Данная статья посвящена исследованию определение возможности увеличения дозировки металлической фибры в самоуплотняющийся бетон, с целью повышения эксплуатационных свойств бетона.
Ключевые слова: фиброармирование, самоуплотняющийся бетон, удобоукладываемость бетонной смеси, пластифицирующая добавка, прочностные характеристики.
Впервые термин «самоуплотняющийся бетон» использовал японский ученый Хайима Окамура в 1986 году при разработке высокопрочного бетона. Он создал и внедрил в практику новое поколение высокоэффективных суперпластифицирующих добавок к бетону на основе полиакрилата и поликарбоксилата для улучшения удобоукладываемости бетонной смеси. В литературе множество определений самоуплотняющегося бетона, но они все одинаковы это высокоподвижная смесь, способная достигать высокой однородности и заполнять пространства любой конфигурации без дополнительного механического воздействия.
Основная задача при проектировании самоуплотняющегося бетона состоит в том, чтобы обеспечить достаточно высокую раздвижку зерен заполнителей: мелкого и крупного. Рецептура самоуплотняющейся бетонной смеси весьма существенно отличается от состава обычной бетонной смеси. Отличием является принципиально другой подход к соотношению и гранулометрии заполнителей (расход щебня не превышает расход песка, рассев заполнителей, по возможности, приближается к идеальной кривой за счет обогащения нескольких фракций. Необходимая раздвижка зерен достигается путем введения наполнителя, сопоставимого по дисперсности с вяжущим. Разбавление цемента инертным материалом не приводит к значительной потере прочности. Введение в состав бетона инертных и активных минеральных добавок позволяет получить высокоподвижную смесь без расслоения [1].
В настоящее время подбор состава самоуплотняющейся смеси ведется опытным путем. Самоуплотняющаяся смесь имеет расплыв конуса 50–80 см. На начальном этапе проектирования состава подбирают вид и расход минеральной и пластифицирующей добавок, водоцементное отношение для получения цементного теста с достаточной подвижностью. Далее подбирают расход крупного и мелкого заполнителя с расплывом смеси не ниже 50 см. Одним из важных этапов при оценке реологических свойств смеси является определение ее стойкости к расслоению [2].
В исследованиях использовались: портландцемент класса прочности 42,5 быстротвердеющий; щебень фракции 5–20 мм.; кварцевый песок-модуль крупности 2,5; фибра-белорусского металлургического завода длиной 20 мм и диаметром 0,3 мм.; доломитовая мука-фирмы «витеп»; вода; наномодифицированный пластификатор MC-PowerFlow 3100.
В начале проведения исследований определяли оптимальную дозировку суперпластификатора. Эта часть исследований проводилась на смеси, не содержащей крупного заполнителя. Состав лабораторного замеса приведен в таблице 1.
Таблица 1
Исходные данные для оптимальной дозировки суперпластификатора
|
Компоненты |
Расходы материала, кг. |
|
Цемент |
0,372 |
|
Песок |
0,660 |
|
Доломитовая мука |
0,168 |
|
Вода |
0,150 |
Влияние добавки на растворную смесь оценивалась измерением расплыва на встряхивающем столике. Измерения проводились штангенциркулем, в двух взаимно перпендикулярных направлениях после 5, 10 и 15 встряхивания, таблица 2.
В работе использовались следующие дозировки наномодифицированного суперпластификатора: 0,5 %, 1 %, 1,5 %.
Таблица 2
Результаты испытаний на встряхивающем столике.
|
|
Расплыв конуса, см. |
|||
|
Добавка Наномодифицированный суперпластификатор MC-PowerFlow 3100, % от массы цемента. |
Количество встряхиваний на встряхивающем столике. |
|||
|
0 |
5 |
10 |
15 |
|
|
0 |
9,7 |
10,3 |
10,6 |
11,2 |
|
0,5 |
9,5 |
11,2 |
13,6 |
17,6 |
|
1,0 |
25,7 |
- |
- |
- |
|
1,5 |
32,5 |
Наблюдается водоотделение смеси. |
||
По результатам исследований было установлено оптимальное дозирование добавки наномодифицированного суперпластификатора, для работы берется 1,5 % пластификатора.
