Фибробетон: чем отличается от обычного и как используется?

Сегодня поговорим о перспективном композиционном материале, который получает все большее распространение в современном строительстве. Речь о дисперсно-армированном бетоне. Разберем, что он собой представляет, какие виды существуют, изучим состав и свойства, выявим сильные и слабые стороны, а также рассмотрим области применения.

Что такое фибробетон?

Это разновидность бетона, в структуру которого добавлены специальные волокна (фибра), распределенные равномерно по всему объему. Они выполняют функцию армирующих элементов. Их совместная работа с бетоном значительно улучшает характеристики монолита за счет анкеровки волокон в матрице. В обычном бетоне при возникновении напряжений изгиба или растяжения образуются микротрещины. Трехмерное армирование волокнами сдерживает раскрытие трещин, повышая прочность монолитных конструкций.

Виды дисперсно-армированного бетона

Бетонный композит армируется различными типами волокон. И исходные свойства фибры определяют параметры фибробетона и область использования. Сегодня на строительном рынке представлены ее стальные и синтетические разновидности. Расскажем о них подробнее.

Стальная фибра

Является самым популярным видом для дисперсного армирования. Получают ее различными способами, наиболее известные — это механическая резка стального тонкого листа, проволоки, стружки после токарной обработки, нитей старых канатов. Проволочным моделям придают волновую или анкерную конфигурацию. Добавление стальной фибры увеличивает прочность бетона при растяжении до 60 %, при сжатии до 25 %. Модуль упругости повышается до 20 %. Наилучшие результаты по получению однородной бетонной смеси и приросту прочности принадлежат проволочному варианту.

Чем больше длина фибры, тем крепче ее сцепление с матрицей. Однако существует и пороговая величина, при которой прирост прочности фибробетона останавливается из-за того, что волокна разрываются. Диаметр фибры тоже влияет на характеристики композита. Чем он меньше, тем выше эффективность армирования из-за увеличения зон контакта волокон с компонентами бетона и повышения их концентрации в единице объема.

Главный недостаток стальной фибры — восприимчивость к коррозионному разрушению. И хотя, с одной стороны, решением проблемы может быть оцинковка волокон или использование легированных марок стали, с другой — это сопряжено с удорожанием конечного продукта.

Полипропиленовая фибра

Представляет собой нити из полимера. Волокна нейтральны к химическим веществам, не корродируют. Микроармирование придает бетону пластичность, прочность, снижает усадку при твердении камня и минимизирует образование трещин.

Полипропиленовый фибробетон — универсальный стройматериал, который можно использовать как для промышленных, так и для частных объектов. Впервые его успешно применили в 70-х годах в США при строительстве дорог. Важным моментом является тщательное перемешивание для достижения однородной структуры. А для повышения текучести в смесь добавляют пластификаторы.

Стекловолоконная фибра

Стеклянные волокна — одни из наиболее недорогих и доступных материалов. Добавка используется при отделке фасадов, декоративных композиций, в производстве сухих смесей. Имеет самую высокую прочность на растяжение среди всех материалов для микроармирования (достигает 3500 МПа) и высокий модуль упругости. Из недостатков можно отметить неустойчивость к щелочам.

Базальтовая фибра

Ее производят из волокон базальта. Особенность материала в том, что его упругость хуже, чем у бетона, он не растягивается. Поэтому добавка базальтовой фибры позволяет камню легче переносить удары и деформации.

К достоинствам материала относится одинаковое температурное расширение с бетоном. По сравнению с металлическими волокнами площадь контакта с матрицей у базальтовых волокон в 25 раз выше. Это снижает в 3 раза трещинообразование, соответственно, возрастает в 1,5 раза водонепроницаемость, в несколько раз снижается коррозия. Также повышается стойкость к износу.

Материал востребован при строительстве в сейсмоопасных регионах, изготовлении перекрытий и фундаментов, возведении военных объектов, создании декоративных элементов.

