Фибробетон

Фибробетон – конструкционный материал, получаемый на основе мелкозернистого бетона, армированного тонкодисперсным синтетическим или стеклянным волокном, а также металлической сечкой-фиброй.

***

ПРИМЕНЕНИЕ БАЗАЛЬТОВОЙ ФИБРЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФИБРОБЕТОНА

Расширение областей и объемов применения бетона в строительстве, ужесточение условий эксплуатации бетонных конструкций требует постоянного совершенствования прочности бетона, трещиностойкости, сопротивления бетона ударным и динамическим воздействиям, абразивному износу и т.д.

В настоящее время все более широкое применение находят методы значительного повышения рабочих характеристик и эксплуатационного ресурса бетонных конструкций за счет применения фибробетона - бетона с добавлением базальтовой фибры (ровинга) или полипропиленового фиброволокна. Также широко распространено стальное армирование (армирование стальной фиброй), но из-за высоких норм расхода стальной фибры на куб.м. бетона приходится искать более доступные способы армирования тяжелых и легких бетонов.

Преимущества фибробетона:

По сравнению с обычным бетоном, базальтовый и полипропиленовый фибробетон имеет в несколько раз более высокие показатели:

ударной и усталостной прочности;

прочности на растяжение и срез;

трещиностойкости;

морозостойкости;

водонепроницаемости;

жаропрочности и пожаростойкости.

Сферы применения фибробетона:

Возведение объектов гражданского строительства.

Реконструкция хранилищ и банковских сейфов.

Сооружение мостов, гидротехнических сооружений (береговых дамб и плотин, шлюзов и каналов рек).

Изготовление реакторных отделений атомных электростанций, контейнеров для захоронения радиоактивных отходов.

Укрепление и ремонт сводов шахт и тоннелей.

Создание различных видов дорожных покрытий, сборных и монолитных плит, бордюров, разделительных полос и тротуарной плитки.

Строительство взлётно-посадочных полос аэродромов.

Изготовление деталей объемного промышленного оборудования: прокатных станов, молотов, гидравлических прессов и мн. др.

Базальтовая фибра, также, как и полипропиленовая, распределяясь по всей матрице бетона, обеспечивает трехмерное упрочнение бетона по сравнению с традиционной стальной арматурой, которая обеспечивает лишь двухмерное упрочнение.

При возведении железобетонных конструкций из традиционного бетона наиболее трудоемкими являются арматурные работы. Применение фибробетонных конструкций в строительстве поможет снизить трудозатраты на арматурные работы, сократить расход стали и бетона (за счет уменьшения толщины конструкций), совместить технологические операции приготовления бетонной смеси и ее армирования. Кроме того, эффективность использования фибробетона может выражаться в увеличении долговечности конструкций и снижении затрат на текущий ремонт.

***

Бетон, фибробетон, бетонные промышленные полы

Мы рады приветствовать на нашем сайте своих настоящих и будущих партнеров и коллег. Задача сайта – коротко и ясно рассказать о том, как и чем мы можем быть Вам полезны.

На протяжении уже более 6 лет наше кредо остается неизменным: «Ответственное партнерство».

ООО «Строительная компания «АсПол» более шести лет успешно осваивает строительный рынок России, выполняя субподрядные работы по устройству бетонных полов промышленного назначения, оказывает услуги по комплектации и снабжению объектов строительства.

Мы являемся официальным дистрибьютором завода производителя теплоизоляционных материалов ООО "УРСА Евразия".

За период своего существования наша компания освоила новейшие технологии устройства бетонных полов, на уровне мировых стандартов. Мы обладаем техникой и оборудованием общей стоимостью более одного миллиона долларов. Наша техническая база – это последние мировые достижения в области устройства промышленных полов из бетона, фибробетона, на полимерной или магнезиальной основах:

«Лазерные бетонные укладчики SOMERO» Laser screed S-240, Coper Head S 9210, Topping Spreader STS 132 SOMERO - предназначена для высокоточной автоматизированной дозировки и засыпки топпинга (упрочненки), отделочные двухроторные затирочные машины фирмы «АЛЛЕН», «КРЕБЕР», позволяет выполнять работы с высоким качеством и темпом от 2000 м2 до 8000 м2 в смену.

