Применение дисперсно-армированного цементобетона

2.1 Общие сведения о сталефибробетоне

Дисперсно-армированный цементобетон имеет другое название – фибробетон. Такое название он получил из-за материала – фибра. Фибра – это материал, применяемый в качестве армирующего компонента для улучшения свойств бетона, который может изготавливаться из стальных, композитных и синтетических волокон. Наиболее эффективным является стальная фибра. Модуль её упругости выше модуля упругости бетона примерно в 6 раз, имеет лучшие показатели в отличие от других типов фибр.

Фибробетон

Стальная фибра производится следующими способами: резкой из тонкой проволоки; рубкой из тонкого стального листа; вытяжкой из стального расплава; фрезерованием специального стального сляба. Поперечное сечение фибры может быть разное – прямоугольное, круглое и др. Размеры ее сечения примерно от 0,2 мм до 1,5 мм и длинной от 5 мм до 15 см. Для обеспечения технологичности смесей в приготовлении и укладке и достижения высоких физико-механических характеристик СФБ в конструкциях, стальная фибра должна иметь:

–высокую дисперсность ℓ/dусл = 60÷80 при условном диаметре dусл= 0,45÷0,65, где ℓ – общая длина фибры;

–общую длину фибры не менее чем в 1,8 раза больше максимального размера заполнителя; с увеличением длины фибры сверх этого показателя появляется тенденция к снижению равномерности распределения фибры в объеме бетона и появлению «ежей»; уменьшение длины фибры ниже этого показателя ведет к снижению показателей физико-механических характеристик.

Эффективность работы фибробетона определяют характеристики сцепления фибр с бетоном. Для лучшего сцепления применяют волокна с периодическим профилем, гнутые фибры, с отгибами на концах.

Работа бетона, сосредоточенного вокруг фибры в зоне до 10 условных диаметров волокна, уникальна тем, что бетон способен выдерживать большие растягивающие нагрузки. Увеличение способности бетона воспринимать растягивающие нагрузки без разрушения составляет 40-60%. При возрастании расстояния от волокон эта способность снижается. Дисперсное армирование стальной фиброй воздействует на свойства бетона: прочность на сжатие увеличивается на 10-50%, прочность на растяжение при изгибе – на 20-70%, ударная вязкость возрастает в 8-12 раз, сопротивление истираемости – до 2-х раз, повышаются трещино- и морозостойкость, улучшается водонепроницаемость, повышается сопротивление кавитации.

В своей работе в качестве материала для покрытия автомобильной дороги я использую сталефибробетон (СФБ). В качестве дисперсно-армирующей добавки в СФБ используется металлическая фибра «Челябинка», изготавливаемая в соответствии с требованиями ТУ 1231-001-70832021-2010.

Стальная анкерная фибра «Челябинка»

Фибра «Челябинка» изготавливается из стального проката и представляет собой стальную полоску, имеет на концах анкеры в виде сегментов окружности, радиусно-сопряженных с прямыми участками полоски. Торцы полоски развёрнуты относительно друг друга на произвольный угол. Допускается плавное (без резких перегибов) отклонение оси фибры от прямой линии. Наиболее востребованный типоразмер: длина фибры – 36-38 мм, условный диаметр – 0,63 мм. Отличительная особенность данной фибры – шероховатость по всему контуру боковых поверхностей и наличие замкнутых анкеров на концах, что резко повышает анкеруемость ее в бетоне. Кроме этого, условный диаметр волокна, равный 0,63 мм и длина 36-38 мм являются наиболее оптимальными, так как обеспечивают получение наиболее высоких физико-механических свойств сталефибробетона, с возможностями наиболее оптимального обеспечения технологии приготовления и укладки.

Выбранный состав СФБ смеси на 1м3 подобран по СТО 70832021.01-2015 и удовлетворяет ГОСТ 7473. Состав приведен в таблице 2.1.1

Таблица 2.1.1

Вид материала	Количество
Цемент М400 ПЦ400Д20	420 кг (460кг)
Песок Мкр 2,1-2,2	598 кг
Щебень 5-20 (гранодиорит)	1191 кг
Фибра по ТУ 1231-001-70832021-2010	80 кг
В/Ц	0,36-0,40
Суперпластификатор С-3	0,5% Ц (сухой вес)
СНВ	0,010-0,015% Ц

Физико-механические характеристики состава СФБ приведены в таблице 2.1.2.

Таблица 2.1.2

Осевое сжатие	49,8-60,7 МПа
Осевое растяжение	3,54-4,15 МПа
Растяжение при изгибе	5,97-6,6 МПа
Водонепроницаемость	W14 - W16
Морозостойкость, в солях	F300
Деформация сталефибробетонных призм размером 10×10×10 см, прочностью 49,8 МПа / 60,7 МПа:
модуль упругости	39,3×103 МПа / 38,87×103 МПа
коэффициент Пуассона	0,18-0,20 / 0,146

2.2 Требования к материалам для приготовления СФБ смеси

В качестве вяжущих для приготовления СФБ дорожных оснований и покрытий следует использовать бездобавочные портландцементы (с количеством инертных и активных добавок менее 5 %) с содержанием гидрата оксида кальция С3А менее 8 % и прочностью на сжатие не менее 40 МПа, удовлетворяющие требованиям СНиП 3.06.04-91 и ГОСТ 10178-85*.

В качестве крупного заполнителя для СФБ следует применять щебень из плотных горных пород по ГОСТ 8267 и ГОСТ 26633. Показатели качества крупного заполнителя определяют по ГОСТ 8269.0 и ГОСТ 8269.1. Крупный заполнитель рекомендуется применять в виде раздельно дозируемых фракций от 5 до 10 мм и от 10 до 20 мм: фракция от 5 до 10 мм – от 25 до 40% и фракция от 10 до 20 мм – от 60 до 75% по массе. В соответствии со СНиП 3.06.04 допускается применять одну фракцию заполнителя от 5 до 20 мм. Содержание пылеватых и глинистых частиц в щебне не должно превышать 1% по массе. Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой форм в крупном заполнителе не должно превышать 25% по массе.

В качестве мелкого заполнителя для СФБ рекомендуется применять кварцевый песок, а также пески из отсевов дробления и их смеси, отвечающие требованиям ГОСТ 8736. В целях обеспечения высокой прочности на изгиб и сжатие СФБ для конструкций дорожных одежд рекомендуется применять чистые сухие пески с модулем крупности не менее 1,8. Наиболее стабильные характеристики, при прочих равных условиях, получаются с песками с модулем крупности 2,2 и выше. Состав СФБ следует подбирать таким образом, чтобы коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя не превышал

10 %. Показатели качества песка определяют по ГОСТ 8735. Содержание пылевидных и глинистых частиц в песке не должно превышать 2 % по массе, в том числе содержание глины в комках должно быть не более 0,5 %.

Металлическая фибра. Для обеспечения технологичности смесей в приготовлении и укладке и достижения высоких физико-механических характеристик СФБ в конструкциях, стальная фибра должна иметь:

–высокую дисперсность ℓ/dусл = 60÷80 при условном диаметре dусл= 0,45÷0,65, где ℓ – общая длина фибры;

–прочность на растяжение материала фибры должна быть численно выше прочности на сжатие матричного бетона не менее чем на 35 % и не более чем на 50 % (для полного использования потенциала прочности при работе стальной фибры в бетоне и исключения излишней прочности);

–высокую анкеруемость концов фибр в бетоне (анкеровка концов фибр должна полностью исключать их выдергивание из бетона под действием нагрузок; анкера должны быть максимально разнесены по длине фибры для обеспечения максимальной длины ее активной, работающей части);

–высокую изгибную прочность; фибра должна выдерживать не менее трех загибов на 90о вокруг оправки диаметром 3 мм при испытаниях по ГОСТ 1579 (повышенная жесткость фибр способствует снижению плотности СФБ при виброуплотнении и повышению возможности прокалывания шин автотранспорта в результате ее оголения в процессе эксплуатации дорожного покрытия).

Рекомендуемый расход фибры по объему может составлять от 0,6 % до 2,0 % и зависит от заданных проектных прочностных характеристик СФБ.

В качестве дисперсно-армирующей добавки в СФБ используется металлическая фибра «Челябинка», изготавливаемая в соответствии с требованиями ТУ 1231-001-70832021-2010.

Добавки. Для регулирования свойств СФБ-смесей, обеспечения их подвижности, удобоукладываемости, снижения расхода цемента, снижения тенденции к расслаиваемости при транспортировании и укладке, а также необходимой водонепроницаемости и морозостойкости СФБ следует применять пластифицирующие, воздухововлекающие и комплексные добавки, подбираемые в зависимости от требуемых конструкторско-технологических характеристик СФБ.

Химические добавки для СФБ должны соответствовать требованиям ГОСТ 24211, ГОСТ 26633. Выбор вида добавок следует производить в соответствии с указаниями СНиП 3.06.04. Применение их должно осуществляться на основе лабораторных исследований подобранных составов и пробного практического применения.

Вода для СФБ-смесей должна соответствовать требованиям ГОСТ 23732.

Нанодобавки, используемые для получения СФБ с определенными проектом повышенными физико-механическими характеристиками, должны подбираться в соответствии с рекомендациями и техническими условиями изготовителя и применяться после тщательных лабораторных исследований и пробного практического применения.

Исходные материалы, применяемые для приготовления СФБ - смесей, согласно требованиям ГОСТ 30108, должны иметь удельную эффективную активность (Аэфф) естественных радионуклидов менее 370 Бк/кг.

Подача фибры выполняется на бетоносмесительной установке установкой «Вихрь».

Установка «Вихрь»

Технические характеристики установки “Вихрь”:

· Габариты: 1500х1000х 1650; вес: 250кг

· Производительность 20 — 40 кг/мин; высота подачи: до 15м

· Загрузка — ручная, в бункер

· Рабочее напряжение 380 В.

Список используемой литературы

ГОСТ Р 52398-2005. Классификация автомобильных дорог. Основные параметры и требования. М, 2006
СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85 М, 2012.

3. ГОСТ Р 52748-2007. Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения. М, 2007

ГОСТ Р 52399-2005 Геометрические элементы автомобильных дорог. М, 2005

5. Горячев М.Г., Лугов С.В. Средства дорожной механизации: технические характеристики и расчет производительности. М, 2003 г

6. Ю.М. Яковлев, М.Г. Горячев. Строительство дорожных одежд, методическое указание к курсовому проекту по дисциплине «Строительство дорог», МАДИ, Москва 2006 г.