Фибра для бетона: достоинства, виды фиброволокна, сфера применения и нормы расхода

Бетон — очень прочный строительный материал. Благодаря своей прочности он так широко распространен в строительных и ремонтных работах.

Но и у бетона есть свои слабые места:

1. невысокая прочность на растяжение при изгибе;
2. склонность к усадке;
3. образование трещин;
4. низкая ударная вязкость, из-за чего он раскалывается и покрывается трещинами при ударной нагрузке;
5. пористая структура, которая может впитывать воду, что делает бетон подверженным заражению грибком и плесенью.

Существуют различные способы сделать бетон безупречным: особые присадки, добавляющиеся в состав раствора, придают ему плотность, вязкость, водоотталкивающие свойства. В зависимости от того, какая добавка применена, можно получить бетоны с различными характеристиками.

Чтобы увеличить прочность бетонных конструкций, в том числе и прочность на изгиб и разрыв, используют армирование при помощи противоусадочной сетки или арматурного каркаса.

Но армирование бетона таким способом — дорогостоящее и затратное по времени мероприятие.

Современная альтернатива армированию — применение специальной фибры для бетона, которую добавляют в бетонный раствор. Благодаря ее свойствам, фибру называют микроарматурой и рассматривают как альтернативу традиционному армированию.

Что такое фиброволокно

Бетон обладает специфическими характеристиками, определяющими его как хрупкое вещество с неоднородной структурой. Значение предельной деформации у него намного ниже, чем, например, у стекла, стали или полимерных композитов.

Для повышения показателей упругости возникла необходимость использования волокнистых присадок (фибры), как микроарматуры для бетонных конструкций. Эта особенность нашла широкое применение в технологии строительных процессов, таких как приготовление цементных смесей, изготовление высокопрочных материалов и т.д.

Фибра представляет собой материал в виде отрезков нитей или узких полос органического или неорганического происхождения. Механические характеристики фибробетона зависят от количества и схемы расположения фибр в растворе.

Метод дисперсного армирования бетона предусматривает произвольную и направленную ориентацию волокон.

Направленная предполагает применение тонких непрерывных нитей, тканых и нетканых сеток, жгутов и других подобных материалов. Произвольная (свободная) возникает при использовании рулонных материалов в виде матов, холстов, вуалей.

Недостатки

У этого популярного металлического заполнителя есть и недостатки. И прежде всего:

• его наличие даёт увеличение веса бетонных изделий;
• не всегда бывает хорошая прочность сцепления с цементом (чаще при использовании гладких заготовок или применении тощих бетонных смесей, с большим количеством песка);
• возможен выход материала из тела бетона в условиях длительной эксплуатации (особенно заметно в дорожном строительстве при ремонтных работах полотна);
• нанесение дополнительного коррозионного или другого защитного покрытия приводит к дополнительным тратам и удорожанию конечной стоимости продукции.

Эти свойства, однако, не влияют на популярность такого строительного материала и он широко применяется современным потребителем.

Основные компоненты добавки

Технология изготовления добавок зависит от типа применяемых армирующих компонентов. Не все волокна соответствуют требованиям, которые предъявляются к арматурным каркасам.

В качестве фибр применяются металлические и неметаллические нити разной длины и сечения:

1. В конструкционном отношении наибольший эффект получают от использования стальных волокон, модуль деформативности которых в 6 раз выше показателей бетона.
2. Применение полипропилена позволяет на 60-90% сократить риск трещинообразования во время пластической усадки смесей.
3. Стеклофибра отличается низкой щелочестойкостью и используется только для предварительного армирования при изготовлении изделий из гипса или стеновых блоков из ячеистых бетонов.
4. Базальтовая фибра устойчива к щелочным процессам. Модуль упругости на 15-20% выше, чем у волокон из стекла.
5. Асбестовые волокна нейтральны к агрессивному воздействию цементов, их характеризует высокая прочность и огнестойкость.

Рациональный выбор добавок для армирования бетона позволяет получить изделия, обладающие стойкостью к механическим нагрузкам.

Стеклофибре свойственна низкая щелочестойкость.

Нужна ли фибра для стяжки, и какую использовать

При изготовлении стяжки важно соблюсти баланс между двумя взаимоисключающими задачами:

1. обеспечение высокой прочности (что прямо пропорционально толщине стяжки);
2. минимальная толщина стяжки (чтобы сэкономить материалы и максимально сохранить высоту потолка).

Решить это противоречие помогает добавление полипропиленового фиброволокна. Его рекомендуется добавлять как в раствор для мокрой стяжки, так и в смесь для полусухой стяжки независимо от того, используется ли армирование сеткой.

Фиброволокно не только повышает прочность стяжки и снижает ее истираемость, но и предотвращает усадку и появление трещин, увеличивает ударную вязкость поверхности, предотвращая растрескивание и сколы в процессе эксплуатации. Стяжка с добавлением фиброволокна отличается прочностью и долговечностью.

Видео: Стяжка с фиброй крепче, чем с арматурой!