...

Ю.М. Баженова. Технология бетона, глава Фибробетон, привожу выдержки. В«Фибробетон - бетон, армированный дисперсными волокнами (фибрами), у фибробетона повышены следующие показатели: трещиностойкость, прочность на растяжение, ударная вязкость, сопротивление истираемости. Изделия из фибробетона можно изготавливать без специального армирования сетками и каркасами, что упрощает технологию приготовления изделия и снижает ее трудоемкость. Для армирование бетона применяют различные металлические волокна. В качестве фибры применяют тонкую проволоку, d = 0,1?0,5 мм, нарубленную на отрезки 10-50 мм или специально выштампованные фибры, лучшие результаты обеспечивают фибры d= 0,3 мм и длиной 25 мм. При повышении диаметра фибр свыше 0,6 мм резко уменьшается эффективность влияния дисперсного армирования на прочность бетона...В» Из неметаллических волокон применяются стеклянные, асбестовые и полимерные (полиэфирные, полиакрилатные, полипропиленовые) волокна. Полимерные волокна используют также для тонкостенных изделий, подвергающихся ударам или эксплуатирующихся в условиях, в которых стальные волокна быстро разрушаются от коррозии. «…Стальными или неметаллическими волокнами армируют мелкозернистые бетоны, иногда цементный камень. Эффективность применения волокон в бетоне зависит от их содержания и расстояния между отдельными волокнами. Дисперсное армирование обычно достаточно эффективно приостанавливает развитие волосяных трещин лишь при расстоянии между различными волокнами не более 10 мм, поэтому применение в бетоне крупного заполнителя, не позволяющего расположить дисперсные волокна достаточно близко друг к другу, снижает эффективность подобного армирования. Эффективность влияния различных видов волокон на свойства бетона зависит от соотношений модулей упругости армирующих волокон и бетона. При отношении Eв/Eб > 1 возможно получение фибробетона с повышенной прочностью на растяжение и трещиностойкостью. При Eв/Eб/ 1 повышаются ударная прочность и сопротивление материала истираемости.

Стальные фибры вводят в бетонную смесь в количестве 1…2,5 % объема бетона (3…9 % по массе, что составляет 70-200 кг фибры на 1 м3 смеси). В этом случае повышаются прочность бетона на растяжение на 10…30 %, сопротивляемость бетона ударам и его предел усталости и износостойкости…»

Введение волокон в бетонную смесь понижает ее подвижность и вызывает определенные трудности в приготовлении смеси цемента, воды, заполнителя и фибр. Обычно приходится несколько увеличивать количество воды в подобных смесях и содержание мельчайших частиц (цемента и мелкого заполнителя).

Как правило расход цемента составляет 400…500 кг/ м3.

Введение фиброволокна в замес - важная операция, так как бетонная смесь с фибрами склонна к комкованию, а фибры могут образовывать в бетонной смеси В«ежиВ», что резко ухудшает ее качество и не позволяет добиться надлежащего уплотнения материала и изделий, поэтому для приготовления смеси используют различные приемы: вводят фибры в последнюю очередь в предварительно перемешанную смесь цемента, воды и заполнителя или смешивают сначала заполнители и волокна, а затем добавляют цемент и воду. Иногда для приготовления смесителей используют особые виды смесителей, например смесители с дополнительным пульсирующим воздействием на смесь, которое способствует разрушению комков и В«ежей»…

Дисперсная арматура в бетоне достаточно хорошо защищена от коррозии плотным цементным камнем, однако в некоторых случаях, особенно когда возможно воздействие на фибробетон агрессивных сред, стальные фибры защищают специальными покрытиями, которые обычно не только повышают стойкость фибровой арматуры к коррозии, но и способствуют улучшению сцепления между фибрами и бетоном и тем самым на 20…40% улучшают прочность бетона на растяжение и его трещиностойкость.

