CC BY
17
82 НАУКА И ТЕХНИКА КАЗАХСТАНА
УДК 666 973
| ПЕРСПЕКТИВНЫЙ СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ | ЭФФЕКТИВНОСТИ СТАЛЕФИБРОБЕТОНА
Ш.К.Торпищев, Ф.Ш.Торпищев
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
ФиброармилЫ бетон крспасын дайындалу технологиясы .мен оныц I muiMdijiiaiH кетеру жумыстарыныц нэтижес1 кррастырылады.
Рассморены результаты работ по упрощению технологии приготовления фиброармированных бетонных смесей и повышения их эффективности.
The test data considered is on simplified preparation of Jiber-reinforced | concrete mixes and their efficiency improvement.
В последние годы в связи с появлением и развитием новых конструктивных решений зданий (например, многоэтажных жилых зданий с нес\щим каркасом) все больше и больше внимания строителей обращается на высокопрочные, в частности, специальные фиброармированные бетоны.
В качестве диспергированной арматуры в фибробетонных смесях может использоваться как стальная фибра [1], так и синтетические волокна [2].
Существенно слабым местом конструкций из фибробетонов является относительно низкая прочность на растяжение при изгибе при относительно высоком расходе цемента, а также технологические неудобства, связанные с необходимостью продолжительного перемешивания исходных ингредиентов для равномерного их распределения в процессе приготовления бетонной смеси.
Авторами предпринята попытка упрощения технологии приготовления фиброармированных бетонных смесей и повышения их эффективности.
Технический результат достигается тем, что бетонная смесь, включающая цемент, заполнитель, стальную фибру и воду содержит дополнительно отрезки синтетических волокон, причем в воду затворения сначала вводят синтетические волокна, перемешивают 30-50 сек, а затем последовательно цемент, заполнитель и стальную фибру.
№1, 2005 г.
83
Отличием предложенного состава бетонной смеси от прототипа является использование в качестве армирующего компонента двух видов дисперсных волокон - стальных и синтетических, а также оригинальный способ приготовления фибробетонной смеси, позволяющий существенно упростить процесс равномерного распределения фибры , особенно синтетической.
В качестве искусственного волокнистого материала используют распушенные любым известным способом отходы жестких стекло- или шлаковатных плит и матов. Помимо армирующего действия стеклошлаковые волокна активно всту пают в реакции гидратообразования с выделяющимся в процессе гидролиза минералов цемента гидроксидом кальция, а также продуктами гидратации клинкера, т.е. обеспечивает хемосорбционное взаимодействие компонентов смеси. Но главное, введение синтетических волокон обуславливает значительно более качественное сцепление стальных фибр с цементно-песчаным камнем, а следовательно, получение сталефибробетона повышенной почти в полтора раза прочности. Механизм этого явления заключается в следующем.
При введении синтетических волокон в воду затворения в турбулентном смесителе происходит их распутпка. т.е. разделение прядей на элементарные волокна после добавления цемента начинается гидратация, определяемая способностью молекул воды проникать к поверхности цементных зерен, их химическим взаимодействием и диффузионным отводом продуктов гидратации из поверхностного слоя в окружающую среду.
В начальный период гидратообразования этому способствует интенсивное перемешивание при большом количестве воды смесителе турбулентного действия. Однако в смеси с синтетическими волокнами не вся вода находится в движении. Между- зернами цемента, которые адгезированы на волокнах, образуются застойные зоны, где вода в процессе перемешивания остается малоподвижной. Поэтому концентрация новообразований в зоне контакта частиц вяжу щего и волокна определяется в основном диффузионными процессами в смеси и остается выше средней.
В связи с этим, в жидкой фазе контакной зоны, раньше, чем в остальном объеме смеси, образуется пересыщенный раствор, обу славливающий начало
выкристаллизации гидратных новообразований. Поскольку синтетические волокна расположены в смеси хаотически, то по мере гидратации происходит образование пространственной коагуляционной структуры. Плотность бетона ячеек такого каркаса много выше, чем без армирования волокнами.
