Фиброволокно (фибра)

Приключения фибробетона на родине

Какова ситуация со сталефибробетоном в нашей стране?

Как известно, пророков в своем отечестве, особенно в России, не бывает. Даже специалисты по железобетону, если что-то и слышали о патенте В.П. Некрасова, о массовом применении сталефибробетона за рубежом, тем не менее никаких усилий по его внедрению в отечестве не предпринимали.

Инициативу проявило руководство ЗАО «Курганстальмост» — предприятие, производившее стальные конструкции для мостов. Побывав в Германии, оно узнало о сталефибробетоне и решило наладить производство фибры для экспорта в эту страну, где спрос на нее был очень высок.

И лишь через некоторое время фибру начали приобретать и российские строители. Чтобы поспособствовать этому, на заводе проводилась исследовательская работа по влиянию фибры на бетон, разрабатывались необходимые для ее использования документы. Так, совместно с Научно-исследовательским, проектно-конструкторским и технологическим институтом бетона и железобетона (НИИЖБ) (г. Москва) были разработаны «Руководящие технические материалы (РТМ 17-01)», содержащие рекомендации по проектированию, изготовлению и применению конструкций из сталефибробетона на основе фрезерованной фибры.

НИИЖБ разработан также Свод правил по проектированию сталефибробетонных конструкций (СП 52-104-2006. Сталефибробетонные конструкции).

Проделанная работа дала неплохие результаты. Курганскую фибру уже применяют в Москве, Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, Перми, Тюмени, Уфе, и «география» постоянно расширяется.

Перспективно использование стальной фибры в цементных смесях, предназначенных для ремонта разрушающихся железобетонных изделий. Для этой цели особенно рекомендуется жесткая стальная фибра, получившая название «Эмако Фаст Файбер».

Цементная смесь с такой фиброй позволяет ремонтировать железобетонные конструкции, подверженные ударным воздействиям или высоким динамическим нагрузкам.

Также ее рекомендовано использовать в случаях, когда возникает необходимость усиления железобетонных конструкций без установки дополнительной арматуры.

На что обращать внимание при покупке фибры

Покупка некачественной фибры — не только напрасная трата денег, но и риск испортить конструкцию. Бетонные сооружения изготавливаются с расчетом на прочность и долгий срок службы. Использование некачественных материалов может привести к значительным убытками.

Например, на рынке встречается полипропиленовая фибра кустарного производства. На вид она мало отличается от заводской фибры, но изготавливается с нарушением технологии. В качественной фибре есть такой компонент, как замасливатель. Он препятствует комкованию волокон и способствует их равномерному распределению в растворе. Поддельная фибра скомкуется, и образования трехмерного каркаса в толще бетона не произойдет, а значит, бетон не получит тех свойств, которые ожидались при добавлении фибры. «Сэкономив» несколько рублей, можно понести существенные убытки.

Чтобы избежать таких ситуаций, приобретайте фибру проверенных производителей у надежных поставщиков.

Фибра для бетона: что это такое и для чего предназначена

Рубрики :Статьи

С недавних пор в строительном лексиконе появилось такое понятие, как фибра – буквально с самого начала ее появления этот уникальные материал стал в буквальном смысле незаменимым в строительстве. Это армирующая добавка в бетон, которая в значительной мере улучшает характеристики данного материала. О ней и пойдет разговор в данной статье, в которой мы разберемся с вопросами: что такое фибра для бетона, где она применяется, какой бывает и как используется в частном строительстве.

Коротко на вопрос, что такое фибра для бетона, можно ответить следующим образом – это микроволокна. Хотите, назовите их волосками, но суть и принцип работы их от этого не изменится – в бетоне они играют роль дополнительной связки. Они выполняют практически ту же функцию, что и арматура, только на микроуровне – в некоторых случаях они даже полностью могут заменить арматурный каркас в бетоне и при этом его прочность ни капли не пострадает, что уже само по себе является преимуществом. Ни много ни мало, это дает существенную экономию при строительстве. Где приемлема такая экономия?

