Фибробетон

Фибробетон — разновидность цементного бетона, в котором достаточно равномерно распределены обрезки «фибры» или фиброволокна в качестве армирующего материала.Под собирательным названием «Фибра» подразумеваются волокна из металла, отрезки тонкой стальной проволоки, отходы гвоздевого производства и др., а также из стекла, полимеров (главным образом пропилена). Фибра добавляется в бетон на стадии его производства, выполняя функцию армирующего компонента, и способствует улучшению качества бетона, повышая его трещиностойкость, деформативность, водонепроницаемость и морозоустойчивость. Дополнительным преимуществом фибробетона является его легкий вес по сравнению с прочими разновидностями бетона, что существенно облегчает его монтаж.Фибробетоны применяют в сборных и монолитных конструкциях, работающих на знакопеременные нагрузки. Важнейшая характеристика фибробетона - прочность на растяжение - является не только прямой характеристикой материала, но и косвенной, и отражает его сопротивление другим воздействиям. Еще одна важная характеристика фибробетона это его долговечность. По показателю работы разрушения фибробетон может в 15-20 раз превосходить бетон.

В настоящее время для  фибрового армирования бетонов  наиболее широко применяются стальные и стеклянные волокна. Расширяется  применение синтетических волокон. В незначительных объемах применяются  базальтовые, углеродные и др. волокна. Наибольшая эффективность фибробетона достигается при правильном сочетании свойств составляющих его компонентов. Свойства фибробетон как композиционного материал определяются свойствами составляющих его компонентов. В определенной степени важнейшим компонентом в этом плане является фибра - стальная или неметаллическая. В этом плане достаточно эффективной, с учетом относительной стоимости, является стальная фибровая арматура. Так как ее модуль упругости в 5-6 раз превышает модуль упругости бетона, то при достаточной анкеровке в бетоне может быть полностью использована прочность и получен наибольший вклад фибры в работу композита в стадиях до и после образования трещин. В случае стальной фибры достаточно просто решаются вопросы обеспечения ее анкеровки в бетоне, что значительно сложнее, например, для синтетической фибры. Стальная фибра производится в основном следующими способами: резкой из тонкой проволоки или тонкого стального листа; вытяжкой (экструдированием) из стального расплава; фрезерованием специальных слябов. Фибра может иметь различное поперечное сечение - круглое, прямоугольное и др. размерами от 0,2 мм до 1,6 мм и длину от 5 мм до 160 мм. Прочность на растяжение -400-1100 МПа.

Фибробетон выгодно отличается от традиционного бетона, имея в несколько раз более высокие по сравнению с ним:

 прочность на растяжение  и срез;

 ударную и усталостную  прочность; 

 трещиностойкость и вязкость разрушения;

 морозостойкость; 

 водонепроницаемость; 

 сопротивление кавитации; 

 сопротивление истиранию. 

По показателю работы разрушения фибробетон может в 15-20 раз превосходить бетон. Это обеспечивает ему высокую технико-экономическую эффективность при применении в строительных конструкциях и при их ремонте. Пожалуй, важнейшей характеристикой фибробетона является его прочность на растяжение. Она важна как прямая характеристика материала, так и косвенная, отражающая его сопротивление другим воздействиям, а также долговечность. Важной характеристикой фибробетона является ударная прочность (вязкость разрушения). Значение этой характеристики для фибробетона в 3-5 и более раз выше, чем для обычного бетона. При этом могут изготавливаться конструкции как чисто фибробетонные (только с фибровым армированием), так и с комбинированным армированием, т. е. фиброй и стержневой или проволочной арматурой.

В настоящее время налажено отечественное массовое производство стальной фибры резанной из тонкой листовой стали и фрезерованной  из слябов (в Москве, Магнитогорске и Челябинске). Для изготовления фибры могут быть также использованы выработавшие технический ресурс или некондиционные, специально очищаемые, канаты с диаметром проволок от 0,2 мм до 1,0 мм. Фибра, фрезерованная из сляба стали марок СтЗ ПС,СтЗ СП и др., производится в Санкт-Петербурге, Челябинске и Кургане. Эта фибра имеет прочность 600-900 МПа, длину 25-32 мм трапециевидное сечение шириной до 3 мм и толщиной 0,2-0,6 мм. Фибра, резанная из тонкого холоднокатаного листа, в массовом порядке выпускается в г. Магнитогорске. Эта фибра имеет значительно более широкий сортамент: толщину от 0,3 до 1,0 мм; ширину от 0,4x0,6 мм и длину от 30 до 40 мм. Прочность этой фибры - от 480 до 600 МПа.

Как видно, ассортимент стальной фибры отечественного производства довольно широк и может удовлетворить  современным, пока скромным, потребностям строительной индустрии. Годовой объем выпуска фибры - 5-8 тыс. т.Убедительным подтверждением эффективности сталефибробетона в строительстве является зарубежный опыт его применения, широкий ассортимент стальной фибры и большое количество фирм, производящих фибру на постоянной основе. Производством стальной фибры заняты более 20 зарубежных фирм и корпораций. Причем это, как правило, мощные производители обычной стержневой и проволочной арматуры или металлоизделий. Такая упаковка позволяет сравнительно просто утилизировать фибру, и для ее сохранения требуются относительно меньшие площади. Так, например, фибра из проволоки "Драмикс" (Бельгия) изготавливается в виде блок-пластин, состоящих из десяти фибр, склеенных водорастворимым клеем. Такая фибра не комкуется при транспортировке и подаче в смеситель, хорошо распределяется в объеме бетонной смеси после растворения клея водой затворения. Другим видом волокон для фибрового армирования бетонов являются стеклянные волокна. Для дисперсного армирования бетона используют, как правило, специальное щелочестойкое стекловолокно, так как обычное алюмоборосиликатное (бесщелочное) стекловолокно быстро корродирует в щелочной среде твердеющего бетона и требует специальной защиты. В отечественной практике для армирования бетона используется выпускаемое НПО "Стекло" в опытно-промышленном масштабе (90-200 т. в год) щелочестойкое стекловолокно марок СЦ-6.

Фибра из синтетических волокон  наиболее дешева и химстойка. Но она имеет низкий модуль упругости и высокую предельную деформативность, что предопределяет деформативность фибробетона, особенно после трещинообразования. Тем не менее, она может эффективно использоваться для улучшения реологических свойств фибробетонных смесей, структурообразования бетона-матрицы на стадии твердения и повышения его долговечности. Наиболее эффективными с позиций прочности и долговечности фибробетона, в т. ч. при экстремальных химических, температурных и пожарных воздействиях, являются углеродные волокна. Но фибра из них пока слишком дорога, а снижение ее стоимости - вопрос будущего. В ряде типовых железобетонных конструкций, таких как блоки фундаментов, подвалов, пригрузов, дорожные плиты, стальная арматура может быть с успехом заменена на базальтовую фибру - более химически стойкую и относительно дешевую.

Зарубежный и отечественный  опыт показывает, что фибробетон является в большой мере универсальным строительным материалом, находящим все более широкое применение в различных областях строительства.

Экономическая эффективность  сталефибробетонных конструкций по сравнению с железобетонными обуславливается за счет:

 большого снижения  трудоемкости;

 снижения материалоемкости;

 повышения долговечности; 

 увеличения межремонтного  ресурса; 

 исключения недостатков,  присущих стержневому армированию. 

Применение этой фибры  в отечественной практике было бы очень выгодно для строительной индустрии и государства в целом.