CZ304133B6

CZ304133B6 - Structural concrete

Info

Publication number: CZ304133B6
Application number: CZ20100813A
Authority: CZ
Inventors: Terzijski@Ivailo
Original assignee: Vysoké ucení technické v Brne
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2013-11-13
Also published as: CZ2010813A3

Abstract

In the present invention, there is disclosed a structural concrete containing 40 to 80 percent by volume filling agent, 6 to 30 percent by volume hydraulic binding agent, 10 to 25 percent by volume water, 0 to 0.5 percent by volume plasticizer or superplasticizer, 0 to 0.2 percent by volume set controlling agent, 0 to 0.1 percent by volume surface active agent and 0.1 to 20 percent by volume hollow fibers having cavities filled at least partially by water and/or a liquid concrete antisag agent.

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká konstrukčního betonu, který obsahuje 40 až 80 % objemových plniva, 6 až 30 % objemových hydraulického pojivá, 10 až 25 % objemových vody, 0 až 0,5 % objemového plastifikátoru nebo superplastifikátoru, 0 až 0,2 % objemového regulátoru tuhnutí a 0 až 0,1 % objemového povrchově aktivního činidla.The invention relates to structural concrete comprising 40 to 80% by volume filler, 6 to 30% by volume hydraulic binder, 10 to 25% by volume water, 0 to 0.5% by volume plasticizer or superplasticizer, 0 to 0.2% by volume solidification regulator and 0 to 0.1% by volume of surfactant.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Nevýhodou stávajících konstrukčních betonů, které obsahují hydraulické pojivo na bázi portlandského cementu, či jiných podobně reagujících látek, jako například popílku, mleté strusky, metakaolinu, zeolitu apod. je, že se během svého tuhnutí a tvrdnutí smršťují. To vede v řadě případů až k vytváření trhlin, které podstatně snižují tuhost a životnost betonových konstrukcí, a mnohdy také narušují jejich estetiku. Smršťování těchto konstrukčních betonů je způsobeno nárůstem kapilárních sil působících v jejich vnitřní struktuře, ke kterému dochází vlivem úbytku vody v jejich kapilárním systému a přesunu velkého množství menisků (rozhraní voda-vzduch) do kapilár menších rozměrů. Úbytek vody je přitom způsoben zejména jejím spotřebováváním během hydratačních reakcí, které probíhají při tuhnutí a tvrdnutí betonu, ale také jejím odparem a případně i samovolným odtokem.A disadvantage of existing structural concretes that contain a hydraulic binder based on Portland cement or other similarly reactive substances such as fly ash, ground slag, metakaolin, zeolite and the like is that they contract during their setting and hardening. This leads in many cases to the formation of cracks, which considerably reduce the stiffness and durability of concrete structures, and often also impair their aesthetics. The shrinkage of these structural concretes is caused by the increase in capillary forces acting in their internal structure due to the loss of water in their capillary system and the transfer of large amounts of meniscus (water-air interface) into smaller capillaries. The loss of water is caused in particular by its consumption during the hydration reactions, which take place during the setting and hardening of the concrete, but also by its evaporation and possibly spontaneous drainage.

když se v praxi používá řada různých postupů, které mají smršťování konstrukčních betonů eliminovat, žádný z nich není dostatečně účinný na to, aby mu skutečně zabránil a odstranil tak nebezpečí vzniku trhlin nebo dutin. Kromě toho je použití těchto postupů v podmínkách stavby poměrně komplikované.when in practice a number of different techniques are used to eliminate the shrinkage of structural concrete, none of them is effective enough to actually prevent it and thus eliminate the risk of cracks or cavities. Furthermore, the use of these methods in construction conditions is relatively complicated.