1. В первую очередь при изготовлении бетонных полов, на которые предполагается малая и средняя нагрузка – добавленной в раствор фибры вполне хватает для того, чтобы предотвратить растрескивание поверхности и в процессе ее застывания, и в процессе эксплуатации.
2. Монолитное строительство. Здесь фибра используется не для уменьшения себестоимости, а для улучшения характеристик конструкции – ее применяют совместно с арматурным каркасом. Таким образом возводят не только стены или железобетонный остов дома, но и его фундамент, и перекрытия, и даже сваи.
3. Не обходится без использования фибры и процесс изготовления различного рода декоративных изделий из бетона – здесь она позволяет облегчить изделие до максимального возможного уровня. Ярким примером изделий этого типа являются фиброцементные панели для фасада, которые способны противостоять даже сейсмической активности. Кроме того, с использованием фибры создают небезызвестные еврозаборы.

В общем, область применения фибры для бетона весьма обширная – можно сказать, что в современном строительстве на сегодняшний день это незаменимый материал. Таким он стал благодаря массе своих преимуществ.

Зачем бетону волокна?

Зачем понадобились эти волокна в бетонных изделиях?

Всем известно, что бетоны на основе портландцемента, армированные прутковой стальной арматурой, превращаются в железобетон. Но прутковая арматура, повышая прочность железобетонных изделий на растяжение, мало влияет на сопротивление изгибу и трещиностойкость.

Наряду с этим введение арматуры в цементные смеси — так называемые арматурные работы, то есть изготовление из прутков сеток, каркасов, установка их в проектное положение, закрепление, — требует значительных трудовых затрат.

Для устранения этих изъянов традиционного армирования прутковой арматурой еще в 1909 г. российским ученым В.П. Некрасовым было предложено армировать бетон стальными волокнами (второе их название — фибра) и даже был получен первый в мире патент. Фибра равномерно распределяется по всему объему бетонной смеси, что обеспечивает равную прочность всех элементов бетонного изделия. Следствием этого является повышение и прочности на изгиб, и трещиностойкости.

Однако данный патент, как и многие другие российские изобретения, не был замечен, и долгое время армирование стальной фиброй не использовалось.

Лишь через 50 лет, в начале 60-х гг. прошлого века, в Японии независимо от российского патента появилась идея армировать бетон стальной фиброй и было придумано название материала — фибробетон.

Почувствовав колоссальные преимущества такого бетона перед обычным железобетоном, японцы в 1960 г. в рамках Японской ассоциации по цементу учредили Комитет по изучению фибробетона, задачами которого являлись исследование его свойств, подготовка руководящих материалов по его изготовлению и применению.

Такое внимание к этому материалу в Японии было проявлено потому, что уже первые исследования показали: здания, каркас которых возведен из фибробетона, более устойчивы к сейсмическим воздействиям, чем аналогичные здания, построенные из традиционного железобетона. Дополнительно были установлены повышение сопротивления прогибу, снижение водопроницаемости

А с 1973 г. в Японии началось промышленное производство стальных волокон и, можно сказать, массовое строительство с их использованием не только сейсмостойких зданий, но и других сооружений.

Так, в 1980 г. Японская ассоциация по тоннелестроению опубликовала «Руководство по проектированию и изготовлению сталефибробетона, предназначаемого для отделки тоннелей, для конструкций дорожной одежды и плотин».

Японское общество инженеров гражданского строительства издало «Руководство по подбору состава и приготовлению сталефибробетона».

Все это привело к тому, что в настоящее время в Японии в строительстве используется преимущественно сталефибробетон, а не обычный железобетон.

В больших объемах сталефибробетон стал использоваться в Австралии, Великобритании, Германии, США, Франции. Опыт этих стран также убедительно доказал технико-экономические преимущества применения сталефибробетона в строительстве дорог, тоннелей, морских нефтедобывающих платформ, плотин, устройстве промышленных полов.

Для обеспечения потребностей в сталефибробетоне за рубежом производится около 400 тыс. т строительной фибры.

