09.07.2008 13:34:23
В настоящее время в строительстве и промышленности, в том числе и машиностроении наряду с другими неметаллическими материалами все более весомым становится применение металлобетона. Практика эксплуатации его в различных отраслях народного хозяйства показала, что значительного снижения потребности металла до 40–50 % и стоимости до 30–40 % можно достигнуть за счет применения так называемых многокомпонентных сталежелезобетонных конструкций, металлобетонных изделий.
В 30–е годы XX века один из наших крупнейших ученых–бетоноведов, профессор Б. Г. Скрамтаев, так писал о металлобетоне: «Это твердый бетон, обладающий малой истираемостью, применяемый для верхнего слоя бетонных полов, облицовки стен, каналов и бункеров». Один из составов металлобетона того времени был следующим: цемент М300 или М600 – одна весовая часть, крупный кварцевый состав – 0,3 весовой части, смесь мелких и крупных стальных опилок размером 1–5 мм, очищенных от масла – 1–1,5 весовых частей, 10–12 % воды. Такой металлобетон имеет плотность, равную 40–80 мПа, а истираемость сравнивается с гранитом. Использовался этот металлобетон для устройства полов в тех производствах, где предъявлялись высокие требования к сопротивлению истираемости.
В эти же годы, в ЦНИИПС инженером Штрасбергом был предложен способ изготовления износоустойчивых бетонных полов: приготавливается смесь из одной весовой части цемента и двух весовых частей металлических опилок. Затем насыпается через сито в количестве около 4 кг на 1м2 пола. Через 20–30 минут после бетонирования смесь втирается теркой. Такой способ уменьшает истираемость в три раза по сравнению с хорошим бетонным полом.
В ЦНИИПСе в этот же период профессором В. П. Некрасовым и инженером Н. С. Дмитриевым была изготовлена технология изготовления металлобетонных плиток. Технология была следующая: металлобетонная смесь в металлической форме помещалась в автоклавы под давлением пара восемь атмосфер. Пропарка продолжалась в течение 8 часов. В результате получались плитки особо высокой прочности и малой истираемости. Размер плиток составлял 20/20/2 см или 30/30/3 см. Плитка укладывалась по тощему бетонному основанию на цементном растворе.
В 80–х годах прошлого столетия металлоцементную смесь использовали для устройства полов специального назначения. Металлоцементные покрытия укладывали по бетонному подстилающему слою, железобетонным перекрытиям или цементно-песчаной стяжке. Для верхнего слоя покрытия применяли дробленную металлическую стружку с частицами размером 1–5 мм. Металлическую стружку измельчали на бегунах, шаровых мельницах или с помощью другого оборудования. Затем стружку обезжиривали путем прокаливания в печах и просеивали. Дозировали цемент и частицы стальной стружки в соотношении по объему 1:1. Количество воды подбирали таким же способом, чтобы подвижность смеси соответствовала осадке конуса 1–2 см. Для того, чтобы увеличить прочность на растяжение (30–40 % раствор вводят в цементно–металлическую смесь водный раствор смолы (водомин–99) в количестве 3–5 % от массы цемента [3].
Совершенно особое направление металлобетона составляют так называемые тяжелые и гидратные бетоны. Эти бетоны применяют в специальных сооружениях ядерных реакторов, атомных электростанциях, рентгенокабинетах и т. д., для биологической защиты от радиоактивных бета-, гамма-, альфа–лучей и др.
Для особо тяжелых бетонов характерным свойством является большая средняя плотность, которая равна 2,5–6 т/м3.
Гидратные бетоны отличаются повышенным содержанием химически связанной воды – более 3 % по массе, а следовательно, и ядер водорода. Вследствие этого, водород, обладая малой молекулярной массой, способствует захвату потока горячих нейтронов, гамма–лучей. Кроме того, эти бетоны обладают высокой теплостойкостью, теплопроводностью, малой усадкой. В качестве вяжущих веществ в особо тяжелых бетонах используют портландцемент, глиноземистый цемент, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый (расширяющийся) цемент. В гидратных бетонах – глиноземистый (расширяющийся) цемент и т. д. Все они в той или иной мере способствуют максимальному химическому и адсорбционному удержанию воды в цементном камне и бетоне. В частности напрягающий цемент уплотняет структуру бетона, почти полностью исключает усадку. Зона контакта становится плотной и без трещин.