///

Современные аспекты производства волоконных материалов для армирования бетона.

Строительная индустрия, в настоящее время, не мыслима без использования бетона. Растущие объемы и темпы строительства требуют все больших и больших объемов его производства. Одновременно растет и уровень требований, предъявляемых к изделиям из бетона. Бетон должен выдерживать серьезные механические нагрузки, противостоять усадке и образованию трещин, иметь устойчивость к атмосферному влиянию и перепадам температур, обладать необходимой химической стойкостью.

Поэтому современный бетон является сложным композиционным материалом, модифицируемым различными добавками влияющими на его реологические, физико-механические и химические свойства.

Современной технологией, позволяющей качественно изменять свойства бетонных материалов, является дисперсное армирование волокнами – введение в бетонную смесь различных волокон спеливидной формы (фибр металлических – проволочных, полученных из расплава или рубленных из листа; базальтовых; стеклянных; биологических; тканевых; композитных и пластиковых). Сущность фибрового армирования заключается в том, что армирующие волокна по своей природе способны воспринимать большие напряжения, чем бетонная матрица, упрочняя материал и служат затравками при кристаллизации бетона, измельчая и видоизменяя его структуру. При насыщении бетонов волокнами происходит существенное улучшение конечных свойств, зависящее от параметров фибрового армирования: объемного содержания фибры и их механических и термохимических свойств, соотношение между параметрами фибровой арматуры и параметрами структуры бетонной матрицы, уровня дисперсности армирования. Свойства фибробетона также зависят от технологии его изготовления: способа получения, формы и материала фибровой арматуры, способа приготовления фибробетонной смеси и формования изделий.

Для изготовления фибры используются многочисленные материалы, такие как стеклянные, полипропиленовые или стальные волокна. Эти материалы различаются по своим свойствам, поэтому к вопросу их применения следует подходить деференцировано. Полипропилен и стекло не имеют остаточного сопротивления и применяются для улучшения характеристик бетона в первоначальный период набора им прочности (сокращает явление усадки и трещинообразования). Стеклянная фибра используются, в основном, для штукатурки и ее применение особенно актуально для замены асбестового волокна, имеет свойство охрупчивания (существуют современные технологии упрочнения стеклянных волокон, но это ведет к удорожанию производства). Затруднительно применять ее для других целей, т.к. она плохо удерживается в бетонной матрице. Кроме того, она подвержена разложению в бетонной среде. Полипропиленовая фибра имеет низкий модуль упругости и высокую предельную деформативность, что определяет деформативность фибробетона и применяться в бетонных конструкциях сущих значительную нагрузку она не может. При повышенных температурах полипропиленовая фибра склона к разложению и возгоранию. Сложно решаются и вопросы ее анкеровки в бетоне. Наибольшее распространение, в настоящее время, получила стальная фибра. Объемы ее производства и применения постоянно растут. В мировой практике используется свыше 300 тыс. т. стальной фибры в год. В России, к сожалению, объем применения этого перспективного материала значительно меньше. Небольшие объемы применения сталефибробетона (СФБ) в значительной степени объясняются недостаточным его производством и пониманием российскими строителями возможностей и преимуществ материала, дефицитом нормативной документации, недостатком рекламы и отсутствием целенаправленной работы по ее применению, особенно со стороны проектных институтов. Металлическая фибра улучшает механические характеристики бетона после набора им прочности, т.е. выполняет силовые функции. Армирование бетона такой фиброй способствует увеличению его прочностных характеристик (предел прочности при растяжении увеличивается в 2,5 раза, при изгибе в 3,5 раза и при сжатии в 1,5 раза), ударная прочность повышается в 10 раз, вязкость при достижении предела прочности – в 20 раз, сопротивление истираемости – в 2 раза, трещиностойкость – до 6 раз. Значительно повышается деформативность, морозостойкость, термостойкость, водонепроницаемость и коррозионностойкость бетонных конструкций. Повышение физико-механических свойств СФБ позволяет снизить массу бетонных конструкций от 15-20% до 5- 10 раз. Целесообразность применения стальной фибры заключается в следующем: изготовление сеток, каркасов, установка арматуры и ее закрепление в проектном положении приводит к значительным затратам труда. Применение фибрового армирования существенно сокращает или полностью исключает арматурные работы и позволяет совместить технологические операции приготовления бетонной смеси и ее армирования, что позволяет сократить трудовые затраты на их проведение до 40%; бетон, армированный фиброй по свойствам аналогичен бетону с удвоенным количеством арматуры, т.к. фибры распределены в бетоне во всех направлениях, но в данном случае армирование фиброй получается дешевле, чем укладка двойной арматуры; при обычном армировании в углах находится чистый бетон и применение фибрового армирования дает возможность усилить углы конструкций; возможность регулирования толщины элемента (при обычном армировании нижняя часть бетона служит только для удерживания арматуры, поэтому при армировании фиброй можно уменьшить толщину конструкции); при укладке арматуры сначала производится заливка, а затем арматуру поднимают до необходимого уровня. Точность при этом - приблизительная. При армировании фиброй возможность ошибки исключена; фибра может применяться в нестандартных конструкциях, где проблематично использовать арматуру; фибра обладает высокой коррозионной и износостойкостью.

