БЕТОННАЯ СМЕСЬ, БЕТОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ОТВЕРЖДЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК C04B28/02 C04B28/02 C04B14/48 

Изобретение относится к бетону, наполненному металлическим волокном, для формования элементов конструкций из бетона.

"Бетон, наполненный металлическим волокном", означает в контексте настоящего изобретения цементирующую керамическую матрицу, содержащую металлическое волокно, которую получают "Элемент конструкции из бетона" означает в контексте настоящего изобретения колонны, балки, плиты, стены, панели, обшивочные элементы конструкций, облицовочные панели и декоративные и структурные элементы, используемые в строительстве.

Обычные марки бетона имеют гранулярную структуру, образованную следующими тремя фазами:
цементом, который является связующей фазой и имеет размер части от 1 до 100 мкм;
песком, имеющим размер части от 1 мкм до 4 мм;
заполнителем или гравием, имеющим размер частиц от 5 до 20 мм или от 5 до 25 мм.

Обычные наполненные металлическим волокном бетоны содержат стальное волокно, длина которого составляет от 30 до 60 мм. Максимальная длина волокна, которая может использоваться, ограничена, с одной стороны, возможными способами смешения, при которых не наблюдается чрезмерная деградация, а с другой стороны, требованиями отливки бетона (размещения по месту и виброуплотнения).

Гладкие металлические волокна закрепляются в бетоне за счет адгезии. Для правильного функционирования гладких волокон необходимо, чтобы коэффициент формы, равный отношению длины волокна к его диаметру, составлял от 50 до 100. Это оптимальное значение коэффициента формы может быть уменьшено, если закрепление волокна улучшают путем изменения его геометрии: с помощью гофрировки, крючков на концах, насечек и т.п.

Количество волокна, которое используют в обычных наполненных волокном бетонах, варьирует от 30 кг/куб.м до 150 кг/куб.м, оно обычно лежит в интервале от 40 кг/куб.м и 80 кг/куб.м, что соответствует объемному процентному содержанию от 0,5 до 1%.

Длина L волокон обычно составляет от 30 до 60 мм, в то время как диаметр D наиболее грубого заполнителя обычно составляет от 20 до 25 мм, так что отношение R = L/D равно 1,2 - 3,0.

В обычном бетоне граница раздела между заполнителями и отвержденным цементным тестом является зоной с пониженной прочностью, поскольку она имеет большую пористость (переходный ореол). На этой границе раздела возникают локальные стрессы, вызванные разницей в поведении заполнителя и цементного теста. Когда к бетону приложено предельное напряжение, то заполнители могут сохранять связь друг с другом только в том случае, если имеются скрепляющие их средства, которые способны противостоять приложенному напряжению и имеют протяженную длину, по крайней мере в десять раз превосходящую размер наиболее крупного заполнителя.

Поскольку отношение R составляет в лучшем случае 3,0, то волокна не в состоянии эффективно связывать заполнители между собой.

Это подтверждается тем фактом, что добавление металлических волокон к обычному бетону лишь незначительно улучшает прочность на разрыв при пластической деформации. Это улучшение составляет несколько процентов для обычного содержания волокна в пределах от 0,5 до 1об. %.

Металлические волокна, используемые в бетонах, которые не содержат обычной арматуры, не позволяют предотвратить растрескивания бетона, а лишь перераспределяют напряжение таким образом, что образуется множество микротрещин, пристегнутых волокнами друг к другу, а не более широких трещин, хоть и меньшем количестве.

Таким образом, использование наполненных металлическим волокном бетонов, не содержащих обычную пассивную арматуру, ограничено.

Специальные композиции на основе бетона, наполненного металлическим волокном, и специальные процессы получения цементирующих матриц, содержащих металлические волокна, известны (COMPRESIT, SIFCON и другие) и описаны, например, в Патентах США 4979992 (H.H. Bache), 4513040, 4559881, 4493627 и 4668548 (D.R. Lankard).

Настоящее изобретение относится к специальным новым композициям для изготовления сверхпрочного пластичного бетона, позволяющего получать из бетона элементы конструкций с предварительным напряжением и без предварительного напряжения, которые не содержат пассивной арматуры.

Целью изобретения является получение элементов конструкций из наполненного металлическим волокном бетона, не содержащего обычной пассивной арматуры, прочность которых на разрыв при пластической деформации составляет приблизительно от 30 МПа до приблизительно 60 МПа.

