Армирование бетона фиброй: Фибра для бетона — разновидности, плюсы и минусы, особенности применения

Фибра для бетона — разновидности, плюсы и минусы, особенности применения

Фибра для бетона — это армирующая присадка, превращающая обычный песчано-цементный раствор в высокопрочный, стойкий к усадке и не склонный к образованию микротрещин. Порция мелко нарезанных армирующих волокон вводится в песчано-цементную смесь на этапе приготовления рабочего раствора. Характеристики полученного таким путем бетона зависят от разновидности фибры, длины, диаметра волокна и массовой доли армирующей присадки в готовом растворе. Поэтому далее по тексту мы рассмотрим основные разновидности фиброволокна, оценим их плюсы и минусы и приведем рекомендации по использованию каждой армирующей присадки для бетона.

Разновидности фиброволокна для бетона

Современные строители используют для армирования бетона следующие разновидности микроарматуры:

• Базальтовое волокно — для усиления бетонных стяжек и штучных изделий используют волокно диаметром 12-20 мкм и длиной от 3 до 30 мм. Для производства такого фиброволокна необходимо нагреть магматическую породу до предела пластичности и продавить жидкую массу сквозь фильтрующую матрицу — фильер.
• Стекловолокно — для армирования блоков из ячеистых бетонов: пенобетон, полистиролбетон, керамзитобетон, реже – цементно-песчаных стяжек используют рубленое волокно из обычного, борного или органического стекла, с длиной нити до 12-13 миллиметров. Этим материалом армируют также штукатурку и шпатлевку.
• Полимерную нить — фибра для бетона производится обычно из полипропилена, реже – полиамида и полиакрилонитрильного волокна, путем экструзии расплавленной массы сквозь матрицу с ячейками диаметром от 0,012 до 0,78 мм. Полученную нить нарезают на отрезки длиной от 3 до 18 миллиметров. Полимерное фиброволокно добавляют в любые цементносодержащие растворы, сухие строительные смеси, самовыравнивающиеся составы, в бетонные полы и стяжки пола (особенно волокно популярно в полусухих стяжках), штукатурку, декоративные и штучные изделия.
• Стальную проволоку — для армирования бетонных конструкций и монолита используют рубленую металлическую фибру длиной 1,5-6 сантиметров и диаметром 0,3-1,2 миллиметра. У стальной фибры анкерного типа загнутые края, у рубленой из листа — шероховатая фактура, есть вариант фибры с волновым профилем — все это повышает адгезию к бетону и препятствует «вырываемости». Такую микроарматуру используют в бетонных промышленных полах, в несущих конструкциях в качестве вспомогательной арматуры.

Микроарматурой армируют бетоны и железобетонные изделия. Волокно вводится в готовый рабочий раствор или в сухую песчано-цементную смесь. Эта присадка используется и в заводских условиях, и во время приготовления бетонного раствора на стройплощадке. Каждый тип фибры имеет свои преимущества, поэтому перед выбором микроарматуры необходимо оценить их плюсы и минусы.

Выгоды от использования полипропиленового фиброволокна

Полимерная микроарматура приносит бетонным изделиям важные преимущества, к которым относят:

• повышенный срок службы — ввод микроарматуры увеличивает морозостойкость и гидроизоляционные характеристики бетонных конструкций;
• увеличение прочностных характеристик — фиброволокно принимает часть нагрузки, увеличивая прочность на изгиб, сжатие и кручение;
• нивелирование процесса усадки — она снижается до незначительных величин, поэтому полипропиленовые волокна можно использовать даже в производстве декора со сложной фактурой;
• снижение расхода раствора — смесь не растекается и не просачивается сквозь щели опалубки, что дает небольшую экономию цемента, песка и присадок;
• повышение износостойкости — упрочненный поверхностный слой убережет стяжку или ЖБИ от истирания, сколов, эксплуатационных трещин и других дефектов.

Минусом полимерной микроарматуры можно назвать незначительное, по сравнению со стальной, стекловолоконной и базальтовой фиброй, повышение прочностных характеристик бетонной конструкции на сжатие. Армирующая присадка на основе полипропилена увеличивает естественный модуль упругости бетона только на 25%. Остальные присадки поднимают этот показатель в несколько раз.

Кроме проблем с прочностью у полимерных волокон есть еще один недостаток — низкая адгезия с цементной матрицей, из-за чего фибробетон теряет изначальную стойкость к истиранию и высокое сопротивление растяжению. Поэтому строители предпочитают использовать полипропиленовое фиброволокно только в качестве вспомогательного средства для дополнительного (конструкционного) армирования. В несущие конструкции такую фибру добавляют в смеси со стандартной конструкционной арматурой.

Достоинства и недостатки стальной фибры

Микроарматура из стали делится на три группы. В первую входит волнистая проволока, во вторую — плоская лента, изогнутая волной, в третью — прямая проволока с загнутыми концами (анкерная группа). Независимо от фактуры стальная фибра гарантирует бетонным конструкциям:

• повышенную прочность на растяжение и изгиб — проволока принимает нагрузку на себя, снижая напряжение в бетоне;
• снижение количество усадочных трещин — при усадке трещина пойдет вглубь бетона не до арматурного прута, а остановится на проволоке;
• увеличение срока службы — снижение склонности к образованию трещин и поверхностное упрочнение защищают ЖБИ и монолиты от температурных деформаций и истирания.

