СВОЙСТВА И ОСОБЕННОСТИ ФИБРОБЕТОНОВ

Общеизвестно, что существует большое количество различных видов фибробетонов, применение которых способствует повышению физико-механических характеристик соответствующих конструкций, изготовленных на их основе. В строительной индустрии базой является применение современных материалов и технологий, удовлетворяющих нормам и стандартам. Наряду с этим разрабатывались и разрабатываются бетоны с высокими эксплуатационными свойствами, которые называют фибробетонами [1].

Композиции,     выполненные     из     дисперсно    –     армированных    бетонов,    являются     легкими строительными конструкциями с высокими показателями прочности на изгиб и ударную вязкость. Выбор дисперсно – армированных волокон обуславливается тем, какими характеристиками должна обладать конструкция, чтобы удовлетворять заданным требованиям.

Фибробетоны на основе различного вида дисперсного волокна, применяются в многочисленных разновидностях строительных изделий. Такие бетоны состоят из двух составляющих и обладают свойствами, которых нет у стандартных строительных материалов, то есть имеют цементно – бетонную матрицу.

На практике часто бетон насыщают тонкой, металлической проволокой диаметром 0,25 – 1,2 мм и с соотношением длины к диаметру в пределах от 50 до 120 [2].

Важным показателем для фиброволокна является отношение ее длины к диаметру. Это влияет на хорошее сцепление и эффективную работу дисперсного волокна в бетонной смеси. При повышении значения этого отношения ухудшаются условия приготовления фибробетона. Так как при большей длине фиброволокон перемешать данную смесь становится сложнее. Некоторые исследователи, в частности Семенюк С.Д., считают что оптимальным является отношение 80 : 100.

Распространенными видами дисперсных волокон являются: металлическая, полипропиленовая, базальтовая, стеклянная, углеродная и целлюлозная фибра. При изготовлении фибробетона большое влияние оказывает выбор волокна, тип вяжущего и оптимально подобранный химический состав нитей. Основные характеристики различных видов волокон приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Основные характеристики различных видов фиброволокон

Преимущество стальных волокон заключается не только в высоких физико – механических характеристиках, но и в технологии изготовления изделий. Процесс перемешивания происходит на строительных площадках в бетономешалках, это сокращает время изготовления практически в два раза и способствует снижению материалоемкости и уменьшению веса зданий и сооружений [3]. Но при использовании сталефибробетонов не достигается главная цель – экономия такого материала как металл в конструкциях, так как расход стали при изготовлении данного вида бетона больше по сравнению с железобетоном. Основным недостатком стальной фибры является не высокая стойкость к коррозии и сложность, возникающая при изготовлении металлических фибр, что ограничивает применение сталефибробетонов.

Проведены исследования по влиянию металлической фибры на свойства мелкозернистого бетона на основе отходов дробления карбонатных пород. Данными исследованиями была подтверждена перспективность использования металлической фибры в качестве дисперсно – армированного мелкозернистого бетона на основе отходов дробления карбонатных пород.

Были исследованы прочностные характеристики мелкозернистых фибробетонов со смешанным заполнителем (природным песком с Мкр = 1,3 и техногенными песками – отсевами дробления карбонатных пород).

Результаты исследований показали, что прочность мелкозернистых фибробетонов повышается по сравнению с прочностью бетонов без использования фибры. Так же прочность фибробетонов повышается с увеличением в заполнителе отсевов дробления (до 70%) и возрастает экономическая целесообразность получения высокопрочных фибробетонов.

Применение полипропиленового волокна способствует экономии, за счет уменьшения размеров ечения. Объемная доля насыщения бетона дисперсно – армированным волокном принимается в пределах 2 – 5 % от общей объемной массы.

Стеклянное волокно способствует повышению упругости бетона, смесь становится пластичной. Основным недостатком стеклофибробетонов является активное взаимодействие цементно – бетонной матрицы с фиброй, что способствует развитию интенсивной коррозии фибры и приводит, соответственно, к низкой долговечности конструкции. Так как щелочная среда наносит вред такому фибробетону, применяют методы борьбы, т.е. производят полимерную пропитку, вводя в бетон добавки на основе глиноземистого раствора. Данная пропитка связывает щелочи, за счет чего снижаются повреждения фибробетонна. Получается бетонный раствор, обладающий высокими прочностными и гидроизоляционными характеристиками, достаточно устойчив к повышенным температурам, химическим средам и истиранию.