Еще одной целью изобретения является получение элементов конструкций из наполненного металлическим волокном бетона, работа разрушения для которых составляет приблизительно от 10000 до приблизительно 40000 Дж/кв.м.

Еще одной целью настоящего изобретения является получение структурных элементов, относительное удлинение которых при разрыве составляет по крайней мере от 4000 • 10^-6 м/м до 9000 • 10^-6 м/м.

Целью изобретения является получение наполненного металлическим волокном бетона с предельной прочностью при сжатии по крайней мере от 6 МПа•м^0,5 до 13 МПа•м^0,5.

Целью настоящего изобретения являются также элементы конструкций из бетона, эксплуатационные характеристики которых сравнимы с эксплуатационными характеристиками соответствующих элементов конструкций, изготовленных из обычного бетона, при этом 1 вес бетона по изобретению экономит по крайней мере 2,5 веса обычного бетона.

Целью изобретения является также бетон, позволяющий получить изделия такой формы, которую невозможно получить из обычного бетона.

Наполненный металлическим волокном бетон по настоящему изобретению включает в основном портландцемент, зернистые составные части, тонкодисперсные элементы реакции пуццоланового типа, металлические волокна, диспергатор, необязательно другие составные части и воду и отличается тем, что максимальный размер преобладающих зернистых составных частей равен по крайней мере 800 мкм, тем, что индивидуальная длина 1 преобладающих металлических волокон составляет от 4 до 20 мм, тем, что отношение R средней длины L волокон к указанному максимальному размеру D зернистых составных частей составляет по крайней мере 10, и тем, что количество преобладающих металлических волокон таково, что объем указанных волокон составляет от 1,0 до 4% от объема бетона после затвердевания.

Подобная композиция после смешения и отвердения в форме позволяет получить твердый бетон, наполненный металлическим волокном.

Термин "преобладающие зернистые составные части" используется для обозначения зернистых составных частей, которые составляют по крайней мере 90%, предпочтительно по крайней мере 95% или еще более предпочтительно по крайней мере 98% от общей массы зернистых составных частей.

Термин "преобладающие металлические волокна" используется для обозначения металлических волокон, которые составляют по крайней мере 90%, предпочтительно по крайней мере 95% или еще более предпочтительно по крайней мере 98% от общей массы металлических волокон.

В идеале, преобладающие зернистые составные части составляют все количество зернистых элементов, а преобладающие металлические волокна составляют все количество металлических волокон.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения
наибольшее значение D составляет 600 мкм или лучше 400 мкм (где размеры 800, 600 и 400 мкм практически соответствуют эквивалентным размерам сит 30, 29 и 27 серии AFNOR NF X 11-501;
составляет от 8 до 16 мм, предпочтительно от 10 до 14 мм;
преобладающие металлические волокна имеют диаметр в интервале 80 - 500 мкм, предпочтительно в интервале 100 - 200 мкм;
объемный процент преобладающих металлических волокон составляет от 2,0 до 3%, предпочтительно приблизительно 2,5% от объема бетона после затвердевания;
зернистыми составными частями в основном являются мелкозернистые пески предпочтительно из группы, включающей природный песок, земляной песок и другие мелкозернистые пески;
портландцемент является цементом из группы, включающей цементы CPA PMES, HP, HRP, предпочтительно HTS (с высоким содержанием оксида кремния);
металлическими волокнами являются волокна из группы, включающей стальные волокна, волокна из нержавеющей стали, волокна из стали или нержавеющей стали, покрытые металлами, отличными от железа, такими как медь, цинк и другие металлы или сплавы металлов, отличными от железа;
мелкозернистыми составными частями реакции пуццоланового типа являются составные части из группы, включающей оксиды кремния, зольную пыль и топочный шлак со средним размером менее 0,5 мкм;
- диспергатором является суперпластификатор из группы, включающей нафталин, меламин, полиакрилат и другие суперпластификаторы.

В типичном примере максимальный размер заполнителей в смеси для получения бетона составляет не более 400 мкм, а металлические волокна имеют длину более 12 мм, что дает отношение R = 30.

Поведение волокон с длиной 12 мм в реактивном порошке бетона аналогично поведению обычной гладкой арматуры, длина которой составляет L = R • D, т.е. 30 • 20 = 600 мм.

Механическое поведение бетона по изобретению, таким образом, идентично, с учетом эффекта масштабирования, поведению обычного содержащего арматуру бетона, длина арматуры в котором составляет 600 мм.

