Композитний бетон для плит перекриття та фундаменту

Реферат: Винахід належить до будівництва і може застосовуватися для міжповерхових перекриттів і плит фундаменту промислових будівель. Запропоновано суміш композитного бетону, яка містить цемент, піщано-щебеневу суміш, воду, пластифікатор, нанорозмірний пуцолановий пил, добавку, що зменшує усадку, і сталеві та/або синтетичні волокна, дає можливість виготовляти тонкі повністю безшовні без обмеження площі великі плити з композитного бетону без видимих тріщин від усадки або скривлення. UA 101923 C2 (12) UA 101923 C2 UA 101923 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Винахід належить до будівництва і може застосовуватися для міжповерхових перекриттів і плит фундаменту промислових будівель. Бетонні перекриття виготовляють або з неармованого, або з армованого бетону. Кількість арматури або її відсутність, як правило, обумовлюється прогнозованими навантаженнями та інтенсивністю навантажування, інакше кажучи - більш товсте перекриття з неармованого бетону може мати такі самі задовільні експлуатаційні властивості, що і більш тонке перекриття з армованого бетону. Іншою підставою для використання армованого бетону є можливість контролювання утворення тріщин в бетоні внаслідок обмеженої усадки, згинальних моментів, пластичного осідання ґрунту та дії зосереджених навантажень. Для зменшення утворення і ширини тріщин зазвичай бетонні перекриття розділяють на суміжні менші плити, щоб частину руху при стисканні від усадки можна було концентрувати та розміщувати в місцях швів, замість утворення небажаних тріщин. Шви бувають різних типів, наприклад у вигляді пропилів на відстані 5-15 м в кожному напрямку, або технологічних швів на повну глибину. Шви в бетонних перекриттях проектують з розрахунком на те, що з часом вони відкриватимуться. Усадка може спричинити значне відкривання швів, і, якщо усадка є більшою в поверхневих шарах, ніж під поверхнею, краї бетонних плит можуть скривлюватися. Чим тонше плита, тим швидше і раніше вона скривиться, викликаючи викришування країв шва та підвищуючи вірогідність пошкодження обладнання, що переміщує плиту перекриття. Арматура бетонних плит перекриття може складатися з арматурних стрижнів у вигляді сталевої арматурної сітки, розміщеної в один шар, два шари або навіть більше, в залежності від типу застосування. Арматуру бетонних плит перекриття можна також отримати шляхом довільного домішування волокон у бетон. Волокна можуть являти собою сталевий дріт або сталеву стружку, або синтетичні волокна, або іноді обидва типи волокон, з сітками та арматурними стрижнями або без них. Перевага використання волокон полягає в їхній здатності краще контролювати утворення тріщин, і у більш простій конструкції плити, оскільки у більшості випадків можна виключити необхідність заміни арматурних стрижнів або сіток. Введення сталевих волокон в композитний бетон може зменшити утворення тріщин у плитах міжповерхових перекриттів і плитах фундаменту промислових будівель. З літератури відомо, що 40 кг сталевих волокон на кубічний метр композитного бетону можуть зменшити вільну усадку на 15 %. Сталеві волокна завдяки їхній здатності краще контролювати утворення тріщин у бетоні останні 25 років використовують, як правило, тільки як арматуру у безшовних бетонних плитах 2 перекриття розміром не більше 3500 м . Однак в цих видах застосування не виключені ні усадка, ні утворення тріщин. Найближчим аналогом даного винаходу є склад композитного бетону для плит перекриття, описаний в ЕР 0137024. Цей відомий композитний бетон містить цемент, воду, піщанощебеневу суміш, розчин сульфонату нафталіну-меламіну та сталеві волокна