Микроармирование бетонной смеси

В современном строительстве бетон – один из самых популярных строительных материалов. Постоянно расширяется область применения бетона и железобетонных конструкцией, растут и требования к прочности, долговечности и надежности строительных материалов. Для повышения прочностных характеристик успешно применяется микроармирование – добавление в бетонную смесь армирующих волокон – фибры.

Технологию микроармирования бетона стальными волокнами начали разрабатывать в США в 60-х годах прошлого века. Первые примеры практического применения фибробетона появились уже в начале 70-х годов. Тогда же убедились, что подмешивание в бетон фибры значительно улучшает прочностные характеристики бетона (по показателю работы разрушения фибробетон может в 15-20 раз превосходить обычный бетон). И, в отличие от обычного армирования, микроармирование решает задачи упрочнения по всему объему бетонного слоя или покрытия.

Фибра, равномерно распределяясь в бетоне, формирует трехмерную силовую структуру, которая позволяет выдерживать разносторонние растягивающие усилия и препятствует раскрытию микротрещин, образующихся под действием различных нагрузок и влажности, а также сдерживает расширение поверхностных трещин, возникших при пластической усадке. Таким образом, применение фибробетона обеспечивает высокую эффективность его использования в строительных конструкциях.

В зависимости от назначения и толщины бетонного покрытия используется фибра из различных материалов (металлическая, полипропиленовая, базальтовая и др.). Более подробно мы остановимся на 2-х видах фиброволокон – металлических и полипропиленовых.

Металлическая фибра

Металлическая (стальная) фибра - это нарезанная стальная проволока или полоса определенной конфигурации (прямолинейные отрезки с анкерами в виде отгибов на обоих концах; с анкерами виде конусов; прямолинейного отрезка с расплющенными концами, в виде отрезка проволоки зигзагообразной формы). Предназначена для армирования бетонов и растворов на цементных вяжущих. Обычно фибра изготавливается из холоднотянутой низкоуглеродистой проволоки диаметром 0,67 мм, 1,0 мм, 1,3 мм и представляет собой отрезки длиной 30, 50 и 54 мм, которым придана требуемая форма.

В мировой практике строительства и производстве строительных конструкций все чаще применяется сталефибробетон (бетон, армированный стальными фибрами), который является, по сути, разновидностью железобетона.

И если сравнивать прочность сталефибробетона и исходного бетона, то показатели сталефибробетона (в зависимости от качества исходного бетона) на 5-15% выше. Опыт проектирования, производства, применения и эксплуатации сталефибробетонных конструкций показал технические и экономические преимущества их применения:

· повышение трещиностойкости, ударной прочности, вязкости разрушения, износостойкости, морозостойкости;

· понижение усадки и ползучести;

· возможность использования более эффективных конструктивных решений, чем при обычном армировании (например, тонкостенных конструкций, конструкций без стержневой или сетчатой распределительной или поперечной арматуры и др.);

· снижение трудозатрат на арматурные работы, повышение степени механизации производства железобетонных конструкций (например, в сборных тонкостенных оболочках, ребристых плитах покрытий и перекрытий, сборных колоннах, балках, дорожных и аэродромных покрытиях, монолитных и сборных полах промышленных и общественных зданий и др.).

Сталефибробетон применяется как в монолитных, так и в сборных железобетонных конструкциях. К настоящему времени накоплен достаточно большой опыт применения стальных фибр в строительстве особо прочных сооружений, в конструкциях зданий и сооружений, для которых существенное значение имеют снижение собственного веса, обеспечение водонепроницаемости бетона, а также повышение ударной стойкости, сопротивления истиранию и продавливанию. Примерами успешного использования сталефибробетона в строительстве являются:

· взрыво- и взломоустойчивые конструкции;

· автомобильные дороги и мостовые настилы;

· модули плавающих доков и водоотбойные дамбы;

· отделка тоннелей и оборонных сооружений.