Хотя обычные усиленные волокнами бетоны не могут использоваться в качестве применяемых в строительстве бетонов, т.е. для изготовления балок, колонн и плит, "микроусиленный" бетон по настоящему изобретению, напротив, представляет собой новый материал, который может быть использован в подобных целях.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения смесь для получения бетона включает на 100 мас. ч. цемента от 60 до 150 (или лучше от 80 до 130) мас. ч. мелкозернистого песка со средним размером частиц от 150 до 400 мкм, от 10 до 40 (или лучше от 20 до 30) мас. ч. аморфного оксида кремния с размером частиц меньше 0,5 мкм, от 10 до 80 (или лучше от 15 до 40) мас. ч. металлических волокон со средней длиной от 10 до 14 мм, по крайней мере 0,5 мас. ч. (сухого экстракта) диспергатора, необязательные добавки и от 10 до 30, предпочтительно от 10 до 24, а наиболее предпочтительно от 12 до 20 мас. ч. воды.

Изобретение не ограничивается использованием одного конкретного суперпластификатора, однако предпочтение отдается суперпластификатору акрилатного типа, а не суперпластификаторам типа меламина и нафталина. Предпочтительно используют по крайней мере 0,5, лучше по крайней мере 1,2, а еще лучше приблизительно 1,8 весовых частей суперпластификатора (сухого экстракта).

Из используемых оксидов кремния предпочтение отдается плавленому кварцу, особенно плавленному кварцу, получаемому при переработке циркония, а не при переработке кремния. В вариантах осуществления изобретения оксиды кремния могут быть полностью или частично заменены другими материалами реакции типа пуццолана, такими как, например, зольная пыль и топочный шлак.

Бетон по настоящему изобретению получают, смешивая твердые составные части и воду известным способом.

Полученный бетон предпочтительно подвергают отверждению в интервале температур от комнатной до 100^oC, в частности отверждению в интервале температур от 60 до 100^oC, предпочтительно при температуре порядка 90^oC.

Продолжительность отверждения преимущественно составляет от шести часов до четырех дней, при этом оптимальная продолжительность составляет порядка двух дней, а отверждение начинается по окончании схватывания смеси.

Отверждение проводят в сухих или влажных условиях или чередуя циклы отверждения во влажных и сухих условиях, например отверждение в течение двадцати четырех часов во влажных условиях с последующим отверждением в сухих условиях.

Отверждение бетонов проводят после того, как произошло их схватывание, преимущественно после старения в течение по крайней мере одного дня, а лучше после старения в течение по крайней мере одной недели.

В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения
по завершении процесса схватывания бетон отверждают в печи при температуре 60 - 100^oC в течение от шести часов до четырех дней;
по завершении процесса схватывания бетон отверждают в печи при температуре 60 - 100^oC в течение от двенадцати часов до двадцати четырех часов;
по крайней мере через день после начала схватывания бетон отверждают в печи при температуре 60 - 100^oC в течение от шести часов до четырех дней;
по завершении процесса схватывания бетон отверждают в печи при температуре 70 - 90^oC в течение от шести часов до четырех дней.

Добавка измельченного порошка кварца особенно полезна в том случае, когда бетон отверждают при высокой температуре, как показано в табл. 1.

В табл. 2 представлены примеры, в которых сравниваются свойства бетона по настоящему изобретению и других бетонов.

(1) Через 28 дней отверждения при комнатной температуре.

(2) Через 2 дня предварительного отверждения при комнатной температуре с последующим отверждением при температуре 80 - 90^oC.

(3) В зависимости от используемого типа термического отверждения и количества металлических волокон (от 1 до 4об. %).

