Фибробетон и его особенности

Фибробетон – это бетон, армированный дисперсными волокнами (фибрами). Он имеет повышенные трещиностойкость, прочность на растяжение, ударную вязкость и сопротивление истираемости. Изделия из этого бетона можно изготавливать без армирования специальными сетками и каркасами, что упрощает технологию приготовления изделий и снижает их трудоемкость.

Интересно
Для армирования бетона применяют различные металлические и неметаллические волокна. В качестве фибр применяют тонкую проволоку диаметром 0,1–0,5 мм, разрубленную на отрезки 10–50 мм, или специальные штампованные фибры. Лучшие результаты обеспечивают фибры диаметром 0,3 мм и длиной 25 мм. При повышении диаметра фибр свыше 0,6 мм резко уменьшается эффективность влияния дисперсного армирования на прочность бетона.

Кроме металлических волокон можно применять стеклянные, базальтовые, асбестовые и др. Стеклянные волокна обычно имеют диаметр порядка нескольких десятков микрометров и длину 20–40 мм. Такие волокна обеспечивают высокую прочность на растяжение (1500–3000 МПа) и повышенный модуль упругости бетона. Недостаток стекла – разрушение в щелочной среде цементного камня.

Следовательно, необходимо предусматривать применение вяжущих веществ или проводить специальные мероприятия, препятствующие разрушению стекловолокна в бетоне. К этим мероприятиям относят использование глиноземистого цемента, специальных добавок, связывающих щелочи, пропитку бетона полимерами или специальное покрытие фибр.

Для армирования цементного камня применяются асбестовые волокна. Этими волокнами армируют изделия в заводских условиях по специальной технологии. Асбестовые волокна имеют ряд ценных свойств: высокую прочность, огнестойкость, стойкость к агрессивным воздействиям щелочей и долговечность. Материалы, армированные асбестовым волокном, получили название асбестоцемента.

Для армирования ячеистых бетонов, гипсобетонов и других материалов с низким модулем упругости используют полимерные волокна. Их модуль упругости меньше, чем у цементного камня, а температурный коэффициент линейного расширения в 3–9 раз выше. Многие из этих волокон недостаточно хорошо сцепляются с цементным камнем, поэтому требуется применение специальной фибры периодического профиля или наносить на волокна покрытие.

В качестве полимерных материалов используют полиэфиры, полиакрилаты и другие материалы. Прочность этих материалов составляет 60–100 МПа. Полимерные волокна используются также для тонкостенных изделий, подвергающихся ударам или эксплуатирующихся в условиях, в которых стальные волокна быстро разрушаются от коррозии.

Стальной или неметаллической фиброй армируют чаще мелкозернистые бетоны, иногда цементный камень. Эффективность армирования бетона зависит от содержания фибры и расстояния между волокнами.

Дисперсное армирование достаточно эффективно приостанавливает развитие волосяных трещин лишь при расстоянии между волокнами не более 10 мм, поэтому при применении в бетоне крупного заполнителя, не позволяющего расположить дисперсные волокна достаточно близко друг к другу, снижается эффективность такого армирования.

Эффективность влияния различных видов волокон на свойства бетона зависит от соотношения модулей упругости армируемых волокон и бетона. При отношении Еф/Еб > 1 возможно получение фибробетонов с повышенной прочностью на растяжение и с низкой трещиностойкостью. При Ев/Еб < 1 повышаются ударная прочность и сопротивление материала истираемости.

Стальные фибры вводят в бетонную смесь обычно в количестве 1–2,5 % объема бетона (3–9 % по массе, что составляет 70–20 кг фибры на 1 м3 смеси). В этом случае повышается прочность бетона на растяжение на 10–30 %, сопротивляемость бетона ударам, увеличивается его предел усталости и износостойкость. Стеклянные волокна в бетонную смесь вводят в количестве 1–4 % объема бетона. Они, как и стальные волокна, имея высокий модуль упругости, обеспечивают повышение прочности бетона на растяжение и его трещиностойкость.

При армировании бетона дисперсными волокнами его разрушение происходит не сразу, а постепенно. В начале в бетоне образуются микротрещины, число которых постепенно увеличивается. А образование большой трещины происходит при более значительной величине деформаций, чем в обычном бетоне. Фибра как бы поддерживает бетон, помогает ему сопротивляться растягивающим напряжениям.

При воздействии механических или тепловых ударов фибра долгое время обеспечивает бетону защиту арматуры или более глубоких слоев и не выкрашивается с поверхности. Подобный характер поведения бетона при нагружении способствует повышению надежности работы дисперсно-армированных изделий в особых случаях эксплуатации.

Введение волокон в бетонную смесь понижает ее подвижность, вызывает определенные трудности в приготовлении смеси цемента, воды, заполнителя и фибры. Обычно приходится увеличивать расход воды в смесях и содержание мелких частиц, т. е. цемента и мелкого заполнителя. В таких бетонах расход цемента составляет 400–500 кг.

Введение волокон в бетонную смесь является важной операцией. Бетонная смесь с фиброй склонна к комкованию, а также фибры могут образовывать в бетонной смеси «ежи», что резко ухудшает качество бетонной смеси и не обеспечивает необходимого уплотнения бетона в изделии, поэтому для приготовления бетонной смеси используют различные приемы: вводят фибру в последнюю очередь в предварительно перемешанную смесь цемента, воды и заполнителя или смешивают сначала заполнители и волокна, а затем добавляют цемент и воду.

Интересно
Иногда для приготовления смесей используют особые виды смесителей, например смесители с дополнительным пульсирующим воздействием на смесь, которое способствует разрушению комков и «ежей». Для изготовления некоторых конструкций используют одновременно набрызг волокна и мелкозернистой бетонной смеси. Это оказывается полезным при применении неметаллических волокон.

Дисперсная арматура в бетоне достаточно хорошо защищена от коррозии плотным цементным камнем, однако в некоторых случаях, особенно когда возможно воздействие на фибробетон агрессивных сред, стальные фибры защищают специальными покрытиями. Защитные покрытия фибры способствуют повышению ее коррозионной стойкости и улучшению сцепления между фиброй и бетоном, тем самым на 20–40 % улучшают прочность фибробетона на растяжение и его трещиностойкость.

Узнай цену консультации

"Да забей ты на эти дипломы и экзамены!” (дворник Кузьмич)