У стальной арматуры есть и недостатки. Во-первых, это большой расход фибры. Норма расхода неметаллического фиброволокна на куб бетона не превышает 1,5-2 килограмм. У стальной фибры другая ситуация. Для армирования слабонагруженных конструкций нужно потратить минимум 20 килограмм, а при заливке стенок туннеля или бетонной дороги понадобится до 100-120 килограмм проволоки на куб бетона.

Второй недостаток стальной микроарматуры — увеличение веса армируемой конструкции. На фоне 1800-2500 килограмм, а именно столько может весить куб бетона, добавка в 20-150 кг стальной фибры плотностью около 7000 кг не выглядит значительной, но она есть. И ее придется учитывать при проектировании зданий и сооружений.

Преимущества и недостатки базальтовой фибры

В роли микроармирующей добавки базальтовая фибра начала использоваться только в конце ХХ века, с появлением новых технологий производства волокна из магматических пород. Строительные компании быстро оценили перспективы использования этой присадки в бетоне, ведь базальтовое волокно:

• повышало устойчивость монолита к истиранию, что делало его идеальной присадкой для стяжки пола;
• увеличивало стойкость к откалыванию и ударному воздействию;
• имело практически одинаковый коэффициент температурного расширения с бетоном, что исключало появление трещин во время эксплуатации монолита или штучных изделий;
• повышало теплостойкость, звукоизоляционные характеристики и способность экранировать радиацию;
• увеличивало прочность на растяжение почти в 5 раз и поднимало на 50% сопротивление сжатию;
• нивелировало последствия образования микротрещин и раковин, чем повышало качество пенобетона, а также штучных изделий;
• сокращало в 1,5 раза срок сушки конструкции, повышая скорость строительных работ.

По оценкам экспертов трехмерное армирование базальтовым фиброволокном монолита или штучного изделия (отливки) повышает срок службы бетонной конструкции в 2-3 раза. Единственным минусом этого варианта можно назвать только высокую стоимость базальтовой микроарматуры, цена которой в 2-2,5 раза выше стальной проволоки. Однако с учетом низкой плотности минеральной фибры 1,5 килограмма базальтового волокна на кубический метр бетона. Чтобы добиться аналогичного качества армирования куба бетона придется потратить около 20 килограмм стальной проволоки. При соотношении веса 1,5:20 разница в цене между базальтовой и стальной микроарматурой не выглядит особо впечатляющей.

Плюсы и минусы стеклянной фибры

Для армирования бетона необходимо особое стекловолокно, устойчивое к щелочной среде рабочего раствора. Строительные компании предпочитают армировать штучные изделия, стяжки пола и стен Е-стеклом на основе циркония или волокном марки ВМП. Оба варианта гарантируют фибробетону:

• Высокую пластичность — из стеклофибробетона можно сделать декоративную плитку со сложной фактурой, основу для стяжки самовыравнивающегося типа, садовую скульптуру.
• Экономию на цементе — после добавления стекловолокна объем портландцемента в сухой смеси можно снизить на 15 процентов, без потери прочностных характеристик. Такая экономия скажется на общей смете строительства.
• Снижение последствий усадки раствора при застывании — стеклянная фибра поглощает деформацию ползучести и усадочные напряжения. Благодаря этому повышается общая конструкционная прочность ЖБИ или монолита.
• Низкую склонность к образованию трещин — после введения в раствор армирующего стекловолокна у монолита и ЖБИ повышается морозостойкость и усиливается водонепроницаемость. Защита от микротрещин сказывается и на общем сроке службы стеклофибробетона.

Введение стекловолокна в растворы для стяжек нивелирует температурные деформации в структуре теплого пола и увеличивает сопротивление эксплуатационным нагрузкам. В товарных смесях такая микроарматура оказывает положительное влияние на рабочие характеристики застывшего монолита. В штукатурках — повышает ударную прочность и влагостойкость. В сборных бетонах — стеклофибра гарантирует целостность монолита при снятии опалубки, защищая отливку от сколов по углам и граням.

К недостаткам технологии армирования бетона стекловолокном относится высокая стоимость щелочестойкого стекловолокна и избирательность применения такой арматуры. Для бетона не подходит обычное алюмоборосиликатное стекло. Щелочная среда рабочего раствора принимает только волокна на основе циркония. Если вы ошибетесь при выборе стекловолокна, срок службы фибробетона сократится на порядок.

