ОБЗОР ПАТЕНТОВ ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ ИЗДЕЛИЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО ФИБРОБЕТОНА Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Обзорная статья УДК 691 : 347.77

ГРНТИ: 67.09 Строительные материалы и изделия ВАК: 2.1.5. Строительные материалы и изделия doi:10.51608/26867818_2022_2_32

ОБЗОР ПАТЕНТОВ ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ ИЗДЕЛИЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО ФИБРОБЕТОНА

© Авторы 2022 ЕРОФЕЕВ Владимир Трофимович, академик РААСН, доктор технических

SPIN: 4425-5045 наук, профессор, заведующий кафедрой строительных материалов

AuthorlD: 161483 и технологий

ORCID: 0000-0001-8407-8144 Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва

ScopusID: 56662851300 (430005, Россия, Саранск, ул. Большевистская, 68,

ResearcherlD: A-7827-2017 e-mail: yerofeewt@mail.ru)

SPIN: 9213-4861 КРЕТОВ Дмитрий Александрович, ассистент кафедры «Железобетонные

AuthorlD: 800708 конструкции»

ORCID: 0000-0001-8517-5958 Самарский государственный технический университет

ResearcherID: AAQ-9234-2021 (443100, Россия, Самара, ул. Молодогвардейская, д. 244,

e-mail: kretdima@rambler.ru)

Аннотация. Приведен обзор ряда патентов по производству железобетонных изделий методом твердения бетона под давлением при изготовлении железобетонных изделий и конструкций из фибробетона. Цель работы - рассмотрение запатентованных изобретений, в которых достигнут технический результат по улучшению технико-экономических характеристик изделий, экономии ресурсов, снижению трудоемкости и сроков выполнения работ, облегчению технологии производства. Основными источниками для анализа послужили открытые электронные информационные данные Федеральной службы по интеллектуальной собственности.

Ключевые слова: строительная отрасль, фибра, фибробетон, патент, инновационное строительство, пресс-форма

Для цитирования: Ерофеев В.Т., Кретов Д.А. Обзор патентов по изготовлению изделий под давлением из высокопрочного фибробетона // Эксперт: теория и практика. 2022. № 2 (17). С. 32-35. doi:10.51608/26867818_2022_2_32.

Review article

PATENT REVIEW OF HIGH-STRENGTH FIBRO-CONCRETE PRODUCTS MADE UNDER PRESSURE

© The Author(s) 2022 EROFEEV Vladimir Trofimovich, Academician of the RAACS, Doctor of Technical

Sciences, Professor, Head of the Department of Building Materials and Technologies Mordovian State University N.P. Ogaryova

(430005, Russia, Saransk, Bolshevistskaya st., 68, e-mail: yerofeevvt@mail.ru)

KRETOV Dmitry Alexandrovich, assistant of the department «Reinforced concrete structures»

Samara State Technical University

(443100, Russia, Samara, Molodogvardeyskaya st., 244,

e-mail: kretdima@rambler.ru)

Annotation. A review of several patents on the production of reinforced concrete products by hardening concrete under pressure in the manufacture of reinforced concrete products and fibro-concrete constructions. The aim of the work is to consider patented inventions, which achieve the technical result of improving the technical and economic characteristics of products, saving resources, reducing the labour intensity and time of work, simplifying production technology. The main source for the analysis was the open electronic information dataset of the Federal Intellectual Property Service.

Keywords: construction industry, fibro, fibro-concrete, patent, innovative construction, mold

ф

ЭКСПЕРТ:

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

2022. № 2 (17)

EXPERT: THEORY AND PRACTICE

For citation: Erofeev V.T., Kretov D.A. Patent review of high-strength fibro-concrete products made under pressure // Expert: theory and practice. 2022. No. 2 (17). Pp. 32-35. (In Russ.). doi:10.51608/26867818_2022_2_32.

Введение. На текущем этапе развития строительной отрасли, вследствие усложнения условий эксплуатации зданий и сооружений, повысились требования к строительным материалам и конструкциям, в первую очередь к бетонам, фибробетонам и бетонам твердеющим под давлением: наряду с повышением прочности бетона на сжатие, актуальными стали более высокие значения трещиностой-кости, ударной вязкости, деформационных свойств, в том числе контроль качества материалов и конструкций.

Основной тренд данных требований сводится к уменьшению себестоимости строительства, облегчению технологии производства, экономии ресурсов, долговечности объектов капитального строительства, в том числе при последующей эксплуатации зданий и сооружений.

По исследуемой теме известны следующие изобретения различных групп авторов: «Способ приготовления фибробетонной смеси» [1], «Пресс-форма для изготовления бетонных и железобетонных изделий» [2], «Способ изготовления фиброце-ментных композиций» [3], «Пресс-форма для изготовления бетонных и железобетонных изделий и механизм бокового обжатия» [4], «Способ изготовления изделий под давлением из высокопрочного фиб-робетона» [5]. Однако, проведенный анализ зарегистрированных российских патентов выявил дефицит исследований по заявленной теме.

