Высокая надежность конструкций из сталефибробетона

Сегодня один из перспективных конструкционных материалов — это сталефибробетон. Он представляет собой мелкозернистый бетон, который армирован стальными волокнами (фибрами), равномерно распределенными по сечению. Значительный интерес представляет комбинированное армирование стальными фибрами обычно предварительно напряженной арматурой.

Сущность сталефибробетона в том, что вводимые в бетонную смесь стальные фибры способствуют улучшению работы бетона при воздействии различных нагрузок.

Количество вводимых в бетон фибр в большинстве случаев колеблется от 0,5 до 2 процентов по объему. В качестве фибр используются отрезки проволоки. Поверхность фибр может быть профилированной, обработанной травлением и, как исключение, гладкой. Иногда фибры изготавливаются с волнистым профилем или с загибами на концах.

Сталефибробетон обладает рядом ценных свойств. Например, у него более высокая по сравнению с обычным бетоном прочность на растяжение. Введение в бетон фибр в количестве 1-1,5 процента по объему увеличивает его прочность на растяжение, на изгиб, на сжатие.

Важное качество сталефибробетона — повышенная трещиностойкость. Фибровая арматура, произвольно ориентированная при достаточной равномерности распределения по сечению, более эффективно воспринимает усилия любого направления. Оставшиеся фибры, блокируя трещину со всех сторон, препятствуют дальнейшему их росту и развитию. За счет более высокой трещиностойкости сталефибробетон обладает повышенной в 1,5-2 раза морозо-, жаро— и огнестойкостью, водонепроницаемостью.

Улучшение свойств сталефибробетона зависит от параметров армирования: объемного содержания арматуры, соотношения между параметрами фибровой арматуры и параметрами структуры бетонной матрицы, уровней дисперсности.

Наиболее эффективно использование сталефибробетона в конструкциях, к которым предъявляются требования повышенной трещиностойкости, истираемости, сопротивляемости ударным и знакопеременным нагрузкам. Выгодно его использовать в монолитных, дорожных и аэродромных покрытиях, пролетных строениях мостов, полах промзданий, подпорных стенах, торкретных слоях для облицовки шахт тоннелей и огнезащитных футеровок, фундаментов машин и т. п. Из числа сборных конструкций можно выделить тонкостенные и ребристые плиты покрытий, элементы оболочек и несъемной опалубки, панели стен и перегородок, плиты полов, дорожные и аэродромные плиты, конструкции подземных коммуникаций, сваи, шпалы.

Эффективность применения сталефибробетонных конструкций может быть достигнута также за счет снижения трудозатрат на арматурные работы, сокращения расхода стали и бетона за счет уменьшения толщины конструкций, совмещения технологических операций приготовления бетонной смеси и армирования, увеличения долговечности конструкций и снижения затрат на текущий ремонт.

Сегодня сталефибробетон активно используется в сборном строительстве. Но массовое его внедрение сдерживает отсутствие промышленного производства товарной фибры. Известны четыре способа изготовления стальной фибры: из проволоки, из стального листа, стального слитка (сляба) путем фрезерования, из отработанных стальных канатов.

Наибольшее применение для армирования бетонов получила фибра из проволоки диаметром 0,3-1,6 мм и длиной 80-100 мм. Для изготовления фибры обычно используется стальная низкоуглеродистая проволока общего назначения по ГОСТ 3282-74. При производстве фибры из проволоки предусматриваются мероприятия, повышающие анкеровку фибры в бетоне:устройство крючков на концах фибр.

При создании конструкций может применяться комбинированное армирование фибрами и стержневой проволочной арматурой, в том числе предварительно напряженной. Расчет сталефибробетонных конструкций производится по несущей способности и по пригодности к эксплуатации с учетом дисперсности армирования, тонкостенности конструкций и уменьшенного по сравнению с бетоном защитного слоя для стержневой и проволочной арматуры. Категории требований к трещиностойкости и допускаемые величины раскрытия трещин в зависимости от условий работы и вида арматуры несколько отличаются от принятых для железобетонных и армоцементных конструкций.

Для них рекомендуется мелкозернистый бетон средней плотностью не менее 2200 кг/м3 на заполнителе с крупностью зерен до 5 мм и водопоглощением до 8 процентов. Сформулированы требования по назначению классов и групп бетона по прочности, марок по морозостойкости и водонепроницаемости.

