СТАТЬИ

В настоящее время получает всё более широкое распространение применение специальных дисперсноармирующих волокон вместо традиционного армирования.

В конце мая 2007 года нам, Санкт-Петербургскому политехническому университету и компании «Северсталь-метиз», удалось провести научно-практическую конференцию по современным методам армирования. Присутствовало достаточно много специалистов и производителей (главным образом - стальной фибры). В кулуарах итог подвёл профессор ГАСУ Юрий Владимирович Пухаренко: «Надо более широко применять фибру в различных видах конструкций, а уж если это нам удастся, то без работы не останется ни один наш отечественный производитель».

Несмотря на значительный рост объёмов потребления стальной фибры российским строительным рынком, он по-прежнему недостаточно оценён. В Европе ежегодно производится и потребляется около 300 тыс. т фибры, тогда как в России - всего около 7 тыс. т.

При этом, к сожалению, на нашем строительном рынке применение фибры традиционно ограничено. Так, если в Европейских странах, той же соседней Финляндии, данный материал используется в разнообразных областях: в гражданском, дорожном строительстве, строительстве гидросооружений, тоннелей, аэропортов, то основная сфера применения фибры (90 %) в России — это укладка полов. Дальше, чем для использования при устройстве горизонтальных плоскостей, фибра не применяется.

Увы, но даже сейчас приходится признать, что данный вид армирования в нашей стране постоянно сталкивается с одной и той же проблемой - отсутствие достаточно внятных рекомендаций, инструкций по расчёту и применению тех или иных видов фибры, а как следствие, невозможность применения данного материала в более широких технологических схемах армирования бетонных конструкций.

Эффективность применения сталефибробетона доказывает зарубежный опыт. Это широкий ассортимент стальной фибры и большое количество (более 25) фирм и корпораций, производящих фибру на постоянной основе. Надо заметить, что это мощные производители обычной стержневой и проволочной арматуры или металлоизделий.

Впереди - Япония, где 7 крупных фирм выпускают стальную фибру, рубленную из листа или проволоки, фрезерованную из сляба или вытянутую из расплава. Производителями предлагается фибра различных форм, профилей, размеров и прочности, в том числе из коррозионно-стойкой стали.

Уже в 1981 году Япония применила порядка 3 тыс. т стальной фибры, из которых 500 т - из нержавеющей стали. Отставание России от Японии в этой области - 25 лет.

То, что мы имеем на данный момент в России, это армирование фиброй именно бетонных полов, в частности запущенных в производство у нас аналогов производимых на Западе материалов.

Но не всё так печально. Прогресс не стоит на месте, и кому как не нам стать первыми. Тем более, что работы в данной области начинали наши учёные. Хотя ни для кого не секрет, что фибру, в частности различные виды волокон, применяли весьма давно, до того момента, когда она получила самое широкое распространение как в мире в целом и в Европе в частности.

Трудно догнать такие передовые страны как Япония и Германия. Но оценивая потенциал и перспективы наших научных разработок, мы с полной уверенностью можем сказать, что благодаря пытливому уму, незакостенелости мышления и опоре на производственный опыт мы ещё сможем занять, если уже не занимаем, одни из первых позиций в данной области. Это касается именно разработок, но увы не внедрения.

Также известно, что арматурная сетка уменьшает количество усадочных трещин только на 6 %, металлическая фибра - на 20-25 %, а полимерные волокна - на 60-90 %.

Переходя к практической части, необходимо оценить складывающуюся ситуацию по использованию данного вида армирования в строительстве.

 

 

 

Фибробетон - это бетон, армированный дисперсными волокнами (фибрами). Такой бетон представляет собой обычную смесь цемента, песка, крупного заполнителя и воды, дополненную определённым количеством стальных или других волокон (фибр). Иногда добавляется пластифицирующая добавка, чтобы улучшить обрабатываемость смеси. Дискретные волокна производятся из различных материалов — от полипропилена до стали, в различных конфигурациях, длинах и поперечных сечениях. (табл. 1).

В настоящее время наибольшая эффективность фибробетона как композита достигается при правильном подборе и сочетании компонентов. Самым эффективным материалом в этом плане, ввиду его относительной стоимости, является стальная арматура.

Модуль упругости арматуры в 56 раз больше аналогичного показателя бетона, однако при достаточной анкеровке в бетоне не может быть полностью использована прочность и получен наибольший вклад арматуры в работу самого материала как до, так и после образования трещин.

Если мы используем стальную фибру то проблема с анкеровкой не стоит вовсе, так как анкернение фибры достаточно высокое.