Nejrozšířenějším ze známých postupů je externí vlhčení konstrukčních betonů během jejich tuhnutí a tvrdnutí, které má vyrovnávat alespoň část úbytku vody v jejich kapilárním systému. Jeho nevýhodou je, že aby se alespoň částečně dosáhlo požadovaného efektu, musí se externí kropení provádět relativně dlouhou dobu v pravidelných a relativně krátkých časových intervalech, což je však obvykle z časových důvodů nemožné. Při kropení povrchu betonu navíc nedochází k rovnoměrnému doplňování vody v celé jeho vnitřní struktuře.The most widespread of the known methods is the external dampening of structural concretes during solidification and hardening to compensate for at least part of the water loss in their capillary system. Its disadvantage is that, in order to at least partially achieve the desired effect, the external sprinkling must be carried out for a relatively long time at regular and relatively short time intervals, but this is usually impossible for time reasons. In addition, the sprinkling of the concrete surface does not evenly replenish the water throughout its internal structure.

Dalším známým postupem je omezení odparu vody z povrchu betonové konstrukce vhodným parotěsným materiálem, obvykle ve formě nástřiku, nátěru, či fólie. To má však jen velmi omezenou účinnost, neboť pouze pasivně snižuje celkový úbytek vody v kapilárním systému betonu, aniž by přitom docházelo k jejímu doplňování. Další nevýhodou tohoto postupuje, stejně jako v případě externího kropení, že je obvykle z časových důvodů omezen na relativně krátkou dobu. Oba uvedené postupy mají navíc tu společnou nevýhodou, že jejich aplikace představuje vícepráce, které se provádí až po vytvoření betonové konstrukce, a které zvyšují její finanční i technologickou náročnost.Another known method is to reduce the evaporation of water from the surface of the concrete structure by a suitable vapor-proof material, usually in the form of a spray, paint or film. However, this has only a very limited efficiency, since it only passively reduces the total water loss in the capillary system of the concrete without adding water. A further disadvantage of this procedure, as in the case of external sprinkling, is that it is usually limited to a relatively short time for reasons of time. Moreover, both processes have the common disadvantage that their application is an extra work that is carried out after the construction of the concrete structure and which increases its financial and technological demands.

Jiným postupem pro omezení smršťování konstrukčních betonuje použití kapalných protismršťovacích prostředků. Ty se přidávají přímo k ostatním složkám betonu během míchání, přičemž při jeho následném tuhnutí a tvrdnutí snižují povrchové napětí vody v jeho kapilárním systému, a tím také vznikající kapilární síly vyvolávající smršťování betonu. Nevýhodou tohoto postupuje však poměrně omezená účinnost stávajících protismršťovacích prostředků, která i při použití maximální doporučené dávky nepřesahuje 50 %.Another method for reducing the shrinkage of structural concrete is the use of liquid anti-shrink means. These are added directly to the other components of the concrete during mixing, reducing the surface tension of the water in its capillary system and thereby the resulting capillary forces causing the concrete to shrink. The disadvantage of this procedure, however, is the relatively limited effectiveness of the existing anti-shrink means, which, even at the maximum recommended dose, does not exceed 50%.

Cílem vynálezu je navrhnout konstrukční beton, jehož složení by úplně nebo alespoň částečně omezilo jeho smršťování během tuhnutí a tvrdnutí, a tím i nebezpečí vzniku trhlin, a současně by odstranilo nebo alespoň eliminovalo nevýhody stavu techniky.It is an object of the invention to provide structural concrete whose composition would completely or at least partially reduce its shrinkage during solidification and hardening, and thus the risk of cracking, while at the same time eliminating or at least eliminating the disadvantages of the prior art.