Разновидности фибры для стяжки и ее особенности

Существует не так уж и много разновидностей фибры – среди основных можно выделить всего четыре варианта.

1. Фибра стеклянная. После укладки эти волокна становятся хрупкими, что для серьезных бетонных конструкций недопустимо – именно по этой причине фибра данного типа применяется в основном для отделочных работ – ее добавляют в различного рода структурную и декоративную штукатурку. В процессе приготовления раствора для ненагружаемых поверхностей фибра из стекла позволяет сэкономить до 15% цемента и до 20% снизить содержание воды в растворе. Стандартным расходом этой фибры является 1 кг на кубический метр раствора.

2. Базальтовая фибра. Она отличается такими качествами, как стойкость к воздействию химических реагентов, нетоксичность и несклонность к горению. В отличие от всех других видов фибры для армирования, этот материал работает немного не так – он не армирует раствор. Базальтовая фибра для бетона растворяется при контакте с цементом и, вступая с ним в реакцию, упрочняет раствор химическим способом. Фибра данного типа получила широкое применение для изготовления жаростойких конструкций из бетона. Расход этого материала при стандартных условиях составляет 1,5 кг на кубический метр бетона. Как и предыдущий материал, фибра из базальта позволяет сократить количество цемента в бетоне на 15% и вод на 20% соответственно.

3. Полипропиленовая фирма для бетона. Это самый распространенный материал для армирования бетона – он характеризуется очень высокими показателями и позволяет увеличить прочность обычного бетона в несколько раз. Мало того, полипропиленовая фибра является отличным способом предотвратить растрескивание бетона как в процессе застывания, так и во время его эксплуатации. Характеризуется повышенными техническими характеристиками и позволяет повысить прочность бетона в несколько раз, защищая его от образования трещин. Самое интересное, что фибра этого типа без потери своих качеств служит столько же, сколько и сам бетон. В большинстве случаев полипропиленовая фибра применяется для армирования полов, фундаментов и стен из бетона – ее стандартный расход составляет 1 кг на кубический метр бетона, но в зависимости от необходимых характеристик, может изменяться в большую или меньшую сторону.

4. Стальная фибра. Еще один популярный материал этого типа, который получил признание благодаря своей низкой стоимости – кроме того, стальная фибра для бетона является универсальным материалом, который может использоваться для изготовления бетоноконструкций любого типа. Как и все другие материалы, эта разновидность фибры в несколько раз увеличивает прочность и надежность бетона – мало того, она защищает его от разрушений, вызванных воздействием природных факторов. Этот материал отличается сравнительно небольшим расходом – как правило, на кубический метр бетона его добавляют порядка 30-40 кг.

Существует и еще один вариант фибры, который применяется для усиления угловых соединений в бетонных конструкциях – анкерная фибра, которая представляет собой кусочки проволоки, изогнутые особым образом. Кроме того, все существующие варианты этого материала могут отличаться еще и своими размерами – длина фибры может быть 6, 10, 12, 18 и 20 мм, а толщина варьироваться от 0,3 до 0,5 мм.

Базальтовые волокна

Вторым видом волокон, которые уже сравнительно широко используются в качестве арматуры в бетонах на основе портландцемента, являются волокна, а точнее, базальтовые нити. Волокна получают, протягивая через фильеры расплавленный базальт — вулканическую изверженную горную породу, встречающуюся в ряде регионов России. А нить — это несколько волокон, спряденных вместе.

Чтобы не было путаницы, вместо термина «волокно» рекомендовано употреблять термин «элементарное волокно».

Эти волокна получают обычно диаметром около 10 мкм. Прочность волокон на растяжение достигает 100 МПа, модуль упругости 9000 — 11 000 кг/кв. мм, то есть они прочнее той стали, которая используется для изготовления прутковой арматуры.