Обсуждение темы. Рассматриваемое решение относится к производству железобетонных изделий методом твердения бетона под давлением и может использоваться в области дорожно-мостового и аэродромного строительства, при производстве железобетонных изделий и конструкций из высокопрочного фибробетона под давлением, например: мостовые покрытия, берегозащитные полосы, шпалы, фундаменты, тоннели, каркасы конструкций, монолитные сооружения, взлетно-посадочные полосы, тротуары, тротуарная и дорожная плитка, бордюрный материал, каналы для водоотвода и др.

Работа пресс-формы [2], в которой использован способ вибрационного прессования изделий, происходит следующим образом: в подготовленную внутри опалубочную полость устанавливается арматурный каркас изделия, затем внутри опалубочную полость замыкают формообразующей поверхностью пуансона, далее в опалубочную полость подаётся бетонная смесь и уплотняется навесным вибратором, потом загрузочное отверстие герметизируется и бетонная смесь подвергается давлению в течение 1015 минут, после отключения пресса бетонная смесь, уплотненная и отжатая от излишков влаги, остается

под избыточным давлением и набирает твердость, прогреваемая за счет подачи теплоносителя, по готовности изделие разъединяется с прессующей поверхностью и вынимается из пресс-формы.

При данном способе получения изделий, обладающих достаточной прочностью, происходит значительный расход арматуры, увеличение трудоемкости и сроков изготовления, что значительно понижает уровень конкурентоспособности изобретения.

Процесс изготовления изделия в соответствии с патентом [4] производят следующим образом: в полость опалубки подготовленной пресс-формы устанавливают (при необходимости) арматуру и укладывают бетонную смесь, далее на установленную крышку с монтажными элементами создаётся усилие прессом и элементы подвижной опалубки, перемещаясь относительно силовой рамы, производят смятие эластичных вкладышей и обжатие бетонной смеси. При достижении необходимого уплотнения бетона крышка фиксируется на силовой раме с помощью откидных болтов. После набора бетоном соответствующей прочности откидные болты раскручиваются, изделие освобождается от избыточного давления, а затем крышка снимается с силовой рамы.

При достаточно высокой экономичности изготовления изделий данным способом, прочностные характеристики не дают возможности их использования в дорожных и мостовых покрытиях, взлетно-посадочных полосах и т.д.

Целью следующего рассматриваемого изобретения [5] было создание такого технологического процесса, который повышал технические характеристики изделий, при этом уменьшая себестоимость за счет сокращения расходов арматуры, трудоемкости и сроков выполнения работ.

Решение поставленной задачи достигается тем, что бетонную смесь перед укладкой в пресс-форму наполняют волокнами фибры. Уложенная в пресс-форму бетонная смесь (фибробетон) выдерживается под давлением не менее 2,5 МПа до набора распалубочной прочности, но не менее 240 мин., твердеющая масса прогревается теплоносителем, поданным в полости пресс-формы, до температуры не более 80°С (температура теплоносителя не должна превышать 95°С, а скорость повышения температуры не более 35°С в час) [5].

Включение различных вариантов фибры в состав бетона производят с целью повышения морозостойкости, трещиностойкости бетона при усадке и циклических воздействиях (сопротивление ударам, истиранию и разрушению). При этом исследователи

отмечают, что «важнейшая проблема фибробетона и фиброжелезобетона выражается в создании равномерного (агрегированного) разделения волокон по объему или длине элемента» [6].

Положительный результат от использования предлагаемого изобретения заключается в улучшении эксплуатационных характеристик изделий, а именно: применение в бетонной смеси волокон фибры (металлической и неметаллической), соблюдение технологического процесса, в том числе температурного режима, твердения фибробетона под давлением дало положительный результат в улучшении эксплуатационных характеристик изделий -до 30% повысилась прочность, возросла стойкость к физическим нагрузкам, минимизировалось образование усадочных трещин.

Бетонную смесь наполняют металлическими и неметаллическими волокнами фибры, применяемые с целью повышения технических характеристик (в первую очередь - прочности) бетонного раствора. Структура полученного фибробетона представляет собой однородную конструкцию, которая пронизана волокнами, создающими эффект армирования.

Фиг. 2

Рис. 1. Фигура 2: общий вид, вертикальный разрез, пресс-форма после ее заполнения и приложения давления [5]:

1 - силовая рама, 2- откидные болты, 3- подвижная опалубка, 4 - крышка, 5 - днище, 6 - верхнее резиновое уплотнение, 7 - нижнее резиновое уплотнение, 8 - упругие полусферы, 9 - монтажные элементы, 10 - парные рейки, 11 - распорки, 13 - полость для фибробетона

Необходимо отдельно отметить: фибробетон со стальным наполнителем не теряет свойства под действием низких температур, влаги и огня.

При ряде преимуществ полученный фибробетон имеет один недостаток - высокая стоимость, если сравнивать с обычным бетонным раствором. Однако, этот недостаток легко компенсируется долговечностью стройматериала и его повышенной стойкостью к износу, что способствует его применению в конструкциях (промышленного и бытового характера) с сильным агрессивным воздействием окружающей среды.