Таким образом, высокая технико-экономическая эффективность СФБ-конструкций по сравнению с железобетонными достигается вследствие уменьшения трудоемкости и материалоемкости, повышении долговечности и увеличения межремонтного ресурса, а также исключения недостатков, присущих стержневому армированию.

Наиболее эффективно использование СФБ в конструкциях подвергающимся повышенным нагрузкам и к которым предъявляются требования повышенной трещиностойкости и сопротивляемости ударным и знакопеременным нагрузкам, а также там, где использование стержневого армирования конструкционно затруднительно или полностью невозможно. СФБ выгодно использовать в сухом и влажном торкретбетоне (методом набрызга), для укрепления сводов, склонов горных автодорог, восстановления и усиления старых бетонных колонн, прогонов и других несущих конструкций, отделки тоннелей. Эффективно применение СФБ для монолитных конструкций и сооружений – дорожных и аэродромных покрытий, пролетных конструкций мостов, полов и конструкций пролетных перекрытий зданий, ирригационных каналов, взрыво- и взломоустойчивых и оборонных сооружений, а также для конструкций верхних строений железнодорожного пути.

Положительный эффект может дать широкое применение СФБ и при строительстве, модернизации и ремонте объектов металлургических предприятий.

Выпускаемая в мире стальная фибра различаются как по способу своего изготовления и исходному материалу, так и по форме фибры и областям ее применения.

По способу своего изготовления и исходному материалу стальную фибру можно разделить на фибру полученную путем формовки и резки тонкой проволоки и как ее разновидность - полученную рубкой снятых с эксплуатации канатов, рубки тонкого листа, фрезерования слябов, вытяжки из расплава.

Для получения высокопрочных СФБ необходимо выполнить ряд условий: волокна должны иметь одинаковые свойства и типоразмеры, иметь хорошее сцепление с раствором и бетоном, равномерно распределяться в бетонной матрице, а их материал должен препятствовать образованию и развитию коррозии и химическому взаимодействию с материалом матрицы. Для повышения прочности сцепления фибры с бетоном желательно чтобы она имела периодический профиль или волокнистое очертание. Фибра, фрезерованная из слябов, несет в себе все дефекты, имеющиеся в слябах. Эти дефекты слябов устраняются только на последующих этапах металлургического передела - горячей и холодной деформации. Поэтому говорить о какой-то стабильности свойств не приходится. Режимы фрезерования приводят к перекалу фибры, о чем свидетельствует характерный синеватый оттенок, что в свою очередь приводит к такому дефекту металла, как «синеломкость», т.е. разрушение при температуре до 100 градусов. Таким образом использовать этот вид фибры в ответственных бетонных конструкциях не желательно. Производство фибры, фрезерованной из слябов в Европе постепенно прекращается и ее заменяет фибра из проволоки. Шагом вперед в СФБ является применение фибры рубленной из листа. При условии использования качественного стального листа, подвергшегося обработке давлением в процессе своего производства, в качестве исходного материала воспроизводство физико-механических свойств материала не вызывает затруднений. Однако следует решить вопрос повышения анкерной способности этого вида фибры. Рваные фаски, образующиеся в процессе рубки листа, представляют большую угрозу для шлангов торкретмашин, т.е. в процессе где использование листовой фибры наиболее предпочтительно. Такая фибра является наименее прочной и имеет наименьшую точность изготовления. Поэтому ее производство не распространено.

