Фибробетон — применение, характеристики и технология

Бетон, как строительный материал, известен достаточно давно. При всей его прочности и долговечности у него всегда был один большой недостаток: бетон хорошо работает на сжатие, но очень плохо на растяжение. Поэтому в таких конструкциях как балки или плиты, где в нижнем поясе при воздействии нагрузки возникают растягивающие усилия, часто возникают трещины, которые могут стать причиной полного разрушения конструкции.

Для этого при изготовлении несущих конструкций из бетона и применяется армирование наиболее растянутых зон конструкций.  Стальная арматура, имеющая рифленую поверхность, прочно сцепляется с бетоном и принимает на себя растягивающие усилия, что значительно повышает прочность бетонной конструкции в целом.

Но такое армирование производится только в зонах наибольших возможных растяжений, в то время как иногда необходимо повысить прочность всего бетонного массива. Ранее это достигалось густым армированием всей конструкции, что приводило  к ее значительному удорожанию и увеличению веса.

Что такое фибробетон

В свое время, для того чтобы снизить ударную вязкость бетона (хрупкость при ударе) и вероятность растрескивания бетонной массы при затвердевании (что не редкость), были предприняты попытки улучшить прочность на растяжение по всему объему бетонной массы.

Для этого в бетонную смесь добавили дисперсные волокна (фибры), которые равномерно распределились по всей его массе. При этом характеристики бетона претерпели значительные изменения:

• прочность на растяжение увеличилась на 25 – 30%;
• значительно возросла ударная вязкость;
• повысилась стойкость к образованию трещин.

В настоящее время фибра для бетона делится на две группы:

1. Металлическая – производится из стали, может иметь различную конфигурацию и размеры (диаметр может составлять от 0,1 – 0,5 мм, длина 10 – 50 мм).
2. Неметаллическая фибра, которая может быть представлена волокнами следующих материалов:

• стекло;
• полиэтилен;
• полипропилен;
• полиамид;
• акрил;
• хлопок;
• вискоза;
• нейлон;
• полиэфир;
• базальт;
• асбест;
• карбон;
• углерод.

В настоящее время наиболее популярны металлические и стеклянные волокна, хотя все большее признание обретает фибра из полипропилена.

Углеродная и базальтовая фибра используются достаточно редко по причине своей высокой стоимости.

Добавление волокон хлопка вискозы и нейлона в бетон, армированный стальной фиброй, позволяет получить материалы с весьма разнообразными свойствами.

В разрезе фибробетонная конструкция выглядит как однородный материал, пронизанный во всех направлениях тончайшими волокнами, материал которых и определяет свойства бетона.

Характеристики фибробетона

Свойства материала зависят от вида применяемых волокон:

• Стальная фибра – повышает прочность бетона к усилиям растяжения и разрыва, снижает усадку материала и, соответственно, возможность возникновения трещин. Бетон обретает большую морозостойкость, жаропрочность и водонепроницаемость.
• Базальтовая фибра – улучшает показатели ударопрочности, трещинообразования и стойкости к деформациям.
• Стекловолокно – имеет высокий модуль упругости, что положительно влияет на такое свойство бетона как пластичность. Однако оно неустойчиво к щелочной среде бетонной смеси, поэтому приходится пропитывать бетон полимерами и добавлять вещества, связывающие щелочи. В результате получается уникальный материал, обладающий высоким сопротивлением к ударам, температуре, воздействию влаги и химических веществ, истиранию.
• Асбестовая фибра – улучшает такие свойства как прочность, долговечность, стойкость к воздействию щелочей и высоким температурам.
• Синтетическая фибра (полиэтилен, полипропилен и другие синтетические волокна) повышает устойчивость бетона к растяжениям, к воздействию химических веществ, высоким температурам и значительно снижают его электропроводность. Кроме этого, фибра из синтетики заметно снижает вес бетонных конструкций, что очень важно при проведении некоторых  строительных работ.

Технология изготовления фибробетона

С одной стороны, технология изготовления фибробетона мало чем отличается от обычного замешивания бетонной смеси, но с другой — при этом необходимо соблюдение нескольких важных условий:

• необходимо достичь высокой степени однородности распределения фибры в бетоне;
• нужно обеспечить коррозионную стойкость фибры в щелочной среде бетонной смеси;
• подобрать оптимальное сочетание  вида, прочности свойств фибры и бетона–матрицы.

Только при соблюдении этих условий можно получить качественный удобоукладываемый бетон, соответствующий требованиям, предъявляемым к конкретной конструкции.

Есть несколько способов добавления фибры в бетон:

1. Добавление фибры в цементное вяжущее бетона. Это позволяет добиться максимально равномерного распределения волокон при последующем изготовлении бетона.
2. Введение фибры непосредственно в смеситель, расположенный на растворном узле или на объекте строительства. При этом время перемешивания должно быть увеличено примерно на 15% от обычного.
3. Добавка фибры в бетон непосредственно на объекте прямо в миксер бетоновоза и дальнейшее перемешивание в течение не менее 5 – 10 минут.

Недопустимо вводить фибру в бетон комками, предварительно она должна быть тщательно перемешана.

Применение фибробетона

Учитывая, что использование  в качестве наполнителя фиброволокна  повышает его прочностные характеристики, трещиностойкость, низким температурам и агрессивным средам, его часто используют в конструкциях, эксплуатируемых в экстремальных условиях:

• промышленные полы;
• большие резервуары;
• облицовка тоннелей;
• изготовление шпал;
• фундаменты под оборудование динамического и ударного действия;
• покрытия дорог и настилы мостов;
• устройство бронированных и огнестойких перегородок в банковских хранилищах;
• берегозащитные сооружения;
• реакторные отделения атомных станций;
• здания в зонах высокой сейсмической активности.

В домостроении фибробетон применяют там, где характеристики обычного бетона не обеспечивают необходимую прочность.

Стеклофибробетон успешно используется в качестве шумозащитных экранов, расположенных  вдоль автомагистралей и железных дорог. Высокая химическая стойкость позволяет использовать его в качестве материала для водоотводных лотков, канализационных коллекторов и гидроизоляционных покрытий.

Широкое применение фибробетон получил при производстве реставрационных работ. Он позволяет получать прочные и относительно легкие архитектурные элементы любой конфигурации. При этом цветовая гамма фибробетона очень широка, что позволяет создавать конструкции, полностью имитирующие натуральный камень.

Достоинства и недостатки материала

Из серьезных недостатков фибробетон имеет только один: достаточно высокую стоимость в сравнении с обычными бетонами. Но использование недорогих синтетических волокон постепенно снижает этот показатель.

Еще одним недостатком при использовании металлической фибры является повышенный износ бетоносмесительного оборудования.

Достоинств много:

• высокие эксплуатационные качества;
• снижение стоимости бетонных изделий за счет отказа от металлических каркасов (возможно не везде);
• фибробетон имеет одинаковую прочность по всему объему, что не присуще обычным железобетонным конструкциям;
• стоек к перепадам температуры, воздействию влаги, мороза и температурным воздействиям;
• имеет меньший вес, чем обычный бетон;
• позволяет формировать любые формы;
• срок службы в 15 – 20 раз выше, чем у обычного бетона.

В частном домостроении фибробетон нередко используют для устройства фундаментов (как ленточных так и свайных), а также при производстве лепных и реставрационных работ.