Достоинства

Широкое использование фибробетона обусловлено тем, что его физико-механические показатели в несколько раз лучше аналогичных значений традиционных материалов. При этом эксплуатационные характеристики изделий соответствуют нормам.

Укрепление стяжки

Для упрочнения покрытий рекомендуют использовать стальные волокна длиной 35-75 мм и диаметром 0,3-1,0 мм. В качестве цементной матрицы выбирают тяжелый бетон класса В25-В35 с размером крупного заполнителя не более 20 мм.

Применение дисперсного армирования стальными фибрами позволит усилить эксплуатационные качества, укрепить верхний слой основания, повысить износостойкость, прочность на изгиб, трещиностойкость и долговечность сооружения.

Профилактика дефектов

Возникновение дефектов бетонных покрытий связано с нарушением технологического процесса. Это объясняется необдуманной экономией, несоблюдением норм и правил, предусмотренных для такого вида конструкций. Подобная халатность приводит к возникновению на поверхности трещин, сколов, выбоин.

Как показала практика, наиболее эффективным средством для профилактики и устранения возникших дефектов являются ремонтные растворы, армированные различными типами волокон. Применение стальной или полипропиленовой фибры позволяет избежать расслоения смесей в период укладки, а впоследствии преждевременного износа и разрушения покрытий.

Улучшение адгезии и водостойкость

Улучшить водонепроницаемость бетона можно методом дисперсного армирования. Поскольку свойства фибробетона зависят от особенностей применяемых волокон, то выбрав материал с нужными характеристиками, можно с успехом решить поставленную задачу.

Так, например, использование стальных и базальтовых фибр позволит в несколько раз увеличить водостойкость изделий. Для получения лучшей адгезии волокон с цементной матрицей и равномерного распределения фибр необходимо правильно выбрать оптимальную длину и диаметр используемых отрезков.

Экономичность и антикоррозийные свойства

Применение фибры для железобетонных конструкций, когда часть каркаса заменяется дисперсными волокнами, позволяет получить ощутимую выгоду, поскольку цена модификаторов намного ниже стоимости стержневой арматуры.

А также большим плюсом в использовании стальной фибры является то, что она защищена от коррозии плотным цементным покрытием.

При грамотном применении добавок можно получить экономически полезный продукт, обладающий улучшенными эксплуатационными свойствами.

Виды фиброволокна для бетона и его свойства

Введение в бетон модификаторов в виде фибр способствует повышению эксплуатационных и рабочих характеристик. Механические качества композитных материалов, армированных волокнами, зависят от типа добавки, объема и размера элементов.

Стальное волокно

Металлические волокна, используемые в качестве арматурного каркаса, изготавливаются различными методами:

• электромеханическим;
• механическим;
• из расплавленного металла, формованием.

Наибольшее распространение получили механические способы, применяя которые получают следующие виды материалов:

1. Проволочные волокна, представляющие собой отрезки тонкой проволоки длиной 10-50 мм.
2. Листовые фибры получают методом фрезерования тонкого листа металла.
3. Сверхтонкие изготавливают путем экструзии расплава и последующим волочением через алмазные фильтры.

Стальное волокно.
Преимущества дисперсного армирования металлическими фибрами:

• повышается сопротивление динамическим и статическим нагрузкам;
• трещиностойкость;
• износостойкость;
• сейсмостойкость;
• морозостойкость.

При содержании волокон 0,5% и более повышается удобоукладываемость смесей. С увеличением объема добавки в диапазоне 02-0,8% наблюдается улучшение предела прочности на растяжение-сжатие.

Стеклянное волокно

Эту группу добавок производят из силикатных материалов и расплавов вулканических горных пород. Стекловолокно имеет длину 20-40 мм и диаметр 10 мкм. Главная его особенность — высокая прочность на растяжение-сжатие (1500-3000 МПа). Модуль упругости таких модификаторов в несколько раз выше, чем у бетона.

Для цементных матриц используются стеклянные нити, сплетенные в жгуты. Жгут делят на отрезки равной длины, точные размеры которых задаются технологической картой.

Асбестовое волокно

Для армирования бетона используют срезы волокон, вуали, холсты и материалы в виде нетканых сеток.

Асбестовые фибры обладают следующими качествами:

• высокой прочностью (300 кгс/мм²);
• огнестойкостью (до 1500 °С);
• стойкостью к воздействию щелочной среды (9,0-10,1 pH);
• низкой электро- и теплопроводностью (0,045-0,065 Вт/м∙К);
• долговечностью.

При армировании бетона используются срезы волокон и материалы в виде нетканых сеток.
Прочность асбестовой фибры при растяжении превышает аналогичные свойства стали.

Базальтовая фибра

Базальтовое волокно представляет собой отрезки равной длины, получаемые из расплавленного природного камня вулканического происхождения.

Введение присадок улучшает следующие показатели:

• трещиностойкость — в 2 раза;
• морозостойкость — до 500 циклов;
• ударостойкость — в 5 раз;
• модуль упругости — на 30-40%;
• на 20-50% — прочность на сжатие;
• водонепроницаемость — на 50%.

Базальтовые фибры обеспечивают высокую адгезию с цементной матрицей, не корродируют и не воспламеняются под действием открытого огня.

