RU2474542C2 - Coarse aggregate for concrete - Google Patents
Coarse aggregate for concrete Download PDFInfo
- Publication number
- RU2474542C2 RU2474542C2 RU2011110632/03A RU2011110632A RU2474542C2 RU 2474542 C2 RU2474542 C2 RU 2474542C2 RU 2011110632/03 A RU2011110632/03 A RU 2011110632/03A RU 2011110632 A RU2011110632 A RU 2011110632A RU 2474542 C2 RU2474542 C2 RU 2474542C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ring
- concrete
- aggregate
- coarse aggregate
- grains
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Landscapes
- Reinforcement Elements For Buildings (AREA)
- Manufacturing Of Tubular Articles Or Embedded Moulded Articles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области строительства, к технологии изготовления искусственных строительных конгломератов (композитов) и может найти применение при производстве бетона на различных вяжущих с использованием отходов промышленного производства, таких как доменные шлаки, некондиционные абразивы и т.п., а также при производстве сверхвысокопрочных бетонов, например для восстановительных работ в аварийных бетонных конструкциях или для специальных бетонов, например жаропрочных, имеющих повышенные прочность и трещиностойкость, следовательно, также и долговечность, в сравнении с известными.The invention relates to the field of construction, to the technology of manufacturing artificial building conglomerates (composites) and can find application in the production of concrete on various binders using industrial wastes, such as blast furnace slag, substandard abrasives, etc., as well as in the production of ultra-high-strength concrete , for example, for restoration work in emergency concrete structures or for special concretes, for example heat-resistant, having increased strength and crack resistance, trace Therefore, also durability, in comparison with the known ones.
Известен крупный заполнитель для бетона, имеющий выпуклую округлую или сферическую, форму [И.А.Рыбьев. Строительные материалы на основе вяжущих веществ. - М.: Высшая школа, 1978, с.62 - аналог].Known large aggregate for concrete, having a convex round or spherical shape [I.A. Rybiev. Cement-based building materials. - M .: Higher school, 1978, p.62 - analogue].
Недостатком известного заполнителя является невысокая прочность бетонных изделий, что обусловлено незначительной площадью поверхности зерен заполнителя округлой формы, и как следствие, относительно слабым сцеплением связующего с заполнителем.A disadvantage of the known aggregate is the low strength of concrete products, which is due to the insignificant surface area of the grains of the round aggregate, and, as a result, the relatively weak adhesion of the binder to the aggregate.
Другим недостатком известного крупного заполнителя является невозможность его использования для создания предварительного напряжения в структуре бетона, что обусловлено, с одной стороны, указанной выше недостаточно развитой поверхностью крупного заполнителя и соответственно недостаточным сцеплением с растворной матрицей, что делает нецелесообразным его предварительное напряжение, а с другой стороны - сложностью армирования зерен крупного заполнителя с созданием в них предварительного напряжения, что обусловлено как значительным разбросом по форме и размерам зерен его отдельных фракций, так и отсутствием на зернах наружных цилиндрических поверхностей или канавок, пригодных для укладки армирующих нитей или колец.Another disadvantage of the known coarse aggregate is the impossibility of using it to create prestress in the concrete structure, which is caused, on the one hand, by the underdeveloped surface of the coarse aggregate indicated above and, accordingly, insufficient adhesion to the mortar matrix, which makes its prestress impractical, and on the other hand - the complexity of reinforcing grains of large aggregate with the creation of prestressing in them, which is due to significant the scatter in the shape and size of the grains of its individual fractions, and the absence on the grains of the outer cylindrical surfaces or grooves suitable for laying reinforcing threads or rings.
Известен также крупный заполнитель для бетона, имеющий развитую поверхность для обеспечения сцепления с растворной матрицей. Заполнитель имеет преимущественно выпуклую форму. Развитая поверхность крупного заполнителя обусловлена угловатой формой и шероховатыми гранями, имеющими выступы и впадины, которые получается при его изготовлении путем дробления крупных кусков природного камня в дробилках [Роторные дробилки. Под редакцией В.А. Баумана. М.: Машиностроение, 1973, 272 с., с.8-11 - аналог].Also known is a large aggregate for concrete having a developed surface to provide adhesion to the mortar matrix. The aggregate has a predominantly convex shape. The developed surface of the coarse aggregate is determined by the angular shape and rough edges having protrusions and depressions, which are obtained during its manufacture by crushing large pieces of natural stone in crushers [Rotary crushers. Edited by V.A. Bauman. M.: Engineering, 1973, 272 pp., Pp. 8-11 - analogue].
Недостатком известного крупного заполнителя для бетона также является невысокая прочность бетонных изделий, что обусловлено выпуклой, преимущественно, формой зерен крупного заполнителя, в результате чего при возникновении в бетоне растягивающих напряжений, появление которых происходит при любом виде нагружения, крупный заполнитель воспринимает их лишь частично. Кроме того, в местах контакта растворной матрицы с углами и острыми выступами крупного заполнителя возникает концентрация напряжений, в результате чего происходит разрушение бетона при возникновении в матрице относительно невысоких растягивающих напряжений, при этом разрушение происходит, преимущественно, в матрице, имеющей, как правило, меньшую прочность, чем крупный заполнитель, причем разрушение происходит преимущественно по границе контакта зерен крупного заполнителя с растворной матрицей.A disadvantage of the known coarse aggregate for concrete is also the low strength of concrete products, which is due to the convex, mainly, shape of the grains of the coarse aggregate, as a result of which tensile stresses occur in concrete, which occur during any type of loading, the coarse aggregate only partially accepts them. In addition, stress concentration occurs at the points of contact of the mortar matrix with the corners and sharp protrusions of the coarse aggregate, resulting in the destruction of concrete when relatively low tensile stresses occur in the matrix, while the destruction occurs mainly in the matrix, which, as a rule, has a smaller strength than coarse aggregate, moreover, destruction occurs mainly at the interface between the grains of the coarse aggregate and the solution matrix.
