Фибра служит добавкой, которая улучшает прочность бетона. Она предотвращает возникновение трещин и увеличивает долговечность бетонных конструкций. Тем не менее, того уровня прочности, который обеспечивает фибра, недостаточно для изготовления ответственных изделий, которые подвергаются значительным нагрузкам.
Фибра для бетона: виды и применение
В недавнем прошлом основным методом увеличения прочности бетона на изгиб и растяжение считалось армирование с помощью стальной арматуры. Позже стальные прутья начали заменять стеклопластиковыми аналогами. Тем не менее, в некоторых областях применение традиционных методов укрепления оставалось затруднительным, например, в производстве бетонных колец и труб, а также в создании стяжек и пешеходных дорожек. Ситуацию изменил новый подход к армированию с использованием фибры. В этой статье мы рассмотрим, что собой представляет фибра для бетона, ее необходимость и области применения.
Фибра, используемая для усиления бетона, представляет собой мельчайшие волокна диаметром от 0.012 до 1.2 мм и длиной от 10 до 20 мм. Эти волокна могут быть изготовлены из разнообразных материалов, таких как стекло или сталь.
Небольшие порции фибры добавляют в бетонный раствор и тщательно перемешивают. В результате волокна равномерно распределяются по всему раствору, и по мере его затвердевания образуют трехмерную сетку. Каждое волокно обладает высокой прочностью на растяжение, что способствует укреплению затвердевшего бетона, повышая его устойчивость к образованию трещин и деформациям, а также увеличивая прочность готовой конструкции. Эксплуатационные характеристики бетона, армированного таким образом, зависят от типа фибры и ее объемного содержания в растворе.
Виды фибры для бетона
Свойства фиброволокна зависят от его размера, упругости и материала, из которого оно изготовлено. Например, фибра может быть разделена на два основных типа по размерам: макрофибра и микрофибра.
Макрофибра имеет диаметр более 0.3 мм и визуально напоминает короткие куски тонкой проволоки или стружки. Основными материалами для изготовления макрофибры являются сталь, полимеры и базальтовое волокно. При добавлении макрофибры в бетонный раствор улучшаются прочностные характеристики затвердевшего бетона, а также повышается его трещиностойкость. Микрофибра же имеет диаметр менее 0.3 мм и выглядит как вата; ее изготавливают из таких материалов, как стекло, базальт, углерод и полимеры. Микрофибра практически не влияет на прочность бетона, но значительно повышает его долговечность и водонепроницаемость, особенно в шпаклевках, штукатурках и кладочных растворах.
Модуль упругости — это величина, показывающая, как материал сопротивляется сжатию или растяжению. Например, у древесины модуль упругости составляет около 400 МПа, тогда как у стали он достигает 200000 МПа. Таким образом, древесина подвержена деформации даже при минимальной нагрузке, в то время как для сжатия стали требуется мощный пресс. Чем выше модуль упругости, тем жестче материал. В соответствии с данным показателем фиброволокна делятся на два типа — высоко- и низкомодульные.
Высокомодульные добавки имеют модуль упругости, превышающий значение для жесткости бетонных конструкций (от 19 до 34.5 ГПа). Сюда входят углерод, сталь, базальт и стекло. Фибра, изготовленная из этих материалов, значительно повышает прочность бетона на сжатие и растяжение, а также улучшает несущую способность бетонных изделий. Низкомодульные добавки имеют модуль упругости, который ниже, чем у бетона, — от 0.5 до 3.3 ГПа. Их жесткость не увеличивает прочность, но позволяет повысить устойчивость к ударам и динамическим нагрузкам, а также улучшить водонепроницаемость и трещиностойкость. Примерами таких фиброволокон могут служить полимерные фибры, такие как нейлон, акрил, полиэтилен и полипропилен.
Разные виды фибры, добавляемые в бетонный раствор, образуют композитные материалы, которые значительно расширяют возможности применения бетонных конструкций. Чтобы понять, какие свойства имеет та или иная добавка, необязательно знать их параметры модуль упругости или точный размер волокон. В большинстве случаев основным критерием выступает сырье, из которого она сделана. Давайте подробнее рассмотрим, какие материалы используются для производства фиброволокон и сравним их преимущества и недостатки.
Виды фибры для бетона
Фиброволокно подразделяется на основе своего размера, происхождения и модуля упругости. В современных строительных практиках для армирования бетона используются следующие виды фибры: стальная, стекловолоконная, базальтовая и полимерная. Каждый вид обладает своими особенностями как в преимуществах, так и в недостатках.
Металлические волокна получают из стальной ленты, листов или через специальную обработку, такую как фрезеровка. Их вводят в смесь во время замешивания бетона.
Преимущества:
- Отличное сопротивление как статическим, так и динамическим нагрузкам.
- Высокий модуль упругости, что говорит о жесткости материала.