В отличие от проволочной сетки или арматуры, которая устанавливается в одной плоскости, стальная фибра одинаково распространяется по всей бетонной матрице (диспергирует). Стальная фибра выполняет множество функций в зависимости от пропорций, которые могут варьировать в пределах 15 - 120 кг/м3. Одна из первоначальных функций - уменьшение микро- и макротрещин. Определяя трещины на начальной стадии их появления, стальная фибра препятствует их распространению. Традиционная классическая арматура, или проволочная сетка, предназначена для того, чтобы предохранить бетон от образования самых первых усадочных трещин, а не предотвратить их распространение.

Многие производители имеют и продают компьютерные программы, которые позволяют пересчитывать и применять определённые пропорции фибры для замены арматуры или арматурной сетки. Данные программы предоставляет «Арселор» и другие импортные производители.

В дальнейшем мы более подробно рассмотрим основные технико-физические показатели на примере различных фибр, производимых как в нашей стране, так и за рубежом. Основным показателем считается временное сопротивление разрыву, или, как его ещё называют, прочность на растяжение.

Основные свойства и показатели различных видов волокон приведены ниже в табл. 1.

В зависимости от вида материала и способа изготовления мы имеем различные значения параметров и, как следствие, различные дозировки и способы применения.

Что и зачем?

 

ВОЛОКНО

 

ПЛОТНОСТЬ,

г/см3

 

МОДУЛЬ УПРУГОСТИ,

МПа

ПРОЧНОСТЬ НА РАСТЯЖЕНИЕ,

МПа

УДЛИНЕНИЕ ПРИ РАЗРЫВЕ,

%

Полипропиленовое

0,90

3500 - 8000

400 - 700

10 - 25

Полиэтиленовое

0,95

1400 - 4200

600 - 720

10 - 12

Нейлоновое

1,10

4200 - 4500

770 -840

16 - 20

Акриловое

1,10

2100 - 2150

210 - 420

24 - 45

Полиэфирное

1,40

8400 - 8600

730 - 780

11 - 13

Хлопковое

1,50

4900 - 5100

420 - 700

3 - 10

Асбестовое

2,60

68 000 - 70 000

910 - 3100

0,6 - 0,7

Стеклянное

2,60

7000 - 8000

1800 - 3850

1,5 - 3,5

Стальное

7,80

190 000 - 210 000

600 - 3150

3 - 4

Углеродное

2,00

200 000 - 250 000

2000 - 3500

1,0 - 1,6

Карбоновое

1,63

280 000 - 380 000

1200 - 4000

2,0 - 2,2

Полиамидное

0,90

1900 - 2000

720 - 750

24 - 25

Вискозное сверхпрочное

1,20

5600 - 5800

660 - 700

14 - 16

Базальтовое

2,60 - 2,70

7000 - 11 000

1600 - 3200

1,4 - 3,6

Таблица 1. Свойства различных видов волокон для изготовления фибры

Подробно мы остановимся на стальной, базальтовой и полипропиленовой фибрах.

Стальные фибры

Стальная фибра представляет собой отрезки стальных волокон специальной формы и длины, в определённых дозировках

(от 20 кг/м3) добавляемых в бетонную матрицу для осуществления объёмного армирования.

В результате фибрового армирования создаётся композитный материал — сталефибробетон, обладающий рядом преимуществ перед неармированным бетоном и бетоном с традиционными видами армирования.

ПОВЫШАЕТСЯ:

  • прочность на растяжение при изгибе - в 2-3 раза;
  • прочность на сжатие - до 10-50 %;
  • прочность на осевое растяжение - до 10-40 %;
  • ударная прочность - в 8-12 раз;
  • сопротивление истираемости - до 2 раз;
  • трещиностойкость - в 2-3 раза;
  • морозостойкость и водонепроницаемость - не менее чем на класс.

Использование технологии фибрового армирования позволяет существенно снизить время выполнения и трудоёмкость работ за счёт отказа от вязки арматуры и укладки сеток, а в ряде случаев — сэкономить строительные материалы за счёт достижения проектных характеристик при меньшей толщине и/или металлоёмкости конструкций.

 

Рассмотрим перспективные направления применения стальной фибры.

 

В случае применения в бетонных полах. Снижение трудоёмкости и времени выполнения работ, существенное повышение долговечности и межремонтных интервалов.

В дорожном строительстве. Повышенная устойчивость трещинообразованию, образованию ям и рытвин, более ровная поверхность, меньшее количество швов и стыков, повышенное шумопоглощение, существенная экономия на ремонте.

Взлётно-посадочные полосы. Повышение долговечности, более ровная поверхность, меньшее количество швов и стыков, повышение безопасности взлётов и посадок, понижение износа деталей шасси самолетов, устойчивость к воздействиям внешней среды и сложным условиям эксплуатации.