Другим недостатком известного крупного заполнителя является невозможность его использования для создания предварительного напряжения в структуре бетона, что обусловлено, с одной стороны, указанной выше недостаточно развитой поверхностью крупного заполнителя и соответственно недостаточным сцеплением с растворной матрицей, а с другой стороны - значительным разбросом по форме и размерам зерен отдельных фракций крупного заполнителя, что полностью исключает в настоящее время возможность армирования зерен крупного заполнителя с созданием в них предварительного напряжения.Another disadvantage of the known coarse aggregate is the impossibility of using it to create prestress in the concrete structure, which is caused, on the one hand, by the underdeveloped surface of the coarse aggregate indicated above and, accordingly, insufficient adhesion to the mortar matrix, and, on the other hand, a significant variation in shape and size grains of individual fractions of coarse aggregate, which currently completely eliminates the possibility of reinforcing grains of coarse aggregate with I eat them prestressing.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является крупный заполнитель для бетона, зерно которого выполнено в виде трубки (кольца) при отношении толщины стенок трубки к ее осредненному наружному диаметру от 0,2 до 0,6 - [пат. ГДР №77923, кл. МКИ C04B и B28B, 1970 г. - прототип].The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed is a large aggregate for concrete, the grain of which is made in the form of a tube (ring) with a ratio of the wall thickness of the tube to its averaged outer diameter from 0.2 to 0.6 - [US Pat. GDR No. 77923, class MKI C04B and B28B, 1970 - prototype].
Заполнитель представляет собой керамзитовый гравий. Трубка выполнена экструдированием глины в пластическом состоянии, при этом отдельные зерна образуются нарезкой экструдируемой трубки на равные отрезки. Стенки трубки каждого зерна загнуты с обоих ее концов, образуя герметичную (замкнутую) внутреннюю полость, при этом отношение высоты трубки к ее осредненному наружному диаметру составляет примерно от 1,0 до 2,0. После сушки и обжига глина вспучивается и зерна заполнителя приобретают выпуклую округлую форму, т.е. каждое зерно заполнителя приобретает вид пустотелой сферы.The aggregate is expanded clay gravel. The tube is made by extruding clay in a plastic state, while individual grains are formed by cutting the extrudable tube into equal segments. The walls of the tube of each grain are bent at both ends, forming a sealed (closed) internal cavity, while the ratio of the height of the tube to its averaged outer diameter is from about 1.0 to 2.0. After drying and firing, the clay swells and the aggregate grains acquire a convex rounded shape, i.e. each filler grain takes the form of a hollow sphere.
Такое выполнение обеспечивает уменьшение плотности крупного заполнителя и, как следствие, повышение теплоизоляционных и звукоизолирующих свойств бетона.This embodiment provides a decrease in the density of coarse aggregate and, as a consequence, an increase in the heat-insulating and sound-insulating properties of concrete.
Недостатком известного заполнителя является невысокая прочность бетонных изделий, что обусловлено незначительной площадью поверхности зерен заполнителя выпуклой округлой формы, и как следствие, относительно слабым сцеплением связующего с заполнителем.A disadvantage of the known aggregate is the low strength of concrete products, which is due to the small surface area of the grains of the aggregate convex round shape, and as a result, the relatively weak adhesion of the binder with the aggregate.
Другим недостатком известного крупного заполнителя является невозможность его использования для создания предварительного напряжения в структуре бетона, что обусловлено, с одной стороны, указанной выше недостаточно развитой поверхностью крупного заполнителя и соответственно, недостаточным сцеплением с растворной матрицей, что делает нецелесообразным его предварительное напряжение, а с другой стороны - сложностью армирования зерен крупного заполнителя с созданием в них предварительного напряжения, что обусловлено значительным разбросом по форме и размерам зерен отдельных фракций крупного заполнителя.Another disadvantage of the known coarse aggregate is the impossibility of using it to create prestress in the concrete structure, which is caused, on the one hand, by the underdeveloped surface of the coarse aggregate indicated above and, accordingly, insufficient adhesion to the mortar matrix, which makes its prestress impractical, and on the other parties - the complexity of reinforcing grains of large aggregate with the creation of prestressing in them, which is due to a significant throwing in the shape and size of grains of individual fractions of a large aggregate.
Желательно было бы иметь крупный заполнитель, позволяющий устранить техническое противоречие, заключающееся в невозможности обеспечить минимальную концентрацию напряжений в бетоне, что обеспечивается заполнителем с округлой, выпуклой формой его зерен, при одновременном обеспечении надежного сцепления зерен крупного заполнителя с растворной матрицей, которое может быть достигнуто лишь при развитой, имеющей выступы и впадины поверхности зерен крупного заполнителя. В настоящее время доля использования отходов промышленного производства для производства крупного заполнителя для различных бетонов в некоторых странах доходит до 60%, поэтому в тех случаях, когда эти отходы изначально находятся в расплавленном или в вязкопластическом состоянии, экономически оправдано и целесообразно оптимизировать форму получаемого из отходов крупного заполнителя.It would be desirable to have a large aggregate, which eliminates the technical contradiction, which consists in the impossibility of ensuring a minimum concentration of stresses in concrete, which is ensured by a filler with a rounded, convex shape of its grains, while ensuring reliable cohesion of the grains of the large aggregate with a solution matrix, which can only be achieved with developed, having protrusions and depressions the surface of the grains of coarse aggregate. Currently, the share of using industrial waste for the production of coarse aggregate for various concretes in some countries reaches 60%, therefore, in cases where this waste is initially in a molten or visco-plastic state, it is economically justified and expedient to optimize the shape of the coarse waste placeholder.
