Всем хорошо известно, что бетон для возведения капитальных конструкций нужно армировать. С конца XIX века для этих целей используют стальную арматуру. Но сравнительно недавно у привычного железобетона появился конкурент.
Он известен под разными названиями:
- Дисперсно-армированный бетон
- Бетон, армированный дисперсными волокнами
- Бетон, армированный фиброволокном
- Фибробетон
Все это обозначает один материал, в котором функцию арматуры берут на себя тонкие волокна не более миллиметра в диаметре.
В этой статье мы поговорим о том, из чего состоит фибробетон, какими достоинствами (и недостатками) он обладает.
Состав фибробетона
Классический рецепт бетона – это смесь сыпучего материала (щебня и песка) и вяжущего вещества, который склеивает зерна в монолитный камень. Но фибробетон отступает от этой схемы.
В его состав входят такие компоненты:
- Фибра
- Вяжущее вещество
- Заполнитель
Давайте остановимся на каждом пункте подробнее.
Фибра
Слово «фибра» с латыни переводится как «волокно». И действительно, этот материал представляет собой тонкие нити, получаемые из разных веществ.
По происхождению фибра для бетона бывает:
- Металлической (из стали, алюминия, меди, чугуна)
- Минеральной (из стекла, базальта)
- Синтетической (полипропиленовой, полиэфирной, полиэтиленовой)
- Углеродной
Как это работает?
Дело в том, что бетон – это материал прочный, но хрупкий. Он хорошо выдерживает сжатие, но при растяжении, изгибе или ударе легко трескается и раскалывается.
Фиброволокно хаотично распределяется в толще бетона и как бы «прошивает» его. Оно останавливает образование трещин, а значит – не дает материалу разрушаться.
Фибра для бетона имеет широкий ассортимент размеров:
- Длина – от 2 до 75 мм
- Диаметр – от 0,01 до 1,2 мм
Для каждой задачи подходит свой материал.
Один из главных показателей фибры – это модуль упругости. Он показывает, какое количество силы нужно приложить к материалу, чтобы он деформировался.
Чтобы было понятнее, приведем пример.
У резины низкий модуль упругости. В ней можно легко продавить ямку пальцем. При ходьбе она пружинит, а если по ней со всей силы ударить молотком – сминается, но не разламывается. У бетона же модуль упругости высокий. Это жесткий материал, который сложно деформировать. При сильном ударе он сразу раскалывается.
В зависимости от модуля упругости фибра имеет разное применение:
- Высокомодульное волокно (стальное, стеклянное, базальтовое, углеродное) увеличивает прочность бетона при сжатии и растяжении, его сопротивление нагрузкам. Оно используется для усиления материала в несущих конструкциях.
- Низкомодульное волокно (полипропиленовое, полиэфирное и так далее) защищает материал от растрескивания при ударе и падении, но не придает ему особой прочности. Его добавляют в бетон для дополнительной защиты при транспортировке и монтаже.
У разных видов фибры есть свои особенности. Они тоже важны при выборе материала. Подробнее о них вы можете прочитать в нашей статье Фибра для бетона – виды и как выбрать.
Вяжущее вещество
В бетоне оно выполняет функцию «клея», который соединяет между собой частицы заполнителя и фибру. У каждого вяжущего – свой химический состав. Это прямо влияет на то, с какими видами волокон его можно сочетать.
Чаще всего для изготовления фибробетона используют:
- Цемент
Это вяжущее, получаемое совместным обжигом известняка и глины. На его основе получается прочный, водо- и морозостойкий бетон. Однако важно помнить, что при гидратации (затвердении) цемент дает щелочную реакцию. Стекловолокно в такой среде разрушается. Поэтому при армировании цементобетона берут либо специальную щелочестойкую фибру, либо заменяют ее сталью или базальтом. - Известь
Это недорогое вещество, которое получают путем обжига известняка, мела или доломитов. В естественных условиях вяжущее из нее получается не особо качественное. Но если смешать известь с молотым кварцевым песком, а затем пропарить в автоклаве, то получится прочный силикатный бетон.
Как и в случае с цементом, при твердении извести образуется едкая щелочь. Для ее армирования нужно выбирать фибру с хорошей химической стойкостью. - Гипс
Его получают путем помола одноименной осадочной породы. Гипс пластичный, легко поддается формованию и быстро твердеет. Но по прочности он уступает цементу, а при контакте с водой размокает. Гипс нельзя сочетать со стальной фиброй, потому что он вызывает коррозию металла из-за высокого содержания связанной воды. Зато он хорошо работает в связке со стеклянными и минеральными волокнами.
Бывают и другие виды вяжущих: магнезиальные, полимерные, шлакощелочные и прочие. Больше узнать о них вы можете в статье Виды бетона по типу вяжущего.
Заполнители
Фибробетон можно делать на основе одного вяжущего и фибры. Но стоимость такого материала будет высока, ведь цемент стоит дорого. Чтобы снизить расходы, в смесь добавляют различные заполнители.