Изобретение далее детально поясняется со ссылкой на фиг. 1 - 17, на которых
на фиг. 1 представлено схематическое изображение микроструктуры бетона по настоящему изобретению;
на фиг. 2 приведена кривая зависимости прочности на разрыв при пластической деформации бетона от объемного содержания металлических волокон;
на фиг. 3 приведена кривая зависимости работы разрушения бетона от объемного содержания металлических волокон;
на фиг. 4 приведена кривая зависимости работы разрушения бетона от длины волокон;
на фиг. 5 приведена кривая зависимости предела прочности при сжатии бетона от соотношения вода/цемент;
на фиг. 6 приведена кривая зависимости удобоукладываемости и предела прочности при сжатии бетона от соотношения суперпластификатор/цемент;
на фиг. 7 приведена кривая зависимости предела прочности при сжатии бетона от температуры после затвердевания;
на фиг. 8 приведена кривая зависимости прочности на разрыв при пластической деформации бетона в сравнении с прочностью обычного строительного раствора;
на фиг. 9 приведена кривая работы разрушения бетона в сравнении с прочностью обычного строительного раствора;
на фиг. 10 изображена половина профиля балки, изготовленной из бетона по настоящему изобретению;
на фиг. 11 представлен разрез середины пролета (11A) и опор (11B) балки;
на фиг. 12 приведена диаграмма распределения гидравлических домкратов, используемых для нагрузки балки;
на фиг. 13 приведена кривая зависимости упругой деформации середины балки в зависимости от изгибающего момента;
на фиг. 14 представлена диаграмма напряжений при появлении трещины в балке;
на фиг. 15 изображен разрез мостового полотна, изготовленного из бетона по настоящему изобретению;
на фиг. 16 изображен разрез соответствующего мостового полотна, изготовленного из обычного бетона;
на фиг. 17 приведена кривая относительного удлинения при растяжении в момент разрыва бетона по настоящему изобретению.

На фиг. 1 схематично показан принцип действия металлических волокон в бетоне по настоящему изобретению по сравнению с обычной пассивной арматурой: на фиг. 1A Схематично показаны волокна с длиной L = 60 мм, отношением R = L/D_max = 2,4, а на фиг. 1B схематично показано (в другом масштабе) металлическое волокно, окруженное заполнителями в бетоне по настоящему изобретению с длиной L = 12 мм и D_max = 0,4 мм.

На фиг. 2 - 7 приведены диаграммы, показывающие изменения некоторых свойств бетона по настоящему изобретению в зависимости от различных параметров (содержания волокна, длины волокна, соотношения вода/цемент, соотношения суперпластификатор/цемент, температуры после отверждения).

Очевидно:
что касается прочности на изгиб, то наилучшее значение для содержания волокон составляет приблизительно 3,5об. %;
что касается работы разрушения, то наилучшее значение для содержания волокон составляет приблизительно 2,0об. %;
наилучшее соотношение вода/цемент составляет приблизительно от 0,16 до приблизительно 0,18;
наилучшее соотношение пластификатор (сухой экстракт)/цемент составляет для полиакрилата приблизительно 1,8%;
наилучшая температура отверждения составляет приблизительно от 80 до приблизительно 90^oC.

Изобретение далее поясняется несколькими примерами.

Пример 1.

Типичная композиция по настоящему изобретению приведена ниже в табл. 3.

Оксид кремния представляет собой преимущественно плавленый кварц (18 кв. м/г).

Стальные волокна являются прямыми и гладкими.

Компоненты смешивают, разливают и виброуплотняют бетон так же, как и обычный бетон с низким содержанием воды по сравнению с содержанием цемента.

Процентное содержание волокон определяет прочность на изгиб и энергию разрушения. На фиг.8 показано поведение подобных бетонов в сравнении с обычным строительным раствором в испытаниях на изгибание в трех точках для тестовых образцов. Бетон по настоящему изобретению имеет фазу деформации при заслонке с последующим постепенным отжигом деформации. Максимальное растягивающее напряжение вдвое превосходит растягивающее напряжение при начале образования трещин (соответственно 50 МПа и 25 МПа). Упругая деформация при максимальном напряжении приблизительно в 10 раз больше, чем упругая деформация при появлении первой микротрещины.

На фиг.9 показаны результаты, полученные в испытаниях на точечный изгиб вырезанных тестовых образцов размером 4 см х 4 см х 16 см. Типичное значение работы разрушения, пропорциональное площади под кривой, составляет 30000 Дж/кв. м для бетона по настоящему изобретению, в то время как для обычного строительного раствора оно составляет менее 100 Дж/кв.м.

Бетон по настоящему изобретению может использоваться для получения элементов конструкций, не содержащих пассивной арматуры.

В обычном бетоне необходимо наличие обычной арматуры вблизи всех боковых поверхностей на расстоянии, которое называют переплетом, обычно составляющим от 1 до 5 см, но иногда не более 10 см. Выполнение этого требования приводит к тому, что боковые поверхности изделий из бетона обычно плоские и имеют правильную форму, реже имеют небольшую кривизну, но никогда не имеют двойной кривизны.