діаметром 1 мм і 3 довжиною 60 мм. Вміст цих інгредієнтів 1 м композитного бетону становить: цемент 310 кг вода 155 кг піщано-щебенева суміш з частинками розміром до 16 мм 1550 кг піщано-щебенева суміш з частинками розміром 16-25 мм 390 кг приблизно 1,2 % розчин сульфонату нафталіну-меламіну відносно маси цементу сталеві волокна діаметром 1 мм і довжиною 60 мм 30 кг. Норми проектування та виготовлення плит, що випускаються з композитного бетону відомого складу, описані в декількох технічних стандартах різних країн, в тому числі, наприклад, АСІ360 (США), TR34 (Великобританія), CUR36 (Голландія), CUR111 (Голландія), АСІ223 (США), АСІ544 (США). Однак практика показала, що плити з композитного бетону відомого складу мають наступні недоліки: обмежений розмір плит з композитного бетону через утворення в перспективі тріщин та скривлення країв плит перекриття, відкривання швів і відносно висока витрата цементу, оскільки плиту необхідно виготовляти товщиною принаймні 15 см. Завданням даного винаходу є забезпечення можливості виготовлення плити перекриття та плити фундаменту з композитного бетону, яка є тонкою, повністю безшовною без обмеження площі, яка не тріскається від усадки і не зазнає скривлення країв. Плити перекриття з такими властивостями при такій товщині до цього часу були невідомі. 1 UA 101923 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Згідно з даним винаходом до відомого складу композитного бетону для плит перекриття та фундаменту, який містить цемент, воду, піщано-щебеневу суміш з частинками розміром до 16 мм, волокна і пластифікатор, додають принаймні одну добавку, що зменшує усадку, вибрану з групи, що складається з незв'язаного вапна, етиленгліколю та сульфоалюмінату кальцію, при 3 цьому вміст інгредієнтів в 1 м композитного бетону становить: цемент 240-360 кг вода 110-165 кг піщано-щебенева суміш з частинками розміром до 16 мм 1700-1900 кг 0,5-2 % пластифікатор відносно вмісту цементу добавка або добавки, що зменшують усадку, 5-70 кг сталеві та/або синтетичні волокна 0,6-60 кг. Експериментально визначено, що слід застосовувати цемент типу СЕМІ, СЕМII або СЕМІII, і що він має містити принаймні 75 % клінкеру. Добавку, що зменшує усадку, домішують для компенсації усадки в композитному бетоні і для запобігання напруженням від усадки. Експериментально доведено, що саме запропонований склад композитного бетону забезпечує можливість виготовлення плити перекриття з композитного бетону, яка є тонкою, повністю безшовною без обмеження площі і без видимих тріщин від усадки та скривлення країв. Пластифікатор може бути вибраний з групи, що включає нафталіни, меламіни, нафталінмеламіни, лігносульфонати або полікарбоксилати. Крім того, до складу композитного бетону 3 можна додавати нанорозмірний пуццолановий пил. Вміст інгредієнтів в 1 м композитного бетону становить: цемент 240-360 кг вода 110-165 кг піщано-щебенева суміш з частинками розміром до 16 мм 1700-1900 кг 0,5-2 % пластифікатор відносно вмісту цементу добавка або добавки, що зменшують усадку, 5-70 кг волокна 0,6-60 кг нанорозмірний пуццолановий пил 5-15 кг. Нанорозмірний пуццолановий пил в композитному бетоні повністю заповнює зазори між частинками цементу та піщано-щебеневої суміші, що дає в результаті більш однорідний композитний бетон. До композитного бетону можна домішувати сталеві волокна діаметром 0,75-1 мм і 3 співвідношенням розмірів волокна 50-70. Вміст сталевих волокон в 1 м композитного бетону становить 25-60 кг. Використання сталевих волокон в композитному бетоні забезпечує здатність плити витримувати навантаження та підвищує стійкість до розтріскування. Співвідношення розмірів волокна 50-70 вибране