Например, применение сталефибробетона для укладки пола промышленных зданий позволяет в большинстве случаев полностью отказаться от стержневого армирования, уменьшить толщину плиты пола на 20-25% и увеличить расстояние между температурными швами более, чем в 2 раза. Помимо этого, микроармирование исключает такие характерные дефекты бетонного и железобетонного пола, как трещины и сколы в районе температурных швов. А в случае введения специальной высокодисперсионной добавки и точного соблюдения пропорции всех составляющих бетонной смеси, бетон обладает высокой плотностью и отлично шлифуется.

Для несущих железобетонных конструкций упрочнения бетона стальными фибрами бывает недостаточно, поэтому в подобных случаях рекомендуется сочетание стальных фибр со стержневой или проволочной арматурой. Микроармирование только стальными фибрами применяют в элементах конструкций, работающих преимущественно на ударные нагрузки, истирание и продавливание, а также работающих на изгиб (при соблюдении условий, исключающих их хрупкое разрушение).

Количество добавляемой фибры выбирается таким образом, чтобы обеспечить планируемое и длительное улучшение свойств по сравнению с соответствующим бетоном-матрицей без фибры. Но, следует отметить, что лучшее рассеивание в массе бетона получается в том случае, когда фибра добавляется в готовую бетонную смесь. При этом необходимо следить, чтобы фибра не попадала в смесь комками. Также следует учитывать, что введение стальной фибры снижает подвижность получаемой бетонной смеси по сравнению с исходной, но добавлять воду в сталефибробетонную смесь с целью увеличения ее подвижности запрещается.

Для подачи сталефибробетонной смеси к месту ее укладки, как правило, применяется бетононасос с подающим трубопроводом.

Полипропиленовая фибра

Полипропиленовая фибра представляет собой полипропиленовую нить, нарезанную на короткие волокна (от 10 до 20 мм). Полипропиленовая фибра, равномерно распределяясь в смеси, армирует ее по всему объему. Опыт строительных компаний Великобритании, Германии, США подтверждает высокую эффективность использования полипропиленовых волокон для улучшения физико-механических свойств строительных растворов и железобетонных конструкций. К преимуществам бетона с полипропиленовой фиброй относят:

· снижение трещинообразования в процессе твердения бетона и некоторое снижение микропластической усадки;

· устойчивость к замерзанию/оттаиванию;

· повышенное сопротивление удару;

· устойчивость к истиранию;

· увеличение вибрационной стойкости; повышение огнестойкости;

· повышение устойчивости к проникновению воды.

Так же, как и металлическая фибра, полипропиленовые волокна занимают свою «нишу» в использовании. И, если сталефибробетон применяется в толстостенных системах (от 10 мм и выше), то область применения полипропиленовой фибры – тонкослойные системы (до 10 мм).

В настоящее время полипропиленовые волокна используются в конструкционном бетоне для морских укреплений и водохранилищ, а также в сборном бетоне, плитах перекрытий, в разнообразных стяжках и штукатурных работах. Новые разработки включают антибактериальный бетон, тонкий бетон для покрытия асфальтированных дорог и др.

Типичное применение волокон для повышения устойчивости к истиранию – углехранилища, где постоянная эрозия ведет к износу поверхности. Бетон с полипропиленовыми волокнами широко используется в гидросооружениях, таких как отстойники, водосливы, где особенно важна повышенная устойчивость к проникновению химических загрязнений.

Очень эффективно применение микроармирования полипропиленовой фиброй при бетонировании подвалов, где необходима гидроизоляция. В этом случае за счет микроволокна тонкослойная система (до 5 мм) имеет не только повышенную прочность, но и делает смесь безусадочной.

Полипропиленовые волокна в составе фибры бывают разной длины (продается она отсортированной по размеру), но вне зависимости от размера и формы нитей вводится она в бетон всегда в одинаковом количестве – 0,9 кг/1 м3 бетонной смеси.

Процесс приготовления бетона с полипропиленовой фиброй в принципе ничем не отличается от получения любого фибробетона, но рекомендуется добавлять микроволокно сначала в сухое вяжущее вещество, а затем при тщательном перемешивании добавить остальные наполнители. И точно так же, необходимо следить, чтобы волокна поступали в сухую смесь равномерно и не «свалялись» в комок. Укладка смеси может производиться как вручную, так и при помощи бетононасоса.

Фибробетон, как с металлической, так и с полипропиленовой фиброй является универсальным строительным материалом.