Фибробетон — инновационная разновидность строительных композитов. В его состав входят хаотично ориентированные короткие волокна (фибра). Основная цель такого наполнения — модификация стандартных свойств бетона: повышение его эксплуатационного ресурса, устойчивости к нагрузкам и сокращение проектной толщины конструктивных элементов.
Состав фибробетона
Фибра — это тонкие волокна в виде коротких нитей или полос, которые производятся из различных материалов: стекловолокна, стали, полимеров и других. Основная задача материала — сформировать в бетоне дополнительный каркас, работающий на растяжение (основной каркас из заполнителя хорошо воспринимает только сжимающие нагрузки).
В отличие от арматурного каркаса фибра равномерно распределяется по всей толще керамзита, поэтому воспринимает разнонаправленные напряжения. Благодаря этому фибробетон устойчив к образованию трещин и без повреждений выдерживает небольшие смещения в любом направлении.
Разновидности фиброволокна
Существует несколько видов волокна для армирования бетона. Каждый из них имеет свои особенности и применяется для определенных задач.
- Фибра из стекловолокна. Производится путем вытягивания длинных тонких нитей из стекла, разогретого до температуры плавления. Нити вытягивают до нужной толщины (от 0,1 до 1 мм) и нарезают на отрезки длиной от 5 до 30 мм. Несмотря на кажущуюся хрупкость, стеклянные волокна значительно повышают трещиностойкость застывшего бетона. При этом стекловолокно стоит относительно недорого и практически не увеличивает себестоимость раствора. Такой тип армирования чаще всего применяют для изготовления тонких стяжек, штукатурки, наливных полов и аналогичных конструкций.
- Фибра из базальта. Производится из базальтовой горной породы вулканического происхождения: породу плавят в специальных печах при высокой температуре, а затем вытягивают расплавленную массу в нити. По сравнению со стекловолокном базальтовая фибра обладает большей прочностью и не крошится при изгибе. Ее используют при создании декоративных бетонных элементов и в штукатурных работах.
- Фибра из углеволокна. Получают нарезанием пластин углерода, прошедших интенсивную термическую обработку. Такой материал обладает высокой механической прочностью и устойчивостью к воздействию кислот и щелочей. Однако из-за высокой стоимости его применяют только для специальных задач — например, при производстве тонкостенных бетонных изделий, требующих химической стойкости.
- Фибра из полипропилена. Производится путем нарезки и скручивания в жгуты тонкой полипропиленовой пленки (толщина волокон — от 0,015 до 0,04 мм). Такой материал недорогой, обладает высокой прочностью на разрыв и, в отличие от стекловолокна или базальта, способен при растяжении немного удлиняться, а затем возвращаться в исходное состояние. Это делает его пригодным для заливки плит перекрытия, фундаментов, стяжек и других конструкций. Вместо полипропилена также могут использоваться вискоза или нейлон.
- Фибра из стали. Изготавливают методами нарезки, вытягивания или формовки. Ее главное отличие от других типов фибры — волнообразная или винтообразная форма волокон. Благодаря этому она имеет высокую адгезию к бетону и надежно закрепляется в его толще, сводя к минимуму риск проскальзывания. Несмотря на высокую стоимость, такую фибру используют для ответственных конструкций — например, при заливке фундаментов, дорожных покрытий и аэродромных плит.
Для удобства мы собрали таблицу сравнения характеристик фиброволокна и особенностей его применения.
| Вид фибры | Прочность на растяжение, МПа | Диаметр волокна, мкм | Длина волокна, мм | Характеристика | Примеры применения |
|---|---|---|---|---|---|
| Стекловолокно | 1500–3500 | 13–15 | 4,5–18 | Высокая прочность, устойчивость к воздействию влаги | Штукатурные работы, заливка стяжки |
| Базальт | 3500 | 13–17 | 3–15 | Устойчивость к высоким температурам | Заливка стяжки пола, отмостки |
| Углеволокно | 2000–7000 | 15–20 | 3–20 | Самая высокая прочность при небольшой массе | Бетонные конструкции для химической промышленности |
| Полипропилен | 150-600 | 15–40 | 6–18 | Небольшой вес | Половая стяжка, плиты перекрытия, ненагруженный фундамент |
| Сталь | 600–1500 | 0,5-1,5 | 30-50 | Устойчивость к растяжению, способность деформироваться без повреждений | Нагруженные фундаменты, дорожные плиты, ответственные сооружения |
Преимущества использования фибры
- Увеличение трещиностойкости. Мелкие волокна, равномерно распределенные в бетоне, снижают риск образования трещин и сколов.
