«Си Айрлайд»: новейшие разработки модификаций бетонов и вяжущих

Мировой опыт показывает, что перспективным направлением в строительной индустрии является применение бетона с микроармированием синтетическим фиброволокном для конструкций различного назначения, в частности для воспринимающих различного рода нагрузки железобетонных пространственных конструкций.

Микроармирование синтетическими фиброволокнами цементной матрицы железобетона рассматривается как способ создания бетонных конструкций, способных воспринимать длительные изгибающие и растягивающие напряжения и динамические нагрузки, сопротивляться образованию усадочных трещин. Так, работающие на изгиб плиты перекрытий и несущие балки в конструкции воспринимают, во-первых, нагрузку конструкции пола (в том числе и собственный вес); во-вторых, нагрузку от статической массы предметов и динамических воздействий, возникающих вследствие перемещения масс (движение погрузочных и транспортных устройств), в-третьих, знакопеременное (инерционное) воздействие, передающееся от фундаментов и слабых, подвижных грунтов (движение авто-, железнодорожного транспорта и метрополитена).

В то же время повреждения изделий могут происходить как при их транспортировке, так и при монтаже. Влага обычно попадает в изделия при контакте с землёй (капиллярный подсос) или при воздействии атмосферных осадков, что может привести как к ухудшению механических характеристик изделия, так и к развитию на нём корродирующей микрофлоры. Наиболее распространённый вид повреждений изделий и конструкций при расформовке, транспортировке, монтаже – это механические повреждения.

За последние три десятилетия за рубежом и в России растет интерес к применению фибробетона в строительных конструкциях. Разработки в этой области ведет челябинская компания ООО «Си Айрлайд».

Фибробетон – принципиально новый вид бетона, как и традиционный бетон, представляет собой композиционный материал, включающий дополнительно распределенный в объеме волоконный наполнитель. По таким показателям, как прочность на растяжение и срез, ударная и усталостная прочность, трещиностойкость, вязкость разрушения, морозостойкость, водонепроницаемость, фибробетон в несколько раз превосходит обычный бетон, что обеспечивает его высокую эффективность при применении в строительных конструкциях. Важнейшей характеристикой фибробетона является прочность на растяжение. Этот показатель достигает 145% по сравнению с бетоном, изготовленным по традиционной технологии. 

Неорганические вяжущие обладают определенными клеющими способностями, и их функции состоят в склеивании в единое целое отдельных составляющих. Качество сцепления связующего с заполнителем в итоге и определяет свойства бетонной композиции. Нарушение склеивания может произойти по причине слабой адгезии компонентов (инертных полнителей) бетонной смеси и цементной матрицы либо когезии – снижения прочности, связанного с возникновением напряженных участков клеящей матрицы в силу нарушения размеров «клеящего» слоя.

Прочность цементного камня на разрыв при изгибе существенно ниже прочности при сжатии. Дисперсное армирование бетонной матрицы позволяет в значительной степени снизить основные недостатки бетона – низкую прочность при растяжении, изгибе, хрупкость при разрушении, а также улучшить способность воспринимать знакопеременные (инерционные) воздействия.

Дисперсное армирование с применением синтетических волокон (фибры «Си Айрлайд ВСМ») изменяет поведение непосредственно цементного камня как составляющей бетонной структуры, что позволяет создать необходимый запас прочности, сохраняя целостность конструкции даже после появления волосяных трещин.

Кроме того, в результате совмещения микроармирующего фиброволокна и матрицы цементного камня образуется дополнительный комплекс свойств композита, которыми изолированные компоненты не обладают. В частности, наличие границ раздела между армирующими элементами, заполнителем и матрицей существенно повышает трещиностойкость материала. Таким образом, в композитах увеличение статической прочности приводит не к снижению, а к повышению характеристик вязкости разрушения (ударной прочности).

Одной из основных проблем при производстве различных строительных отделочных работ (гидроизоляционных, штукатурных) является низкое сцепление строительных растворов с основанием и их растрескивание при твердении. Ввод армирующего компонента с высокой оптимизирующей способностью, которым и является синтетическое фиброволокно «Си Айрлайд ВСМ», может решить эту проблему.

Синтетическая фибра обеспечивает трехмерное упрочнение бетона по сравнению с традиционной арматурой, которая обеспечивает лишь двухмерное упрочнение, увеличивает сопротивление цементного камня изгибающим нагрузкам. С применением синтетического фиброволокна повышается долговечность материала, понижается усадочная деформация, значительно возрастает трещиностойкость, ударная вязкость. Дисперснообъемное микроармирование строительных композиций также позволяет значительно уменьшить общий вес строительных конструкций за счёт уменьшения сечения при неизменных прочностных показателях.

Таким образом, в сравнении с обычным бетоном фибробетон, произведенный по технологии микроармирования, рекомендуется для конструкции, в которых наиболее эффективно могут быть использованы его технические преимущества, выраженные повышением следующих физико-механических показателей:

• ударная и усталостная прочность;
• прочность на растяжение и срез;
• трещиностойкость;
• морозостойкость;
• водонепроницаемость;
• прочность на изгиб, деформативность бетонной конструкции (восприятие материалом изгибающих моментов силы без разрушения).

Необходимо также отметить необходимость применения фибры при производстве изделий (таких как плиты перекрытий, сборные колонны и составные сваи, балки, дорожные покрытия, монолитные бетонные полы) более производительными приемами формования армированных конструкций, например непрерывным способом.

