Готовые решения

Строим из фибробетона

Повышение качественных показателей бетона за счет применения дисперсного армирования

Уже давно люди начали использовать разные армирующие элементы (металлические прутья, стальные стержни и т.д.) для улучшения качества строительных растворов и бетонов. Благодаря идеям и новшествам в строительных технологиях, появилась возможность увеличить прочность и другие качественные характеристики бетона и растворов с помощью полипропиленового фиброволокна.

Оно имеет массу преимуществ перед металлической арматурой. Главной функцией фибры является ее способность не разрушаться в кислотной и щелочной среде. Это дает возможность применять фиброволокно в разных смесях, например: гипсовых, цементно-песчаных, газо- и пенобетоне и т.д. Незаменимым будет его использование в качестве арматурных компонентов, когда нужно повысить прочность и эластичность конструкции, защиту от ударов, а также предотвратить деформацию здания в случае просадки. Кроме этого, фибра обеспечивает дополнительную огнестойкость бетона и улучшает его способность выдерживать высокие температуры. Фиброволокно повышает связывающие характеристики любого раствора и бетона и позволяет равномерно выполнять армирование будущей конструкции. Происходит это путем равномерного перемешивания и распределения волокон фибры по всему составу изготавливаемого изделия. После высыхания, изделия сохраняют нужную форму, не деформируясь. Достигается это благодаря тому, что микро-волокна берут на себя всю силу растяжения и усадки. Фиброволокно способно избавить от трудоемких процессов армирования, поэтому везде, где нужно предотвратить образование трещин и деформации, а также обеспечить минимальную усадку материала, рекомендуется применять полипропиленовые волокна.
В области дисперсного армирования бетона были проведены разносторонние исследования не только национальными, но и международными организациями, с целью улучшения его свойств, таких как предел прочности при растяжении, ударная прочность, устойчивость к истиранию, морозостойкость, остаточная прочность растяжения при изгибе. Для этого использовались различные типы фибры, в том числе на основе стали, органических и неорганических материалов, различной формы, длины, поверхностной шероховатости и т.д.
Полиолефиновые волокна представляют собой новый коммерческий синтетический продукт. Современные процессы коэкструзии позволяют производить волокна, имеющие оболочку и сердцевину. Так называемые двухкомпонентные волокна состоят из двух различных полимеров: ядро, которое покрыто оболочкой определенной толщины. Это позволяет оптимизировать материал поверхности и сердцевины волокна. Кроме того, дорогие компоненты могут быть использованы в уменьшенном объеме, либо в оболочке или только в ядре.
Полиолефиновые волокна являются гидрофобными и имеют поверхность, которая плохо смачивается водой. Прочность сцепления между волокном и цементным камнем, а также трение между ними являются основными источниками, мешающими движению волокон. Образцы, содержащие полиолефиновые волокна и микрокремнезем имеют более высокий предел прочности при одноосном растяжении, а плотность цементного камня и, соответственно, трение между волокнами и бетоном могут быть повышены за счет снижения водоцементного отношения или введения уплотняющих добавок.

В настоящее время производителем Brugg Contec AG разработаны принципиально новые синтетические волокна: синтетическое двухкомпонентное макро-волокно Concrix и микро-волокно Fibrofor High Grade.

 

Concrix - двухкомпонентная высокопрочная синтетическое макро-волокно в качестве альтернативы стальной арматуре.

Concrix - это синтетические высокопрочные волокна, разработанные в Швейцарии и сочетают в себе все преимущества стальных волокон, в первую очередь высокой прочностью, а также обладают коррозионной стойкостью. Секрет Concrix связан с его уникальной, двухкомпонентной структурой волокна, повышением степени кристалличности, высоким модулем упругости сердцевины волокна и включением специальных добавок. Кроме того, поверхность волокна структурирована наномодифицированной оболочкой в результате чего волокна имеют хорошую связь с бетоном.

Для простого применения и дозировки, волокна упаковываются в упаковку PowerPak, которую просто подмешивают в свежий бетон. Плёнка упаковки растворяется в течение нескольких секунд без последствий, после чего волокна освобождаются и распределяются равномерно. Около 130 000 волокон 
на 1 килограмм Concrix обеспечивают оптимальное распределение и трёхмерное армирование.