- Повышение прочности. Благодаря высокой прочности на растяжение (значительно превышающей аналогичный показатель бетона) фибра увеличивает прочностные характеристики всего композита.
- Увеличение долговечности. За счет роста несущей способности, повышения прочности на растяжение и влагостойкости конструкции с фиброй имеют большой запас прочности.
- Снижение расхода арматуры. Некоторые виды фибры, например, стальная, позволяют уменьшить металлоемкость каркасов при изготовлении плит перекрытия, фундаментов, подпорных стен и других конструкций. В ряде случаев можно снизить диаметр или шаг арматуры, а при устройстве стяжек или штукатурки — полностью отказаться от кладочной сетки.
Недостатки использования фибры
Несмотря на озвученные преимущества у фиброволокна есть и недостатки:
- Увеличение стоимости строительства. Фибробетон дороже обычного бетона, поэтому его используют не повсеместно, а только при экономической целесообразности.
- Сложности в работе с материалом. Добавление фибры требует более тщательного перемешивания смеси. В обычной бытовой бетономешалке добиться нужного качества сложно, поэтому проще заказать готовый фибробетон на заводе.
У армирования стальной фиброй есть еще один недостаток — увеличение массы смеси. Это нужно учитывать при расчетах несущей способности сооружений, где важны не только внешние факторы, но и собственная масса конструкции.
Особенности производства фибробетона
Производство фибробетона начинается с замешивания основы — заполнителя и вяжущего — точно так же, как и при изготовлении обычного бетона. Затем добавляют волокна фибры. Для этого используют два способа:
- Подача фибры в готовую бетонную смесь. Волокна добавляют после приготовления основного раствора, затем смесь дополнительно интенсивно перемешивают в течение 3–5 минут.
- Приготовление сухой смеси. Сначала смешивают заполнители, вяжущее и фибру, затем подают воду и добавки. Этот способ рекомендуется для бетонов с крупным заполнителем.
Важна и интенсивность добавления волокон. Стальную фибру вводят порциями в несколько приемов в зависимости от объема: до 40 кг/м³ — за один прием, до 80–120 кг/м³ — за два, свыше 120 кг/м³ — за три приема. Фибру, склонную к комкованию, например, базальтовую или стекловолоконную, вводят не порциями, а равномерным потоком с небольшой скоростью — 20–30 кг/мин. Для подачи фибры в смеситель применяются ленточные и ковшовые конвейеры, самоходные бункеры, спускные лотки.
Приготовление фибробетонной смеси рекомендуется осуществлять в двухвальных гравитационных смесителях принудительного действия. Это обеспечивает более качественное распределение волокон. Если готовятся растворы с высокой подвижностью (П4 или выше), то допускается перегружать их в автобетоносмесители, а фибру добавлять уже после погрузки машины, но время перемешивания в миксере должно составлять не менее 5 минут.
Области применения фибробетона
Фибробетон может применяться как самостоятельный материал, так и в качестве смеси для железобетона с классическим армированием. Материал используют:
- для возведения несущих стен, колонн, фундаментов;
- заливки подпорных стен, балок, ригелей, консольных конструкций;
- формирования половых стяжек, отмосток, тротуаров;
- облицовочных работ, штукатурки, выравнивания стен, ремонтных работ;
- возведения гидросооружений, бассейнов, волнорезов, набережных;
- сооружения септиков, систем канализации и дренажа, водоотводных лотков.
Поскольку армирование фиброволокном снижает вероятность образования внутренних и поверхностных трещин, это значительно увеличивает коэффициент влагостойкости. Поэтому такой бетон хорошо работает в условиях высокой влажности, без использования дополнительной гидрозащиты, и его можно применять при устройстве отмостки, заглубленного фундамента, колодезных колец, лотков и т. д.
Заключение
Фибробетон — эффективная альтернатива традиционному армированию, которая обеспечивает конструкциям комплексное улучшение эксплуатационных характеристик. Равномерно распределенные волокна различных типов значительно повышают трещиностойкость, ударную вязкость и прочность на растяжение материала, напрямую влияя на долговечность сооружений.