Кроме того, желательно иметь крупный заполнитель для бетона, который позволил бы создавать предварительно напряженную структуру материала этого композита путем армирования зерен крупного заполнителя с созданием предварительного напряжения. Это позволило бы существенно повысить как прочность бетона, так и его трещиностойкость и, соответственно, долговечность.In addition, it is desirable to have a large aggregate for concrete, which would allow you to create a prestressed structure of the material of this composite by reinforcing grains of large aggregate with the creation of prestressing. This would significantly increase both the strength of concrete and its crack resistance and, accordingly, durability.
Как известно, лишь создание предварительного напряжения сжатия в материале бетона предварительно растянутой высокопрочной арматурой позволяет наиболее полно использовать свойства как бетона, хорошо работающего на сжатие, но весьма чувствительного к локальным растягивающим напряжениям, так и стальной арматуры, реально достижимый ресурс прочности которой на растяжение в обычном, ненапряженном железобетоне не может быть использован вследствие значительных различий как в абсолютных значениях прочностей бетона на сжатие и стали на растяжение, так и в значениях их модулей упругости.As is known, only the creation of prestressing compression in concrete material with pre-stretched high-strength reinforcement allows using the properties of both concrete that works well in compression, but is very sensitive to local tensile stresses, and steel reinforcement, whose realistic tensile strength is achieved in ordinary unstressed reinforced concrete cannot be used due to significant differences both in absolute values of concrete compressive strength and steel strength yazhenie, and the values of their moduli of elasticity.
В настоящее время известны лишь способы создания предварительно напряженных конструкций из бетона и других композитов, но не самой пространственной структуры этих материалов. До настоящего времени, судя по известным литературным источникам, задача создания предварительно напряженной структуры бетона даже не ставилась, возможно, потому, что создание самого по себе предварительного напряжения предполагало наличие готовой конструкции, например плиты перекрытия, бетон в которой уже набрал достаточную прочность для восприятия сжимающих напряжений от растянутой арматуры, к которой, в свою очередь, имелся свободный доступ. Создание же предварительного напряжения в структуре бетона, доступ к которой после ее формирования и набора вяжущим достаточной прочности принципиально невозможен, предполагало и невозможность создания структурного предварительного напряжения.Currently, only methods for creating prestressed structures from concrete and other composites are known, but not for the spatial structure of these materials. To date, judging by the well-known literature, the task of creating a prestressed concrete structure has not even been posed, possibly because the creation of prestressing in itself implied the presence of a finished structure, for example, a floor slab, in which concrete had already gained sufficient strength to absorb compressive stresses from stretched reinforcement, which, in turn, had free access. The creation of prestressing in the concrete structure, access to which after its formation and gaining sufficient strength by binders is fundamentally impossible, implied the impossibility of creating structural prestressing.
Таким образом, при попытках создать предварительно напряженную структуру бетона, выявляется техническое противоречие, заключающееся в том, что предварительное напряжение в структуре изделия из бетона должно создаваться на стадии его формования, в которой бетонная смесь находится в текучей фазе, но само по себе предварительное напряжение по определению может быть создано только в жестком, затвердевшем и набравшем необходимую прочность изделии (конструкции), способной воспринимать напряжения, то есть оказывать значительное сопротивление деформированию.Thus, when trying to create a prestressed concrete structure, a technical contradiction is revealed, namely, that the prestress in the structure of the concrete product must be created at the stage of its formation, in which the concrete mixture is in the fluid phase, but the prestress itself definition can only be created in a rigid, hardened and gaining the necessary strength product (structure), capable of absorbing stress, that is, provide significant resistance deformation.
Данное техническое противоречие может быть разрешено следующим образом. Поскольку основным компонентом бетона является крупный заполнитель, то создание предварительного напряжения в зернах крупного заполнителя и обеспечение гарантированного сцепления зерен с матрицей (связующим) может рассматриваться как решение, равноценное созданию предварительного напряжения в самой структуре бетона.This technical contradiction can be resolved as follows. Since the main component of concrete is coarse aggregate, the creation of prestressing in the grains of coarse aggregate and ensuring guaranteed adhesion of grains to the matrix (binder) can be considered as a solution equivalent to creating prestressing in the concrete structure itself.
Следует заметить, что даже простое объемное, т.е. пространственное армирование структуры бетона путем введения в него стальных фибр, обычно в количестве от 0,5 до 5% от массы цемента, значительно повышает прочность и трещиностойкость, а соответственно, и долговечность получаемого композита. В этой связи следует обратить внимание на появившейся совсем недавно способ армирования бетона трехмерными модульными фибрами [WO 2008/035057, МПК - E04C 5/01; E04C 5/07; B28B 1/52; C04B 20/00; E02D 3/00], которые могут быть выполнены двух или более типоразмеров и иметь правое и левое исполнение для вариантов выполнения, допускающих такое исполнение, например, спиралей. Этот способ позволяет фибрам значительно лучше «заанкеровываться» в матрице композита, благодаря чему существенно повышается прочность и особенно его трещиностойкость. Однако простое выполнение фибр трехмерными не позволяет создавать предварительное напряжение в структуре композита и, таким образом, не обеспечивает наиболее эффективного использования свойств бетона и арматуры.It should be noted that even simple volumetric, i.e. spatial reinforcement of the concrete structure by introducing steel fibers into it, usually in an amount of 0.5 to 5% by weight of cement, significantly increases the strength and crack resistance, and, accordingly, the durability of the resulting composite. In this regard, attention should be paid to the recently appeared method of reinforcing concrete with three-dimensional modular fibers [WO 2008/035057, IPC -
Технической задачей, которая решается заявленным изобретением, является повышение прочности и трещиностойкости бетона за счет улучшения сцепления крупного заполнителя с матрицей, а также за счет создания пространственного предварительного напряжения структуры бетона.The technical problem that is solved by the claimed invention is to increase the strength and crack resistance of concrete by improving the adhesion of the coarse aggregate to the matrix, as well as by creating spatial prestressing of the concrete structure.