- Хорошая адгезия с бетонной массой.
- Удобство в использовании.
- Экономически доступная цена.
- Стойкость к воздействиям внешней среды.
Недостатки:
- Низкая устойчивость к коррозии.
- Относительно большой вес готового изделия.
Для повышения коррозийной стойкости стальная фибра обрабатывается специальными защитными составами. Также возможно производство стальной фибры из низколегированных сталей, однако это увеличивает стоимость добавки. Применение стальной фибры очень распространено в строительстве, особенно в таких областях, как возведение зданий, тоннелей, дорожных покрытий.
Базальтовая фибра
Базальтовая фибра изготавливается из минералов и вулканических пород, которые радуют своей стойкостью к нейтральной и агрессивной среде, а также влаге.
Преимущества:
- Высокая стойкость к действию агрессивных химических сред.
- Сопротивление коррозии.
- Повышенный модуль упругости.
- Сильная прочность на растяжение при изгибе.
Недостатки:
Базальтовая фибра активно применяется в строительстве мостов и дорог с высокой проходимостью, а также в создании стяжек пола. Использование базальтовой фибры позволяет уменьшить массу бетонных конструкций, сохраняя при этом все необходимы прочностные характеристики, а также повышает устойчивость к ударным нагрузкам.
Стальная фибра для бетона
Стальная анкерная фибра представляет собой короткие отрезки стальной проволоки диаметром от 0.3 до 1.1 мм и длиной от 30 до 60 мм с определенной формой и отогнутыми концами (анкерными отгибами). Эта фибра предназначена для объемного армирования бетона и для производства сталефибробетона, улучшая прочностные и жесткостные характеристики хрупкого бетонного монолита.
Рекомендуемая норма дозировки для средненагруженного бетона составляет 25 кг на 1 м³.
Рекомендуемые классы бетона — В25 и В30, минимально допустимый класс – В22.5.
Области применения стальной фибры включают: полы промышленных зданий и сооружений, автомобильные дороги, логистические центры, резервуары и бассейны, банковские хранилища, оборонные и взрывозащитные сооружения, отделка тоннелей и аэродромов, а также парковки для автомобилей, включая подземные и наземные стоянки. Специальная форма фрез и использование высоких температур при фрезеровании позволяют создать стальную фибру с окисным слоем (имеющая синий оттенок), который предотвращает образование и развитие коррозии во время хранения и эксплуатации фибры внутри бетонной матрицы.
Полимерная фибра для бетона
Полимерная фибра ПОЛИАРМ является современным аналогом металлической сетки и стальной фибры. Эта фибра представляет собой жесткое полимерное моно-волокно с профилированной поверхностью и производится на основе первичного полипропилена. Она отличается повышенной прочностью на разрыв и прекрасно улучшает физико-механические свойства бетона и торкретбетона. Полимерная фибра используется для армирования различных типов бетона или цементных растворов в качестве замены стальной фибры. К основным особенностям полимерной фибры можно отнести: увеличение предела прочности как на сжатие, так и на растяжение, улучшение пластичности, усталостной прочности и ударной стойкости бетона.
Преимущества полимерной фибры заключаются в том, что она облегчает конструкцию без потери прочностных характеристик, обладает высокой устойчивостью к кислым и щелочным средам, отличается стойкостью к коррозии, легко распределяется в цементных смесях без нанесения вреда оборудованию, измельчающим и подающим бетон, а также обеспечивает крепкое сцепление с бетоном. Благодаря значительно меньшей плотности, почти в девять раз по сравнению с металлической фиброй, полимерная фибра позволяет насыщать бетон гораздо большим количеством волокон на единицу объема.
Дозировка полимерной фибры ПОЛИАРМ для средненагруженного бетона составляет 2.5 кг на м³.
Рекомендуемые классы бетона – В25 и В30, минимально допустимый класс – В22.5.
Что такое фибробетон?
Фибробетон представляет собой строительный материал, который получается путем добавления фибры в бетонную смесь. Фиброволокна равномерно распределяются по всему объему раствора, выполняя роль армирующего компонента.
Фибра может быть изготовлена из множества типов материалов. В зависимости от исходного сырья для микроарматуры, свойства бетона могут улучшаться, что выражается в повышении класса, прочности и ударостойкости. В качестве сырья для фибры могут использоваться сталь, базальт, стекловолокно, полипропилен, целлюлоза и многие другие материалы. Каждый вид волокна может иметь разные параметры — длину, диаметр и форму, и от этих характеристик зависят соответствующие физико-механические свойства бетона.
Например, стальная фибра изготавливается из металлической ленты и имеет вид стальной проволоки с загнутыми концами. Микроарматура формирует прочное соединение с бетонной смесью, что позволяет ей принимать на себя возникающее напряжение. Стеклянная фибра производится из расплавленного стекла, а целлюлозная скручивается в трубочки.