Для сравнения фибра проволочная имеет прочность - 900-2500 Н/мм2, а фибра из листа - 300-500 Н/мм2. Фибра, полученная экструдированием (вытяжкой) из стального расплава выпускается в небольших количествах и используется для особо прочных огнеупорных материалов, производится, в основном, из лома нержавеющих и жаропрочных сталей. Не обладает повышенными прочностными характеристиками, но экономические аспекты и параметры термостойкости превалируют в положительную сторону в вопросе ее производства и применения.

Проволочная фибра, проявив себя как наиболее универсальный материал, наиболее распространена на мировом рынке в настоящий момент. Использование проволочной фибры, которая поддается наиболее точному нормированию в процессе производства проволоки, гарантирует заданные свойства и необходимую повторяемость эксплутационных характеристик. Фибра, рубленная из снятых с эксплуатации канатов т.е. из металлолома, при всей своей дешевизне, по своим физико-механическим свойствам может быть использована только в неответственных конструкциях.

К сожалению, многие производители используют вместо высококачественных листа и проволоки отбракованную продукцию или технологические отходы. Это значительно снижает цену продукции, но при этом ухудшает физико-механические свойства армирующего материала и она должна реализовываться по цене металлолома с учетом производственных расходов. Однако физико-механические свойства изготовленного из них СФБ оставляют желать много лучшего.

Сейчас на рынке можно увидеть различные виды проволочной фибры, отличающиеся друг от друга только способом анкерирования в бетонной матрице.

С этой точки зрения стальную фибру можно разделить на два вида – с формованными концами (плющеные, загнутые или высаженные в виде конуса) и волнообразную. Главным недостатком стальной фибры с формованными концами заключается в том, что нагрузка не равномерно распределяется по длине и напряжения концентрируются в районе анкера, что сказывается на прочности СФБ конструкций.

От этого конструктивного недостатка свободна волнообразная фибра, так как напряжения равномерно распределяются по всей длине. Кроме того, за счет своей формы она лучше удерживается в бетоне.

В 2006 г. в ЗАО «Фибросталь» разработали и внедрили на площадях московского металлургического завода «Серп и молот» технологию серийного производства разновидности стальной проволочной волнообразной фибры, а именно «елочного» профиля (ТУ 14-1-5536-2006 «Фибра стальная проволочная», сертификат соответствия № RU.MCC.193.663.1.ПР.12880 от 17 октября 2006г. выданный «НИИМосстройсертификации»). Качество продукции и соответствие мировым требованиям и стандартам (ASTM A-510, тип 1) обеспечивается высокотехнологичным процессом производства. Используемое оборудование позволяет производить до 3600 т в год при односменном графике работы. Опытные образцы новой марки фибры изготовлены из малоуглеродистой термически не обработанной проволоки без покрытия (ГОСТ 3282-74) с пределом прочности на разрыв 1000 – 1350 Н/мм2. Предусмотрено производство фибры из высокопрочных и нержавеющих марок стали. Следует отметить, что стальную фибру надо рассматривать как разновидность арматуры. Поэтому, как и в случае стержневой арматуры, подбор марки стали для фибры должен зависеть от назначения и условий использования СФБ. Это является одной из задач, которую ЗАО «Фибросталь» поставила перед собой и в настоящее время успешно решает. Из многочисленных обзорных статей видно насколько широк спектр областей ее применения. И каждая из этих областей предъявляет к сталефибробетонным конструкциям свои специфические требования как по механическим, так и по реологическим свойствам. Однако отечественные производители стальной фибры серьезно обсуждают лишь один вопрос – вопрос цены. Да и у проектировщиков и строителей бытует мнение, что на прочностные свойства сталефибробетона влияет только тот фактор – на сколько прочно сцепляется фибра с бетоном. Стальная же фибра является по своей сути той же арматурой и, в связи с этим, в не меньшей мере стоит вопрос – из какого материала должна изготавливаться фибра. ГОСТ на стальную арматуру делит ее на 6 классов, отличающихся друг от друга в первую очередь по механическим свойствам. А производство стальной фибры ограничивается несколькими марками углеродистой стали, которые изготовители рекомендуют на все случаи жизни. В свою очередь проектировщики и строители ориентируются, главным образом, на цену фибры, стремясь к ее минимизации, забывая старую поговорку что «скупой платит дважды». Такой подход к выбору фибры может быть еще допустим при изготовлении промышленных полов, но при изготовлении ответственных конструкций он просто вреден. Да и с точки зрения экономики он приводит к повышенному расходу фибры.