Поскольку бетон по настоящему изобретению может использоваться без обычной арматуры, то можно получать более тонкие изделия с большей свободной выбора их формы. Причина состоит в том, что необходимость в армировании обычного бетона по всем направлениям, а также минимальное значение переплета на двух поверхностях приводит к тому, что минимальная толщина составляет 7 см, когда изделия формуют горизонтально, и 12 см, когда изделия формуют вертикально в виде стен или корпусов. При использовании бетона по настоящему изобретению минимальная толщина изделий, формуемых горизонтально, составляет 8 мм, а минимальная толщина изделий, формуемых вертикально, составляет 20 мм. Это приводит к значительной экономии используемых материалов.

Свобода в выборе формы изделий, представляемая бетоном по настоящему изобретению, позволяет изготовить изделия сложной формы, имеющие лучшую архитектурную форму. Свобода в выборе формы изделий позволяет также лучше распределить материала в том случае, когда это необходимо с точки зрения усиления конструкции. Это является важным фактором экономии материала.

Экономия материала, которую позволяет осуществить настоящее изобретение, еще более значительна для изделий, в которых мертвый вес составляет значительную часть основных нагрузок.

Бетон по настоящему изобретению может также использоваться в элементах конструкций с предварительным напряжением, не содержащих пассивной арматуры.

Для балки с предварительным напряжением использование бетона по настоящему изобретению приводит по крайней мере к 2,5-кратной экономии материала.

Если применяют обычный бетон с предварительным напряжением, то требуется использовать обычную арматуру вдоль всех поверхностей изделия, а также усиливающие элементы арматуры в зонах закрепления элементов конструкций с предварительным напряжением - тросы, цепи или ванты. Их используют в том случае, когда в бетоне предварительно создают напряжение путем натяжения арматуры на бетон (стержневая арматура, смазаны моноцепи обшивки, кабельные ванты, ванты, составленные из комбинации тросов и цепей) или когда в бетоне создают напряжение путем натяжения арматуры на упоры (связующие тросы, связующие цепи).

Использование бетона по настоящему изобретению предоставляет особые преимущества в случае изделий с предварительным напряжением, поскольку оно позволяет сэкономить на всех армирующих элементах, в том числе тех, которые необходимы в силу присутствия элементов, создающих предварительное напряжение. Причина этого состоит в том, что так называемые распределяющие предварительное напряжение силы на толстых концах генерируют растягивающие и сдвиговые напряжения, которые заметно превышают прочность обычного бетона, а потому эти силы должны быть поглощены с помощью арматуры. Напротив, прочность и эластичность бетона по настоящему изобретению достаточны, чтобы поглотить силы без использования обычной арматуры.

Пример 2.

Т-образную балку формуют, используя бетонную композицию, имеющую следующий состав (содержание волокна: 2,6об. %).

Испытуемая балка имеет Т-образную форму, имеет общую длину 10 м и высоту 0,34 м (фиг. 10). Верхняя кромка имеет ширину 0,15, а шейка имеет толщину 0,06 м (фиг.11).

Предварительное напряжение достигается с помощью двух цепей Т15 и сечением 139 кв. мм. Предел текучести стали составляет 1525 МПа, а гарантированное разрушающее напряжение составляет 1730 МПа. Балка не содержит пассивной арматуры.

Перед заливкой бетоном цепи подвергают напряжению до величины, составляющей 90% от их предела текучести. Удаление приложенного напряжения и разрезку проводят через 4 дня после заливки бетоном. Сдвиг цепей составляет в среднем 1,6 мм, что соответствует длине жесткого закрепления приблизительно 0,70 м.

Через семь дней старения балке в течение пяти дней дают затвердеть, поддерживая температуру внутри бетона на уровне 80^oC. Ко времени переноса напряжения предел прочности бетона на изгиб составляет 22 МПа. Балку нагружают в течение 21 дня. По окончании указанного срока определяют силу сжатия, измеряемую цилиндром, которая составляет 170 МПа, предел прочности на изгиб, который составляет 42 МПа, и модуль Юнга, который равен 50 ГПа.

Вертикальные нагрузки прикладывают с помощью восьми равномерно распределенных домкратов (фиг. 12). Одну поверхность балки окрашивают, с целью облегчить визуальное наблюдение за появлением трещин. Нагрузки прикладывают ступенчато, измеряя, с целью контроля, упругие деформации в середине пролета и на опорах.