Так, например, А.В. Боровков и С.В. Овчинникова на основе приведенных расчетов пишут, что фибробетон, «несмотря на высокую себестоимость, за счет высоких физико - механических свойств довольно популярен и очень часто применяется в строительстве для заливки фундаментов промышленных зданий под оборудование. Долговечность материала компенсирует высокую стоимость данного фибробетона» [7].

Николенко С.Д., Сазонова С.А., Звягинцева А.В., приводя результаты проведенных исследований, делают вывод [8]: « ...при сравнении уровней трещиностойкости железобетонных конструкций и конструкций из фибробетона, преимущество по указанному параметру принадлежит последним», т.к. «дисперсное армирование фибробетона. способствует более равномерному распределению усилий внутри массива конструкции».

После проведения исследования напряженно-деформированного состояния тяжелых и облегченных бетонов, построения диаграмм напряжений - деформаций и их анализа авторский коллектив приходит к следующему заключению: «фибробетон способен испытывать наибольшие деформации при нагрузке ввиду того, что при помощи рецептурных и технологических факторов меняются его свойства и как следствие характер разрушения - становится более вязким» [9].

При внедрении фибробетона необходимо уделить пристальное внимание соблюдению оптимального режима прогрев бетона - до 80°С с временем подъема 240 мин., который удовлетворяет необходимым темпам изготовления изделий, т.к. при большей температуре влага интенсивно испаряется, что отрицательно влияет на качество.

Конструктивное решение предлагаемой пресс-формы позволяет создавать объемное обжатие бетонной смеси в результате поступательного движения подвижной опалубки относительно силовой рамы с увеличением доли бокового обжатия в конце прессования при применении поворачивающихся распорок. Соотношение бокового обжатия и продольного усилия регламентируется заранее путем установки определенного наклона распорок.

12

14

Фиг 4

Рис. 2. Фигура 4: горизонтальный разрез Б-Б

на фиг. 2, пресс-форма после ее заполнения и приложения давления [5]:

1 - силовая рама, 3- подвижная опалубка, 10 - парные рейки, 11 - распорки, 12 -рейки, 13 - полость для фибробетона, 14 - эластичные вкладыши

В отличие от известных решений, где создание бокового усилия на смесь обеспечивается или с помощью гидравлической камеры, или с помощью клинового эффекта, конструктивное решение предлагаемой оснастки более экономично, технологично и улучшает качество изделия [5].

Выводы. Предложенный способ производства изделий из фибробетона под давлением имеет ряд преимуществ в сравнении с другими вариантами:

- менее энергозатратен;

- ускоряет оборачиваемость комплекта оснастки, что повышает производительность,

EXPERT: THEORY AND PRACTICE

- позволяет снизить размеры поперечных сечений конструкций, в следствие чего они сравнительно легки и более транспортабельны.

Рассмотренное изобретение [5] будет востребовано в практическом обороте, как удобный и практичный механизм для объектов строительства, т.к. позволяет улучшить технологические возможности и эксплуатационные характеристики изделий(мини-мизация пластического образования усадочных трещин, уменьшение термического растрескивания и увеличение износоустойчивости бетона) при значительном снижении их себестоимости, за счет уменьшения объемов расходования арматуры, трудозатрат и сроков выполнения работ.

Все рассмотренные выше изобретения являются важными и полезными, но способ изготовления изделий под давлением из высокопрочного фибробетона и комплекс для проведения анализа структуры и контроля прочности бетонных строительных конструкций остаются интересными для дальнейших исследований.

Список источников

1. SU 1778096 А1, 30.11.1992.

2. SU 1821372 A1, 15.06.1993.

3. RU 2303022 С1, 20.07.2007.

4. RU 2274547 C2, 20.04.2006.

5. RU 2641363 C1, 17.01.2018.

6. Конвейерная технология фибробетона с агрегированным распределением фибр и его конструктивные свойства / Л.Р. Маилян, А.Л. Маилян, Э.С. Айвазян // Инженерный вестник Дона. 2013. №3 (26).

7. Технико - экономическое сравнение эффективности применения фибробетона на основе фибры различного происхождения / А.В. Боровков, С.В. Овчинникова // Инженерный вестник Дона. 2020. №11 (71). С. 259-270.

8. Изгибные прочностные характеристики фиб-робетонных конструкций / С.Д. Николенко, С.А. Сазонова, А.В. Звягинцева // Химия, физика и механика материалов. 2021. №4 (31). С. 77-93.

9. Анализ прочностных и деформативных характеристик облегчённых и тяжелых бетонов, армированных базальтовой фиброй / А.А. Чернильник [и др.] // Вестник евразийской науки. 2021. Т. 13. № 5

Ф

ЭКСПЕРТ:

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

2022. № 2 (17)

Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Статья поступила в редакцию 10.02.2022; одобрена после рецензирования 10.03.2022; принята к публикации 15.03.2022.

Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests.

The article was submitted 10.02.2022; approved after reviewing 10.03.2022; accepted for publication 15.03.2022.