Среди основных преимуществ Concrix следует отметить:

  1. Высокая прочность при растяжении и изгибе, отличное поведение при усадке;
  2. Высокая остаточная прочность на изгиб (трещинопрерывающая функция);
  3. Возможность уменьшения толщины плиты за счет ее армирования фиброй;
  4. Повышает защиту от истираемости (износостойкость);
  5. Простота в работе благодаря малому весу и отсутствие необходимости укладки арматуры;
  6. Высокая степень деформации без повреждений и трещин;
  7. Полнотелое беспрерывное армирование, предупреждает сколы на углах примыканий деформационных швов;
  8. Отсутствие коррозии;
  9. Устойчивы к щелочам и агрессивным средам.

 

Fibrofor High Grade – (микро-волокно пучкообразное), фибриллированное микроволокно, служащее в качестве конструктивного армирования бетона.

Fibrofor High Grade - модернизированное, пучкообразное, фибриллированное, высокоэффективное волокно, служащее в качестве конструктивного армирования бетона. Благодаря шероховатой поверхности гарантирует эффективное закрепление внутри бетона и гарантирует быстрое трехмерное распределение по всей матрице во время процесса смешивания.

Добавление Fibrofor High Grade в бетон позволяет уменьшить глубину проникновения воды на 25 %, а образование трещин на 87 % (по данным Института EMPA, Швейцария).

Федеральная трасса г. Калининград - круговое движение
Федеральная трасса г. Калининград - круговое движение

Цементобетонные покрытия автомобильных дорог являются наиболее долговечным видом покрытий. В России проектный срок службы цементобетонных покрытий составляет 20-25 лет (за рубежом – 40-50 лет), асфальтобетонных 10-15 лет. Реальный, фактический межремонтный срок службы покрытий в условиях России, по ряду объективных и субъективных причин, намного ниже проектного. Поэтому повышение долговечности цементобетонных покрытий является актуальной задачей. Наиболее перспективным в настоящее время является дорожный цементный бетон с прочностью на растяжение при изгибе, его расчётной характеристикой, соответствующей по величине классу не ниже Вtb4,8 (марок не ниже Ptb60). Эта величина прочности бетона определяет высокую несущую способность покрытий, их выносливость и трещиностойкость.
Такая прочность дорожного бетона обеспечивается при использовании стандартных, выпускаемых отечественной промышленностью материалов за счёт снижения водоцементного отношения до величин 0,28-0,38, использования комплексных химических добавок (воздухововлекающих добавок и суперпластификаторов) и армирования различной фиброй. При этом прочность бетона на сжатие соответствует классам не ниже В35 (маркам не ниже М450), что, в свою очередь, определяет высокую износостойкость цементобетонного покрытия, стойкость против скалывания на кромках плит и к истиранию, готовность покрытия к нарезке деформационных швов в установленные технологическими правилами сроки, к раннему открытию движения автотранспорта и др.
Проблема шелушения поверхности цементобетонных покрытий, образования колеи износа, выбоин и трещин в большинстве случаев связана с низкой морозостойкостью и истираемостью бетонов. В период эксплуатации дорожный бетон подвергается интенсивному воздействию не только транспортных нагрузок, но и попеременному замораживанию и оттаиванию в соляных растворах. Применение полимерной фибры при приготовлении бетонной смеси и обработка поверхности цементобетонных покрытий гидрофобизирующими составами позволяет значительно улучшить физико-механические свойства дорожного бетона и повысить его долговечность.