Балку нагружают до величины 82 кНм, а затем нагрузку полностью снимают. Никаких остаточных упругих деформаций не наблюдается. Во время второй нагрузки появляются трещины, когда сгибающий момент достигает величины 122 кНм (фиг. 13). Трещины с небольшим устьем (0,1-0,2 мм) распределяются очень равномерно через каждые 0,30 м в центральной трети балки.

В этом напряженном состоянии теоретически величина растягивающего напряжения нижнего волокна, вычисленная для не имеющей трещин секции, составляет 39 МПа (фиг.14), а напряжение сжатия верхнего волокна составляет 49 МПа.

Нагрузку продолжают почти до предельной величины. При достижении значения 147 кНм в центральной части развиваются три широкие трещины. Балка разрушается вследствие разрыва цепей при нагрузке 157 кНм.

Никаких трещин, вызванных сдвиговыми напряжениями, не наблюдается при максимальной сдвиговой нагрузке 3,5 МПа. Аналогичная картина наблюдается для распределяющих нагрузку зон вблизи опор.

Бетон по настоящему изобретению подтверждает свою способность противостоять вторичным деформирующим силам без образования трещин.

Образование трещин при первичном изгибе наблюдается при очень больших значениях растягивающего напряжения. После появления трещин поведение балки характеризуется увеличением прочности на 32% и развитием большой постэластичной упругой деформации.

Отсутствие пассивной арматуры позволяет использовать форму изделий, которые лучше приспособлены для поглощения сил различными частями изделия. Это приводит к дальнейшему повышению эффективности материала по настоящему изобретению.

Пример 3.

На фиг.15 изображен разрез мостового полотна, изготовленного из бетона, состав которого приведен в табл. 4, а на фиг. 16 изображен разрез соответствующего мостового полотна, изготовленного из обычного бетона, при этом оба полотна имеют одинаковые эксплуатационные характеристики.

Ширина мостового полотна составляет 15, 50 м наверху и 5,24 м в основании, а высота равна 5 м.

Объем бетона в кубических метрах на квадратный метр мостового полотна составляет 0,23 в первом случае и 0,68 во втором случае.

Пример 4.

Приведенный ниже способ используют для отливки фермы, состоящей из длинных цилиндрических изолирующих покрытий, длина которых составляет пять метров, а диаметр 0,4 м. Объем элемента конструкции (без арматуры) составляет 0,63 куб.м. Натяжение арматуры на бетон проводят после сборки.

Указанный бетон можно получить в обычных смесителях, предпочтительно по следующей методике.

1) Добавление сухих компонентов (за исключением волокон) в смеситель.

Первым помещают песок, затем более мелкозернистые компоненты и наконец цемент. Смешивают в течение 30-90 с.

2) Добавление в смесь воды и суперпластификатора.

Смешивают суперпластификатор и воду и полученную смесь диспергируют в миксере. Перемешивают в течение 4-7 мин в зависимости от производительности миксера.

3) Добавление волокон в смеситель.

Волокна в течение одной минуты помещают в смеситель и подвергают бетон воздействию вибратора, чтобы разделить волокна.

Операция смешения заканчивается через 2-3 мин после окончания добавления волокон.

Общее время составления смеси варьирует от семи до двенадцати минут.

Таким образом, бетон по настоящему изобретению может быть замешан при использовании тех же методов и того же оборудования, что и обычный бетон, однако время смешения возрастает приблизительно в пять раз.

Формуют балку вертикально обычным способом с помощью внешнего вибратора.

Распалубку проводят через восемнадцать часов после схватывания и балку на семь дней помещают в климатическую камеру с относительной влажностью 90% и температурой 20^oC. Термическое отверждение проводят при температуре 90^oC в течение двадцати четырех часов, подавая пар. После этого балка готова для размещения по месту и придания ей предварительных напряжений.

Пример 5. Определение предельной деформации растяжения материала.

Испытания проводят на тестовом образце в форме призмы с длиной 60 см на 4-5 см в сечении, который подвергают тесту на изгиб в 4-х точках.

Для изготовления тестового образца используют состав (в массовых частях), приведенный в табл. 7.

Тестовый образец в виде призмы подвергают виброуплотнению на вибростолике в закрытой форме и поверхность сглаживают с помощью мастерка. Распалубку проводят через шестнадцать часов после смешения. Бетон по настоящему изобретению подвергают термическому отверждению при температуре 90^oC и извлекают в день проведения тестовых испытаний.

