Фибробетон – бетон с фиброволокнами

Фибробетон относится к группе искусственных бетонов - композитных материалов, состоящих из смеси цемента, наполнителя и дискретных, равномерно диспергированных по объёму волокон. Такой волокнистый бетон обладает существенными преимуществами. При этом непрерывные сетки, тканые материалы и длинные арматурные стержни дискретными волокнами не считаются.

Свойства фиброволокна

Данный материал представляет собой тонкие прутья, круглые или плоские. Основную характеристику сечения фиброволокна часто описывают так называемым «соотношением сторон». Соотношение сторон волокна - это отношение его длины к наибольшему размеру поперечного сечения. Для большинства марок фибробетона это соотношение находится в пределах 30…150.

Наличие в толще бетона волокнистых образований приводит к повышению структурную целостности материала. Фиброволокна представляют собой короткие прерывистые слои, поэтому отличаются равномерностью своего распределения, но беспорядочным ориентированием. Этим определяются и эксплуатационные свойства фибробетона. Волокнистая арматура в основном применяется при укладке торкретированного бетона, когда используется подача материала при помощи воздуха высокого давления, но также может применяться и при традиционных способах заливки.

Механизм работы фиброволокон в армированном бетоне состоит в том, что волокна уменьшают абсорбцию воды. В результате увеличивается износостойкость бетона от сил трения и его сопротивление разрушению. Вместе с тем наличие фиброволокон в структуре не приводит к повышению прочности материала на изгиб. Количество волокон, добавляемых в исходную смесь, измеряется в процентном соотношении к суммарному объёма фракции V. Обычно V находится в пределах 0,1…3%.

Если модуль упругости волокна выше, чем бетонной матрицы, то результирующий показатель прочности на растяжение увеличивается. При этом отдельно рассматривают сопротивление фибробетона на изгиб и вязкость самой матрицы. Если фиброволокна слишком длинны, то они увеличивают неравномерность механических характеристик конечного продукта, и это часто создаёт проблемы с обрабатываемостью.

Недавние исследования показали, что использование фиброволокон в бетоне оказывает некоторое влияние на ударную прочность и вязкость материала. Это влияние тем сильнее, чем меньше размеры фиброволокон.

Получение и применение фибробетона

Бетон, армированный фиброволокном, в основном используется для укладки полов и тротуаров, но может предусматриваться и для более широкого спектра применений; при производстве строительных балок, фундаментов, в качестве бетонной основы для прокладки водостоков и т.д. Укладка фибробетона может производиться как раздельно, так и в сочетании с традиционным бетоном.

Применение фибробетона оправдано в следующих случаях:

• Требуется повысить прочность бетона на разрыв.
• Необходимо снизить количество воздушных пустот.
• Для увеличения равномерности свойств в продольном и поперечном направлениях.
• Для повышения длительной прочности изделия.

Признано также, что добавление небольших (близко расположенных и равномерно диспергированных) фиброволокон к бетону действует в качестве ограничителя трещин и существенно улучшает динамические свойства.

При расчёте количества фиброволокон, которые будут использоваться в качестве добавок, учитывается:

• Относительная жёсткость матрицы. Модуль упругости матрицы должен быть значительно ниже, чем для фиброволокна: только так возможен эффективный перенос напряжения. Однако низкий модуль упругости некоторых видов волокон (например, нейлона или полипропилена) хотя и не повышает прочность, зато эффективнее поглощает энергию, что увеличивает прочность фибробетона к знакопеременным динамическим нагрузкам;
• Объём введённого в бетон фиброволокна. С увеличением этого параметра пропорционально растут характеристики прочности и ударной вязкости материала. Отмечено также, что при росте процента фиброволокон увеличивается прочность на растяжение и вязкость композита. Кроме того, использование повышенного процента волокна может вызвать выделение воды на поверхности;
• Соотношение размеров фиброволокна. Установлено, что критическим значением соотношения длины волокна к его поперечному размеру является 75±%; выше этого прочность и вязкость фибробетона снижаются;
• Ориентация волокон. Поскольку в фибробетоне волокна ориентированы случайным образом, то прочностные характеристики железобетона (где арматура уложена в строго определённом порядке) выше, чем фибробетона.

Таким образом, использование фибробетона целесообразно в конструкциях, испытывающих умеренные статические напряжения, но зато подверженных в процессе эксплуатации ударным нагрузкам.