НИИЖБ, в котором базальтовые волокна изучаются уже несколько лет, рекомендует использовать их для дисперсного армирования тонкостенных конструкций, монолитных полов, несъемной опалубки, ремонта автомобильных бетонных дорог, поврежденных железобетонных конструкций, особенно если повреждения вызваны химической агрессией.

Базальтовые нити применяются в качестве арматуры и в виде базальтовых армированных сеток, которые вырабатываются ажурным перевивочным переплетением из крученых базальтовых комплексных нитей.

Такие сетки в России производит ООО «Конверс Металлодизайн» (г. Москва). Размеры ячейки — 6×5 и 25×25 мм.

Сетка с ячейкой 5×6 мм предназначается для армирования штукатурки, чтобы предотвращать возникновение трещин, разрушений от ударов, для обустройства наливных полов.

Сетки с ячейкой 25×25 мм производит и АО «Судогодское стекловолокно» (г. Судогда, Владимирская область). Предназначаются они для армирования асфальтобетонных покрытий при строительстве и ремонте автомобильных дорог, бетонных взлетно-посадочных полос аэродромов, бетонных дорог, крупногабаритных бетонных сооружений, кладочных растворов при возведении кирпичных стен.

Из базальтовых волокон изготавливают еще базальтовые ткани, предназначаемые для армирования кровельных, гидроизоляционных и теплоизоляционных материалов.

Уникальные волокна под названием «Микрофибра базальтовая с астраленами» изготавливают в г. Санкт-Петербурге. Они представляют собой базальтовые волокна, на которые нанизаны углеродные наночастицы — астралены, аналоги знаменитых ныне фуллеренов, графенов — нанообъектов, за которые были присуждены Нобелевские премии.

Волокна нанофибры обеспечивают армирование бетона, а астралены — повышение прочности.

В заключение отметим, что ныне из базальтовых волокон изготавливают и прутковую арматуру, с успехом заменяющую прутковую стальную арматуру.

Пожалуй, наибольшее количество базальтовых волокон используется для производства теплоизоляционных материалов, например импортных PAROC, ISOROC, ROCKWOOL, WIRED MAT, URSA, российских ИЗОТЕК ЛАЙТ, ИЗОТЕК УЛЬТРА, ППЖ-ГС-200 и др.

Расход материала

Прежде, чем применять фибру, надо определиться с расходом металлической добавки для бетона. А это во многом будет зависеть от тех нагрузок, которым будет подвержена конструкция в будущем. Если они незначительные, то достаточно расхода от 15 до 30 кг на 1 куб бетона. При средних нагрузках значение следует увеличить до 40 кг. Если речь идёт о большом давлении на элементы, то потребуется расход фибры от 40 до 75 кг. При ещё более критических нагрузках это значение может достигнуть и 150 кг расхода металлического заполнителя на 1 куб бетонной смеси.

Количество используемой для приготовления бетона фибры можно увидеть в инструкции, приложенной к заводской упаковке. Наилучший результат применения добавки будет достигнут при правильном соотношении количества этого материала на 1 м3 бетона, цемента или сухой смеси. При производстве сборных изделий или во время монолитных строительных работ расход фибры может существенно отличаться.

Приведём нормы расхода фибрового волокна в часто употребляемых строительных смесях:

• Для приготовления бетона, пенобетона или других пористых конструкций, среднее потребление металлической фибры составляет от 500 гр до 900 гр/1 м3.
• При включении добавки в сухие штукатурные смеси — от 600 гр до 1 кг.
• В приготовлении состава для отлива декоративных камней фасадной облицовки, а также изделий из гипса — допускается использовать от 400 гр до 800 гр фибры.
• Бетонная смесь для автодорог включает металлического сырья от 1 до 1,5 кг/м3.
• Для стяжек под тротуарную плитку и изготовление малых архитектурных форм, можно использовать от 1,5 до 2,5 кг.

Исходя из приведённого списка видно, что средний расход фиброволокна составляет 0,4—1,5 кг на один куб бетона.

Другие виды фибровых добавок

Укрепляющий компонент для бетона может быть изготовлен не только из стали, но и из других основ. Более подробно ознакомимся с каждым из видов фиброволокна.