В их качестве могут использовать:
- Щебень или гравий
Это куски измельченной горной породы от 5 до 40 мм в диаметре. Разница между ними в том, что щебень получают путем дробления валунов на специальных установках, а гравий добывают в готовом виде в водоемах и на карьерах. На их основе изготавливают тяжелый бетон. - Пористые материалы
Это гравий и щебень, которые имеют много воздушных пустот – пор. За счет этого они отличаются низкой плотностью и теплопроводностью. К этой группе относятся керамзит, вспученные перлит и вермикулит, туфы, пемзы, аглопорит, шунгизит и другие породы. Пористые щебень и гравий используют при производстве легкого бетона. - Песок
Его применяют в качестве мелкого заполнителя, который забивает пустоты между крупными зернами гравия и щебня. За счет этого бетон получается более плотным и прочным, а его усадка снижается. Кроме того, песок могут использовать в сочетании с вяжущим без крупного заполнителя. Так изготавливают пескобетон. - Органические материалы
Относительно недавно начали производить бетоны на основе растительных материалов (щепа, древесная стружка, опилки, измельченная солома) и гранул пенополистирола. В отличие от бетона на минеральных заполнителях, эти новые материалы могут гореть. Вместе с тем они отличаются небольшим весом, отличными теплоизоляционными свойствами и легкостью в обработке. Больше узнать о них вы можете в статье Бетон на органических заполнителях.
Выбор материала зависит от конкретной задачи. Так, для наиболее прочных и массивных конструкций используют тяжелый бетон. В строительстве жилых домов пользуются спросом легкие бетоны. А песчаный фибробетон – идеальный материал для создания сложных архитектурных форм и элементов декора.
В следующем разделе мы поговорим о том, как использование волокон влияет на свойства материала.
Плюсы и минусы фибробетона
На рынке этот материал появился относительно недавно. Но он уже успел заслужить очень хорошую репутацию. И это не случайно.
Ведь у фибробетона есть целый ряд важных преимуществ:
- Армирование по всему объему
Традиционная арматура усиливает только отдельные участки бетона, тогда как фибра пронизывает всю толщу камня. За счет этого нагрузка распределяется более равномерно. - Высокая прочность на растяжение и изгиб
Фибра в бетоне принимает на себя растягивающие нагрузки и защищает материал от разрушения. - Стойкость к образованию трещин и выкрашиванию
Если где-то в бетоне все же образовалась трещина, волокно будет сдерживать ее рост. - Высокая ударная прочность
Из-за своей хрупкости бетон плохо переносит сильные удары и падения с большой высоты. Армирование фиброй придает материалу некоторую упругость и повышает его ударостойкость. - Возможность создавать тонкостенные конструкции
Стальная арматура должна быть покрыта толстым слоем бетона, который будет защищать ее от воды. А вот фибробетон можно класть слоем всего в несколько миллиметров. - Низкая истираемость
Дисперсное волокно укрепляет верхний слой бетона и защищает его от истирающих нагрузок. - Огнеупорность
Обычный (не жаростойкий) бетон плохо переносит воздействие высоких температур и открытого огня. Он теряет прочность и начинает крошиться. Фибра замедляет этот процесс. - Водонепроницаемость и морозостойкость
Фибробетон меньше подвержен образованию трещин, а значит – внутрь него попадает меньше влаги. Именно вода во время заморозков вызывает разрушение бетона. - Химическая стойкость
Бетон чувствителен к воздействию агрессивных реагентов: солей, кислот, щелочей. Все они попадают в материал в виде водных растворов. Соответственно, чем выше водонепроницаемость материала – тем лучше он выдерживает воздействие агрессивных сред. - Экономическая выгода
Используя фибру, можно снизить расход стальной арматуры или даже вовсе от нее отказаться. - Экономия времени
Вязка и монтаж арматуры – это долгий и трудоемкий процесс, который занимает часы. А вот фибру в бетон добавляют прямо в процессе замеса бетона. При этом время перемешивания увеличивается всего на 30-35%.
Для большей наглядности в следующей таблице мы покажем, как меняются свойства бетона при добавлении фибры:
Список плюсов получается впечатляющий. Но если это такой замечательный материал, то почему на него не переходят повсеместно? На это тоже есть свои причины.
Вот основные из них:
- Невозможность контролировать распределение фибры в бетоне
С арматурой все очень просто: как ее положишь, так она и будет лежать. А вот тонкие волокна в бетонной смеси распределяются хаотично и в разных направлениях. И повлиять на это практически невозможно. - Непредсказуемые свойства
Этот недостаток связан с предыдущим. Нельзя точно предугадать, насколько удачно фибра ляжет именно в тех участках конструкции, которые нужно усилить. Вдруг там окажется слишком мало волокна? Или оно будет ориентированно не в том направлении? Об этом вы точно узнаете только в том случае, если бетон начнет разрушаться раньше срока. - Низкая удобоукладываемость
Со смесью, армированной длинным и грубым волокном (например, стальной проволокой), неудобно работать. Она получается жесткой, ее трудно разравнивать по опалубке и вибрировать. В случае с тонкой полимерной, стеклянной или базальтовой фиброй этот недостаток не так заметен. - Подверженность волокна коррозии
Тонкая проволока в агрессивной среде разрушается в сотни (или даже тысячи) раз быстрее, чем толстая арматура. Поэтому при выборе фибры так важно уделять внимание совместимости компонентов.
Как видите, свои минусы у фибробетона тоже есть. Они ни в коем случае не перевешивают достоинства материала. Но если о них не знать, то в ходе строительства вы можете столкнуться с неприятными сюрпризами.
Полную версию данной статьи вы найдете на этой странице.
Также мы рекомендуем ознакомиться с другими полезными статьями на нашем сайте.
#бетон #полезные советы #строительные советы #бетоны #бетонирование #строительные материалы #стройматериалы #фибробетон #дисперсно-армированный бетон #классификация бетонов