Объявления на сайтах в Интернете пестрят многочисленными предложениями на поставку стальной фибры по цене 28 – 35 рублей за кг. И это при цене на исходный материал 38 – 45 рублей за кг для стальной проволоки по ГОСТ 3282-74.

Поэтому производители, для снижения себестоимости фибры, используют для ее производства отбракованный металл или списанные стальные троса и канаты не считаясь с качеством готовой продукции.

Ценообразование на такую фибру не учитывает, что исходное сырье поступает к производителям почти по цене металлолома, т.е. стоимость готовой фибры должна исходить из стоимости металлолома. В настоящее время цена на отечественном рынке лома черных металлов (группа 12А) составляет 5000 - 5500 рублей за тонну. Учитывая, что расходы на изготовление самой фибры составляют примерно 8000 - 10000 рублей на тонну готовой продукции, то себестоимость такой фибры должна составлять 13000 - 15000 рублей за тонну.

Таким образом, добропорядочный производитель, использующий для производства фибры качественный исходный материал, оказывается не конкурентоспособным.

Как мы уже отмечали выше стальная фибра в настоящее время изготавливается, в основном, из нескольких групп углеродистой стали.

Однако специфические условия эксплуатации сталефибробетонных конструкций настолько разнообразны, что обойтись только двумя – тремя марками стали просто не возможно. Т.е. необходима систематическая работа по подбору марок стали, используемых при производстве фибры различных классов.

В настоящее время, все рекомендации производителей стальной фибры на ее применение сводятся к количеству фибры, необходимой для армирования одного кубометра сталефибробетона при изготовлении различных строительных конструкций. Для специальных конструкций объем стальной фибры на 1 куб.м. сталефибробетона доходит до 160 – 180 кг, что значительно повышает их стоимость.

Затраты на подбор марки стали в каждом конкретном случае, повышение стоимости проката, дополнительные расходы при изготовлении фибры из более прочных марок стали неизбежно приведут к повышению стоимости фибры. Но в конечном результате строители получат армирующий материал с необходимыми им свойствами, позволяющий им сократить расход фибры на 1 куб.м. сталефибробетона и, таким образом, снизить себестоимость сталефибробетоных конструкций и их вес.

***

ФИБРОБЕТОН — разновидность цементного бетона, в котором достаточно равномерно распределены обрезки «фибры» или фиброволокна. Под собирательным названием "Фибра" подразумеваются волокна из металла, отрезки тонкой стальной проволоки, отходы гвоздевого производства и др., а также из стекла, полимеров (главным образом пропилена) и т, п. Фибра или фиброволокно выполняют функции армирующего компонента, что способствует улучшению качества бетона, повышает его трещиностойкость и деформативность.

Фибробетоны применяют в сборных и монолитных конструкциях, работающих на знакопеременные нагрузки.

..

Некоторые тексты близкой тематики