Рекомендации по применению фиброволокна

Для армирования пола в промышленных локациях используют неметаллическое волокно диаметром от 12 до 40 мкм. Фиброволокно аналогичного сечения вводят в ячеистые бетоны. Самые тонкие волокна, диаметром до 3 мкм и длиной 1,5-2 мм вводят в жидкие обои, предупреждая растрескивание после высыхания. В тротуарную плитку и другие штучные изделия вводят микроарматуру сечением 6-20 мкм и длиной 3-12 мм. В теплые полы и ЖБИ — волокна 30-70 мкм, длиной 12-18 мм. Сухие строительные смеси укрепляют фиброволокном диаметром 20-30 мкм, длиной от 3 до 12 мм.

Длина фиброволокна определяется нагрузкой. Мелко нарубленную микроарматуру длиной до 12 мм используют для масштабирования устойчивости к растяжению на кручение или изгиб, однако бетон сохраняет базовую хрупкость. Изменить эту ситуацию может переход на фиброволокно длиной 20-50 мм, которое увеличивает гибкость готового изделия или стяжки. Как вариант – комбинированное армирование – например 20 кг стальной фибры + 600 грамм полипропиленовой решают проблему армирования бетонных полов с небольшой статической нагрузкой.

Для борьбы с усадочными и температурными трещинами используют фиброволокно разного типа. Если обычная арматурная сетка уменьшает количество трещин только на 6%, то металлическая фибра повышает этот показатель до 25%. Лучше всего с трещинами борется полимерное волокно, снижающее их объем на 90%.

Повышение рекомендуемого расхода (кг/м3) в два раза придает бетонной конструкции сейсмостойкость, а также совершенно иные показатели теплостойкости и звукоизоляции. Повышенный расход снижает усадку и повышает несущую способность ЖБИ, но чрезмерная трата дорогого волокна повышает стоимость монолита или штучных изделий, поэтому в большинстве случаев строители ориентируются исключительно на рекомендуемый расход фиброволокна или проволоки, который зависит от типа арматуры.

Сколько фиброволокна добавляют в раствор

В строительном деле приняты следующие нормы расхода микроарматуры любого типа:

Для стяжки промышленного типа, которую заливают на складах, в цехах, в гаражах и аналогичных локациях норма расхода неметаллической фибры меняется в пределах от 0,6 до 1,5 килограмма в зависимости от типа фибры. Аналогичные нормы расхода подходят для стяжки теплого пола. Повышение поверхностной прочности с целью защиты от трещин и температурных деформаций обеспечивает 0,9-1,0 килограмма фибры. В ячеистые бетоны добавляют 0,6 кг на куб, столько же вводят в жидкие обои и тротуарную плитку. В шпаклевку и штукатурку добавляют до килограмма волокна. Расход стальной фибры выше на порядок.

Добавление порции микроарматуры в раствор осуществляется:

• на этапе приготовления сухой смеси, когда в бетономешалку засыпают песок и цемент, к которым добавляют армирующее волокно, воду и щебень или гравий;
• вместе с водой, когда фибра смачивается и вводится в сухую песчано-цементную смесь;
• на этапе перемешивания рабочего раствора, когда вода превратила сухой песок и цемент в однородную, пластичную массу.

Для равномерного распределения волокон по рабочему раствору необходимо увеличить время замешивания бетона. Чтобы бетон не начал схватываться в процессе замешивания, в него добавляют пластификаторы, тормозящие процессы образования цементного камня. Максимальные значения рабочих характеристик монолита или ЖБИ возможны только при распределении микроарматуры по всему объему рабочей смеси, поэтому у каждого бетонщика есть свои приемы обращения с этой добавкой.

8 советов по использованию фибры для бетона

1. Диаметр, длина и тип фиброволокна выбираются по назначению рабочего раствора, который усиливается подобной микроарматурой. Нельзя купить мешок фибры и сыпать его в любую заливку.
2. Комбинированная микроарматура дает существенно лучшие результаты, особенно в плане повышения прочностных характеристик и несущей способности. Например, полипропиленовая нить и стальная в паре работают куда лучше, чем по отдельности. Ведь эти сорта микроарматуры компенсируют собственными преимуществами свои же минусы.
3. Независимо от момента введения волокна в бетон, бетономешалка должна перемешивать песок, цемент и фибру в течение 8-15 минут. Это требование распространяется даже на сухую смесь.
4. Микроарматуру вводят в сухую смесь или раствор небольшими порциями. Если одним махом засыпать в бетономешалку весь рекомендованный объем, волокна собьются в один ком, нарушая равномерность армирования монолита или штучного изделия.
5. Классическая пропорция волокна и бетона — килограмм на метр кубический, но вес мироарматуры можно уменьшить, используя пластификаторы, или увеличить, добиваясь высокой сейсмостойкости и морозостойкости.
6. Для распределения фибры по штукатурному раствору можно использовать не бетономешалку, а обычный строительный миксер. Аналогичным образом поступают в случае приготовления небольшой порции.
7. Фиброволокно снижает текучесть, несмотря на введенные пластификаторы, поэтому армированный бетон нужно использовать сразу же после перемешивания.
8. Фибробетон выходит на расчетную прочность за 14 суток, но уже на пятый день с момента приготовления раствора стяжку или штучное изделие можно использовать по назначению.

Может ли фибра вытеснить традиционную арматуру?