Данный способ характеризуется как повышением степени механизации и автоматизации производства, так и возникновением в процессе производства разрывов при формовании смеси.

Кроме модификации бетона, применение «Си Айрлайд ВСМ» (фибра) целесообразно при производстве сухих штукатурных и строительных смесей на основе цементного, гипсового и известкового вяжущего, что позволяет увеличить трещиностойкость покрытия, увеличить марку водонепроницаемости, морозостойкости и снизить внутренние напряжения, возникающие в толще покрытия в процессе твердения.

Дисперсное армирование ячеистого бетона (автоклавного газобетона и неавтоклавного пенобетона) синтетическим фиброволокном «Си Айрлайд ВСМ» полностью исключает появление и развитие усадочных трещин в процессе изготовления, твердения и последующей эксплуатации материала. Это особенно актуально в настоящее время, когда ячеистые бетоны приобретают высокую популярность в малоэтажном и одноэтажном (коттеджном) строительстве, развитие которого регламентировано государственной целевой программой «Жилище». Потенциал развития малоэтажного строительства подтверждается и мировым опытом.

Ячеистые бетоны совмещают низкую плотность с прекрасной теплозащитой, их применение обеспечивает снижение затрат по устройству фундаментов. Но наряду с перечисленными достоинствами, ячеистому бетону присущи и недостатки, в первую очередь трещинообразование и низкая ударная прочность. Проведенные по инициативе ООО «Си Айрлайд» исследования рекомендуют дисперсное армирование неавтоклавного пенобетона синтетическими волокнами, такими как «Си Айрлайд ВСМ» (фибра), что обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик изделий и конструкций. В жидкой минеральной среде на основе цемента присутствие волокнистого армирующего наполнителя уменьшает пластическую усадку, улучшает водоудерживающие способности, ограничивает оседание минеральных составляющих за счёт создания трёхмерной сети внутри минерального теста, исключает расслаиваемость смеси.

Дисперсное армирование приобретает большое значение и в антисейсмическом строительстве за счет способности армированных синтетическим фиброволокном конструкций воспринимать большие значения изгибающих и растягивающих напряжений, приобретая такие свойства, как: более высокую деформативность бетонной конструкции, высокую трещиностойкость (макро- и микротрещины как концентратор напряжения) строительных материалов. Армирование фиброволокном дополняет комплекс специальных конструктивных мероприятий, направленных на повышение прочности и монолитности несущих конструкций. Вязкость разрушения микроармированного бетона меняет стадию разрушения, которая не происходит внезапно, как в обычном бетоне. Разрушение происходит постепенно, с раскрытием трещин в зоне чистого изгиба. Дисперсное армирование синтетическим фиброволокном «Си Айрлайд ВСМ» позволяет значительно повысить всю совокупность физико-механических показателей бетонов.

Низкое сопротивление растяжению, характерное для бетонных конструкций, – наиболее существенный недостаток, снижающий эффективность использования бетона в строительных конструкциях. Важнейшая характеристика полимерфибробетона – прочность на растяжение – является не только прямой характеристикой материала, но и косвенной, и отражает его сопротивление другим механическим воздействиям.

Ударная прочность фибробетона на синтетической фибре в 3–5 раз превышает ударную прочность обычного бетона.

Достигаемое фибровым армированием увеличение отношения пределов прочности при растяжении и сжатии (Rbt/Rb) представляет собой средство повышения эффективности бетона как конструкционного материала. Учитывая относительно низкую стоимость и доступность синтетических фиброволокон, это решит вопрос о конкурентоспособности фибробетонов с волокном строительным микроармирующим (ВСМ (фибра)) по сравнению с другими видами армированных бетонов. Предполагается, что для этого потребуется достижение величины Rbt/Rb 10–15 в области высокопрочных бетонов (В40 и выше). Практически такое соотношение прочностей возможно только при дисперсном фибровом армировании цемента-матрицы.

Таким образом бетонные конструкции, армированные ВСМ(фибра), способны воспринимать значительные изгибающие моменты, с более высокими показателями статического напряжения.

В нормативных документах, регламентирующих проектные решения, прочность при сжатии рассматривалась в качестве определяющего фактора, и другие показатели бетонов считались производными от статической прочности. Такой способ не позволяет достоверно оценить надежность бетонной конструкции в целом, обеспечить равнонадежность различных бетонных конструкций. В настоящее время разработана общая методика полного вероятностного расчета бетонных конструкций по надежности. Однако такой расчет требует глубоких знаний и контроля изменчивости всех основных факторов, входящих в технологический расчет. Кроме того, для массового внедрения в нормы полного вероятностного расчета нужно установить необходимые общие уровни надежности для различных бетонных конструкций.

НИИЖБом, МНИИТЭПом и фирмой «Фибробетон» разработаны строительные нормы «Проектирование и основные положения технологий производства фибробетонных конструкций» ВСН 56 97. Данные нормы предусматривают и допускают проектирование, применение и методы изготовления фибробетонных конструкций на основе тяжелого, мелкозернистого бетонов и синтетических фиброволокон (пп. 1.14; 1.1.22; 1.2.13; 2.1.1; 2.2.1).

Производимое компанией ООО «Си Айрлайд» фиброволокно стоительное микроармирующее «Си Айрлайд ВСМ» отвечает всем законодательно утвержденным требованиям и установленным нормам.

28.04.2009