Решение поставленной задачи достигается тем, что у крупного заполнителя для бетона, зерно которого выполнено в виде кольца (трубки) при отношении толщины стенок кольца к его осредненному наружному диаметру от 0,2 до 0,6, а отношение высоты кольца к его осредненному наружному диаметру составляет от 0, 25 до 1,0.The solution to this problem is achieved by the fact that a large aggregate for concrete, the grain of which is made in the form of a ring (tube) with a ratio of the wall thickness of the ring to its averaged outer diameter from 0.2 to 0.6, and the ratio of the height of the ring to its averaged outer diameter ranges from 0.25 to 1.0.
В варианте выполнения заполнителя его кольца выполнены со сплошной перегородкой в средней части, толщина которой составляет 0,25-0,7 высоты кольца.In an embodiment of the filler, its rings are made with a solid partition in the middle part, the thickness of which is 0.25-0.7 of the height of the ring.
В другом варианте выполнения его кольцо имеет удлиненную овальную или эллиптическую форму при соотношении длин осей эллипса от 1,0 до 3,0.In another embodiment, its ring has an elongated oval or elliptical shape with a ratio of ellipse axis lengths from 1.0 to 3.0.
Предусмотрен также вариант выполнения, относящийся к каждому из перечисленных выше вариантов, в котором ребра колец выполнены закругленными с радиусом закругления от 0,1 до 0,2 высоты кольца.An embodiment is also provided that relates to each of the above options, in which the ribs of the rings are rounded with a radius of curvature from 0.1 to 0.2 of the height of the ring.
Еще в одном варианте выполнения крупного заполнителя (по каждому из перечисленных выше вариантов выполнения) на наружной поверхности зерен уложена замкнутая напряженная арматура, обеспечивая предварительное напряжение обжатия в плоскости кольца.In yet another embodiment of a large aggregate (for each of the above embodiments), closed tensioned reinforcement is laid on the outer surface of the grains, providing preliminary compression stress in the plane of the ring.
В следующем варианте выполнения, развивающем предыдущий вариант, зерна каждой его фракции выполнены со строго одинаковыми размерами, а замкнутая арматура представляет собой отрезок трубки, в частном случае, стальной, установленный на наружной поверхности зерна заполнителя в горячем состоянии.In the next embodiment, developing the previous version, the grains of each of its fractions are made with exactly the same dimensions, and the closed reinforcement is a piece of tube, in a particular case, steel, installed on the outer surface of the aggregate grain in a hot state.
В подварианте предыдущего выполнения кольцо напряженной арматуры выполнено с «усами», отогнутыми наружу относительно кольца.In a variant of the previous embodiment, the ring of tensile reinforcement is made with a "mustache" bent outward relative to the ring.
В варианте выполнения, развивающем любой из предыдущих вариантов выполнения крупного заполнителя, зерно крупного заполнителя снабжено вторым кольцом, плоскость которого перпендикулярна плоскости первого.In an embodiment developing any of the previous embodiments of the coarse aggregate, the grain of the coarse aggregate is provided with a second ring, the plane of which is perpendicular to the plane of the first.
Еще в одном варианте выполнения, развивающем предыдущий вариант выполнения, зерно крупного заполнителя содержит три сопряженных кольца, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях.In another embodiment, developing the previous embodiment, the coarse aggregate grain contains three conjugate rings located in mutually perpendicular planes.
В последнем заявляемом варианте выполнения, который может сочетаться с любым из перечисленных выше вариантов выполнения, его зерна имеют три фракции, обеспечивая максимальное заполнение объема бетона, при этом минимальный наружный диаметр колец наименьшей фракции превышает максимальный внутренний диаметр колец наибольшей фракции.In the last claimed embodiment, which can be combined with any of the above embodiments, its grains have three fractions, ensuring maximum filling of the concrete volume, while the minimum outer diameter of the rings of the smallest fraction exceeds the maximum inner diameter of the rings of the largest fraction.
За счет принятого отношения высоты кольца зерен крупного заполнителя к его осредненному наружному диаметру от 0,25 до 1,0 при отношении толщины стенок кольца к его осредненному наружному диаметру от 0,2 до 0,6, обеспечивается высокая прочность зерен крупного заполнителя при одновременном улучшении сцепления растворной матрицы с зерном, так как только при относительно небольшой высоте кольца возможно полное заполнение его внутренней полости вяжущим, например, при вибрировании и с применением суперпластификаторов.Due to the accepted ratio of the height of the ring of grains of coarse aggregate to its averaged outer diameter from 0.25 to 1.0 with the ratio of the wall thickness of the ring to its averaged outer diameter from 0.2 to 0.6, high strength of grains of coarse aggregate is ensured while improving adhesion of the mortar matrix to the grain, since only at a relatively small height of the ring is it possible to completely fill its inner cavity with binders, for example, when vibrating and using superplasticizers.