Высокие прочностные характеристики фибробетона позволяют говорить о полной замене классической арматуры волокном. Однако фибру можно назвать только теоретическим конкурентом стальной или стеклопластиковой арматуры. Ведь ни один строитель не рискнет дать оценку равномерности распределения микроарматуры по всему объему конструкции из бетона. Причем неравномерное распределение характерно и для легкой полипропиленовой фибры, и для стальной проволоки.

Из-за проблем с равномерностью распределения фибробетоны не могут быть конкурентами железобетонным конструкциям, принимающим несущую нагрузку. Из армированного только микроарматурой бетона не делают фундаменты, несущие балки и колонны, а также плиты перекрытий. В этом случае строители обращаются к традиционному армированию, прочностные характеристики которого можно рассчитать с высокой точностью.

В нагруженные конструкции фиброволокно допускается только в роли присадки, повышающей пластичность, снижающей усадочные деформации и склонность к образованию трещин. Однако в сегменте ненагруженных изделий микроарматура составляет серьезную конкуренцию классическому армированию.

Полное вытеснение фиброй классической арматуры оправдано при заливке садовых скульптур, декоративных или тротуарных плит, садовых дорожек, бордюров, подъездов к гаражу, дорог с низкой пропускной способностью. Такое армирование допускается при устройстве промышленного и теплого пола, а также в качестве стяжек, усиливающих изношенное напольное покрытие склада, автостоянки, цеха или гаража.

Фибра для бетона: добавка, для чего используется

Продукты системы

SikaFiber® PPM-12 RU

Противоусадочная микросинтетическая фибра для бетонов и растворов

21-08-2019

Нет времени читать?

Модифицирующие добавки выводят бетон в разряд наиболее востребованных материалов промышленного и индивидуального строительства. В частности, армирующая фибра снижает риск образования трещин, повышает долговечность, эксплуатационные характеристики внутренних конструкций и наружных сооружений.

Что такое фибра для бетона

Фибра — добавка, состоящая из мелких армирующих волокон. Она вводится в раствор на этапе приготовления, а после застывания бетонного камня образует внутри хаотичный каркас. Важно, что каркас занимает весь объем бетонного тела, то есть характеристики улучшаются в каждой точке сооружения.

Армирование фиброй модифицирует бетон по многим параметрам:

• 
  ударное сопротивление увеличивается до 5 раз, что особенно важно для несущих конструкций, объектов в промышленных, сейсмоактивных, взрывоопасных зонах;

• 
  количество усадочных микротрещин при отвердении снижается до 90 %, в дальнейшем в монолитной структуре не образуются крупные дефекты;

• 
  стойкость к атмосферным воздействиям повышается до 10 раз, соответственно, увеличивается срок службы конструкции;

• 
  усиливаются влагостойкие и морозостойкие качества, так как фиброволокно заполняет пустоты и снижает количество пор внутри бетонного камня.

Основные виды фибры

Производители предлагают фибру из металла, базальта, стекла, полимеров. Стальные элементы делают объект надежным и долговечным, но при этом подвержены коррозии. Полипропилен улучшает сооружение сразу по многим параметрам, от влагостойкости до прочности на изгиб.

В финансовом плане наиболее выгодна полимерная фибра для бетона — расход на 1 м³ бетонной смеси составляет примерно 600 г. Для сравнения стальные волокна добавляются из расчета 30–40 кг на 1 м³ смеси.

В процессе производства при вытягивании полимера важно получить диаметр не менее 25 микрон — при таком сечении полипропиленовая фибра получает высокий коэффициент упругости.

Перед покупкой можно визуально оценить материал. Качественная добавка в бетон для прочности имеет относительно прямые полимерные волокна. Если видите много «рожков» и «улиток», был нарушен температурный режим — такой материал будет плохо распространяться в растворе, не улучшит, а то и ухудшит бетон.

Применение фибры из полипропилена

Материал актуален для самых разных объектов. Например, 100 % полипропиленовая фибра SikaFiber® PPM-12 надежно армирует стяжки, отмостки, штукатурки.

Пользоваться материалом удобно. Фибра для раствора поставляется в специальном пакете. Вводить добавку допускается на любом этапе — к сухим компонентам или в жидкую смесь. Никакой специальной техники не нужно, подойдет обычная бетономешалка.

Фиброволокно для стяжки пола, штукатурки стен и других конструкций превосходит по удобству традиционные способы армирования. В сравнении с металлической сеткой и стальными прутками, волокна равномерно распределены по всему объему раствора. Это снижает количество внутренних усадочных микротрещин, а также предотвращает расслоение и быстрое истирание наружных слоев.

Чтобы качественно укрепить бетон, нужно использовать материалы надежных производителей. Полипропиленовая фибра Sika прошла лабораторные испытания, имеет европейские сертификаты — с такой добавкой бетонное сооружение или изделие будет служить годами даже в экстремальных условиях.