Далее исследование проводили на бетонных смесях, содержащих оптимальные добавки суперпластификатора. В качестве контрольной была принята смесь, состав которой приведен ниже в таблице 3.
Таблица 3
Контрольная смесь
|
Компонент бетонной смеси: |
Расход на 1 м3, кг. |
Расход на 8л., кг. |
|
Цемент |
450 |
3,68 |
|
Мелкий заполнитель(песок) |
800 |
6,36 |
|
Крупный заполнитель (щебень) |
700 |
5,52 |
|
Доломитовая мука |
200 |
1,66 |
Далее после приготовления смеси в бетонном смесителе определялись следующие характеристики: расплыв стандартного конуса, плотность смеси, характеристики бетона при сжатии и при изгибе в возрасте 28 суток. Из каждого варианта смеси изготавливалось по два образца-кубика с ребром 100 мм. и одна балочка 70х70х280 мм., Образцы-кубики испытывались на предел прочности при сжатии. Балка испытывалась на предел прочности на растяжении при изгибе.
Испытание на контрольной смеси показали, что смесь является самоуплотняющейся так как характеризовалась расплывом стандартного конуса в 75 см. в смесь вводилась металлическая фибра в количестве 0,7 %, 1 %, 1,3 % от массы смеси. Приведено в таблице 4.
Таблица 4
Испытания контрольной смеси
|
Расход фибры,% от общей массы смеси |
Бетонная смесь снаномодифицированным пластификатором MC-PowerFlow 3100 (1,5%) |
|
|
Расплыв конуса, см. |
Плотность смеси, кг/м3. |
|
|
0 |
73 |
2365 |
|
0,7 % |
72 |
2295 |
|
1,0 % |
65 |
2295 |
|
1,3 % |
46 |
2325 |
Из таблицы видно, что самоуплотняющаяся бетонная смесь может быть армирована металлической фиброй в количестве 1 %. При расходе фибры 1,3 % бетонная смесь перестает быть самоуплотняющейся.
Фибровое армирование самоуплотняющихся бетонных смесей отразилось на технических характеристиках бетона, они указаны в таблице 5.
Таблица 5
Испытания бетонных образцов
|
Расход фибры,% от общей массы смеси |
Бетон из смеси снаномодифицированным пластификатором (1,5%) |
|||
|
Предел прочности при сжатии, МПа |
Предел прочности при изгибе, МПа |
Плотность, кг/м3 |
Время до полного разрушения при испытании на изгиб, с. |
|
|
0 |
71,4 |
5,9 |
2360 |
10,7 |
|
0,7 % |
72,2 |
6,1 |
2445 |
10,9 |
|
1,0 % |
81,9 |
7,1 |
2475 |
21,5 |
|
1,3 % |
83,9 |
7,7 |
2495 |
28,8 |
Как видно из таблицы увеличение фибры ведет к прочностным характеристикам бетона.
Анализируя данные, полученные в ходе лабораторных экспериментов, можно сделать вывод: наиболее оптимальный состав для производства фиброармированнных самоуплотняющихся бетонов с 1,5 %-м расходом наномодифицированного пластификатора MC-PowerFlow 3100 и фибры 1 %.
Литература:
1. Шестернин А. И., Коровкин М. О., Ерошка Н. А. Основы технологии самоуплотняющегося бетона // Молодой ученый. — 2015. — № 6. — С. 226–228.Штарк И. Долговечность бетона / Штарк И., Вихт Б. — Киев, 2004. — 295с.
- Базанов С. М. Самоуплотняющийся бетон — эффективный инструмент в решении задач строительства / С. М. Базанов, М. В. Торопова // Весь бетон.URL: http://www.ibeton.ru/a195.php.