тому, що такі волокна легше вводити в композитний бетон. До композитного бетону можна домішувати синтетичні волокна номінальним діаметром 2000. Вміст синтетичних волокон в 1 м композитного бетону становить 0,6-4 кг. Використання синтетичних волокон в композитному бетоні забезпечує стійкість плити до мікророзтріскування. Такий склад композитного бетону може бути застосований для плит перекриття в конструкціях, що зазнають легких навантажень. До композитного бетону можна домішувати одразу і сталеві волокна діаметром 0,75-1 мм та аспектним відношенням 50-70, і синтетичні волокна номінальним діаметром 2000, при цьому 3 вміст волокон в 1 м композитного бетону становить: сталеві волокна діаметром 0,75-1 мм і аспектним відношенням 50-70 30-50 кг синтетичні волокна номінальним діаметром 2000 0,6-4 кг. Одночасне використання сталевих і синтетичних волокон в композитному бетоні забезпечує здатність плити витримувати навантаження та стійкість до утворення макро- та мікротріщин. Ще одним завданням даного винаходу є створення монолітної плити перекриття, яку укладають на основу, використовуючи запропонований склад композитного бетону. Завданням даного винаходу є створення монолітної плити перекриття з композитного бетону товщиною принаймні 50 мм, повністю безшовну без обмеження площі (технологічно площа є необмеженою), з енергопоглинанням принаймні 1000 Дж, визначеним за стандартом SIA 162, і з нульовою усадкою після 150 днів твердіння. Об'єктом винаходу є монолітна плита фундаменту, яку укладають на основу, використовуючи запропонований склад композитного бетону. 2 UA 101923 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Об'єктом винаходу є монолітна плита фундаменту з композитного бетону товщиною принаймні 50 мм, повністю безшовна без обмеження площі (технологічно площа є необмеженою), з енергопоглинанням принаймні 1000 Дж, визначеним за стандартом SIA 162, і з нульовою усадкою після 150 днів твердіння. Раніше не можна було виготовляти такі тонкі плити перекриття та фундаменту з композитного бетону з такою високою енергопоглинючою здатністю і практично нульовою усадкою, з повністю безшовними технологічно необмеженими площами. Нижче наведено декілька прикладів здійснення винаходу. Можливі й інші варіанти. Приклад 1 Склад композитного бетону для плити перекриття товщиною 120 мм містить цемент СЕМII, піщано-щебеневу суміш з частинками розміром до 16 мм, воду, пластифікатор: нафталінмеламін, нанорозмірний пуццолановий пил; добавку, що зменшує усадку: етиленгліколь; сталеві волокна діаметром 0,75 мм і довжиною 50 мм та синтетичні волокна номінальним діаметром 3 2000 і довжиною 15 мм, при цьому вміст інгредієнтів в 1 м композитного бетону становить, в кг: цемент СЕМII 330 піщано-щебенева суміш з частинками розміром до 16 мм 1800 вода 140 нафталін-меламін 2 нанорозмірний пуццолановий пил 10 етиленгліколь 5 сталеві волокна діаметром 0,75 мм і довжиною 50 мм 25 синтетичні волокна номінальним діаметром 2000 і довжиною 15 мм 2. 3 Процедура змішування композитного бетону наступна. Для отримання 1 м композитного бетону змішують 330 кг цементу СЕМII, 1800 кг піщано-щебеневої суміші з частинками розміром до 16 мм і 130 кг води і отримують бетон (такий бетон можна замовити і придбати у більшості заводів по приготуванню бетонної суміші). На будмайданчику, де будуть укладати плити перекриття або фундаменту, окремо готують рідкий будівельний розчин з 2 кг (0,61 % відносно об'єму цементу) порошкоподібного нафталіну-меламіну, 10 кг нанорозмірного пуццоланового пилу, 5 кг етиленгліколю та 10 кг води, і додають отриманий розчин до приготованої раніше (або придбаної) бетонної суміші. Під час додавання