Углеродная фибра

Углеволокно — наноматериал, который на 92 % состоит из углерода. Нити этого вещества изготавливают из полиакрилонитрила путем ступенчатой обработки сырья при температуре 3200 °С. Волокна отличает высокая адгезия к цементу и стойкость к коррозии, в разы превышающая показатели для стали при меньшей массе. Например, удельная прочность углеволоконной фибры выше, чем у стальной версии в 4 раза. Это позволяет строить конструкции на основе углеродного материала в пять раз легче стальных.

Армирование бетона углеродными волокнами позволяет:

• увеличить прочность на растяжение от 100 до 200 % и на сжатие от 40 до 60 % в зависимости от характеристик матрицы;
• повысить ударную прочность до 500 МПа;
• увеличить морозостойкость до 200 %.

Кроме этого, у волокон углерода высокая стойкость к агрессивным средам и температурным перепадам. Например, углеродная фибра выигрывает у стекловолокна по стойкости к щелочам. Однако углеволокно имеет и более высокую цену.

Состав фибробетона

При замешивании в бетонную смесь добавляются:

• Цемент. Обычно используется портландцемент различных марок. Выбор зависит от требуемой прочности бетона.
• Заполнители. Основную массу бетона составляют щебень, гравий, песок, которые влияют на его прочность, плотность и другие характеристики.
• Вода. Необходима для гидратации цемента и образования прочного цементного камня. Количество должно быть оптимальным, так как избыток жидкости снижает прочность бетона, а недостаток затрудняет его укладку.
• Добавки. Модифицирующие средства, улучшающие различные свойства продукта, такие как пластичность, удобоукладываемость, морозостойкость, водонепроницаемость.
• Фибра. Армирующий элемент, определяющий основные свойства фибробетона. Количество, размеры и тип волокон подбираются в зависимости от требуемых характеристик продукта и условий эксплуатации. Процентное соотношение волокон может варьироваться в пределах 3–25 % в зависимости от нужных свойств и назначения. Важно соблюдать точную дозировку компонентов и технологию приготовления смеси, чтобы обеспечить высокое качество материала.

Плюсы и минусы композита
Композит по многим параметрам превосходит обычный бетон, но имеет и некоторые недостатки, которые нужно учитывать при производстве бетонных конструкций.

Сферы применения

• Дорожное строительство. Фибробетон используется для устройства дорог, аэродромных плит, мостовых конструкций. Обеспечивает высокую прочность, износостойкость и устойчивость к образованию трещин, что увеличивает срок службы дорожных покрытий и снижает затраты на их ремонт.
• Промышленное строительство. Применяется для устройства полов, фундаментов под оборудование, стен и перекрытий в производственных зданиях. Конструкции из фибробетона характеризуются солидной прочностью, устойчивостью к динамическим нагрузкам, а также стойкостью к агрессивным средам.
• Гражданское строительство. Используется для устройства стяжек пола, штукатурных работ, производства тротуарной плитки, фасадных панелей, архитектурного декора. Обеспечивает высокую трещиностойкость, морозостойкость и долговечность конструкций.
• Гидротехнические сооружения. Применяется для строительства плотин, каналов, причалов, волнорезов. Обеспечивает высокую водонепроницаемость, морозостойкость и устойчивость конструкций к воздействию агрессивных сред.
• Тоннельное и шахтное строительство. Используется для укрепления стен и сводов тоннелей и шахт.
• Производство сборных железобетонных изделий. Применяется для изготовления плит перекрытий, стеновых панелей, балок, колонн.
• Усиление существующих конструкций. Укрепляет железобетонные элементы, подверженные коррозии, разрушению или перегрузке. Позволяет восстановить несущую способность и продлить срок эксплуатации конструкций.

В заключение можно отметить, что фибробетон — это современный и перспективный строительный материал, превосходящий по многим показателям обычный бетон. Правильный выбор типа фибры и состава смеси позволяет успешно применять его в различных областях строительства.