушенного бетона - в водонасыщенном состоянии Водопоглощение, % (по массе) Кубиковая прочность на сжатие, МПа Приземная прочность на сжатие, МПА Прочность на растяжение. Па - в естественном состоянии - в водонасыщенном состоянии Прочность на растяжение при изгибе. Па - в естественном состоянии - водонасыщенном состоянии Водонепроницаемость 
1 2,213 4,97 66,7 63,3 7,8 23,4 16 
2,143 8,47 24,6 
2,247 
2 2,326 4,63 68,4 65,4 8,0 24,0 14 
2,052 8,23 24,2 
2,258 
3 2,250 4,78 64,5 62,7 7,7 23,2 17 
2,247 8,3 24,5 
2,251 
4 2,216 4,85 65,1 61,8 7,6 23,1 18 
2,148 8,15 24,0 
2,248 
5 1,980 6,01 48,0 49,1 6,1 19,5 25 
2,010 7,2 20,1 
2,138 
Испытания проводились согласно ГОСТ 12730, ГОСТ 28570, ГОСТ 24452. 





ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Смесь стеклофибробетона для использования в строительстве, включающая цемент, химическую добавку, песок мелкозернистый, ровинг рассыпающийся из щелочестойкого стекловолокна и воду, отличающаяся тем, что химическая добавка содержит, мас.%:
SiO2 88 
пластификатор С-3 9-10 
вода 2-3 

а щелочестойкое стекловолокно имеет длину от 21 до 40 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
цемент 48-53 
указанная химическая добавка 4-6 
песок мелкозернистый 20-28 
указанный ровинг рассыпающийся 3-7 
вода 13-17 

2. Смесь стеклофибробетона для использования в строительстве, включающая цемент, химическую добавку, песок мелкозернистый, фибру щелочестойкого стекловолокна и воду, отличающаяся тем, что химическая добавка содержит, мас.%:
SiO2 88 
пластификатор С-3 9-10 
вода 2-3 

а щелочестойкое стекловолокно имеет длину от 21 до 40 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
цемент 45-57,5 
указанная химическая добавка 2-8 
песок мелкозернистый 25-35 
указанная фибра 0,5-9 
вода 15-20