Испытания на прочность (таблица 1) и морозостойкость (таблица 2), а так же истираемость (таблица 3) дорожного фиброцементобетона, приготовленного с применением полимерной фибры швейцарской компании «BruggContec AG» микро-фибра Fibrofor High Grade и макро-фибра Concrix, проведенные Московским государственным строительным (2015 г.) и Московским автомобильно-дорожным государственным техническим университетами (2016-2017 гг.), показали что использование фибры увеличивает прочность на растяжение при изгибе до 20 %, в том числе после попеременного замораживания-оттаивания в 5%-ном растворе хлорида натрия (использовался 3 метод), а так же позволяет уменьшить истираемость бетонного покрытия до 60 %.
Таблица 1
Прочность бетона при сжатии и прочность на растяжение при изгибе
№ п/п Состав Количество фибры Прочность при сжатии, МПа Прочность на растяжение
при изгибе, МПа
Соответствие классу по Btb,
28 cут.
7 сут. 28 сут. 7 сут. 28 сут.
1

Контрольные образцы

нет 44,6 49,7 3,52 4,61 B35-B40
2

С фиброй Fibrofor High Grade

1 кг/м3 48,2 56,7 3,93 5,63 B40-B45
3

С фиброй Concrix

4,5 кг/м3 47,4 50,3 4,25 5,89 B35-B40
 
Таблица 2

Прочность бетона при сжатии после попеременного замораживания-оттаивания в 5%-ном растворе хлорида натрия

Основной образец
(20 циклов), МПа

соответствие морозостойкости,

С микрофиброй 
Fibrofor HG 190 
(37 циклов), МПа

соответствие морозостойкости

С макрофиброй 
Concrix ES 50
(37 циклов), МПа

соответствие морозостойкости

43,1

F2200

50,6 (+17 %)

F2300

53,0 (+22 %)

F2300

 
Таблица 3

Сравнительное испытание истираемости дорожных покрытий из фиброцементобетонов под действием шиповоной резины на универсальном комплексе «КАРУСЕЛЬ»

№ п/п

Состав

Количество фибры

Истираимость бетонной плиты после 90000 проходов колеса, мм

Соответствие классу истираимости

1

Контрольные 
образцы

нет

10,1

 

2

С фиброй 
Fibrofor High Grade

1 кг/м3

4,7 
(глубина колеи уменьшилась 
на 53 %)

Класс истираемости не определялся

3

С фиброй 
Concrix

4,5 кг/м3

4,8 
(глубина колеи уменьшилась 
на 52 %)

Класс истираемости не определялся

Испытания на кольцевом стенде МАДИ показали, что применение при приготовлении бетонной смеси микро-фибры Fibrofor High Grade  или макро-фибры   Concrix  позволяет повысить трещиностойкость плит цементобетонных покрытий под действием динамических нагрузок. Так, после 90 тыс. проходов колеса с шипованной резиной из 6 плит, изготовленных из бетона без добавления фибры, без трещин осталась только одна плита. Из 6 плит, приготовленных из бетона с макро-фиброй Concrix, без трещин оказалось 3 плиты после завершения испытания на истираемость. Из 6 плит, приготовленных из бетона с микро-фиброй Fibrofor High Grade, без трещин оказалось 4 плиты. Только две плиты были с трещинами после завершения испытания на истираемость.

В период с 11 по 14 июля 2017 г. на территории Расвумчоррского и Кировского рудников КФ АО «Апатит» проведены опытно-промышленные испытания ускорителя Centrament Rapid 653, пластификатора TechniFlow 73, модификатора вязкости Centrament VMA2 и двухкомпонентного синтетического макро-волокна Concrix производства Brugg Contec AG в составе набрызгбетона при креплении горных выработок.

По результатам испытаний составлены и утверждены акты и получены следующие результаты (таблица 4).
Таблица 4

Испытываемый продукт

Расход ускорителя, кг/м3

Толщина наносимого слоя

Остаточная прочность на растяжении при изгибе, МПа

Прочность на одноосное сжатие, МПа

Прочность на растяжение при изгибе, МПа

1

Пластификатор базовый, 
Фибра базовая,
Ускоритель базовый

22,6

стенки 
3-5 см
кровля
3-4 см

1,8

29,8

4,1

2

Пластификатор
TechniFlow 73
ФибраConcrix,
Ускоритель
Centrament Rapid 653
Модификатор вязкости
Centrament VMA2

14,64

стенки 
5-7 см
кровля
2-4 см

1,9

33,3

4,1

 
Промышленный цех "FATZER", Швейцария
Трамвайные пути в Будапеште, Венгрия
Аэропорт Malpenza, Милан, Италия
Железнодорожный тоннель