Фибробетон является очень перспективным материалом для различного многоцелевого использования в строительстве.Фибробетон является конструкционным материалом,которого армируют искусственными волокнами-фибрами.Фибры равномерно распределяют по всему объему бетонной массы,позволяя значительно повысить прочностные характеристики материала.Такое армирование позволяет увеличить существенно прочность на сжатие, на ударную вязкость, трещиностойкость,износостойкость и другие важные свойства.
В качестве армирования используются различные виды неметаллических волокон а также металлические волокна.Также широко применяются органические и минеральные волокна в виде различных непрерывных нитей тканей. Могут использоваться короткие отрезки различных отрезков волокон-фибр, сеток и других видов рулонного материала.
Читай также фибролит
Методом дисперсного армирования получают направленную и произвольную (свободную) ориентацию волокон в объеме бетонной массы.Направленная ориентация главным образом достигается путем использования непрерывных нитей, совершенно различного рода нетканых и тканых сеток, разряженных тканей и других материалов.
Рисунок-1.Стальная проволочная фибра
Такой же вид ориентации достигается путем армирования бетонной смеси короткими волокнами из стальной фибры, во время формования изделий из фибробетона,например в магнитном поле.Чаще всего дисперсное армирование может выполняться одним типом фибр или смесью разных видов фибр, различной длины и размеров,а также разного состава.
Армирование фибробетона волокнами позволяет повысить прочностные характеристики материала при растяжении и изгибе от 50 процентов до 240 процентов. При сжатии материала прочность может быть увеличена до 90 процентов для цементного раствора а для бетонов до 15 процентов. Сопротивление истиранию, ударная вязкость, стойкость против циклов замораживания и оттаивания при армировании бетона фибрами,возрастают на 200-300 процентов.
Рисунок-2. Полипропиленовые фибра
Для наглядности в таблицу №1 приводятся физико-механические свойства наиболее распространенных волокнистых материалов.
Таблица №1.Физико-механические свойства волокон.
Примерный состав сталефибробетона (с применением стальных фибр) может состоять из следующих компонентов на 1 м³ смеси: песчано-гравийная смесь (ПГС)-1670 кг, цемент-530 кг;стальные фибры -180…200 кг, вода-200 литров, добавка СДБ-1 кг.
Бетоны имеющие в своем составе стальные фибры диаметром 0,3…1,0 мм(ГОСТ 3282-74*) показывают наилучшие результаты. Для этого рекомендуется использование металлических фибр длинной l=80…120 d.Таким образом,в результате увеличения длины фибр уменьшается удобоукладываемость бетонной смеси.
С целью увеличения сил сцепления фибр с бетоном необходимо использовать проволоку периодического профиля и фибры с загнутыми концами. Прочность сцепления усилия выдергивания зависит от вида обработки используемой проволоки(травление,нанесение металлических и полимерных покрытий,окисление) и составляет от 25 до 200 Н.
Рисунок-3. Армированный фибробетон
Для армирования фибробетона широко используются джутовые, целлюлозные, сизалевые, полиэтиленовые,нейлоновые,полипропиленовые и другие волокна которые не подвергаются химическим коррозиям под воздействиям щелочной среды гидратирующихся цементов. Использование волокон имеющие растительное происхождение требует повышения В/Ц из-за высокого водопоглощения.
Волокна синтетического происхождения имеют плохую смачиваемость,а также малое сцепление с цементным камнем.Наилучшие результаты достигаются на бетонах с содержанием синтетических волокон 0,15…0,25% по массе(0,4…0,65% по объему) при длине фибр 10…100 мм.
Фибробетон и стеклоцемент
Наиболее широко сегодня используются стеклянные волокна для армирования бетона. Бетон с использованием в качестве армирования стекловолокна называют стеклоцементом-материал на основе цемента и стекловолокна. Стеклоцемент отличается от фибробетона только тем,что в его составе отсутствует крупный заполнитель. На сегодняшний день более всего известны три типа стеклянных волокон, отличающиеся друг от друга химическим составом.
Рисунок-4. Стекловолокно для фибробетона
Тип А волокна щелочные, синтезированные на основе оксидов кальция и натрия (система SiO2-CaO-Al2O3). Волокна такого типа содержат щелочи (более 10% по массе).
Тип-Е-волокна бесщелочные, боросиликатные. Такие волокна синтезируются на основе оксидов алюминия и кальция (система SiO2-CaO-Al2O3). Волокна включают 5…10% -B2O3 и до 2%- R2O (по массе).
Тип С-это волокна мало щелочные, имеющие повышенную химическую стойкость.Содержат в своем составе — R2O (небольшое количество до 10% по массе) и добавки ZrO2,BaO,Mn3O4, которые способствуют повышению такого важного свойства, как химическая стойкость. Для наглядности химический состав волокон приводится в таблицу№2.
Таблица№2.Составы стеклянных волокон массового производства
Составы стеклянных волокон
Агрессивность цементного состава по отношению к стекловолокну уменьшают путем введения в портландцемент активных минеральных добавок.
Проблема химической совместимости стекловолокнистой арматуры с цементной матрицей является одной из важнейших в создании стеклоцементных композиционных материалов. Агрессивность цементной матрицы по отношению к стекловолокну можно существенно снизить за счет введения в портландцемент активных минеральных добавок, связывающих свободный Ca(OH)2.
