Конструкция сталефибробетона и гофрированная фибра для его изготовления (варианты)

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЯ СТАЛЕФИБРОБЕТОНА И ГОФРИРОВАННАЯ ФИБРА ДЛЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)(71) Заявитель Закрытое акционерное общество ТАНИС(72) Авторы Иванова Екатерина Валерьевна Горовцов Валерий Павлович Герасимов Антон Валерьевич Осипов Александр Сергеевич Большинина Татьяна Аркадьевна(73) Патентообладатель Закрытое акционерное общество ТАНИС(57) 1. Конструкция сталефибробетона, содержащая цементно-песочную матрицу, соединяющую частицы крупного заполнителя из природного камня и армирующий материал,отличающаяся тем, что армирующий материал выполнен в виде нитей из стальных гофрированных фибр и расположен в цементно-песчаной матрице между частицами крупного заполнителя. 2. Гофрированная стальная фибра для армирования строительных бетонов, включающая гофры в виде периодического нитевидного профиля в форме выступов и впадин с заданным шагом, отличающаяся тем, что выступы и впадины симметричны относительно оси периодического нитевидного профиля и образуют двухсторонние гофры, причем длина двухсторонне гофрированной стальной фибрысвязана с диаметром нити гофрированной стальной фибрысоотношением /1070/0,21,2, а шаг двухсторонней гофры Н связан с высотой двухсторонней гофрысоотношением /210/1,02,5. 3. Гофрированная стальная фибра для армирования строительных бетонов, включающая гофры в виде периодического нитевидного профиля в форме выступов и впадин с заданным шагом, отличающаяся тем, что выступы и впадины выполнены на одной стороне нитевидного профиля и образуют односторонние гофры, причем длина односторонне гофрированной стальной фибрысвязана с диаметром нити гофрированной стальной фибрысоотношением /1070/0,21,2, а шаг односторонней гофрысвязан с высотой односторонней гофрысоотношением /410/0,10,24.(56) 1. Патент 10914, МПК 04 22/02, (46) 2008.08.30 (аналог). 2. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции, черт. 1 п. 1.28,, (прототип к конструкции СФБ). 3. Патент 1811, МПК 04 5/00, (6) 2005.03.30 (прототип к фибре). Полезная модель относится к конструкции строительных материалов, а именно к конструкции дисперсно-армированных стальной фиброй бетонов и конструкции армирующих фибр. Известны конструкции бетонов, содержащие матрицу, в которой расположен крупный заполнитель 1. Недостатком таких конструкций бетонов является их недостаточная прочность, устраняемая введением в бетон армирующих конструкций типа арматурных стержней, сеток,каркасов и т.п. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является конструкция бетона, выбранная в качестве прототипа, содержащая цементно-песочную матрицу, соединяющую частицы крупного заполнителя из природного камня и армирующий материал 2. Однако конструкция бетона по прототипу 2 не является оптимальной из-за излишнего расходования армирующих материалов. Известно применение в качестве армирующих материалов фибры. Стальные фибры это отрезки стальной проволоки или других стальных изделий. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к стальной фибре по полезной модели является фибра из стальной проволоки для армирования строительных изделий, включающая нитевидный профиль в форме выступов и впадин с заданным шагом с приведенными относительными показателями этих элементов фибры 3. Однако приведенные в прототипе 3 относительные показатели элементов фибры не оптимальны. Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является оптимизация конструкции сталефибробетона и оптимизация относительных показателей элементов фибр, используемых в конструкции сталефибробетона. Техническим результатом решения поставленной задачи является оптимальная конструкция сталефибробетона, содержащая цементно-песочную матрицу, соединяющую частицы крупного заполнителя из природного камня и армирующий материал,выполненный в виде нитей из гофрированных стальных фибр, которые расположены в цементно-песчаной матрице между частицами крупного заполнителя. На фиг. 1 изображена конструкция сталефибробетона по полезной модели, где обозначено поз. 1 - цементно-песочная матрица поз. 2 - частицы крупного заполнителя (гравий, щебень, пропущенный через сито не менее 10 мм) поз. 3 - нити гофрированной стальной фибры. На фиг. 2 изображен первый вариант гофрированной с двух сторон фибры по полезной модели, где обозначено- длина гофрированной с двух сторон стальной фибры- диаметр гофрированной с двух сторон стальной фибры- шаг двухсторонней гофры- высота двухсторонней гофры. На фиг. 3 изображены второй вариант гофрированной с одной стороны фибры по полезной модели и сечение К-К, где обозначено 2 73102011.06.30- длина гофрированной с одной стороны стальной фибры- диаметр гофрированной с одной стороны стальной фибры- шаг односторонней гофры- высота односторонней гофры. На фиг. 4 представлен график, поясняющий зависимость прочности на растяжение при изгибе сталефибробетона в зависимости от расхода фибры. Конструкция сталефибробетона (фиг. 1) содержит цементно-песочную матрицу 1, соединяющую частицы крупного заполнителя из природного камня 2 и армирующий материал, выполненный в виде нитей из стальных гофрированных фибр 3, которые расположены в цементно-песчаной матрице 1 между частицами крупного заполнителя 2. Первая конструкция гофрированной стальной фибры для армирования строительных бетонов (фиг. 2) включает гофры в виде периодического нитевидного профиля в форме выступов и впадин с заданным шагом. Она отличается от прототипа тем, что выступы и впадины симметричны относительно оси периодического нитевидного профиля и образуют двухсторонние гофры, причем длина двухсторонне гофрированной стальной фибрысвязана с диаметром нити гофрированной стальной фибрысоотношением/1070/0,21,2, а шаг двухсторонней гофрысвязан с высотой двухсторонней гофры С соотношением /210/1,02,5. Вторая конструкция гофрированной стальной фибры для армирования строительных бетонов (фиг. 3) включает гофры в виде периодического нитевидного профиля в форме выступов и впадин с заданным шагом и отличается тем, что выступы и впадины выполнены на одной стороне нитевидного профиля и образуют односторонние гофры, причем длина односторонне гофрированной стальной фибрысвязана с диаметром нити гофрированной стальной фибрысоотношением /1070/0,2 1,2, а шаг односторонней гофры Н связан с высотой односторонней гофрысоотношением Н/С 410/0,10,24. Особенностью изготовления сталефибробетона по полезной модели является то, что бетон - искусственный камень, получающийся при затвердевании композиции из рационально подобранной и тщательно перемешанной смеси вяжущего (цемента), воды, мелкого (песок) и крупного (щебень, гравий) заполнителей. Крупный заполнитель в бетоне образует основу искусственного камня. А смесь вяжущего (цемента), мелкого заполнителя и воды при затвердевании образует матрицу, скрепляющую помещенный в нее крупный заполнитель, составляющий основу искусственного камня. Данные конструкции бетонов изготавливаются из бетонных смесей, содержащих портландцемент, песок, щебень, добавки, воду. Конструкция сталефибробетона по полезной модели изготавливается следующим образом. Цементно-песочная матрица 1 изготавливается из портландцемента, песка и воды. В нее добавляется крупный заполнитель (щебень фракции 10 мм) 2. В эту смесь при перемешивании по первому варианту для ее армирования подается гофрированная двухсторонняя фибра 3. Двухсторонняя гофрированная стальная фибра 3 имеет гофры в виде периодического нитевидного профиля в форме выступов и впадин с заданным шагом. Выступы и впадины симметричны относительно оси периодического нитевидного профиля и образуют двухсторонние гофры, причем длина двухсторонне гофрированной стальной фибрысвязана с диаметром нити гофрированной стальной фибрысоотношением /1070/0,21,2, а шаг двухсторонней гофры Н связан с высотой двухсторонней гофры С соотношением /210/1,02,5. Такое соотношение параметров элементов двухсторонней гофрированной фибры 3 позволяет ей равномерно распределиться в цементнопесочной матрице 1 между частицами крупного заполнителя 2, значительно увеличить прочность бетона и предотвратить его разрушение при нагрузках после его отвердевания. В смесь при перемешивании по второму варианту для ее армирования подается гофрированная односторонняя фибра 3. Она включает гофры в виде периодического нитевидного профиля в форме выступов и впадин с заданным шагом. Выступы и впадины 3 73102011.06.30 выполнены на одной стороне нитевидного профиля и образуют односторонние гофры,причем длина односторонне гофрированной стальной фибрысвязана с диаметром нити гофрированной стальной фибрысоотношением /1070/0,21,2, а шаг односторонней гофрысвязан с высотой односторонней гофрысоотношением /410/0,10,24. Такое соотношение параметров элементов гофрированной фибры 3 позволяет ей равномерно распределяться в цементно-песочной матрице 1 между частицами крупного заполнителя 2 и увеличивать прочность бетона, предотвращать его разрушение при нагрузках после его отвердевания. Таким образом, альтернативой применению железобетонных конструкций является применение сталефибробетонов (СФБ). СФБ - искусственный камневидный материал,представляющий собой композицию вяжущего, заполнителя, затворителя и стальных фибр. Применение сталефибробетона (СФБ) дает возможность ограничить, а в ряде случаев полностью исключить традиционное материалоемкое стержневое армирование конструкций, заменив его фибровым. Подтверждением этому являются результаты проведенных испытаний сталефибробетона с фибрами по первому варианту полезной модели, представленные в табл. 1. Таблица 1 Прочность, МПа Расход фибРастяжение при рас 3 ры, кг/м Сжатие Растяжение при изгибе калывании 0 40,54 2,80 3,85 20 41,93 3,00 4,41 40 43,38 3,39 5,29 60 45,89 3,74 6,09 80 47,52 4,00 6,71 Данные табл. 1 подтверждают увеличение прочности сталефибробетона с фибрами по первому варианту по сравнению с обычным бетоном (в таблице данные показаны в первой строке). Данные по результатам испытаний сталефибробетона с фибрами по второму варианту представлены в табл. 2. Таблица 2 Прочность бетона, МПа Расход фибры, кг/м 3 Растяжение при раскаСжатие Растяжение при изгибе лывании 0 (контрольный) 38,20 2,58 3,53 40 40,08 2,72 4,24 80 41,20 2,90 4,90 120 42,20 3,30 5,61 160 43,30 3,60 6,50 Данные табл. 2 подтверждают увеличение прочности сталефибробетона с фибрами по второму варианту по сравнению с обычным бетоном (в таблице данные показаны в первой строке). Как показано на графике (фиг. 4), прочность на растяжение при изгибе сталефибробетона возрастает при увеличении расхода фибры. Заявителем для промышленного использования разработан основной номенклатурный ряд гофрированной фибры для изготовления сталефибробетона по первому варианту(табл. 3), по второму варианту (табл. 4). 73102011.06.30 Таблица 3 Номинальный Высота гофры (С) диаметр фибры Длина фибрыи пре- Шаг гофры (Н) и преи предельные от(Д) и предельные дельные отклонения, мм дельные отклонения, мм клонения, мм отклонения, мм 0,20,04 0,30,05 0,40,04 0,50,05 0,60,04 от 10,03,0 от 2,00,5 от 1,00,5 0,70,05 до 70,05,0 до 10,02,0 до 2,51,5 0,80,04 0,90,05 1,00,04 1,10,05 1,20,04 Таблица 4 Номинальный диаметр фибрыи Длина фибрыи пре- Шаг гофры (Н) и препредельные откло- дельные отклонения, мм дельные отклонения, мм нения, мм 0,20,04 0,30,05 0,40,04 0,50,05 0,60,04 от 103,0 от 4,01,0 0,70,05 до 705,0 до 10,01,0 0,80,04 0,90,05 1,00,04 1,10,05 1,20,04 Таким образом, заявителем решена поставленная задача по оптимизации конструкции сталефибробетона и оптимизации относительных показателей элементов фибр, используемых в конструкции сталефибробетона, что дает возможность ограничить, а в ряде случаев полностью исключить традиционное материалоемкое стержневое армирование конструкций, заменив его фибровым. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6