Фибробетон

Фибробетон отличается повышенной трещина устойчивостью, прочностью при растяжении и изгиба, ударной вязкостью, сопротивлением стиранию. Изделия и конструкции из фибробетона можно изготавливать без армирования специальными сетками и каркасами из обычной арматуры, что значительно упрощает технологию производства изделий, снижает трудоемкость процесса.

Одним из основных особенностей и недостатков обычного цементного бетона является его низкое сопротивление при испытании на изгиб и осевое растяжение. Этот недостаток можно в значительной степени ликвидировать и таким образом повысить качество бетона как строительного материала, если применить армирование его дисперсными волокнами.

Небольшие отрезки тонких металлических или других материалов волокна для армирования бетона получили название "фибры", а дисперсно-армированный такими волокнами бетон получил название - "фибробетон".

Для дисперсного армирования бетона можно применять различные металлические и неметаллические волокна. Это может быть тонкая проволока диаметром 0,1 ... 0,5 мм, на бревенчатый длиной 10 ... 50 мм. Наилучшие результаты дисперсного армирования достигнуты при применении фибр, диаметром примерно 0,3 мм и длиной 25 мм. . При увеличении диаметра фибр (более 0,6 мм) резко уменьшается эффективность влияния дисперсного армирования на прочность бетона.

Кроме металлических волокон можно применять стеклянные волокна, базальтовые, асбестовые подобное.
Стеклянные волокна имеют диаметр порядка нескольких десятков микрон и длину 20 ... 50 мм. Они имеют высокую прочность при растяжении (1500 ... 3000 МПа), а модуль деформации более высокий, чем цементного камня. Коэффициент линейного температурного расширения стекловолокна близок к такого коэффициента цементного камня. Все это способствует значительному повышению монолитности композиции "стекловолокно-цементный камень" при разных условиях эксплуатации фибробетона. Однако обычное стекло быстро разрушается под действием щелочной среды цементного камня, поэтому необходимо либо применять волокна с щелочено стойкого стекла, или применять другие вяжущие и меры для защиты от коррозионного разрушения стеклянных волокон в бетоне. К таким мерам относятся:
- Использование для бетона глиноземистого цемента;
- Добавки в бетонную смесь для связывания щелочей;
- Пропитка бетона полимерами.

Для армирования цементного камня хорошо известны в течение длительного времени применяют асбестовые волокна. Такими волокнами армируют изделия, которые изготавливают в заводских условиях по специальной технологии (асбестоцемент листы для кровель и т.д.). Асбестовые волокна обладают рядом ценных свойств: высокой прочностью и огнестойкостью, устойчивость к агрессивному воздействию щелочей, долговечность. Поэтому материалы и изделия, армированные асбестовым волокнами, получили название асбестоцемент, который широко применяют в строительстве.

Для армирования ячеистых бетонов, гипсобетона и других материалов с низким модулем упругости могут применяться полимерные волокна. Такие волокна имеют модуль упругости меньше, чем цементного камня, а их коэффициент температурного расширения в 3 ... 9 раз выше. Многие из таких волокон имеют слабое сцепление с цементным камнем, что заставляет применять специальные фибры периодического профиля или специально обрабатывать и покрывать поверхность волокон. Как материалы для полимерных волокон используют поле эфиры, полиакрилат, полипропилен и некоторые другие материалы. Прочность таких материалов достигает 60 ... 100 МПа.

Стальными или неметаллическими волокнами армируют, как правило, мелкозернистые бетоны, иногда чистый цементный камень. Дисперсное армирование достаточно эффективно останавливает развитие волосяных трещин только при расстоянии между волокнами не более 10 мм, поэтому применение в бетоне крупного заполнителя существенно снижает эффективность дисперсного армирования.
Эффективность влияния различных видов волокон на свойства бетона зависит от соотношения модулей упругости волокон и бетона. При отношении Ев / Еб> 1 возможно получение фибробетонов с повышенной прочностью на растяжение и трещина стойкостью.

Стальные фибры вводят в бетонную смесь в количестве 1 ... 2,5% объема бетона (3 ... 9% по массе), что составляет 70 ... 200 кг фибры на 1 м3 бетонной смеси. При этом прочность бетона на растяжение увеличивается на 10 ... 30% и значительно повышаются сопротивление бетона ударам, его граница усталости и износоустойчивость.

Стеклянные волокна вводят в бетонную смесь в количестве 1 ... 4% объема бетона. Как и стальные волокна, стеклянные волокна с высоким модулем упругости повышают прочность бетона при растяжении и его трещиностойкость.
При армировании бетона дисперсными волокнами в процессе погрузки такого бетона его разрушение происходит не сразу, а постепенно. Сначала в бетоне образуются микротрещины, количество которых постепенно увеличивается. Образование сплошной трещины происходит при значительно большей относительной деформации, чем в обычном бетоне. При действии на фибробетон механических или тепловых (пожар) ударов бетон длительное время обеспечивает защиту арматуры и более глубоких слоев конструкции.

Присутствие волокон в бетонной смеси снижает ее подвижность и вызывает определенные трудности в процессе приготовления смеси. Поэтому нужно несколько увеличивать дозу воды, цемента и мелких частиц заполнителя. Как правило, расход цемента составляет 400 ... 500 кг/м3.
В технологии фибробетона наиболее сложная и тонкая операция ведения волокон в замес. Бетонная смесь с фибрами склонна к комкованию, а фибры могут слипаться в "ежи", что значительно ухудшает свойства бетонной смеси и ее способность к уплотнению и обеспечения гомогенности структуры фибробетона. Поэтому для лучшего приготовления смеси применяют различные способы: вводят фибры в последнюю очередь в предварительно смешанную смеси цемента, воды и заполнителей, или смешивают сначала заполнители и волокна, а затем добавляют цемент и воду. Иногда для приготовления смеси используют особые виды смесителей (их чаши в процессе смешивания периодически подвергаются ударным импульсам для "встряхивания" смеси и разрушению "ежей").
В некоторых случаях используют одновременно набрызг волокна и мелкозернистой бетонной смеси.

Дисперсная арматура в фибробетона достаточно защищена от коррозии плотным цементным камнем. Но в некоторых случаях, особенно когда возможно воздействие на фибробетон агрессивных сред, стальные фибры защищают специальными покрытиями, которые обычно не только повышают устойчивость фибровых арматуры к коррозии, но и способствуют улучшению сцепления между фибрами и бетоном. При этом прочность бетона при растяжении и его трещиностойкость увеличивается на 20 ... 40%.