Базальтовая

Это добавка без запаха (в отличие от полипропиленовой), придаёт прочность конструкциям с пористой структурой, часто используется при создании гипсовых изделий, устойчива к высоким температурам. Эта фибра имеет более длинные волокна, чем остальные виды, поэтому расходуется индивидуально. Она, к примеру, совершенно не подходит для архитектурных форм, так как волокна могут проявляться на поверхности изделия.

Стекловолокно

Стекловолокно добавляют в бетон для придания ему пластичности. Оно отличается малым весом и с ним любят работать архитекторы, создавая объёмные и изогнутые декоративные элементы. Поэтому конструкции с добавлением стекловолокнистой фибры часто применяются при ремонте памятников.

Любой тип фибры, применяемый в бетонной смеси, повышает качество этого строительного материала в несколько раз, ведь этот компонент и создан для улучшения свойств бетона.

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.

Как приготовить фибробетон: особенности процесса

По большому счету, приготовить бетон, армированный фиброй, не так сложно – можно даже сказать, что просто, и этот процесс практически ничем не отличается от технологии изготовления обычного бетонного раствора. Как правило, приготавливаются такие растворы двумя способами.

1. Сухое смешивание компонентов. Здесь все просто – сначала в бетономешалку всыпаются сухие ингредиенты бетона, которые после тщательного перемешивания дополняются водой. Этот способ подходит для всех типов фибры, кроме базальтового материала.

2. Предварительное замачивание фибры в воде. Для базальтового материала это оптимальный вариант приготовления – фибра замачивается в воде и после некоторого перемешивания в нее добавляется цемент, благодаря которому она растворяется, а полученный состав служит своеобразным упрочнителем бетона. Дальше, когда фибра разойдется, добавляются все остальные ингредиенты бетона. Этот вариант приготовления раствора не подходит для металлической фибры – для нее лучше использовать сухую технологию смешивания. Для всех других разновидностей этого материала данный способ применять можно.

И тот и другой вариант приготовления бетона с фиброй предусматривает четкое соблюдение пропорций составных частей бетона, в особенности это касается жидкой его составляющей. Слишком много воды приводит к быстрому осаживанию раствора, что влечет за собой ухудшение прочности бетона, а слишком малое количество воды вызывает затруднение при работе с раствором.

И в заключение темы о том, что такое фибра для бетона, скажу несколько слов по поводу особенностей этого материала. В первую очередь, следует отметить такой факт, как длительность замешивания бетона – при добавлении фибры она увеличивается на пару минут. Волокна этого материала должны равномерно разойтись в растворе. Второй момент, заключается в таком явление, как выступающие ворсинки на поверхности бетона не каждый раз, но оно наблюдается. В принципе, штука не страшная, а иногда и полезная – если в последствие поверхность будет облицовываться, то они послужат дополнительным средством увеличения адгезии материала. А если облицовка не предполагается, то эту ворсу можно просто спалить горелкой, если, конечно, она не дает вам покоя. А вообще она маленькая и едва заметная глазу.

Автор статьи Александр Куликов

Преимущества фибры

Бетон является популярным материалом для строительства, поскольку он очень прочен и неприхотлив в процессе работ. Это вещество используют как в быту, так и в промышленности, альтернатив ему пока что практически нет. Несмотря на такие положительные свойства, у бетонных изделий существуют также и недостатки:

• Недостаточная устойчивость к растяжению и изгибанию;
• Возможность усадки;
• Опасность возникновения трещин;
• Плохая переносимость ударных нагрузок, пониженный уровень вязкости;
• Наличия множества пор, которые прекрасно задерживают влагу, что грозит постепенным образованием плесени.

Бетон с фиброволокном Источник sevdonstroy.com

Разновидности фибры

Фибру в настоящее время изготавливают разными способами, например рубкой стальной проволоки соответствующего диаметра, резкой стального листа. Последним способом фибру изготавливает ЗАО «Фибробетон» (г. Москва).