За счет выполнения зерен крупного заполнителя со сплошной перегородкой в средней части, толщина которой составляет 0,25-0,7 высоты кольца, обеспечивается дополнительное повышение прочности зерен крупного заполнителя без ухудшения сцепления их с растворной матрицей, при этом обеспечивается уменьшение необходимого количества вяжущего в сравнении с вариантом выполнения колец крупного заполнителя без сплошной перегородки.Due to the implementation of coarse aggregate grains with a solid partition in the middle part, the thickness of which is 0.25-0.7 of the ring height, an additional increase in the strength of coarse aggregate grains is ensured without deterioration of their adhesion to the mortar matrix, while reducing the required amount of binder in comparison with an embodiment of coarse aggregate rings without a solid partition.
За счет выполнения колец крупного заполнителя удлиненной овальной или эллиптической формы обеспечивается возможность увеличения крупности заполнителя при формовании изделий с относительно небольшим сечением, при этом соотношение длин осей эллипса от 1,0 до 3,0 обеспечивает наибольшую прочность конструкции зерна крупного заполнителя в условиях действия на него изгибающих напряжений при сохранении возможности размещения на наружной поверхности зерна заполнителя предварительно напряженной арматуры.Due to the implementation of coarse aggregate rings of an elongated oval or elliptical shape, it is possible to increase aggregate size when molding products with a relatively small cross section, while the ratio of the ellipse axis lengths from 1.0 to 3.0 provides the greatest structural strength of the coarse aggregate grain when exposed to it bending stresses while maintaining the possibility of placing on the outer surface of the grain of the filler pre-stressed reinforcement.
Выполнение ребер колец крупного заполнителя закругленными с радиусом закругления от 0,1 до 0,2 высоты кольца обеспечивает исключение образования концентраторов напряжений в матрице на границе контакта с крупным заполнителем, при этом сохраняется достаточно большое пространство наружной цилиндрической (в вариантах, эллиптической или овальной) поверхности зерна для размещения на нем предварительно напряженной арматуры.The implementation of the ribs of the coarse aggregate rings rounded with a radius of curvature from 0.1 to 0.2 of the ring height ensures the elimination of the formation of stress concentrators in the matrix at the interface with the coarse aggregate, while maintaining a sufficiently large space of the outer cylindrical (elliptical or oval) surface grain for placement on it of prestressed reinforcement.
За счет укладки на наружной поверхности зерен крупного заполнителя замкнутой напряженной арматуры обеспечивается возможность создания предварительного напряжение обжатия в плоскости каждого кольца заполнителя, что после набора прочности вяжущего в композите обеспечивает фактически создание предварительного напряжения в структуре получаемого материала.By laying on the outer surface of the grains of a large aggregate of closed tensioned reinforcement, it is possible to create a preliminary compression stress in the plane of each aggregate ring, which, after a set of strength of the binder in the composite, actually creates a preliminary tension in the structure of the obtained material.
За счет выполнения зерна каждой фракции крупного заполнителя со строго одинаковыми размерами при выполнении замкнутой арматуры в виде отрезка металлической трубки обеспечивается возможность создания гарантированного и строго одинакового предварительного напряжения в каждом зерне путем установки армирующей трубки (армирующего кольца) на наружной поверхности зерна заполнителя в горячем состоянии, то есть при увеличении его размеров вследствие теплового расширения, при этом достигается возможность проведения этой операции на автоматических линиях, в частности на роторно-конвейерных.Due to the implementation of the grain of each fraction of coarse aggregate with strictly identical sizes when performing closed reinforcement in the form of a piece of a metal tube, it is possible to create a guaranteed and strictly identical prestress in each grain by installing a reinforcing tube (reinforcing ring) on the outer surface of the aggregate grain in a hot state, that is, with an increase in its size due to thermal expansion, this makes it possible to carry out this operation on lines, in particular on rotor conveyor.
За счет выполнения кольца напряженной арматуры с «усами», отогнутыми наружу относительно кольца, обеспечивается лучшее «заанкеривание» арматуры и, собственно, всего зерна крупного заполнителя в растворной матрице, то есть достигаются фактически наилучшие условия для совместной работы в бетоне арматуры, зерен крупного заполнителя и растворной матрицы.Due to the implementation of the ring of reinforced reinforcement with a "mustache" bent outward relative to the ring, the best "anchoring" of the reinforcement and, in fact, the whole grain of coarse aggregate in the mortar matrix is ensured, that is, practically the best conditions are achieved for joint work in reinforced concrete, coarse aggregate grains and a solution matrix.
За счет снабжения кольца крупного заполнителя вторым кольцом в плоскости, перпендикулярной плоскости первого, обеспечивается одинаковое сопротивление каждого зерна заполнителя разрушению в двух взаимоперпендикулярных плоскостях.By supplying the coarse aggregate ring with a second ring in a plane perpendicular to the plane of the first, the same resistance of each aggregate grain to failure in two mutually perpendicular planes is ensured.
За счет выполнения зерен крупного заполнителя в виде трех сопряженных колец, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, обеспечивается примерно одинаковое сопротивление каждого зерна заполнителя разрушению во всех направлениях.Due to the implementation of coarse aggregate grains in the form of three conjugate rings located in mutually perpendicular planes, approximately the same resistance of each aggregate grain to destruction in all directions is ensured.
