Фибробетон и его особенности

Фибробетон – это бетон, армированный дисперсными волокнами (фибрами). Он имеет повышенные трещиностойкость, прочность на растяжение, ударную вязкость и сопротивление истираемости. Изделия из этого бетона можно изготавливать без армирования специальными сетками и каркасами, что упрощает технологию приготовления изделий и снижает их трудоемкость.

Кроме металлических волокон можно применять стеклянные, базальтовые, асбестовые и др. Стеклянные волокна обычно имеют диаметр порядка нескольких десятков микрометров и длину 20–40 мм. Такие волокна обеспечивают высокую прочность на растяжение (1500–3000 МПа) и повышенный модуль упругости бетона. Недостаток стекла – разрушение в щелочной среде цементного камня.

Для армирования цементного камня применяются асбестовые волокна. Этими волокнами армируют изделия в заводских условиях по специальной технологии. Асбестовые волокна имеют ряд ценных свойств: высокую прочность, огнестойкость, стойкость к агрессивным воздействиям щелочей и долговечность. Материалы, армированные асбестовым волокном, получили название асбестоцемента.

Для армирования ячеистых бетонов, гипсобетонов и других материалов с низким модулем упругости используют полимерные волокна. Их модуль упругости меньше, чем у цементного камня, а температурный коэффициент линейного расширения в 3–9 раз выше. Многие из этих волокон недостаточно хорошо сцепляются с цементным камнем, поэтому требуется применение специальной фибры периодического профиля или наносить на волокна покрытие.

Стальной или неметаллической фиброй армируют чаще мелкозернистые бетоны, иногда цементный камень. Эффективность армирования бетона зависит от содержания фибры и расстояния между волокнами.

Дисперсное армирование достаточно эффективно приостанавливает развитие волосяных трещин лишь при расстоянии между волокнами не более 10 мм, поэтому при применении в бетоне крупного заполнителя, не позволяющего расположить дисперсные волокна достаточно близко друг к другу, снижается эффективность такого армирования.

Стальные фибры вводят в бетонную смесь обычно в количестве 1–2,5 % объема бетона (3–9 % по массе, что составляет 70–20 кг фибры на 1 м3 смеси). В этом случае повышается прочность бетона на растяжение на 10–30 %, сопротивляемость бетона ударам, увеличивается его предел усталости и износостойкость. Стеклянные волокна в бетонную смесь вводят в количестве 1–4 % объема бетона. Они, как и стальные волокна, имея высокий модуль упругости, обеспечивают повышение прочности бетона на растяжение и его трещиностойкость.

При армировании бетона дисперсными волокнами его разрушение происходит не сразу, а постепенно. В начале в бетоне образуются микротрещины, число которых постепенно увеличивается. А образование большой трещины происходит при более значительной величине деформаций, чем в обычном бетоне. Фибра как бы поддерживает бетон, помогает ему сопротивляться растягивающим напряжениям.

При воздействии механических или тепловых ударов фибра долгое время обеспечивает бетону защиту арматуры или более глубоких слоев и не выкрашивается с поверхности. Подобный характер поведения бетона при нагружении способствует повышению надежности работы дисперсно-армированных изделий в особых случаях эксплуатации.

Введение волокон в бетонную смесь является важной операцией. Бетонная смесь с фиброй склонна к комкованию, а также фибры могут образовывать в бетонной смеси «ежи», что резко ухудшает качество бетонной смеси и не обеспечивает необходимого уплотнения бетона в изделии, поэтому для приготовления бетонной смеси используют различные приемы: вводят фибру в последнюю очередь в предварительно перемешанную смесь цемента, воды и заполнителя или смешивают сначала заполнители и волокна, а затем добавляют цемент и воду.

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. Защитные покрытия фибры способствуют повышению ее коррозионной стойкости и улучшению сцепления между фиброй и бетоном, тем самым на 20–40 % улучшают прочность фибробетона на растяжение и его трещиностойкость.