рідкого будівельного розчину до приготованого раніше бетону автобетонозмішувач повинен обертатися з мінімальною швидкістю 12 об/хв. 3 Загальний час змішування становить принаймні 1 хвилину для 1 м бетону. Потім до бетону додають 25 кг сталевих волокон діаметром 0,75 мм і довжиною 50 мм і 2 кг синтетичних волокон номінальним діаметром 2000 і довжиною 15 мм. При додаванні волокон до бетону барабан бетонозмішувача обертається з мінімальною швидкістю 12 об/хв. Загальний час змішування 3 становить принаймні 1 хвилину для 1 м композитного бетону. Кінцевим класом зручності укладання є F5 або F6. Зразки композитного бетону необхідно взяти на будмайданчик і протестувати за швейцарським стандартом SIA 162 для визначення характеристик вигинанняпродавлювання. Плиту перекриття з композитного бетону товщиною 120 мм укладають і піддають кінцевій обробці згідно з кращою технологією. Вимоги до основи: випробування несучої здатності ґрунту 2 за допомогою навантаженої плити за Вестергаардом - не менше 0,08 Н/мм і горизонтальність плити з допуском ±5-10 мм. Площа плити перекриття з композитного бетону без швів не обмежена. Плита перекриття може бути створена на всій площі незалежно від розміру. Після укладання та кінцевої обробки потрібно, щоб плита перекриття з композитного бетону затверділа, для цього за відомою технологією використовують воду. Експериментально доведено, що отримана в результаті монолітна безшовна плита перекриття товщиною 120 мм з композитного бетону має наступні характеристики: інтенсивність граничного статичного зосередженого навантаження в центрі, найдалі від швів: 900 кН; інтенсивність граничного/максимального статичного зосередженого навантаження на вільному краї: 500 кН, так що в умовах експлуатації така плита перекриття здатна витримувати довготривале зосереджене навантаження у 200 кН в будь-якій точці на плиті, що, таким чином, відносить її до класу великої несучої здатності; інтенсивність максимального експлуатаційного навантаження - 40 кН/м і компенсаційних опор - 120 кН всього; максимальне навантаження на вісь вилкового автонавантажувача - 50 кН. Експериментально доведено, що загальна енергія руйнування при 25-міліметровому прогинанні становить принаймні 1000 Дж (протестовано за швейцарським стандартом SIA 162), а усадка зразків композитного бетону при відносній вологості 50 % та температурі 20 °C 3 UA 101923 C2 5 10 15 20 25 30 35 становить 0 після 150 днів твердіння в камері для кліматичних випробувань (визначено за американським стандартом ASTM СІ57). Приклад 2 Склад композитного бетону в плиті перекриття для невеликих навантажень містить цемент СЕМII, піщано-щебеневу суміш з частинками розміром до 16 мм, воду, пластифікатор полікарбоксилат; добавку, що зменшує усадку, - незв'язане вапно, та синтетичні волокна 3 номінальним діаметром 2000 і довжиною 15 мм, при цьому вміст інгредієнтів в 1 м композитного бетону становить, в кг: цемент СЕМII 280 піщано-щебенева суміш з частинками розміром до 16 мм 1900 вода 150 полікарбоксилат 1,5 незв'язане вапно 50 синтетичні волокна номінальним діаметром 2000 і довжиною 15 MM 4. Процедура змішування композитного бетону та укладання виготовленої з такого бетону плити перекриття така сама, як і у Прикладі 1. Описуваний композитний бетон підходить для виготовлення плит перекриття для використання в комерційних зонах, де навантаження не перевищують 20 кН/м, а зосереджене навантаження становить менше 25 кН. 2 Несуча здатність основи має становити не менше 0,03 Н/мм . Шляхом обчислення за стандартом SIA 162 та експериментів було визначено, що мінімальна товщина плити перекриття з композитного бетону для невеликих навантажень становить 