За счет выполнения зерен крупного заполнителя трех фракций, размеры которых обеспечивают максимальное заполнение объема бетона, обеспечивается повышение прочности композита при уменьшении расхода вяжущего, при этом выполнение минимального наружного диаметра колец наименьшей фракции, превышающей максимальный внутренний диаметр колец наибольшей фракции, исключает размещение зерен меньшей фракции в полости колец наибольшей фракции.By making grains of coarse aggregate of three fractions, the sizes of which provide maximum filling of the concrete volume, increase the strength of the composite while reducing the binder consumption, while the minimum outer diameter of the rings of the smallest fraction, exceeding the maximum inner diameter of the rings of the largest fraction, eliminates the placement of grains of the smaller fraction in cavity rings of the largest fraction.
На фиг.1 прилагаемых чертежей представлено аксонометрическое изображение кубика из композитного материала, заполненного предлагаемым крупным заполнителем по п.1 формулы изобретения (в предположении, что матрица прозрачна); на фиг.2 представлено зерно крупного заполнителя по п.1 формулы изобретения, диаметральный разрез; на фиг.3 - то же, вид в плане; на фиг.4 - зерно крупного заполнителя со сплошной перегородкой по п.2 формулы, поперечный разрез; на фиг.5 - выполнение зерна эллиптическим (овальным) по п.3 формулы, вид в плане; на фиг.6 - поперечный разрез зерна, ребра которого имеют радиусные округления; на фиг.7 - поперечный разрез зерна крупного заполнителя с размещенной на его наружной цилиндрической поверхности предварительно напряженной арматурой, выполненной из высокопрочной проволоки; на фиг.8 - то же при выполнении предварительно напряженной арматуры в виде отрезка трубы (кольца); на фиг.9 - то же при выполнении кольца предварительно напряженной арматуры с «усами», отогнутыми наружу относительно кольца, аксонометрическое изображение; на фиг.10 - то же с диаметральным разрезом; на фиг.11 - аксонометрическое изображение зерна крупного заполнителя, состоящего из двух сопряженных колец, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях; на фиг.12 - то же со сплошной перегородкой, выполненной в виде центрального шара; на фиг.13 - аксонометрическое изображение зерна крупного заполнителя, выполненного из трех сопряженных колец, расположенных в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, внутренние полости которых имеют сплошную перегородку в средней части (в частном случае сплошная перегородка всех трех колец представляет собой шар), а на наружной поверхности каждого из колец размещена предварительно напряженная арматура.Figure 1 of the accompanying drawings presents a perspective view of a cube of composite material filled with the proposed large aggregate according to claim 1 (assuming that the matrix is transparent); figure 2 presents the grain of a large aggregate according to claim 1 of the claims, a diametrical section; figure 3 is the same, plan view; figure 4 - grain coarse aggregate with a solid partition according to
Образец 1 строительного композита (фиг.1) представляет собой максимально плотно упакованные зерна 2 крупного заполнителя, связанные воедино растворной матрицей (цементно-песчаным раствором или другим вяжущим, в том числе пластмассой). Зерно 2 крупного заполнителя в соответствии с п.1 формулы изобретения (фиг.2 и 3) представляет собой кольцо (трубку) при отношении толщины стенок кольца к его осредненному наружному диаметру D от 0,2 до 0,6, то есть выполняется условие 0,6≥(D-d)/2≥0,2. Высота Н зерна крупного заполнителя составляет от 0,25 до 1,0 осредненного наружного диаметра D.Sample 1 of the building composite (Fig. 1) is the most densely packed grain of 2 coarse aggregate bonded together with a mortar matrix (cement-sand mortar or other binder, including plastic).
В варианте выполнения по фиг.4, 6-10 кольца заполнителя выполнены со сплошной перегородкой в средней части, толщина h которой составляет 0,25-0,7 высоты кольца H.In the embodiment of FIGS. 4, 6-10, the filler rings are made with a solid partition in the middle part, the thickness h of which is 0.25-0.7 of the height of the ring H.
В варианте выполнения по фиг.5 кольцо имеет удлиненную овальную или эллиптическую форму при отношении длины большой оси эллипса а к длине его малой оси b от 1,0 до 3,0.In the embodiment of FIG. 5, the ring has an elongated oval or elliptical shape with a ratio of the length of the major axis of the ellipse a and the length of its minor axis b from 1.0 to 3.0.
В вариантах выполнения по фиг.6-10 ребра колец выполнены закругленными с радиусом закругления r от 0,1 до 0,2 высоты кольца H. Радиусные закругления всех ребер зерен крупного заполнителя предполагаются выполненными и в вариантах по фиг.11-13, однако вследствие технических сложностей изображения этих закруглений на аксонометрических проекциях специально они не обозначены.In the embodiments of FIGS. 6-10, the ribs of the rings are rounded with a radius of r of 0.1 to 0.2 of the height of the ring H. The radius radii of all the ribs of the grains of the large aggregate are assumed to be made in the variants of FIGS. 11-13, however, due to technical difficulties of the image of these curves on axonometric projections, they are not specifically designated.
В вариантах выполнения на наружной поверхности зерен уложена замкнутая напряженная арматура (фиг.7-13), обеспечивая предварительное напряжение обжатия в плоскости кольца 2, при этом замкнутая напряженная арматура по фиг.7 и 13 выполнена в виде навитой с расчетным усилием навивки высокопрочной стальной проволоки 4, закрепленной от ослабления напряжений скрутками (фиг.13).In embodiments, a closed tensioned reinforcement is laid on the outer surface of the grains (FIGS. 7-13), providing a preliminary compression stress in the plane of the
При выполнении наружных диаметров D колец зерен каждой фракции со строго одинаковыми размерами целесообразно в качестве предварительно напряженной арматуры использовать отрезки трубы (калиброванные кольца) 5 (фиг.8), так как создание предварительного напряжения при этом может быть обеспечено горячей посадкой этих колец на кольца зерен крупного заполнителя.When performing the outer diameters D of the grain rings of each fraction with exactly the same dimensions, it is advisable to use pipe segments (calibrated rings) 5 as prestressed reinforcement (Fig. 8), since the creation of prestressing can be ensured by a hot fit of these rings on the grain rings coarse aggregate.