- 1 CZ 304133 B6- 1 GB 304133 B6

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Cíle vynálezu je dosaženo konstrukčním betonem, který obsahuje 40 až 80 % objemových plniva, 6 až 30 % objemových hydraulického pojivá, 10 až 25 % objemových vody, 0 až 0,5 % objemového plastifikátoru nebo superplastifikátoru, 0 až 0,2 % objemového regulátoru tuhnutí a 0 až 0,1 % objemového povrchově aktivního povrchově aktivního činidla, jehož podstata spočívá vtom, že dále obsahuje 0,1 až 20 % objemových dutých vláken, jejichž dutiny jsou alespoň částečně zaplněny vodou a/nebo kapalným prostředkem proti smršťování betonu. Tato voda a/nebo kapalný prostředek proti smršťování betonu se pak během tuhnutí a tvrdnutí konstrukčního betonu uvolňují do jeho kapilárního systému, čímž snižují kapilární síly působící vjeho vnitřní struktuře, a tak úplně nebo alespoň částečně eliminují smršťování konstrukčního betonu a nebezpečí vzniku trhlin.The object of the invention is achieved by structural concrete comprising 40 to 80% by volume filler, 6 to 30% by volume hydraulic binder, 10 to 25% by volume water, 0 to 0.5% by volume plasticizer or superplasticizer, 0 to 0.2% by volume regulator solidification and 0 to 0.1% by volume of a surfactant surfactant, further comprising 0.1 to 20% by volume of hollow fibers, the cavities of which are at least partially filled with water and / or a liquid concrete shrinkage agent. This water and / or liquid anti-shrinkage agent is then released into the capillary system during solidification and hardening of the structural concrete, thereby reducing the capillary forces acting on its internal structure, thereby completely or at least partially eliminating the shrinkage of structural concrete and the risk of cracking.

Nejvhodnějším materiálem dutých vláken jsou plasty, jako například polyetylén, polypropyleny či polyvinylchlorid, alkalirezistentní sklo, či některé přírodní materiály jako například duté stonky a/nebo stonkové úponky travin a/nebo obilovin a/nebo liánovitých rostlin.The most suitable hollow fiber material is plastics such as polyethylene, polypropylenes or polyvinyl chloride, alkali resistant glass, or some natural materials such as hollow stems and / or stems of grasses and / or cereals and / or creepers.

Délka dutých vláken je přitom s výhodou 5 až 50 mm, jejich vnější průměr 0,1 až 3 mm a vnitřní průměr 0,05 až 2,5 mm.The length of the hollow fibers is preferably 5 to 50 mm, their outer diameter 0.1 to 3 mm and the inner diameter 0.05 to 2.5 mm.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Konstrukční beton podle vynálezu obsahuje stejné základní složky ve stejném poměru jako dosud běžné konstrukční betony, tj. 40 až 80 % objemových plniva (kameniva), 6 až 30 % objemových hydraulického pojivá a 10 až 25 % objemových vody, které jsou případně doplněny až 0,5 % objemového plastifikátoru nebo superplastifikátoru a/nebo až 0,2 % objemového regulátoru tuhnutí a/nebo až 0,1 % objemového povrchově aktivního činidla, a navíc 0,1 až 20 % objemových dutých vláken. Vnitřní dutiny těchto dutých vláken jsou přitom úplně nebo alespoň částečně zaplněny vodou, která se z nich během tuhnutí a/nebo až 0,1 % objemového povrchově aktivního činidla, a navíc 0,1 až 20 % objemových dutých vláken. Vnitřní dutiny těchto dutých vláken jsou přitom úplně nebo alespoň částečně zaplněny vodou, která se z nich během tuhnutí a tvrdnutí konstrukčního betonu postupně uvolňuje do jeho kapilárního systému a vyrovnává tak úbytek vody, ke kterému dochází jejím spotřebováváním při hydratačních reakcích a tvorbě novotvarů, odparem z povrchu betonu, či samovolným odtokem. Díky tomu je úplně nebo alespoň částečně eliminován nárůst kapilárních sil působících ve vnitřní struktuře konstrukčního betonu, a tím i jeho smršťování a nebezpečí vzniku trhlin. Běžné zpracování konstrukčního betonu přitom zajišťuje, že dutá vlákna jsou vjeho vnitřní struktuře rozmístěna v podstatě rovnoměrně, takže i uvolňování vody do jeho kapilárního systému je rovnoměrné.The structural concrete according to the invention contains the same basic components in the same ratio as the conventional structural concrete, i.e. 40 to 80% by volume filler (aggregate), 6 to 30% by volume hydraulic binder and 10 to 25% by volume water, optionally added up to 0 5% by volume of plasticizer or superplasticizer and / or up to 0.2% by volume of solidification regulator and / or up to 0.1% by volume of surfactant, and in addition 0.1 to 20% by volume of hollow fibers. The inner cavities of these hollow fibers are wholly or at least partially filled with water which, during solidification, and / or up to 0.1% by volume of surfactant, and in addition 0.1 to 20% by volume of hollow fibers. The inner cavities of these hollow fibers are completely or at least partially filled with water, which is gradually released into the capillary system of the concrete during solidification and hardening of the concrete, thus compensating for the water loss caused by hydration reactions and neoplasms by evaporation. concrete surface, or spontaneous drainage. As a result, the increase in the capillary forces acting in the internal structure of the structural concrete, and thus its shrinkage and the risk of cracking, are completely or at least partially eliminated. The conventional processing of structural concrete ensures that the hollow fibers are distributed substantially evenly in the internal structure, so that the release of water into its capillary system is even.

V jiné variantě konstrukčního betonu podle vynálezu jsou vnitřní dutiny dutých vláken úplně nebo alespoň částečně zaplněny některým ze známých kapalných prostředků proti smršťování betonu. Postupné uvolňování tohoto prostředku do kapilárního systému konstrukčního betonu během jeho tuhnutí a tvrdnutí pak má za následek snižování povrchového napětí vody v tomto systému, což brání nárůstu kapilárních sil v důsledku úbytku vody. Tím se opět zcela nebo alespoň částečně eliminuje smršťování konstrukčního betonu a nebezpečí vzniku trhlin. Díky postupnému a rovnoměrnému uvolňování prostředku proti smršťování betonu v celé struktuře konstrukčního betonu se pak dosáhne výrazně vyšší účinnosti než při jeho dosud běžném používání.In another variant of the structural concrete according to the invention, the internal cavities of the hollow fibers are completely or at least partially filled with some of the known liquid anti-shrinkage means. The gradual release of this composition into the capillary system of structural concrete during its setting and curing results in a reduction in the surface tension of the water in the system, preventing the capillary forces from increasing due to the loss of water. This again completely or at least partially eliminates the shrinkage of structural concrete and the risk of cracking. Due to the gradual and uniform release of the anti-shrinkage agent throughout the structure of the structural concrete, a significantly higher efficiency is achieved than in its normal use.

Obě výše popsané varianty konstrukčního betonu podle vynálezu lze dále s výhodou kombinovat, přičemž konstrukční beton může obsahovat dutá vlákna, jejichž dutiny jsou alespoň částečně zaplněny vodou a současně i dutá vlákna, jejichž dutiny jsou alespoň částečně zaplněny kapalným prostředkem proti smršťování betonu, nebo dutá vlákna, jejichž dutiny jsou alespoň částečně zaplněny vodným roztokem kapalného prostředku proti smršťování betonu. V takovém případěThe above-described structural concrete variants according to the invention can further advantageously be combined, wherein the structural concrete may comprise hollow fibers whose cavities are at least partially filled with water and at the same time hollow fibers whose cavities are at least partially filled with liquid anti-shrinking agent or hollow fibers. , the cavities of which are at least partially filled with an aqueous solution of a concrete shrinkage agent. In that case

-2CZ 304133 B6 se doplňování vody do kapilárního systému konstrukčního betonu vhodně kombinuje se snižováním jejího povrchového napětí, čímž se dosáhne ještě lepších výsledků.The addition of water to the capillary system of structural concrete is suitably combined with a reduction in its surface tension for even better results.

Dutá vlákna, jejich vnější průměr se s výhodou pohybuje v intervalu 0,1 až 3 mm, vnitřní průměr v intervalu 0,05 až 2,5 mm a délka v intervalu 5 až 50 mm, mohou být vytvořena z řady materiálů. Jako nejvhodnější se však jeví plasty, jako například polyetylén, polypropyleny, polyvinylchlorid, apod., alkalirezistentní sklo, nebo vhodné přírodní materiály, například či liánovitých rostlin (liány, břečtan, apod.). V praxi se přitom mohou dutá vlákna z různých materiálů vhodným způsobem kombinovat.The hollow fibers, preferably having an outer diameter of 0.1 to 3 mm, an inner diameter of 0.05 to 2.5 mm, and a length of 5 to 50 mm, can be formed from a variety of materials. However, plastics such as polyethylene, polypropylenes, polyvinyl chloride, etc., alkali-resistant glass, or suitable natural materials, such as or creeper plants (lianas, ivy, etc.), seem to be the most suitable. In practice, hollow fibers of different materials can be combined in a suitable manner.

Výhodným vedlejším efektem přítomnosti dutých vláken v konstrukčním betonu podle vynálezu je současně zvýšení jeho pevnosti v tahu a/nebo změna jeho modulu pružnosti, takže vhodnou volbou množství dutých vláken a/nebo jejich materiálu a/nebo jejich rozměrů lze přizpůsobit vlastnosti konstrukčního betonu konkrétním požadavkům.The advantageous side effect of the presence of hollow fibers in the structural concrete according to the invention is simultaneously an increase in its tensile strength and / or a change in its elastic modulus, so that by suitably selecting the amount of hollow fibers and / or their material and / or dimensions.

Konstrukční beton podle vynálezu je použitelný v podstatě pro všechny typy běžných betonových konstrukcí, zejména pro betonové konstrukce inženýrských staveb, jako jsou například mostní konstrukce a jejich části, přehradní zdi, zásobníky plynných, kapalných či sypkých látek, atd.The structural concrete according to the invention is applicable to virtually all types of conventional concrete structures, in particular to concrete structures of civil engineering constructions, such as bridge structures and their parts, dam walls, reservoirs of gaseous, liquid or loose materials, etc.

Při přípravě konstrukčního betonu podle vynálezu se nejprve dutá vlákna ponoří na dobu nutnou pro požadované zaplnění jejích vnitřních dutin do vody, kapalného prostředku proti smršťování betonu, nebo do vodného roztoku tohoto prostředku, a až následně se v požadovaném poměru smísí se zbývajícími složkami betonu. Během jejich promíchávání se dutá vlákna rozmístí v jeho vnitřní struktuře v podstatě rovnoměrně, díky čemuž bude následně rovnoměrné i uvolňování vody a/nebo prostředku proti smršťování betonu.In preparing the structural concrete of the present invention, the hollow fibers are first immersed in the water, liquid shrinkage agent, or aqueous solution thereof for the time necessary for the desired filling of its internal cavities and subsequently mixed with the remaining concrete components in the desired ratio. During their mixing, the hollow fibers are distributed substantially evenly throughout its internal structure, which will also result in a uniform release of water and / or anti-shrinkage agent.

Claims

PATENT CLAIMS

Structural concrete comprising 40 to 80% by volume filler, 6 to 30% by volume hydraulic binder, 10 to 25% by volume water, 0 to 0.5% by volume plasticizer or superplasticizer, 0 to 0.2% by volume solidification regulator and 0 to 0% by volume 0.1% by volume of a surfactant, further comprising 0.1 to 20% by volume of hollow fibers, the cavities of which are at least partially filled with water and / or a liquid anti-shrinkage agent.

Structural concrete according to claim 1, characterized in that the hollow fibers are made of plastic.

Structural concrete according to claim 2, characterized in that the hollow fibers are made of a plastic of the group polyethylene, polypropylenes, polyvinyl chloride.

made of alkali resistant glass.

made of natural material.

characterized s e t í m characterized s e t í m characterized s e team

consists of hollow stems and / or stems of grasses and / or cereals and / or creepers.

-3 CZ 304133 B6

Structural concrete according to any one of the preceding claims, characterized in that the hollow fibers have a length of 5 to 50 mm, an outer diameter of 0.1 to 3 mm and an inner diameter of 0.05 to 2.5 mm.