50 мм (замість 125-150 мм, як було спроектовано раніше). Плита перекриття з композитного бетону товщиною 50 мм є повністю безшовною, без обмеження площі (технологічно площа є необмеженою); з енергопоглинанням принаймні 1000 Дж, визначеним за стандартом SIA 162, і з нульовою усадкою після 150 днів твердіння. Приклад З Склад композитного бетону для укладання плити фундаменту містить цемент СЕМІ, піщанощебеневу суміш з частинками розміром до 16 мм, воду, пластифікатор-лігносульфонат; добавку, що зменшує усадку, - етиленгліколь, та сталеві волокна діаметром 1 мм і довжиною 3 60 мм. Вміст інгредієнтів в 1 м композитного бетону становить, в кг: цемент СЕМІ 300 піщано-щебенева суміш з частинками розміром до 16 мм 1850 вода 140 лігносульфонат 3 етиленгліколь 10 сталеві волокна діаметром 1 мм і довжиною 60 мм 50. Процедура змішування композитного бетону та укладання виготовленої з такого бетону опорної плити фундаменту така сама, як і у Прикладі 1. Можна виготовляти описану плиту фундаменту з композитного бетону товщиною 220 мм. На такій плиті фундаменту з композитного бетону можна будувати несучі колони з 3-метровим інтервалом. Плита фундаменту з композитного бетону товщиною 220 мм є повністю безшовною, без обмеження площі (технологічно площа є необмеженою); з енергопоглинанням принаймні 1000 Дж, визначеним за стандартом SIA 162, і з нульовою усадкою після 150 днів твердіння. Приклад 4 Склад композитного бетону для плити перекриття товщиною 70 мм містить цемент СЕМIII, піщано-щебеневу суміш з частинками розміром до 16 мм, воду, пластифікатор: нафталін; добавку, що зменшує усадку: етиленгліколь; та сталеві волокна діаметром 0,8 мм і довжиною 3 50 мм. Вміст інгредієнтів в 1 м композитного бетону становить, в кг: цемент СЕМIII 320 піщано-щебенева суміш з частинками розміром до 16 мм 1890 вода 160 нафталін 4 етиленгліколь 12 сталеві волокна діаметром 0,8 мм і довжиною 50 мм 30. 4 UA 101923 C2 5 10 15 20 25 30 Процедура змішування композитного бетону та укладання виготовленої з такого бетону плити перекриття така сама, як і у Прикладі 1. Плита перекриття з композитного бетону товщиною 70 мм є повністю безшовною, без обмеження площі (технологічно площа є необмеженою); забезпечує енергопоглинання принаймні 1000 Дж, визначене за стандартом SIA 162, та нульову усадку після 150 днів твердіння. Приклад 5 Склад композитного бетону для плити перекриття товщиною 100 мм містить цемент СЕМII, піщано-щебеневу суміш з частинками розміром до 16 мм, воду, пластифікатор: меламін; добавки, що зменшують усадку: незв'язане вапно та сульфоалюмінат кальцію; сталеві волокна діаметром 1 мм і довжиною 50 мм та синтетичні волокна номінальним діаметром 2000 та 3 довжиною 15 мм. Вміст інгредієнтів в 1 м композитного бетону становить, в кг: цемент СЕМII 310 піщано-щебенева суміш з частинками розміром до 16 мм 1900 вода 140 незв'язане вапно 30 сульфоалюмінат кальцію 40 меламін 3 сталеві волокна діаметром 1 мм і довжиною 50 мм 40 синтетичні волокна номінальним діаметром 2000 та довжиною 15 мм 1. Процедура змішування композитного бетону та укладання виготовленої з такого бетону плити перекриття така сама, як і у Прикладі 1. Плита перекриття з композитного бетону товщиною 100 мм є повністю безшовною, без обмеження площі (технологічно площа є необмеженою); забезпечує енергопоглинання принаймні 1000 Дж, визначене за стандартом SIA 162, та нульову усадку після 150 днів твердіння. Приклад 6 Склад композитного бетону для плити перекриття товщиною 130 мм містить цемент СЕМII, піщано-щебеневу суміш з частинками розміром до 16 мм, воду, пластифікатор: полікарбоксилат; добавки, що зменшують усадку: незв'язане вапно та