При этом кольцо напряженной арматуры 5 целесообразно выполнять с несколькими «усами» 6 (предпочтительно с тремя или четырьмя), предварительно выштампованными в кольцах 5 и отогнутыми наружу относительно кольца 5 - фиг.9 и 10. Радиусные закругления на наружных ребрах такого сборного кольца могут быть выполнены на самом кольце 5 предварительно напряженной арматуры (фиг.10).In this case, the ring of stressed
На фиг.11 и 12 кольцо 2 зерна заполнителя снабжено вторым кольцом 7, плоскость которого перпендикулярна плоскости кольца 2, при этом для уменьшения расхода растворной части бетона такие зерна предпочтительно выполнять со сплошной центральной частью в виде шара 9 диаметром d - фиг.12. Предварительно напряженная арматура при этом может быть уложена на поверхностях обоих колец различными способами, например в виде охватывающих одно другое колец 5 и 8 (фиг.11) либо в виде сплошной рубашки 10 из высокопрочных нитей, навитых с переплетением или без переплетения на наружные поверхности обоих колец 2 и 7 (фиг.12 - нити и их переплетение не показаны).11 and 12, the
Еще в одном наиболее предпочтительном, хотя и наиболее сложном в технологическом плане, варианте выполнения зерно крупного заполнителя содержит три сопряженных кольца 2, 7 и 11, которые расположены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях (фиг.13). В центральной части зерна также выполнен сплошной шар 9 диаметром d, за счет чего уменьшается потребность в материале матрицы при формовании композита. На каждом из колец навита предварительно напряженная высокопрочная арматура соответственно 4, 12 и 13, зафиксированная от снижения натяжения в ней скрутками 14, однако возможны и все перечисленные выше варианты создания предварительного напряжения в материале зерна крупного заполнителя.In another most preferred, albeit the most technologically challenging embodiment, the coarse aggregate grain contains three
В последнем из предложенных вариантов выполнения по фиг.13 зерно крупного заполнителя представляет собой фактически шар с выполненными в его поверхности восьмью симметричными поднутрениями 15.In the last of the proposed embodiments of FIG. 13, the coarse aggregate grain is actually a ball with eight
Предложенный заполнитель может быть получен несколькими способами: литьем расплава горных пород, например, базальта, или металлургических шлаков литьем или литьем под давлением в разъемные формы, например пластмасс, штамповкой исходного сырья в вязкопластическом состоянии, например глины, либо формовкой бетонной смеси в специальных формах в тех случаях, когда техногенное сырье имеет необходимые свойства для планируемого бетона, но размеры его частиц малы, например, при использовании ряда отходов абразивного производства для получения жаропрочного бетона. В последнем случае в качестве связующего при изготовлении крупного заполнителя для бетона может быть использован глиноземистый и высокоглиноземистый цементы или жидкое стекло, при этом в качестве армирующего материала для создания предварительного напряжения в зернах крупного заполнителя могут применяться жаропрочные нити из базальтового или углеродного волокна.The proposed aggregate can be obtained in several ways: by casting a rock melt, for example, basalt, or metallurgical slag by casting or injection molding into demountable molds, such as plastics, by stamping the feedstock in a visco-plastic state, such as clay, or by molding concrete in special molds in in those cases when technogenic raw materials have the necessary properties for the planned concrete, but the sizes of its particles are small, for example, when using a number of abrasive production wastes to obtain heat resistant concrete. In the latter case, alumina and high alumina cements or water glass can be used as a binder in the manufacture of coarse aggregate for concrete, while heat-resistant filaments of basalt or carbon fiber can be used as reinforcing material to create prestress in grains of coarse aggregate.
При работе конструкции из бетона с предлагаемым предварительно напряженным крупным заполнителем, содержание которого обычно составляет порядка 70% от всего объема бетонной смеси, наиболее опасные для хрупких материалов растягивающие напряжения передаются посредством матрицы на поднутрения 15 (внутреннюю поверхность колец 2, 7, 11) крупного заполнителя 2, сжатого предварительно растянутой арматурой 4, 5, 8, 10, 12 или 13. Арматура при этом дополнительно растягивается, воспринимая основную часть приложенных к зерну крупного заполнителя растягивающих напряжений и препятствуя тем самым его разрушению. Это обеспечивается благодаря тому, что предел прочности материала арматуры остается значительно превосходящим по значению приложенные к ней растягивающие напряжения. Разрушение зерна крупного заполнителя происходит только тогда, когда растягивающие напряжения в материалах как колец крупного заполнителя, так и охватывающей их арматуры превысят соответствующие пределы прочности.When a concrete structure is used with the proposed prestressed coarse aggregate, the content of which is usually about 70% of the total volume of the concrete mix, the most dangerous tensile stresses for brittle materials are transmitted through the matrix to undercuts 15 (inner surface of