При введении в смесь стальных фибр последние, попадая в ячейки пространственного коагулированного каркаса, сформированного из тонкодисперсных гид-ратных новообразований, провоциру ет свеобразный «эффект обоймы». Как от-
84
НАУКА И ТЕХНИКА КАЗАХСТАНА
мечалось, структура новообразований в присутствии синтетических волокон характеризуется значительно большей плотностью, чем в смеси без волокон, а следовательно большей дисперсностью, обусловленной синтезом гидросиликатов и алюмосиликатов низкой основности на фоне активных диффузионных процессов. Таким образом, стальные фибры попадают в более стесненные условия, что позволяет формировать в зоне контакта их с цементным камнем более упорядоченную и организованную матрицу, характеризующуюся высокой адгезионной прочностью.
Обобщая сказанное, можно констатировать, что прирост прочности бетонов при реализации предлагаемого технического решения обусловлен как самим фактом введения в фибробетонную смесь синтетического волокна в регламентированном объеме, так и способом его введения с водой затворения на начальной стадии приготовления смеси. Известно, что применение синтетических волокон существенно сдерживается не только их дороговизной и дефицитностью. но и значительными трудностями их равномерного распределения в объеме смеси из-за огромной разницы в плотности исходных ингредиентов.
Приготовление фибробетонных смесей осуществляют в следующем порядке. В бетоносмеситель турбулентного действия со скоростью вращения ротора 350-400 об/мин вводят часть (30-40%) заполнителя и расчетное количество стекло- или шлаковаты, которая в процессе перемешивания в течение 2-3 мин. полностью диспергируется (превращается в волокна размером до 0,5 мм). Затем заливают расчетное количество воды затворения и перемешивают еще 30-50сек. (увеличение времени начальной диспергации волокон в воде до 2.5-3 мин, привело к приросту прочности бетона всего на 6-8%). После этого в смесь вводят оставшиеся компоненты в следующей последо-вательности-цемент, песок,
стальная фибра. Общее время перемешивания - 3,5-4 мин. Приготовленная смесь укладывается в опалубку, уплотняется 30-35 сек, затем пропаривается по стандартному режиму .
Составы сырьевых смесей для изготовления фибробетона и результаты испытаний образцов приведены в таблице 1.
№1, 2005 г.
85
Таблица 1
Составы и свойства фибробетона Содержание компонентов, масс.%
1 2 3 4 5 6
- цемент 26,5, 24,0 25,2 29,1 29,1 29,1
- стальная фибра - 3 4 6 7 -
- синтетическая фибра - 2,3 1,5 0.8 - 1,2
- вода 20,3 20,5 18,2 13,7 14,4 18,1
- песок Остальное
Предел прочности на растяжение при изгибе. МГГа 5,6 14,5 18,3 19,8 12,9 6,1
Как показывают результаты, армирование мелкозернистого бетона только синтетической фиброй, с целью повышения его прочностных характеристик, малоэффективно (состав 6). Связано это с тем, что модуль упругости волокон значительно ниже Еб (согласно теории композиционных материалов получение фибробетона с высокими прочностями на растяжение возможно лишь при условии, что модуль упругости волокон превышает модуль упругости матрицы). Подтверждение сказанному - состав 5 (армирование бетона стальной фиброй позволяет повысить прочность более . чем вдвое).
Эффект армирования мелкозернистого бетона стальной фиброй значительно увеличился (в среднем на 46-49%) при введении в сырьевую смесь отрезков синтетического волокна (состав 2,3,4).
ЛИТЕРАТУРА
1. Курбатов Л.Г. и др. Опыт применения сталефибробетонов в инженерных сооружениях. Л.: 1982., с. 9
2. Рабинович Ф.Н. и др. «Бетоны дисперсно-армированные волокнами. -Обзор ВНИИЭСМ. М, 1976, с38