Sika

Продукты системы

SikaFiber® PPM-12 RU

Противоусадочная микросинтетическая фибра для бетонов и растворов

Добавить комментарий

Вверх
Где купить

Бетон, армированный фиброй – типы, свойства и преимущества

🕑 Время чтения: 1 минута

Бетон, армированный фиброй, можно определить как композитный материал, состоящий из смесей цемента, раствора или бетона и прерывистых, дискретных, равномерно распределенных подходящих волокон. Фибробетон бывает разных типов и свойств со многими преимуществами. Непрерывные сетки, тканые ткани и длинные проволоки или стержни не считаются дискретными волокнами.
Волокно – это небольшой кусок армирующего материала, обладающий определенными характерными свойствами. Они могут быть круглыми или плоскими. Волокно часто описывается удобным параметром, называемым «соотношение сторон». Соотношение сторон волокна – это отношение его длины к диаметру. Типичное соотношение сторон колеблется от 30 до 150.
Фибробетон (FRC) представляет собой бетон, содержащий волокнистый материал, который повышает его структурную целостность. Он содержит короткие дискретные волокна, равномерно распределенные и беспорядочно ориентированные. Волокна включают стальные волокна, стеклянные волокна, синтетические волокна и натуральные волокна. Внутри этих различных волокон характер фибробетона меняется в зависимости от бетона, волокнистых материалов, геометрии, распределения, ориентации и плотности.
Армирование волокном в основном используется в торкрет-бетоне, но также может использоваться и в обычном бетоне. Обычный бетон, армированный волокном, в основном используется для напольных покрытий и тротуаров, но его можно рассматривать для широкого спектра строительных деталей (балки, плоскогубцы, фундаменты и т. д.) как отдельно, так и с арматурой, связанной вручную.
Бетон, армированный волокнами (которые обычно представляют собой стальные, стеклянные или «пластиковые» волокна), дешевле, чем арматура, связанная вручную, при этом прочность на растяжение во много раз выше. Важны форма, размер и длина волокна. Тонкое и короткое волокно, например, короткое стекловолокно в форме волоса, будет эффективным только в первые часы после заливки бетона (уменьшает растрескивание во время застывания бетона), но не повысит прочность бетона на растяжение.

Содержание:

• Влияние волокон в бетоне
• Необходимость фибробетона
• Факторы, влияющие на свойства фибробетона
  • 1. Относительная жесткость волокнистой матрицы
  • 2. Объем волокон
  • 3. Соотношение сторон волокна
  • 4. Ориентация волокон
  • 5. Удобоукладываемость и уплотнение бетона
  • 6. Размер крупного заполнителя
  • 7. Перемешивание
• Различные типы бетона, армированного фиброй
  • 1. Бетон, армированный стальным волокном
  • 2. Цементный раствор и бетон, армированный полипропиленовым волокном (PFR)
  • 3. Бетон, армированный стекловолокном
  • 4. Асбестовые волокна
  • 5. Углеродные волокна
  • 6. Органические волокна

Влияние волокон на бетон

Волокна обычно используются в бетоне для предотвращения растрескивания при пластической усадке и растрескивании при усадке при высыхании. Они также снижают проницаемость бетона и, таким образом, уменьшают просачивание воды. Некоторые типы волокон обеспечивают большую ударопрочность, стойкость к истиранию и разрушению бетона. Как правило, волокна не повышают прочность бетона на изгиб, поэтому они не могут заменить армирование, устойчивое к моменту, или арматуру из конструкционной стали. Некоторые волокна снижают прочность бетона.
Количество фибры, добавляемой в бетонную смесь, измеряется в процентах от общего объема композита (бетона и фибры), называемого объемной долей (V _ф ). V _f обычно составляет от 0,1 до 3%. Соотношение размеров (l/d) рассчитывается путем деления длины волокна (l) на его диаметр (d). Волокна с некруглым поперечным сечением используют эквивалентный диаметр для расчета коэффициента удлинения.
Если модуль упругости волокна выше, чем у матрицы (бетона или вяжущего раствора), они помогают нести нагрузку за счет увеличения прочности материала на растяжение. Увеличение соотношения размеров волокна обычно сегментирует прочность на изгиб и ударную вязкость матрицы. Однако слишком длинные волокна имеют тенденцию «комкаться» в смеси и создавать проблемы с удобоукладываемостью.
Некоторые недавние исследования показали, что использование волокон в бетоне оказывает ограниченное влияние на ударопрочность бетонных материалов. Это открытие очень важно, так как традиционно считается, что пластичность увеличивается, когда бетон армирован волокнами. Результаты также показали, что микроволокна обладают лучшей ударопрочностью по сравнению с более длинными волокнами.

Необходимость бетона, армированного фиброй

1. Повышает прочность бетона на растяжение.
2. Уменьшает воздушные и водяные пустоты, присущую гелю пористость.
3. Повышает прочность бетона.
4. Волокна, такие как графит и стекло, обладают отличной устойчивостью к ползучести, чего нельзя сказать о большинстве смол. Таким образом, ориентация и объем волокон оказывают существенное влияние на характеристики ползучести арматурных стержней/напрягающих элементов 9.0049 .
5. Железобетон сам по себе представляет собой композитный материал, в котором арматура выступает в качестве усиливающего волокна, а бетон — в качестве матрицы. Поэтому крайне важно, чтобы поведение двух материалов при термических напряжениях было одинаковым, чтобы свести к минимуму дифференциальные деформации бетона и арматуры.
6. Было признано, что добавление в бетон небольших, близко расположенных и равномерно распределенных волокон будет действовать как гаситель трещин и существенно улучшит его статические и динамические свойства.