Наиболее перспективным вариантом выполнения предварительно напряженных зерен крупного заполнителя представляется вариант по фиг.9-10, поскольку он, с одной стороны, наиболее прост в технологическом плане, а с другой стороны, обеспечивает наилучшее сцепление с матрицей с помощью дополнительных «усов» (фибр), позволяя в то же время создавать предварительное напряжение в структуре бетона по всем трем осям за счет хаотичного и, следовательно, разнонаправленного положения колец крупного заполнителя и размещенной на них кольцевой арматуры в процессе укладки бетонной смеси в формы. Однако в тех случаях, когда требуется исключить влияние различного рода флуктуации и гарантировать равномерное распределение предварительных напряжений в структуре бетона по всем трем пространственным осям предпочтение, очевидно необходимо отдавать варианту выполнения по фиг.13 или равноценному выполнению.The most promising embodiment of prestressed coarse aggregate grains seems to be the embodiment of FIGS. 9-10, since it, on the one hand, is the most technologically simplest, and on the other hand, provides the best adhesion to the matrix using additional “whiskers” (fibers) , while at the same time creating a prestress in the concrete structure along all three axes due to the chaotic and, therefore, multidirectional position of the coarse aggregate rings and the annular reinforcement placed on them The process of laying concrete mixture in the mold. However, in those cases where it is necessary to exclude the influence of various fluctuations and to guarantee a uniform distribution of prestresses in the concrete structure over all three spatial axes, preference should obviously be given to the embodiment of Fig. 13 or equivalent execution.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011110632/03A RU2474542C2 (en) | 2011-03-21 | 2011-03-21 | Coarse aggregate for concrete |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011110632/03A RU2474542C2 (en) | 2011-03-21 | 2011-03-21 | Coarse aggregate for concrete |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011110632A RU2011110632A (en) | 2012-09-27 |
| RU2474542C2 true RU2474542C2 (en) | 2013-02-10 |
Family
ID=47078050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011110632/03A RU2474542C2 (en) | 2011-03-21 | 2011-03-21 | Coarse aggregate for concrete |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2474542C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2528809C1 (en) * | 2013-07-08 | 2014-09-20 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Filler for concrete |
| RU2671984C2 (en) * | 2013-07-29 | 2018-11-08 | Силз Текнолоджи Пти Лтд | Composite structure material |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1153563A (en) * | 1997-07-31 | 1999-02-26 | Sony Corp | Device and method for attitude detection game |
| RU2000113021A (en) * | 2000-05-24 | 2002-07-20 | Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | CONCRETE MIX |
| RU2186047C2 (en) * | 2000-04-20 | 2002-07-27 | Воронежская государственная архитектурно-строительная академия | Method of hollow filling agent producing |
| RU2336396C1 (en) * | 2007-02-21 | 2008-10-20 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Decorative aggregate for concretes |
| RU2337077C1 (en) * | 2007-02-21 | 2008-10-27 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Aggregate for decorative concrete articles (versions) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2188803C2 (en) * | 2000-05-24 | 2002-09-10 | Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | Concrete mixture |
-
2011
- 2011-03-21 RU RU2011110632/03A patent/RU2474542C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1153563A (en) * | 1997-07-31 | 1999-02-26 | Sony Corp | Device and method for attitude detection game |
| RU2186047C2 (en) * | 2000-04-20 | 2002-07-27 | Воронежская государственная архитектурно-строительная академия | Method of hollow filling agent producing |
| RU2000113021A (en) * | 2000-05-24 | 2002-07-20 | Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | CONCRETE MIX |
| RU2336396C1 (en) * | 2007-02-21 | 2008-10-20 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Decorative aggregate for concretes |
| RU2337077C1 (en) * | 2007-02-21 | 2008-10-27 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Aggregate for decorative concrete articles (versions) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2528809C1 (en) * | 2013-07-08 | 2014-09-20 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Filler for concrete |
| RU2671984C2 (en) * | 2013-07-29 | 2018-11-08 | Силз Текнолоджи Пти Лтд | Composite structure material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011110632A (en) | 2012-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20240109811A1 (en) | Reinforcement bar and method for manufacturing same | |
| CN109339828B (en) | Tunnel prestress inverted arch structure and construction method thereof | |
| CA2664552C (en) | Reinforcement structures | |
| CN104499498B (en) | A kind of construction method of mass concrete building | |
| CN107178179A (en) | Slightly expanded concrete coupled column is filled out in a kind of RPC outer barrels | |
| Patnaik et al. | Basalt FRP minibar reinforced concrete | |
| RU2474542C2 (en) | Coarse aggregate for concrete | |
| CN113605260B (en) | Method for reinforcing stone arch bridge by adopting steel fiber self-stress concrete | |
| Gholizadeh et al. | The study of mechanical properties of high strength concrete containing steel and polypropylene fibers | |
| US20040081816A1 (en) | Small cross-section composites of longitudinally oriented fibers and a thermoplastic resin as concrete reinforcement | |
| JP4781290B2 (en) | Embedded formwork board | |
| JP2017185798A (en) | Manufacturing method of fiber-made cell structure concrete | |
| CN110130501A (en) | A kind of welding procedure method suitable for combining the cement-based material of concrete structure | |
| SK5342001A3 (en) | Thin-walled component made from hydraulically hardened cement paste material and method for the production thereof | |
| US11027519B2 (en) | Self-stressing engineered composite materials, methods of self-stressing engineered composite materials, and self-stressing reinforcement for same | |
| CN109113259A (en) | A kind of three-dimensional network composite plate structure | |
| Reynvart | Mechanical characterization of fiber reinforced concretes subjected to freezing temperature | |
| Rajalakshmi et al. | Experimental Study on Confined Concrete with Steel Fiber | |
| CN112279585A (en) | Concrete for precast slab track filling layer and preparation method and application thereof | |
| 杨琳 et al. | The Application of Concrete in Human History and Development in the Modern World | |
| Kok et al. | Double-curved textile reinforced concrete panels with tensile strain-hardening characteristics | |
| WO2003037819A2 (en) | Small cross-section composites of longitudinally oriented fibers and a thermoplastic resin as concrete reinforcement |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130322 |