Сегодня в отечественную практику внедрены такие сталефиоробетонные конструкции, как сваи, дорожные, тротуарные и аэродромные плиты, ребристые и складчатые плиты покрытий, кольца круглых колодцев, трубы, лотки, плиты несъемной опалубки, ограждения лоджий и балконов.

Одна из важных проблем в строительстве — забивка свай до проектной отметки. Применение сталефибробетона в сваях снижает трудоемкость и стоимость изготовления свай, существенно повышает их ударостойкость, что позволяет бездефектно погружать сваи в грунт до проектных отметок.

Применяются также призматические и пирамидальные сваи сплошного квадратного сечения со сталефибробетонным оголовком и железобетонным стволом. Призматические сваи имеют длину 8-14 м и сечение 35x35 см, пирамидальные — длину 6 м, сечение оголовка 40x40 см и тупого конца 20x20 см, а также сваи, целиком изготовленные из сталефибробетона.

Испытания показали высокую эффективность свай с применением сталефибробетона. Ударная вязкость сталефибробетона в два и более раз выше, чем железобетона при равном расходе стали. Для снижения стоимости сталефибробетонных свай целесообразно применять фибру из проволоки диаметром 1,5-2 мм и фибру из отработанных канатов.

Высокая ударостойкость сталефибробетонных свай позволяет погружать сваи с повышенной энергией удара. Это уменьшает время погружения до 60 процентов. Также исключаются случаи недобивки свай до проектных отметок в связи с преждевременным разрушением оголовков, а иногда и стволов, как это наблюдается в железобетонных сваях. Погружение свай до одинаковых проектных отметок исключает трудоемкую операцию — срезку стволов перед устройством свайного ростверка.

Выгодно применение сталефибробетона в конструкциях с безрулонной кровлей взамен традиционного железобетона с гидроизоляционным покрытием. При этом резко снижаются расходы на изготовление, монтаж и эксплуатацию покрытий.

Представляет интерес применение сталефибробетона в трубах и кольцах водопроводных и канализационных сетей. Разработаны и внедряются сталефибробетонные кольца и трубы, изготовленные радиальным прессованием. Применяются и сталефибробетонные кольца смотровых колодцев. Они запроектированы взамен типовых железобетонных серий 3 900-3 диаметром 1000 и 1500 мм и высотой 890 мм. В отличие от типовых в новых кольцах сетчатая арматура полностью заменяется стальной фиброй, сокращается толщина стенок. Так, кольца диаметром 1000 мм имеют толщину стенок 50 мм против 80 мм в типовых, кольца диаметром 1500 доведены до 70 мм против 90 мм в типовых. Все они производятся из мелкозернистого бетона класса В 15, армированного фиброй из проволоки диаметром 0,5-0,8 мм или фиброй из листа толщиной 0,5-0,8 мм. Содержание фибры в объеме бетона составляет 0,5 процента. Внедрение разработанных конструкций колец организовано на волховском комбинате «Железобетон». Для армирования колец используется фибра волнистого профиля из проволоки диаметром 0,5-0,7 мм.

Применение сталефибробетонных колец позволяет резко снизить трудозатраты и материалоемкость конструкций, улучшить их качество и почти полностью устранить производственный брак.

Разработаны и испытаны комплексные панели покрытий и панели безрулонной кровли с фиброкаркасным армированием. Панель представляет собой коробчатую конструкцию размерами 5990x1189x200 мм. Она состоит из двух ребристых плит. Верхняя и нижняя полки панели выполнены из сталефибробетона толщиной 15 мм, ребра — из железобетона. На нижнюю ребристую плиту укладывается слой теплоизоляции, верхняя устанавливается на нижнюю, образуя коробчатое сечение. Ребристые плиты соединены между собой с помощью закладных деталей, расположенных на расстоянии 100 см друг от друга.

Панели с полкой из сталефибробетона показали возможность значительного снижения материалоемкости кровли. Фиброкаркасы изготавливались с ориентацией фибр, расположенных перпендикулярно продольным ребрам. Торцы фиброкаркасов заводились в продольные ребра на всю их высоту. Дополнительно в ребрах укладывалась стержневая арматура.

Словом, сталефибробетон крайне нужен строительному комплексу. Опыт его применения показывает экономическую эффективность, выгоду и рациональность в изготовлении строительных конструкций многоцелевого назначения.

Игорь Волков, к.т.н., НИИЖБ