Базальтовая фибра повышает прочность и долговечность бетонных конструкций. Прочность бетона на сжатие с использованием базальтовой фибры повышается на 15 – 50%, существенно повышается прочность на растяжение и трещиностойкость. Фибробетон, изготовленный на основе базальтовой фибры, подходит для изготовления конструкций, воспринимающих постоянные нагрузки и деформации.

Следует отметить, что полипропиленовая и стеклянная фибра по своим характеристикам существенно уступает базальтовой. Срок службы базальтовой фибры – до 100 лет, тогда как полипропиленовая и стеклянная фибра утрачивают свои свойства в более короткие сроки. Базальтовая фибра значительно прочнее полипропиленовой фибры, она жаропрочная, тогда как полипропиленовая фибра подвержена горению при воздействии открытого огня. Вследствие невысокой плотности по сравнению с плотностью стальной фибры применение базальтовой фибры позволяет решать проблему снижения веса конструкций.

Исследования показали, что при добавлении дисперсного волокна и его равномерного распределения в бетонной массе, улучшаются свойства полученного бетона: возрастает прочность на 30%; повышается стойкость к физическим нагрузкам; снижается образование трещин.

В дисперсно – армированных бетонах восприятие растягивающих волокон принимает на себя фиброволокно, за счет этого усиливаются углы и торцы фибробетонных конструкций, способствует снижению усадки и повышению трещиностойкости.

Вопрос выбора фибры обуславливается доступностью данного материала, перспективой ее внедрения в строительную индустрию и различным спектром физико – механических свойств. Фибра помогает бетону приобрести дополнительную жесткость и увеличить прочностные характеристики, за счет этого появляется возможность разработки конструкций, способных выдерживать высокие нагрузки.

Показателями свойств фибробетонов являются: прочность при сжатии, осевом растяжении, растяжении при изгибе; начальный модуль деформаций; морозостойкость; водонепроницаемость; истираемость; ударная прочность т.е. вязкость.

Были исследованы прочностные характеристики фибробетонов, в качестве фибры в которых были применены переработанные пластиковые бутылки (отходы городского хозяйства). Результаты исследований показали, что при замене полипропиленовой фибры на фибру, полученную из пластиковых отходов, предел прочности при сжатии образцов фибробетона из отходов пластика не снижается по сравнению с фибробетоном из полипропиленовой фибры. Кроме того, использование пластиковых отходов снижает стоимость данного материала.

У конструкций, изготовленных из дисперсно-армированного бетона, более высокая экономическая эффективность, чем у железобетонных. Это проявляется как в значительном снижении трудовых затрат, при этом стоимость работ становится конкурентоспособной так и в сокращении потребности в строительных материалах, а так же значительно повышается долговечность и сводятся к минимуму недостатки при стержневом армировании.

В отечественном и зарубежном строительстве, как показал имеющийся опыт, фибробетон считается универсальным строительным материалом с широкой сферой применения. Дисперсно – армированный бетон не требует сложной технологии изготовления и при этом приобретает набор положительных качеств, позволяющих соперничать с обычными бетонами.

Для улучшения физико – механических характеристик и создания высокоэффективных фибробетонов нового поколения при их производстве необходимо использовать суперпластифицирующие добавки на основе поликарбоксилата. Опыты показывают, что введение добавок приводит к снижению водопотребности бетонной смеси и к повышению прочности фибробетона.

Список литературы

1. Рябинович Ф.Н. Композиты на основе дисперсно – армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции: монография / Ф.Н. Рябинович. – М.: АВС, 2004. – 560 с.

2. Талантова К.В. Сталефибробетон с заданными свойствами и строительные конструкции на его основе: автореф. дис. д – ра техн. Наук / К.В. Талантова. – Ростов н/Д, 2013. – 36 с.

3. Клюев С.В. Экспериментальные исследования фибробетонных конструкций / С.В. Клюев // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. – 2011. – №4. – с.71 –74.