Тест на сгибание в 4-х точках проводят на тестовых образцах, закрепленных на двух цилиндрах, отстоящих друг от друга на 50 см. Нагрузку прикладывают с помощью двух цилиндров, расположенных на расстоянии 10 см от центра. Система вращается с целью устранения любых паразитных сил. Напряжение сгибания считают постоянным на протяжении 20 см в центре тестового образца.

Нагрузку прикладывают постепенно и напряжение измеряют на верхнем (сжатие) волокне и нижнем (растяжение) волокне тестового образца с помощью датчиков деформации. Поведение бетона по настоящему изобретению поясняет фиг. 17. Полученные результаты в сравнении с обычным бетоном приведены в табл. 8.

Изобретение не ограничивается описанными вариантами его осуществления.

Изобретение относится к бетону, наполненному металлическими волокнами. Указанный бетон получают из композиции, включающей зернистые составные части, размер которых не превышает 800 мкм, и металлические волокна, длина которых составляет от 4 до 20 мм при этом отношение средней длины волокон к максимальному размеру зернистых составных частей по крайней мере равно 10, а объемное содержание металлических волокон составляет от 1,0 до 4,0% от объема бетона после затвердевания. Форма кривой прочности на разрыв указанного бетона сравнивается с формой кривой прочности на разрыв обычного строительного раствора. Технический результат - получение элементов конструкций из бетона, которые не требуют применения обычной металлической арматуры, прочность которых на разрыв при пластической деформации составляет приблизительно от 30 до приблизительно 60 МПа. 3 с и 35 з.п. ф-лы, 17 ил., 8 табл.

1. Бетонная смесь, включающая портландцемент, зерна песка, компонент, вступающий в пуццолановую реакцию с цементом, металлические волокна, диспергатор, возможные добавки и воду, отличающаяся тем, что по меньшей мере 90 мас. % зерен песка имеет максимальный размер зерен D не более 800 мкм, по меньшей мере 90 мас.% металлических волокон имеют индивидуальную длину l, лежащую в интервале 4 - 20 мм, отношение R между средней длиной L волокон и указанным максимальным размером D зернистых элементов по крайней мере равно 10, объем упомянутых по меньшей мере 90% металлических волокон составляет 1,0 - 4,0% от объема бетона после отверждения и на 100 мас.ч. цемента состав содержит по меньшей мере 60 мас.ч. упомянутых по меньшей мере 90% зерен песка и по меньшей мере 10 мас.ч. упомянутых по меньшей мере 90% металлических волокон. 2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что зерна песка с размером зерен D менее 800 мкм составляют по крайней мере 95 мас.% от общего количества зерен песка в смеси. 3. Смесь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она содержит порошок измельченного кварца. 4. Смесь по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что объем упомянутых по меньшей мере 90% металлических волокон составляет от 2 до 3% от объема бетона после отверждения. 5. Смесь по п.4, отличающаяся тем, что объем упомянутых по меньшей мере 90% металлических волокон заранее определенного размера составляет, примерно 2,5% от объема бетона после отверждения. 6. Смесь по одному из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что указанный максимальный размер D равен не более 600 мкм. 7. Смесь по п.6, отличающаяся тем, что указанный размер D равен не более 400 мкм. 8. Смесь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что указанная индивидуальная длина l находится в интервале 8 - 16 мм. 9. Смесь по п.8, отличающаяся тем, что индивидуальная длина l находится в интервале 10 - 14 мм. 10. Смесь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что упомянутые по меньшей мере 90% металлических волокон имеют диаметр между 80 и 500 мкм. 11. Смесь по п. 10, отличающаяся тем, что металлические волокна имеют средний диаметр между 100 и 200 мкм. 12. Смесь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что максимальный размер упомянутых по меньшей мере 90% зерен песка равен не более 500 мкм и упомянутые по меньшей мере 90% металлических волокон имеют длину от 10 до 20 мм. 13. Смесь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что указанное отношение R по крайней мере равно 20. 14. Смесь по любому из пп.1 - 13, отличающаяся тем, что содержание диспергатора (сухого экстракта) составляет по меньшей мере 0,5, предпочтительно по меньшей мере 1,2% от массы цемента. 15. Смесь по п.14, отличающаяся тем, что количество диспергатора (сухой экстракт) по отношению к массе цемента составляет примерно 1,8 мас.%. 16. Смесь по одному из пп.1 - 15, отличающаяся тем, что портландцемент является цементом CPA PMES, HP, HPK или HTS. 17. Смесь по одному из пп.1 - 16, отличающаяся тем, что в качестве металлических волокон используют волокна из стали, нержавеющей стали и из стали или из нержавеющей стали, покрытые оболочкой из нежелезистого металла, такого как медь, цинк и другие нежелезистые металлы. 18. Смесь по любому из пп.1 - 17, отличающаяся тем, что компоненты, вступающие в пуццолановую реакцию с цементом, имеют средний размер зерен менее 0,5 мкм. 19. Смесь по любому из пп.1 - 18, отличающаяся тем, что компоненты, вступающие в пуццолановую реакцию с цементом, представляют собой элементы группы, состоящей из оксида кремния, золы-уноса и доменных шлаков. 20. Смесь по п.19, отличающаяся тем, что компоненты, вступающие пуццолановую реакцию с цементом, представляет собой дымовой оксид кремния (белую сажу - аморфный оксид кремния). 21. Смесь по одному из пп.1 - 20, отличающаяся тем, что количество воды составляет 10 - 30% от массы цемента. 22. Смесь по п.21, отличающаяся тем, что количество воды составляет 12 - 20% от массы цемента. 23. Смесь по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит на 100 мас.ч. портландцемента 60 - 150, предпочтительно 80 - 130 мас.ч. зерен песка, имеющих средний размер зерен между 150 и 400 мкм, 10 - 40, предпочтительно 20 - 30 мас.ч. аморфного оксида кремния, имеющего средний размер зерен менее 0,5 мкм, 10 - 80, предпочтительно 15 - 40 мас.ч. металлических волокон, имеющих среднюю длину между 10 и 14 мм, по крайней мере 0,5 мас.ч. диспергатора (сухого экстракта), возможные добавки и 10 - 30 мас.ч. воды. 24. Смесь по п. 23, отличающаяся тем, что она содержит 13 - 20 мас.ч. воды. 25. Смесь по п.23 или 24, отличающаяся тем, что она включает по крайней мере примерно 1,2 мас.ч. суперпластификатора. 26. Смесь по любому из пп.23 - 25, отличающаяся тем, что в качестве металлических волокон используют волокна из стали, нержавеющей стали, из стали или нержавеющей стали, покрытые оболочкой из нежелезистого металла, такого как медь, цинк и другие нежелезистые металлы. 27. Смесь по одному из пп.23 - 26, отличающаяся тем, что он включает порошок измельченного кварца. 28. Бетонный элемент, полученный при отверждении бетонной смеси по одному из пп.1 - 27. 29. Способ отверждения бетонного элемента по п.28, отличающийся тем, что бетон выдерживают в печи при температуре 60 - 100^oC, начиная с конца отверждения в течение времени от шести часов до четырех дней. 30. Способ по п.29, отличающийся тем, что бетон выдерживают в печи в течение 12 - 24 ч. 31. Способ по п.30, отличающийся тем, что бетон выдерживают при температуре 70 - 90^oC. 32. Способ отверждения бетона бетонного элемента по п.28, отличающийся тем, что бетон выдерживают при температуре 60 - 100^oC в течение периода времени от шести часов до четырех дней и по меньшей мере один день после начала отверждения. 33. Элемент по п.28, отличающийся тем, что он подвергнут отверждению по п.29 или 30. 34. Элемент по п. 28 или 33, отличающийся тем, что заранее подвергнут предварительному напряжению плотно прилегающей проволокой. 35. Элемент по п. 28 или 33, отличающийся тем, что заранее подвергнут предварительному напряжению плотно прилегающими жгутами. 36. Элемент по п. 28 или 33, отличающийся тем, что заранее подвергнут предварительному напряжению моножгутами, покрытыми смазкой. 37. Элемент по п.28 или 33, отличающийся тем, что предварительно подвергнут предварительному напряжению арматурными пучками или стержнями в оболочке, при этом арматурные пучки собраны из проволочной арматуры. 38. Элемент по п.28 или 33, отличающийся тем, что подвергнут предварительному напряжению арматурными пучками в оболочке, при этом пучок состоит из жгутов.

Приоритет по пунктам:
10.03.94 по пп.3, 27, 34 - 38;
01.07.93 по пп.1, 2, 4 - 26, 28 - 33.