Фиброволокно также работает на предотвращение появления трещин в бетоне в процессе укладки и высыхания. Микроарматура снижает проницаемость бетонной смеси, что в свою очередь уменьшает риск просачивания влаги. Некоторые виды фиброволокон способны улучшить уровень ударопрочности, стойкости к износу и разрушению бетона. Однако следует помнить, что фибра не улучшает прочность бетона на изгиб, и, следовательно, не может заменить традиционное армирование.
Виды фиброволокна
Микроармирование бетонного композита осуществляется с использованием различных видов фибры. Характеристики фибробетона и области его применения рассчитываются в зависимости от используемого материала. Существует шесть основных видов фиброволокна, применяемых при добавлении в строительную смесь. У каждой из них есть свои уникальные особенности и физико-механические свойства, которые и наделяют бетон его уникальными характеристиками.
Стальная фибра
Стальная фибра является металлической проволокой длиной от 1 до 5 см. Она может иметь волновую или анкерную форму. Для ее производства используется процесс формовки из расплавленного металла, а также механические и электрические методы. Наиболее распространенный из методов — механический, при котором фибра изготавливается путем дробления стальной фольги или волочения металлической нити.
Выбор метода производства стальной фибры зависит от заданного диаметра волокна. Армирование с использованием стальной добавки обеспечивает повышенные прочностные характеристики и износостойкость. Данная фибра часто используется при укладке дорожных покрытий, мостовых настилов и покрытий аэродромов.
Базальтовая фибра
Базальтовое фиброволокно получают из расплавленного минерала вулканического происхождения. Оно представлено в виде нитей, обладающих высокой стойкостью к химическим веществам, внешней среде и высокой температуре. При добавлении в бетон базальтовое волокно улучшает прочность материала в три раза. Этот вид фибры применяется для строительства стен, монолитов, перегородок, а также для создания декоративных элементов фасадов и различных скульптур.
Стекловолоконная фибра
Стекловолокно получают путем вытягивания нитей из расплавленного стекла. Его эксплуатационные характеристики зависят от технологии получения сырья и его химического состава. Непрерывные стекловолокна скручиваются в жгуты определенной толщины, которые затем нарезаются на короткие отрезки, длина которых определяется требованиями к бетону и самой бетонной смеси.
При добавлении стекловолокна в бетонную смесь значительно снижаются затраты на строительные материалы, а также уменьшается вероятность трещинообразования во время укладки композита. Стекловолоконная фибра является одним из доступнейших и недорогих наполнителей. Эта добавка широко применяется при производстве бетонной стяжки, различных штукатурок и сухих смесей.
Углеродная фибра
Углеродная фибра изготавливается из резаных кусочков нитей, подвергнутых термической обработке при высоких температурах. Она характеризуется высокой устойчивостью возведенных конструкций к механическим нагрузкам и химическим воздействиям.
Благодаря низкому коэффициенту удлинения, углерод делает бетон более прочным на удар и растяжение, а также предотвращает появление трещин. Следует учитывать, что углеродная фибра относительно дорогостоящее сырье. Фибробетон с углеродным армированием находит свое применение в архитектурных сооружениях, тонкостенных бетонных изделиях и высокопрочной плитке.
Фибра из полипропилена
Фибру из полипропилена получают путем нарезки и скрутки полипропиленовой пленки. Она имеет сечение от 0.02 до 0.038 мм. При добавлении в бетонную смесь, полипропиленовое волокно формирует сетчатую структуру, что улучшает технические характеристики фибробетона.
Фиброволокно в полусухой стяжке пола:
Смесь для полусухой стяжки изготавливается из цемента, песка, фиброволокна, пластификатора и небольшой доли воды. Готовую смесь укладывают по маякам, после чего начинают процесс выравнивания поверхности. Затем стяжку оставляют на несколько дней для процесса высыхания. Только после этого этапа возможно продолжение отделочных работ.
Данный метод подходит для большинства объектов, особенно офисного и производственного назначения, кроме строений с тонкими перекрытиями. Небольшое количество воды в составе смеси минимизирует загрязнения во время монтажа.
Преимущества использования фиброволокна для стяжки:
Фибра придаёт основанию прочность, устойчивая к растрескиванию и высоким нагрузкам. Волокна равномерно распределяются в бетоне, что предотвращает повреждение стяжки пола в процессе эксплуатации, так как влага распределяется равномерно. Морозостойкий материал, такой как фиброволокно, обеспечивает долговечность, поскольку способен выдерживать много циклов заморозки и последующего размораживания, что также важно в климатических условиях с холодными зимами.
Добавление фиброволокна в бетон позволяет значительно сократить затраты по сравнению с использованием традиционного металлического армирования. Полусухая стяжка с фиброй ускоряет процесс сушки основания, что может существенно сократить сроки выполнения работ.