етиленгліколь; та сталеві 3 волокна діаметром 0,8 мм і довжиною 60 мм. Вміст інгредієнтів в 1 м композитного бетону становить, в кг: цемент СЕМII 360 піщано-щебенева суміш з 1850 частинками розміром до 16 мм вода 130 незв'язане вапно 50 етиленгліколь 8 полікарбоксилат 2 сталеві волокна діаметром 0,8 мм і 60. довжиною 60 мм Процедура змішування композитного бетону та укладання виготовленої з такого бетону плити перекриття така сама, як і у Прикладі 1. Плита перекриття з композитного бетону товщиною 130 мм є повністю безшовною, без обмеження площі (технологічно площа є необмеженою); забезпечує енергопоглинання принаймні 1000 Дж, визначене за стандартом SIA 162, та нульову усадку після 150 днів твердіння. 5 UA 101923 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 1. Склад композитного бетону для плит перекриття та фундаменту, який містить цемент, воду, піщано-щебеневу суміш з частинками розміром до 16 мм, волокна та пластифікатор, який відрізняється тим, що додатково містить принаймні одну добавку, яка зменшує усадку, вибрану з групи, яка включає незв'язане вапно, етиленгліколь і сульфоалюмінат кальцію, при 3 цьому вміст інгредієнтів в 1 м композитного бетону становить: цемент 240-360 кг вода 110-165 кг піщано-щебенева суміш з частинками розміром до 16 мм 1700-1900 кг 0,5-2 % пластифікатор відносно вмісту цементу добавка або добавки, що зменшують усадку 5-70 кг сталеві та/або синтетичні волокна 0,6-60 кг. 2. Склад за п. 1, який відрізняється тим, що пластифікатор вибрано з групи, яка включає нафталіни, меламіни, нафталін-меламіни, лігносульфонати або полікарбоксилати. 3. Склад за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що додатково містить нанорозмірний 3 пуцолановий пил, при цьому вміст інгредієнтів в 1 м композитного бетону становить: цемент 240-360 кг вода 110-165 кг піщано-щебенева суміш з частинками розміром до16 мм 1700-1900 кг 0,5-2 % пластифікатор відносно вмісту цементу добавка або добавки, що зменшують усадку 5-70 кг волокна 0,6-60 кг нанорозмірний пуцолановий пил 5-15 кг. 4. Склад за будь-яким з пунктів 1-3, який відрізняється тим, що волокна являють собою сталеві волокна діаметром 0,75-1 мм і аспектним відношенням 50-70, при цьому вміст сталевих волокон 3 становить 25-60 кг на 1 м . 5. Склад за будь-яким з пунктів 1-3, який відрізняється тим, що волокна являють собою синтетичні волокна номінальним діаметром 2000, при цьому вміст синтетичних волокон 3 становить 0,6-4 кг на 1 м . 6. Склад за будь-яким з пунктів 1-3, який відрізняється тим, що волокна являють собою сталеві волокна діаметром 0,75-1 мм і аспектним відношенням 50-70 та синтетичні волокна 3 номінальним діаметром 2000, при цьому вміст волокон на 1 м становить (кг): сталеві волокна діаметром 0,75-1 мм і аспектним відношенням 50-70 25-60 синтетичні волокна номінальним діаметром 2000 0,6-4. 7. Монолітна плита перекриття, придатна для укладення на основу, виготовлена з використанням складу композитного бетону за будь-яким з пп. 1-6. 8. Плита перекриття за п. 7, яка відрізняється тим, що має товщину не менше 50 мм, є повністю безшовною без обмеження площі, має енергопоглинання принаймні 1000 Дж, визначене за стандартом SIA 162, і нульову усадку після 150 днів твердіння. 9. Монолітна плита фундаменту, придатна для укладення на основу, виготовлена з використанням складу композитного бетону за будь-яким з пп. 1-6. 10. Плита фундаменту за п. 9, яка відрізняється тим, що має товщину не менше 50 мм, є повністю безшовною без обмеження площі, має енергопоглинання принаймні 1000 Дж, визначене за стандартом SIA 162, і нульову усадку після 150 днів твердіння. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6