Но, по-видимому, наиболее эффективной является фибра фрезерованная, которую изготавливают путем фрезерования стальных заготовок — слябов.

Благодаря высокой температуре в металле во время фрезерования фибра приобретает характерный синеватый оттенок — окисный слой, препятствующий возникновению и развитию коррозии во время хранения на складе и эксплуатации внутри бетона.

Этот вид фибры дешевле других. Еще одним преимуществом является то, что она не образует комков, называемых фигурально «ежами». Так что ее введение в цементные смеси не вызывает затруднений.

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.

Технология производства фибробетонной смеси

Материал получают при смешивании бетонного раствора и фиброволокна

При изготовлении фибробетона очень важно соблюдать следующие условия:

1. Необходимо, чтобы фибра равномерно расположилась в бетоне.
2. Нужно обеспечить в щелочной среде смеси из бетона коррозионную устойчивость фибры.
3. Прочностные свойства бетона-матрицы и фибры должны максимально сочетаться.

Если технология и все требования будут соблюдены, то получится удобоукладываемый качественный фибробетон.

Фибра вводится в бетон двумя по следующим технологиям:

• Добавляется в сухую смесь. В этом случае волокна наполнителя распределятся более равномерно. Чтобы приготовить такой фибробетон необходимо: тщательно смешать цемент, просеянный песок и фибру и только после этого добавить воду. После этого состав помещается в бетономешалку.
• Вмешивается в процессе замешивания жидкой смеси. Фиброволокно добавляется прямо в бетономешалку небольшими порциями. Но, в этом случае время замеса увеличивается в два раза.

Важно! Нельзя вводить в бетон фибру комками. Предварительно ее тщательно перемешивают

Если говорить о количестве наполнителя, то обычно в смесь добавляют от 0,3 до 10 кг фибры из расчета на 1 м3. Однако все зависит от требований, предъявляемых к готовому материалу. В некоторых случаях количество фиброволокна можно увеличить.

Чтобы изготовить фибробетон своими руками, достаточно иметь в наличие бетономешалку.

Сфера применения фибробетона

Основная сфера применения фиброволокна – это строительство. В последнее время стали очень часто возводить дома из стройматериала – фибробетона. Его состав зависит от того, для каких целей он будет применяться:

• стяжка полов на промышленных объектах и в частных домах;
• изготовление плит, блоков, секций, труб и т.д.;
• для штукатурных работ – фасадная отделка из фибробетона;
• изготовление различных типов бетонов;
• для строительства реакторных отделений атомных станций;
• как материал для бетонирования покрытия дорог;
• несъемная опалубка из стеклофибробетона;
• выпускают стальную проволоку;
• для производства свай и шпал;
• изготавливают карнизы;
• для устройства морских и речных защитных сооружений;
• лепнина из фибробетона;
• производство парапетных плит и фэма;
• бетонный раствор.

Популярными стали фасадные панели из фибробетона. Из базальтовой, полипропиленовой и металлической фибры можно изготавливать разные предметы для декора интерьера (статуэтки, вазы, подставки), изящные декоративные карнизы и прочие элементы внешней отделки, которые хорошо подаются покраске.

Свойства металлической фибры

Универсальный строительный материал бетон, бесспорно, выигрывает перед остальными. Он бывает разных марок, обладает повышенной прочностью, долговечностью, морозостойкостью. Для повышения рабочих качеств в бетон вводят дополнительные добавки и присадки, ещё более улучшая его признанные свойства и доказывая многофункциональность. Однако и бетонные элементы, под воздействием природных осадков, перепадов температур или любых механических воздействий, которым он подвергается в процессе эксплуатации, могут терять свои качества.

Чтобы увеличить срок службы бетона, сохранить конструкции от трещин и разрушений, применяют для скрепления внутренней структуры этого стройматериала, металлическую фибру. Эта специальная добавка может взять на себя все функции арматурной сетки, применяющейся в изготовлении строительных элементов из бетона, и обеспечить им не меньшую жёсткость, прочность и качество.