В мостостроении. Повышение эксплуатационной надёжности, снижение трудоёмкости за счёт частичного или полного отказа от традиционного армирования, улучшение гидроизоляционных свойств, армирование труднодоступных участков.

В гидротехнических сооружениях. Повышение прочностных характеристик, водонепроницаемости и сроков эксплуатации, снижение трудоёмкости строительства.

Изготовление свай и шпунтов. Применение свай с оголовком из сталефибробетона обеспечивает возможность забивки свай до проектной отметки без повреждений, отпадает необходимость забивки свай-дублёров.

Изготовление сборных железобетонных конструкций. Применение сталефибробетона в кольцах стеновых колодцев, водоотпускных и коллекторных трубах, плитах перекрытий позволяет увеличить срок эксплуатации изделий при существенном снижении трудозатрат и экономии материалов.

Прочие области применения: взрыво- и взломоустойчивые сооружения, элементы фундаментов, трубопроводы, тонкостенные и декоративные конструкции, ёмкости для воды и других жидкостей.

Базальтовая фибра

В настоящий момент в России существует несколько производителей базальтовой фибры.

Наиболее «узнаваемы» два типа материала: микрофибра и рубленое волокно.

 

Микрофибра базальтовая модифицированная (МБМ)

 

МБМ получается путём пропитки измельченной минеральной ваты, производимой из расплава базальтовых пород. Рекомендуемое содержание - 1,5-20 %, в зависимости от вида и назначения композиционного материала.

Для обеспыливания МБМ применяют органические вещества, перечень которых приведён ниже.

В качестве модификатора используют углеродный наномодификатор фуллероидного типа по ТУ 2166-001-13800624-2003.

СОСТАВ МБМ, в масс. % :

Вата базальтовая с органической пропиткой 99,3 - 99,6

Наномодификатор 0,0001 - 0,01

Едкий натр 0,05 - 0,10

Вода 0,3 - 0,5

Основные характеристики МБМ приведены в табл. 2.

 

ХАРАКТЕРИСТИКА

 

НОРМА

Средний диаметр волокна, мкм

8 - 10

Средняя длина волокна, мкм

100 - 500

Содержание неволокнистых включений, % по массе

? 10

Плотность насыпная, кг/м3

? 800

Влажность, % по массе

? 2

Содержание органических веществ, % по массе

? 2

Цвет

От желтого до коричневого

Содержание наномодификатора, % по массе

0,01 - 0,0001

Модуль на разрыв, ГПа

18

Таблица 2. Основные характеристики МБМ

МБМ предназначена для дисперсного армирования пластмасс, бетонов, асфальтобетонов, минеральных смесей и т. д. с целью улучшения их свойств - прочность на сжатие, растяжение, изгиб, срез, водопоглощение, морозостойкость, трещиностойкость и т. п.

МБМ термоустойчива вплоть до 300 °С.

Рекомендуемое содержание микрофибры - 1,5-20% от массы цемента, в зависимости от вида, назначения и стоимости композиционного материала.

Методика введения и конкретное содержание микрофибры в композите регламентируется специализированными инструкциями.

При армировании минеральных смесей и бетонов используется смеситель принудительного действия, причём микрофибра добавляется в сухую смесь непосредственно перед добавлением жидких компонентов. Время перемешивания - не менее 10 мин.

При армировании асфальтобетонов и пластмасс МБМ добавляется в расплав материала, и принудительное перемешивание осуществляется до получения однородной массы.

 

ДОБАВКА

 

НОРМАТИВНЫЙ ДОКУМЕНТ

 

ВРЕДНЫЕ ВЕЩЕСТВА

Битумы нефтяные строительные

ГОСТ 6617-76

Пары углеводородов

Битумы нефтяные дорожные вязкие

ГОСТ 22245-90

То же

Масла индустриальные

ГОСТ 20799-88

То же. Масляный туман

Масла цилиндровые тяжелые

ГОСТ 6411-76

Пары углеводородов

Масло сланцевое топливное

ГОСТ 4806-79

То же

Экстракты нефтяные

ТУ 38-101714-84

То же

Эмульсии битумные дорожных марок

ЭБА-1 и ЭБА-2

ГОСТ 18659-81

То же

ДРУГИЕ СТАТЬИ по ДАННОЙ ТЕМЕ:

+7 917

417-75-06

ПРОИЗВОДСТВО И ПРОДАЖА СТАЛЬНОЙ АНКЕРНОЙ ФИБРЫ

С ДОСТАВКОЙ ПО РОССИИ и СТРАНАМ ТАМОЖЕННОГО СОЮЗА