Факторы, влияющие на свойства фибробетона

Бетон, армированный фиброй, представляет собой композитный материал, содержащий волокна в цементной матрице в упорядоченном или случайном порядке. Его свойства, очевидно, будут зависеть от эффективной передачи напряжения между матрицей и волокнами. Факторы кратко обсуждаются ниже:

1. Относительная жесткость волоконной матрицы

Модуль упругости матрицы должен быть намного ниже модуля упругости волокна для эффективной передачи напряжения. Таким образом, волокна с низким модулем упругости, такие как найлоны и полипропилены, вряд ли дадут улучшение прочности, но помогут в поглощении большой энергии и, следовательно, придадут большую степень ударной вязкости и сопротивления приданию. Высокомодульные волокна, такие как сталь, стекло и углерод, придают композиту прочность и жесткость.
Межфазная связь между матрицей и волокном также определяет эффективность передачи напряжения от матрицы к волокну. Хорошая связь необходима для повышения прочности композита на растяжение.

2. Объем волокон

Прочность композита во многом зависит от количества используемых в нем волокон. На рис. 1 и 2 показано влияние объема на ударную вязкость и прочность. Из рис. 1 видно, что с увеличением объема волокон примерно линейно увеличиваются прочность на растяжение и ударная вязкость композита. Использование более высокого процентного содержания волокна, вероятно, вызовет расслоение и жесткость бетона и раствора.

Рис. 1: Влияние объема волокон на изгиб

Рис. 2: Влияние объема волокон при растяжении

3. Коэффициент длины волокна

Еще одним важным фактором, влияющим на свойства и поведение композита, является соотношение сторон волокна. Сообщалось, что до коэффициента удлинения 75 увеличение коэффициента удлинения линейно увеличивает предел прочности бетона. После 75 относительная сила и выносливость снижаются. В таблице 1 показано влияние соотношения сторон на прочность и ударную вязкость.
Таблица-1: Коэффициент длины волокна

4. Ориентация волокон

Одно из различий между обычным армированием и волокнистым армированием заключается в том, что в обычном армировании стержни ориентированы в желаемом направлении, а волокна ориентированы случайным образом. Чтобы увидеть эффект хаотичности, были испытаны образцы строительного раствора, армированные 0,5% объема волокон. В одном наборе образцов волокна были выровнены в направлении нагрузки, в другом — в направлении, перпендикулярном направлению нагрузки, а в третьем — хаотично.
Было замечено, что волокна, выровненные параллельно приложенной нагрузке, обладают большей прочностью на растяжение и ударной вязкостью, чем случайно распределенные или перпендикулярные волокна.

5. Удобоукладываемость и уплотнение бетона

Включение стальной фибры значительно снижает обрабатываемость. Такая ситуация отрицательно сказывается на закреплении свежей смеси. Даже продолжительная внешняя вибрация не уплотняет бетон. Объем волокна, при котором достигается эта ситуация, зависит от длины и диаметра волокна.
Еще одним последствием плохой удобоукладываемости является неравномерное распределение волокон. Как правило, удобоукладываемость и стандарт уплотнения смеси улучшаются за счет увеличения водоцементного отношения или использования каких-либо добавок, снижающих содержание воды.

6. Размер крупного заполнителя

Максимальный размер крупного заполнителя должен быть ограничен 10 мм, чтобы избежать заметного снижения прочности композита. Волокна также действуют как заполнитель. Хотя они имеют простую геометрию, их влияние на свойства свежего бетона сложное. Межчастичное трение между волокнами и между волокнами и агрегатами определяет ориентацию и распределение волокон и, следовательно, свойства композита. Снижающие трение добавки и добавки, улучшающие когезивность смеси, могут значительно улучшить смесь.

7. Смешивание

Смешивание фибробетона требует тщательного соблюдения условий, чтобы избежать комкования волокон, расслоения и, как правило, трудностей с однородным смешиванием материалов. Увеличение соотношения сторон, объемного процента, размера и количества крупного заполнителя усиливает трудности и склонность к комкованию. Содержание стальной фибры более 2% по объему и соотношение сторон более 100 затрудняют смешивание.
Важно, чтобы волокна были равномерно распределены по всей смеси; это можно сделать путем добавления волокон перед добавлением воды. При смешивании в лабораторном смесителе введение волокон через корзину из проволочной сетки способствует равномерному распределению волокон. Для использования в полевых условиях должны быть приняты другие подходящие методы.

Различные типы фибробетона

Ниже приведены различные типы волокон, обычно используемые в строительной отрасли.

1. Бетон, армированный стальным волокном
2. Цементный раствор и бетон, армированный полипропиленовым волокном (PFR)
3. Армированный стекловолокном бетон GFRC
4. Асбестовые волокна
5. Углеродное волокно
6. Органические волокна

1. Бетон, армированный стальным волокном

В качестве армирования доступно несколько типов стальной фибры. Круглое стальное волокно, обычно используемый тип, производится путем разрезания круглой проволоки на короткую длину. Типичный диаметр находится в диапазоне от 0,25 до 0,75 мм. Стальные волокна, имеющие прямоугольное поперечное сечение, получают путем просеивания листов толщиной около 0,25 мм.
Волокно из тянутой проволоки из мягкой стали. В соответствии с IS:280-1976 с диаметром проволоки от 0,3 до 0,5 мм практически применялись в Индии.
Круглые стальные волокна производятся путем разрезания или рубки проволоки, плоские листовые волокна имеют типичную c/s от 0,15 до 0,41 мм в толщину и от 0,25 до 0,9 мм.0 мм в ширину производятся путем просеивания плоских листов.
Выпускаются также деформированные волокна, неплотно связанные водорастворимым клеем в виде жгута. Поскольку отдельные волокна имеют тенденцию группироваться вместе, их равномерное распределение в матрице часто затруднено. Этого можно избежать, добавляя пучки волокон, которые разделяются в процессе смешивания.
Читайте также: Применение железобетона Приготовление и применение железобетона 0050

2. Цементный раствор и бетон, армированный полипропиленовым волокном (PFR)

Полипропилен является одним из самых дешевых и широко доступных полимеров. Полипропиленовые волокна устойчивы к большинству химических веществ и представляют собой цементирующую матрицу, которая в первую очередь разрушается при агрессивном химическом воздействии. Его температура плавления высока (около 165 градусов по Цельсию). Так что рабочая темп. As (100 градусов по Цельсию) может выдерживаться в течение коротких периодов времени без ущерба для свойств волокна.
Полипропиленовые волокна, будучи гидрофобными, легко смешиваются, так как им не требуется длительный контакт во время смешивания, а нужно лишь равномерно размять их в смеси.
Полипропиленовые короткие волокна в небольших объемных долях от 0,5 до 15, коммерчески используемые в бетоне.

Рис. 3: Цементный раствор и бетон, армированный полипропиленовым волокном

3. GFRC — Бетон, армированный стекловолокном

Стекловолокно состоит из 200-400 отдельных нитей, которые слегка связаны между собой, образуя основу. Эти подставки можно нарезать на кусочки разной длины или объединить в тканевые коврики или ленты. Используя обычные методы смешивания обычного бетона, невозможно смешать более 2% (по объему) волокон длиной 25 мм.
Основное применение стекловолокна заключалось в армировании цементных или растворных матриц, используемых при производстве тонколистовых изделий. Обычно используемыми истинами стекловолокна являются электронное стекло. В армированном пластике и AR-стекле E-стекло имеет недостаточную устойчивость к щелочам, присутствующим в портландцементе, в то время как AR-стекло имеет улучшенные щелочестойкие характеристики. Иногда в смеси также добавляют полимеры для улучшения некоторых физических свойств, таких как движение влаги.

Рис.4: Бетон, армированный стекловолокном

4. Асбестовые волокна

Доступное в природе недорогое минеральное волокно, асбест, было успешно объединено с портландцементной пастой для получения широко используемого продукта, называемого асбестоцементом. Асбестовые волокна обладают термомеханической и химической стойкостью, что делает их пригодными для изготовления листовых труб, черепицы и гофрированных кровельных элементов. Асбестоцементная плита примерно в два-четыре раза больше, чем неармированная матрица. Однако из-за относительно небольшой длины (10 мм) волокна обладают низкой ударной вязкостью.

Рис. 5: Асбестовое волокно

5. Углеродное волокно

Углеродное волокно из самого последнего и, вероятно, наиболее впечатляющего дополнения к ассортименту волокна, доступного для коммерческого использования. Углеродное волокно обладает очень высоким модулем упругости и прочностью на изгиб. Эти экспансивные. Было обнаружено, что их характеристики прочности и жесткости превосходят даже характеристики стали. Но они более уязвимы к повреждениям, чем даже стекловолокно, и поэтому обычно обрабатываются безотказным покрытием.

Рис. 6: Углеродные волокна

Читайте также: Армированный стекловолокном бетон (GFRC) – свойства и применение в строительстве

6. Органические волокна

Органическое волокно, такое как полипропилен или натуральное волокно, может быть химически более инертным, чем стальное или стекловолокно. Они и дешевле, особенно если натуральные. Для получения композита многократного крекинга можно использовать большой объем растительного волокна. Проблема смешивания и равномерного диспергирования может быть решена путем добавления суперпластификатора.

Рис. 7: Органическое волокно

Подробнее: Факторы, влияющие на долговечность фибробетона (FRC) Армированный фибробетон в дорожном покрытии

90 000 Волокна для армирования бетона

Мы — фибра для бетона эксперты ™

Повышение ценности, надежности и характеристик бетона.

Укрепление вашей репутации.

Узнайте, как волокна могут улучшить ваш следующий проект.

Технология продуктов SikaFiber®

Волокна являются идеальным ингредиентом для использования в бетоне и строительных растворах в качестве метода улучшения этих материалов, где они могут иметь недостатки. Бетонные волокна уменьшают образование усадочных трещин и ширину трещин, а также повышают характеристики поглощения энергии и огнестойкости. Также можно увидеть дополнительные преимущества, такие как сокращение или устранение арматурной стали и повышенная долговечность.

Sika® FiberSave™

Компания Sika® разработала программный инструмент FiberSave™ для расчета количества армирующего материала SikaFiber® с использованием синтетических или стальных макроволокон, необходимого для плиты на грунте. Инструмент определит оптимальную дозировку фибры, необходимую для армирования плиты при заданной нагрузке, толщине плиты и марке бетона. Этот эффективный инструмент подходит для профессионалов со знаниями в этом приложении. SikaFiber® — это идеальное решение для замены громоздкой стальной арматуры или проволочной сетки в бетонных плитах, позволяющее сэкономить время и деньги в процессе строительства. По сравнению со стальной арматурой макроволокна равномерно распределены по всему бетону, что повышает долговечность, уменьшает количество трещин и сокращает время строительства.

Fibersave

ТИПЫ ВОЛОКНА

Первым шагом к выбору правильного волокна является понимание типа волокна, необходимого для вашего применения. Основными стандартами для фибробетона являются ASTM C1116 и EN14889. Стандартные технические условия для бетона, армированного фиброй, определяют четыре (4) классификации бетона, армированного фиброй:

• Тип I — армированный сталью фибробетон или торкретбетон (ASTM A820)
• Тип II – Бетон или торкретбетон, армированный стекловолокном (ASTM C1666)
• Тип III — Бетон или торкретбетон, армированный синтетическим волокном (ASTM D7508)
• Тип IV – бетон, армированный натуральным волокном, или торкретбетон (ASTM D7357)

Узнайте больше обо всех типах волокон ниже:

Синтетические микроволокна

Микроволокна имеют диаметр менее 0,3 мм. Микроволокна бывают монофиламентными или фибриллированными. Микроволокна следует использовать для контроля пластической усадки (растрескивания, которое может произойти в первые 24 часа отверждения бетона), защиты от ударов и уменьшения взрывного растрескивания во время пожара. Фибриллированные микроволокна часто используются вместо самого легкого сварного волокна (6×6 W1.4/W1.4) по температурным и усадочным характеристикам.

Синтетические макроволокна

Структурные макроволокна имеют диаметр более 0,3 мм. Макроволокна используются в качестве замены термоусадочного армирования (WWF) или в качестве конструкционного армирования бетона или торкретбетона. Макроволокна используются там, где требуется увеличение остаточной (после образования трещин) прочности на изгиб (ASTM C1609).

Стальные волокна

Стальные волокна могут быть собраны (склеены) вместе в зажим. Сортировка волокон не улучшает характеристики фибробетона. Сложенные волокна облегчают смешивание волокон с высоким соотношением сторон. Свернутые волокна добавляются в бетонную смесь, пучки распределяются по бетону. Непрерывное смешивание разрывает клипсы, позволяя отдельным волокнам быстро разделяться по всему миксу.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЛОКНА

На характеристики волокна влияют три характеристики; прочность на растяжение, соотношение сторон (рассчитывается как длина/диаметр) и крепление (крючок, извитость, тиснение, фибрилляция и т. д.). Одна характеристика не перевешивает другую; все три элемента должны работать вместе для достижения оптимальной производительности.

Бетон, армированный фиброй, представляет собой композитный материал, поэтому все волокна тестируются в бетоне, чтобы подтвердить их характеристики.

Затем волокна обеспечивают пластичность и поддержку, перекрывая трещины и, таким образом, обеспечивая прочность бетона после появления трещин. Волокна начинают функционировать в качестве структурной поддержки, когда бетонная матрица начинает трескаться, как и традиционная арматура. Трещина должна произойти, чтобы нагрузка переключилась с бетона на арматуру.

НАИЛУЧШЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ВОЛОКНА

Продукция SikaFiber®

Преимущества фибробетона безграничны.

ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА бетона, армированного макрофиброй

• При производстве выделяется меньше CO ₂ , чем у арматуры
• Повышенная грузоподъемность и пластичность
• Защита от циклов замораживания-оттаивания
• Лучшее сцепление свежего бетона
• Повышенная стойкость к истиранию
• Повышенная прочность на изгиб и сдвиг
• Замена арматуры
• Удлинитель шарнира
• Трехмерное армирование
• Повышенная безопасность
• Меньше возможностей для обратных вызовов
• Повышение долговечности
• Сокращение трудозатрат на размещение арматуры
• Снижение частоты растрескивания при пластической усадке в раннем возрасте

Бетонные волокна находят бесчисленное множество применений в бетонных конструкциях. За счет сокращения или замены традиционных сеток и стальной арматуры затраты на рабочую силу будут снижены, а сроки строительства могут быть ускорены.