Полипропиленовое волокно

Полипропиленовая фибра — стойкий к щелочам материал, совместим с цементными и гипсовыми вяжущими.

Представляет собой синтетические волокна диаметром 0,02-0,038 мм. Изготавливают фибру из полипропиленовой пленки путем резки и скручивания в жгуты. Жгут делят на отрезки длиной 0,3-0,5 мм. В бетонном растворе плетение раскрывается и создает сетчатую структуру.

Использование полипропиленовой фибры позволяет:

• увеличить водонепроницаемость;
• морозостойкость;
• прочность на растяжении при изгибе;
• повысить показатели усталостной и ударной прочности;
• термостойкости;
• износостойкости;
• улучшить качество основания бетонных изделий;
• усилить способность противостояния знакопеременным нагрузкам;
• исключить расслаивание смесей.

Волокно полипропиленовое на 60-90% снижает риск трещинообразования и сокращает усадку бетона.

Сфера применения

Выбор технических решений по дисперсному армированию зависит от типа используемых волокнистых материалов.

Так, например,

базальтовая фибра

износоустойчива, поэтому подходит для укрепления конструкций, применяемых в местах с повышенными требованиями к механическим воздействиям:

• производственные площадки;
• промышленные полы;
• пешеходные дорожки с интенсивным движением и т.д.

Устойчивость базальтового волокна к химическим факторам и сейсмостойкость позволяет его использование в следующих сферах жилищного и промышленного строительства:

• при возведении гидротехнических сооружений;
• в работах по берегоукреплению;
• при устройстве сейсмостойких конструкций;
• взрывоопасных объектов;
• в производстве химически стойких железобетонных труб для транспортировки агрессивных жидкостей.

Базальтовая фибра широко применяется в различных сферах жилищного и промышленного строительства.
Базальтовая фибра — незаменимый компонент в производстве газобетона, пенобетона и другой продукции из ячеистых бетонов, а также служит структурообразующим материалом при изготовлении фигурных изделий для малых архитектурных форм.

Сталефибробетон применяют

в строительстве сооружений, требующих повышенной прочности:

1. Монолитные конструкции: автомобильные дороги, промышленные полы, стяжки и т.д.
2. Водоотбойные дамбы, волнорезы, ирригационные каналы, емкости для жидкостей, тоннели.
3. Оборонительные сооружения.
4. Железобетонные конструкции: изготовление сборных фундаментов, свай, стеновых панелей, балок, колонн, трубопроводов.
5. Строительство дорожных, аэродромных и тротуарных покрытий.

Использование полипропиленовой фибры

рекомендуется при выполнении следующих видов работ:

• устройство промышленных полов и стяжек;
• устройство наружных стен, изоляции на основе блоков ячеистых бетонов;
• изготовлении штучных декоративных изделий (тротуарная плитка, бордюр);
• приготовление растворов, торкрет смесей, штукатурок.

Асбестовые волокна

применяют для армирования материалов с низким значением упругости:

• кровельные волнистые и плоские покрытия;
• безнапорные и напорные трубы;
• укрепляющие модифицирующие добавки для верхнего слоя бетона;
• декоративные фасадные плиты;
• ремонтные составы, асфальтовые смеси.

Стеклянную фибру

применяют для строительства домов, канализационных колодцев и др. Однако недостаточная устойчивость волокон к воздействию среды гидратирующего цемента ограничивает ее применение.

Расход материала

В каждом конкретном случае расход фиброволокна разный. Это объясняется разными сферами эксплуатации готовой конструкции и различным уровнем силового и механического воздействия. Расход фибры для строительных смесей представлен в таблице:

Способы смешивания

Производство бетонных конструкций своими руками методом дисперсного армирования вмещает в себя 3 основных этапа:

1. Подготовка фибровой арматуры.
2. Приготовление композита.
3. Формование изделий.

При использовании модификаторов повышается жесткость смесей. В результате бетон теряет подвижность и становится трудноукладываемым.

Добавление полипропилена

Непременное условие для получения композиций, имеющих высокую прочность и устойчивость, — это равномерная подача фиброволокна в бетономешалку.

Порядок выполнения работ:

1. Вначале осуществляется добавление наполнителя, щебня или гравия.
2. Затем засыпают песок и всухую перемешивают.
3. Не отключая бетоносмеситель, вводят требуемый объем полипропиленовых фибр.
4. Добавляют цемент и воду с растворенными в ней пластификаторами.
5. Продолжают мешать до получения однородного состава.

Введение базальта

Для достижения хорошей адгезии и требуемого эффекта армирования подбирается оптимальный диаметр и длина волокон.

Инструкция по изготовлению базальтофибробетона:

1. В бетономешалку засыпают песок и щебень.
2. Вводят необходимое количество добавки и перемешивают.
3. При включенном агрегате заливают в смеситель воду.
4. Добавляют цемент.
5. Продолжают замес до получения нужной консистенции.

Если изделия готовят на основе гипсового или цементно-песчаного раствора, то армирование выполняют в последнюю очередь.