Характеристика наиболее широко используемых стекловолокон приведена в таблицу №3.
Таблица №3. Характеристики стекловолокнистой арматуры
Предел прочности армированных образцов при осевом растяжении ( независимо от вида вяжущего и волокон) возрастает линейно по мере увеличения содержания стекловолокнистой арматуры. При содержании в композиции менее 1 % армирующих волокон ( от площади поперечного сечения) разрушении композиции происходит практически одновременно с разрушением цементного камня, то есть в момент начала трещинообразования в матрице.
Таблица №4. Прочность при сжатии стеклоцемента в зависимости от количества и длины стекловолокна
Прочность при сжатии стеклоцемента в зависимости от количества и длины волокон представлена в таблицу №4.
Разновидностью долговечного стеклоцемента на основе портландцемента является полимер-стеклоцемент.В полимерстеклоцементе армирование осуществляется отрезками алюмоборосиликатного ровинга, покрытый защитным полимерным составом.
Полимеризация и отверждение покрытия происходят в твердеющей цементной среде.Покрытие не только обеспечивает защиту стеклянных нитей от щелочной коррозии, но и увеличивает адгезию между арматурой и матрицей, а также повышает стойкость отрезков к разрушению во время перемешивания.
Пленкообразующие составы могут изготовляться на основе полиуретановых лаков, перхлорвиниловой смолы,эпоксидно-диановых смол и другие. Полимер-стеклоцемент имеет относительно высокие физико-механические характеристики. Так, при содержании ровинга 1…5% по массе плотность композиций 2,1…2,3 г/см³. Прочность при изгибе составляет 20…35 МПа, а предел прочности при сжатии 45…75 МПа, при этом предел пропорциональности при изгибе 14…20 МПа.
Модуль упругости при изгибе составляет (12…24) · 10³ МПа, а предельная деформация при изгибе 0,6…1,5%, ударная вязкость 12…30 кДж/м². Текстолитовый стеклоцемент представляет собой рулонный материал которого изготавливают путем пропитки армирующего стекловолокнистого материала водоцементной или водополимерцементной суспензией.
В качестве матрицы используют мало щелочные гидравлические вяжущие вещества -глиноземистый цемент и его разновидности. В качестве арматуры используют стекловолокнистые рулонные материалы из бесщелочного стекла (сетки стеклянные строительные , ткани из стеклянного волокна, а также вязально-прошивочный армирующий материал типа ВПР-10 и другие материалы).
В строительстве используют материал в качестве гидрозащитного покрытия тепловой изоляции трубопроводов и оборудования, которые располагаются внутри и вне помещений, в тоннелях и непроходных каналах. Повышение качества фибробетона и стеклоцемента очень сильно зависит от равномерного распределения фибр и выбора оптимального способа формования.
Фибробетон формуют различными методами: центрифугированием, экструзией, распылением, литьем под давлением, прокатом, вибрированием и другими методами. К перспективным методам получения армированных материалов следует относить набрызг раствора под давлением ( подобно торкретированию) с одновременной подачей волокон на большой скорости.Распыление смеси и волокон производится в несколько проходов, что позволяет обеспечить однородное распределение волокон как в плоскости, так и по толщине формуемых изделий.
При изготовлении изделий круглого сечения (труб и столбов) для введения сравнительно больших количеств арматуры используют метод вдавливания волокон, основанный на принципах центрифугирования и раздельного прессования. Опыт применения дисперсно-армированных конструкций и изделий выявил ряд многогранных свойств и областей использования фибробетона и стеклоцемента.
Этот материал успешно применяется в качестве отделочного слоя для различных видов бетонных и железобетонных изделий, армированной волокном штукатурки для туннельного, шахтного и горного строительства, кровельных материалов, облицовочных плит, легких фасадных панелей со звукоизоляцией или без него, многослойных стеновых панелей и перегородок,вентиляционных коробов, труб, каналов и водоводных лотков а также для других изделий.
Лучшие качества вяжущих,армированных стекловолокном, наиболее выгодно используются в тонкостенных несущих конструкциях типа оболочек, коробчатых и гофрированных панелей,резервуаров, а также в различных тонкостенных профилях типа уголков, тавров,швеллеров и другие. Такие конструкции при равной несущей способности с железобетонными имеют в 5…6 раз меньшую массу и в 2-3 раза меньшую стоимость.
Дисперсно-армированные бетоны целесообразно применять как в сборных, так и в монолитных конструкциях: полах промышленных зданий, дорожных и аэродромных покрытиях, ирригационных каналах, для производства труб,лестничных маршей и других видов изделий. Вид волокон для дисперсного армирования выбирается от условий работы конструкции и среды эксплуатации.
Эффективная область назначения вида волокон для дисперсно-армированных бетонов в зависимости от вида конструкций:
1. Несущие конструкции:
балки, колонны таврового сечения, панели покрытий и перекрытий (стальные в сочетании со стержневой арматурой).
2. Ограждающие конструкции:
стеновые панели и полы (стальные,стеклянные,синтетические).
3.Инженерные сооружения :
конструкции емкостных сооружений (стальные в сочетании со стержневой арматурой),
лотки и каналы (стальные, а также стеклянные)
сваи (стальные, синтетические, стеклянные)
4.Опалубочные изделия (стальные, стеклянные, синтетические)