Заполнителями в особо тяжелых бетонах служат: барит, металлический скрап, магнетит, обрезки железа, дробленый бурый железняк, чугунная дробь и т. д. Для повышения защитных свойств вводят такие вещества, как карбид бора, хлористый литий и др. Заполнителями в гидратных бетонах выступают бурый железняк, серпентин и другие вещества содержащие химически связанную воду. Особо тяжелые и гидратные бетоны изготавливаются по обычной технологии с применением бетоносмесителей для перемешивания и вибраторов для уплотнения свежеотформованных бетонных изделий.
Учитывая, что во многих частях мира атомная энергетика станет преобладающей, то развитие особо тяжелых и гидратных бетонов имеет большие перспективы.
Как уже отмечалось, перспективным является применение металлобетонов в машиностроении, как устройство станин, корпусов машин и т. д. Применение многокомпонентных металлобетонных конструкций, где рационально соединены для совместной работы внешняя и внутренняя листовая сталь, высокопрочный бетон классов В60–В80 и обычная или напряженная арматура классов А–V, A–VI дает значительное снижение потребности в металле.
Интересные исследования проводились в Рижском политехническом институте по использованию металлобетонов в гидротехнических изделиях. По заказу одной их гидротехнических фирм авторы статьи выполняли выполняли исследования и внедрили в производства якори и стабилизаторы для буев из железобетона. В качестве заполнителей служили отходы – металлы выштамповозного производства Даугавпилского завода приводных цепей. Выштамповка представляла собой металлические кружки (пистоны), диаметром 10–15 мм, толщиной 1,2–3 мм. Опалубка несъемная изготавливалась из отходов резины, которая армировалась выштампованной лентой (также отходы металлоштамповки). Форма арморезиновой оболочки/опалубки выбиралась в зависимости от выбора формы якоря. После выполненных исследовательских работ, остановились на составе металлобетона дающей плотность S = 5–5,5 т/м3.
Изготовление якоря выполняется следующим образом:
В начале 90–х годов XX века гидротехническая фирма в г. Рига по данной технологии изготовила несколько десятков якорей и столько же стабилизаторов для буев. Через десять лет часть якорей была подвергнута осмотру и было установлено их хорошее состояние. В 1995 году на якори и стабилизаторы из металлобетона было получено свидетельство на «полезную модель», выданную в НИИ ГПЭ за номером № 3267.
В 2005 году, в Санкт-Петербурге, в ЗАО «Экспериментальный завод» было разработано и внедрено в производство металлобетонное изделие – противовес для комплектации стиральных машин фирмы Electrolux (руководитель – главный технолог фирмы С. В. Стерин ). Данные элементы придают стиральной машине необходимую и достаточную статическую массу для противодействия динамическим нагрузкам, возникающим во время эксплуатации.
Основные характеристики металлобетонных изделий:
№ | 124029949 | 124542907 | 124018225 |
масса (кг) | 13,5 | 14,5 | 6,6 |
S (кг/м3) | 3300 | 3630 | 3300 |
диаметр внутренний (мм) | 345 | 345 | 484 |
диаметр внешний (мм) | 484 | 484 | 170 |
толщина (мм) | 65 | 65 | 83 |
армирование – проволока | 3 | 3 | без армирования |
В качестве наполнителей могут быть использованы отходы металлургических производств или особо тяжелые минеральные заполнители (железные руды, магнетит, гематит, бурый железняк, барит, лимонит, чугунный или стальной скраб, отходы производства дроби, стальной гранулят, окалина и т. д.). Примерный состав металлобетонной смеси: портландцемент М400, (500кг/м3), песок кварцевый – М кр – 2,22, (500кг/м3), особо тяжелый заполнитель (как правило отходы металлургии), производственная вода – 150 л, химические добавки FK – 63, C – 3 (жидкий) 30 кг/м3, арматура – проволока, диаметр 2–3 мм.
Для производства металлобетонных противовесов в отделе главного технолога завода был разработан технологический регламент. В соответствии с регламентом тяжелый заполнитель поступает автомобильным транспортом и сгружается на специально предназначенную площадку для хранения не сортированного сырья. В зависимости от качества сырья переработка подразделяется на два вида:
Бетонная смесь производится на автоматизированном БСУ. Контроль реологических свойств смеси осуществляется при помощи консистера определяющего пластичность смеси в условных числовых единицах. Уплотнение смеси в форму производится на стационарной виброплощадке. На производство металлобетонных противовесов в 2006 г. был получен сертификат качества. В 2007 году в ЗАО «Экспериментальный завод» по заказу компании «Electrolux» было налажено их производство и начался серийный выпуск. Отзывы о выпускаемых изделиях только положительные.
В 2000 году доля замены металла неметаллическими материалами составил в странах СНГ 1–2 %, а в Японии около 50 % [5].
Библиографический список: