Меню

Армирующее волокно для цемента



ЦЕМЕНТИРУЮЩИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, АРМИРОВАННЫЕ РАСТИТЕЛЬНЫМИ ВОЛОКНАМИ

Строительная индустрия является одним из основных и наиболее активных секторов в Европе. На его долю приходится 28% и 7% занятости, соответственно, в промышленности и всей европейской экономике. К сожалению, эта отрасль также является причиной истощения больших объемов невозобновляемых ресурсов и 30% выбросов углекислого газа. Это особенно серьезно в нынешнем контексте изменения климата, вызванного выбросами двуокиси углерода во всем мире, что приводит к повышению уровня моря и является причиной спада мировой экономики. Для достижения более устойчивого развития строительной отрасли Европейский Союз недавно установил, что в среднесрочной перспективе потребление сырья должно быть сокращено на 30%, а количество отходов производства в этом секторе должно быть сокращено на 40%.

Использование возобновляемых источников энергии строительной промышленностью будет способствовать достижению более устойчивой структуры потребления строительных материалов. Бетон является самым используемым материалом на Земле и известен своей высокой прочностью на сжатие и низкой прочностью на растяжение. Для преодоления этого недостатка необходимо комбинированное использование обычного бетона и стальных арматурных стержней, позволяющих получить материал с хорошей прочностью на сжатие и растяжение, а также с длительной послетрещинной деформацией (размягчение деформации). К сожалению, железобетон обладает высокой проницаемостью, пропускающей воду и другие агрессивные элементы, что приводит к карбонизации и воздействию ионов хлоридов, вызывающих проблемы коррозии.

Коррозия стальных арматурных стержней является основной причиной износа инфраструктуры. Gjorv упомянул исследование норвежских мостов OPC, показавшее, что 25% мостов OPC, построенных после 1970 года, представляют проблемы с коррозией. Другой автор отметил, что 40% из 600 000 мостов в США были подвержены коррозии и оценили затраты на ремонт в 50 миллиардов долларов США.

Прочность бетона зависит от условий окружающей среды. Если бы удалось увеличить срок службы бетона с 50 до 500 лет, то его воздействие на окружающую среду уменьшилось бы в 10 раз. Поскольку на каждый кубометр бетонной конструкции в среднем приходится 200 кг стальной арматуры, очевидно, что замена арматуры растительными волокнами является важным шагом на пути к более устойчивой конструкции. С другой стороны, арматура является очень дорогим материалом, потребляет большое количество энергии и поступает из невозобновляемых источников.

Природные волокна являются возобновляемым ресурсом и доступны почти во всем мире. Кроме того, в связи с риском онкологических заболеваний Директива 83/477/ЕЕС и поправки к Директивам 91/382/ЕЕС, 98/24/EC; 2003/18/EC и 2007/30/EC запрещают производство цементных продуктов на основе силикатов волокон (асбеста).

В настоящее время на смену минеральным волокнам приходят синтетические волокна, такие как поливинил спирт (ПВА) и полипропилен, для производства волокнисто-цементных продуктов по технологии Hatscheck . Однако, для производства ПВА и полипропилена необходимы фенольные соединения в качестве антиоксидантов, амины в качестве ультрафиолетовых стабилизаторов и другие вещества, которые не являются пламегасителем, что не является путем к более устойчивым материалам.

Характеристики и свойства волокна

Природные волокна – это натуральные композиционные материалы с ячеистой структурой. Различные пропорции целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина составляют различные слои. Целлюлоза – это полимер, содержащий глюкозные блоки. Гемицеллюлоза – это полимер, изготовленный из различных полисахаридов. Что касается лигнина , то он представляет собой аморфную и неоднородную смесь ароматических полимеров и фенилпропан-мономеров.

Различные волокна имеют различный состав, поэтому ожидается, что их поведение внутри цементной матрицы может отличаться. Природные волокна обладают высокой прочностью на растяжение и низким модулем упругости. Тем не менее, их прочность на растяжение может быть выше, чем у синтетических. Одним из недостатков использования натуральных волокон является высокая изменчивость их свойств, что может привести к непредсказуемым свойствам бетона.

Установлено, что предварительная обработка натуральных волокон повышает эффективность бетона. Пульпирование является одним из методов обработки волокна, улучшающих адгезию волокна к цементной матрице, а также устойчивость к щелочному воздействию. Целлюлоза может быть получена химическим (крафт) или механическим способом.

Свойства цементных материалов, армированных растительными волокнами

Некоторые исследователи обнаружили, что использование 0,2% объемной доли сизального волокна толщиной 25 мм приводит к свободному уменьшению пластической усадки. Совместное использование коротких волокон кокоса и сизаля, похоже, задерживает сдержанную пластическую усадку, контролируя развитие трещины в раннем возрасте. Что касается механических характеристик натурального волокнистого бетона Al-Oraimi и Seibi , при использовании малого процента натуральных волокон улучшаются механические свойства и ударопрочность бетона, и аналогичные характеристики по сравнению с синтетическим волокнистым бетоном.

Другие исследователи сообщили, что включение волокон повышает ударопрочность в 3-18 раз по сравнению с тем, когда волокна не используются. Использование малых объемов (0,6-0,8%) волокон Arenga pinata демонстрирует способность повышать вязкость цементных композитов. Железобетон из фибробетона приводит к повышению вязкости при изгибе на 144%, а также индекса вязкости при изгибе — на 214%. Механические характеристики фиброполимербетона зависят от типа фибры.

Если волокно багассы кокосового ореха и сахарного тростника повышает вязкость разрушения полимербетона, то фибра стебля бананового псевдоожиженного дерева — нет. Использование кокосовых волокон демонстрирует еще лучший изгиб, чем синтетические волокна (стекло и углерод). Индекс вязкости при изгибе в цементирующих композитах с кохровым волокном увеличился более, чем в 10 раз. Объяснение такого поведения, по-видимому, связано с низкой обрабатываемостью бетона.

Читайте также:  Temp bond цемент для постоянной фиксации

Сизаль и банановые волокна большей длины (1,65 мм и 1,95 мм), чем эвкалиптовые (0,66 мм), демонстрируют более стабильное поведение при разрушении, что подтверждает, что длина волокна влияет на процесс передачи нагрузки от матрицы к волокнам.

Другие исследователи проводили испытания цементных композитов, армированных длинными сизальными волокнами, размещенными на всей длине стальной формы в пяти слоях (раствор/волокно/миномет). Эти композиты достигают предельной прочности 12 и 25 МПа при растягивающих и изгибающих нагрузках. Растительный тип также влияет на характеристики цементных композитов настолько сильно, что после 200 циклов старения эвкалиптовые композиты демонстрируют более улучшенные механические характеристики, чем те, которые основаны на розовых оболочках. Объяснение указывает на лучшее распределение растительных частиц в цементной матрице.

Имеющиеся литературные данные, в основном, связаны с механическим поведением цементирующих строительных материалов, армированных растительными волокнами. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы прояснить некоторые аспекты, о которых в настоящее время ничего не известно.

В качестве примера можно привести недавнее замедление эффекта включения волокон, которому уделялось должное внимание. Поскольку основная причина деградации волокна связана со щелочной деградацией, необходимо провести гораздо больше исследований химических взаимодействий между цементной матрицей и природными волокнами. Правильная обработка для улучшения совместимости волокон и цементных матриц еще не найдена. То же самое можно сказать и об изменении свойств волокон.

Таким образом, контролируя методы контроля качества, необходимо обеспечить минимальное изменение свойств натуральных волокон. Вопросы, связанные с долговечностью, также заслуживают дальнейшего изучения. Бетонные конструкции, армированные бамбуковыми волокнами, являются перспективным направлением для более устойчивого строительства. Длинные бамбуковые волокна обладают высокой прочностью при погружении в цементную матрицу, однако механические свойства бамбуковой арматуры все еще требуют дополнительных исследований.

Источник

Все фибры. бетона!

Бетон — очень прочный строительный материал. Благодаря своей прочности он так широко распространен в строительных и ремонтных работах.

Но и у бетона есть свои слабые места:

  1. невысокая прочность на растяжение при изгибе;
  2. склонность к усадке;
  3. образование трещин;
  4. низкая ударная вязкость, из-за чего он раскалывается и покрывается трещинами при ударной нагрузке;
  5. пористая структура, которая может впитывать воду, что делает бетон подверженным заражению грибком и плесенью.

Существуют различные способы сделать бетон безупречным: особые присадки, добавляющиеся в состав раствора, придают ему плотность, вязкость, водоотталкивающие свойства. В зависимости от того, какая добавка применена, можно получить бетоны с различными характеристиками.

Чтобы увеличить прочность бетонных конструкций, в том числе и прочность на изгиб и разрыв, используют армирование при помощи противоусадочной сетки или арматурного каркаса.

Но армирование бетона таким способом — дорогостоящее и затратное по времени мероприятие.

Современная альтернатива армированию — применение специальной фибры для бетона, которую добавляют в бетонный раствор. Благодаря ее свойствам, фибру называют микроарматурой и рассматривают как альтернативу традиционному армированию.

Общие свойства фибры для бетона. Для чего используется фиброволокно

Фиброй называют волокна, выполненные из стали, базальта, стекла, полимеров, полипропилена. Эти волокна могут иметь различную длину (от 2—3 мм до нескольких сантиметров), толщину, конфигурацию, форму сечения, текстуру поверхности.

Фибру добавляют в бетонные растворы любого назначения для придания прочности, ударной вязкости, устранения усадки и предотвращения растрескивания, повышения долговечности и устойчивости к истиранию. Бетон с добавлением фибры становится водостойким, устойчивым к морозам (морозоустойчивость может повышаться до 100 циклов), жаростойким.

Выбор вида и размера фибры зависит от назначения бетона.

В штукатурные растворы добавляют фибру малой длины (3-6 мм) для обеспечения гладкости оштукатуренной поверхности. В тяжелые бетоны добавляют фибру большой длины волокон.

Бетоны с добавлением фиброволокна называются фибробетонами.

Виды фиброволокна

«Фибра» в переводе с английского означает «волокно». Действительно, на вид это нити определенного диаметра и длины, изготовленные из различных материалов.

В зависимости от материала, фибра для бетона делится на пять основных разновидностей:

  1. стальная;
  2. полимерная;
  3. базальтовая;
  4. полипропиленовая;
  5. стеклянная.

В современном строительстве добавка фибры в бетонные растворы желательна даже в тех случаях, когда в конструкции используется арматура, но особенно важно укрепить таким способом бетон, предназначенный для заливки конструкций, которые будут подвергаться повышенным нагрузкам (фундаменты, стяжки пола, дорожные покрытия).

Стальная фибра

Основное преимущество этого вида фибры — низкая стоимость. Она много лет используется в странах Европы, а в России появилась не так давно.

Форма и свойства

Стальная фибра для бетона представляет собой отрезки проволоки из низкоуглеродистой стали диаметром 0,7—1,2 мм и длиной от 25 до 60 мм.

В сечении она может быть круглой или треугольной, а по конфигурации напоминать дугу или скобку, либо иметь волнообразную форму. Для улучшения сцепления с бетоном фибра имеет шероховатую поверхность.

Дозировка и метод добавления

Стальная фибра дозируется в зависимости от назначения бетона и тех нагрузок, которые конструкция будет испытывать в процессе эксплуатации:

  1. при незначительных нагрузках достаточно 15—30 кг фибры на 1 куб бетона;
  2. при средних нагрузках добавляют до 40 кг материала на 1 кубометр раствора;
  3. при высоких нагрузках расход стальной фибры увеличивается до 75, а в отдельных случаях до 150 кг на кубический метр раствора.
Читайте также:  Протравка цементной штукатурки нейтрализующим раствором расценка

Стальная фибра добавляется в раствор при замешивании или после, в готовую бетонную смесь. Ее засыпают небольшими порциями и тщательно перемешивают.

Добавление фибры увеличивает время замеса раствора на 15%.

Преимущества и недостатки стальной фибры

Благодаря добавлению стальной фибры, которая образует в бетоне трехмерный каркас, конструкция приобретает дополнительные характеристики:

  1. прочность на растяжение при изгибе возрастает в 2 раза;
  2. предельная деформация увеличивается в 20 раз;
  3. повышается устойчивость к ударным нагрузкам;
  4. возрастают морозостойкость и водонепроницаемость.

Стальная фибра применяется в гражданском строительстве при заливке фундаментов, стяжек и может заменить арматуру. Добавление стальной фибры по сравнению с армированием — простой и удобный процесс. Не нужно раскладывать арматуру и устанавливать крепежи; экономятся время и затраты труда.

Недостатки стальной фибры:

  1. высокий вес;
  2. сцепление с бетоном менее прочное, чем у других видов фибры;
  3. подверженность коррозии;
  4. вследствие эрозии бетона стальная фибра может со временем выходить наружу.

Полимерная фибра (ПАН-фибра)

Полимерная фибра — это волокна из полимерного материала длиной от 3, 6, 12, 18, 24 мм и выше.

Область применения фибры в бетоне

Полимерная фибра применяется в следующих типах бетонных конструкций:

  1. самонивелирующиеся полы;
  2. аэродромные плиты;
  3. гидротехнические сооружения;

а также добавляется в строительные, ремонтные и штукатурные растворы.

Свойства

Преимущества полимерной фибры:

  1. не подвержена коррозии;
  2. легкая;
  3. увеличивает прочность бетонна;
  4. обладает высокой стойкостью к повышенным температурам, солям, щелочам, кислотам;
  5. безопасна для окружающей среды и человека.

Основное преимущество полимерной фибры — она придает бетону пластичность.

Как использовать фиброволокно

Полимерную фибру можно добавлять прямо в сухой цемент перед замешиванием раствора.

Сколько фибры добавить в бетонный раствор

Пропорции добавления и выбор длины фибры зависят от назначения бетона:

  1. в тяжелых бетонах используется фибра длиной 12—40 мм, в армированных бетонах в количестве 2—2,7 кг на куб, в неармированных — 0,7—1 кг на куб;
  2. в ячеистых бетонах применяется фибра длиной 12 мм в дозировке 0,1% от массы пенобетона;
  3. в шукатурки добавляют фибру длиной 4 мм в количестве 0,9 кг на кубометр раствора.

Стеклянная фибра

Стеклянная фибра изготавливается из стойкого к щелочам стеклянного волокна диаметром 10—15 микрон и прочностью до 2000 МПа.

Попадая в раствор, во время перемешивания стеклофибра распадается на отдельные волокна

Свойства стеклянной фибры

Стеклофибра придает бетону следующие качества:

  1. уменьшение растрескивания;
  2. снижение усадки;
  3. увеличение прочности и упругости.

Стеклянная фибра устойчива к агрессивным средам (кроме щелочной среды).

Где применяется

  1. в стяжках любой толщины;
  2. в сборных бетонных конструкциях;
  3. в строительных смесях.

Бетон с добавлением стеклянной фибры схватывается и застывает быстрее, это необходимо учесть при работе. Продлить срок жизни раствора поможет добавление пластификатора.

Базальтовая фибра

Базальтовой фиброй называют отрезки базальтового волокна, которые могут иметь длину от 1 до 150 мм. Волокно имеет диаметр 16—18 мкм, оно устойчиво к воде, кислотам, щелочам, прочное, упругое.

Базальтовое волокно, в отличие от металлической фибры, не подвергается коррозии, в 3 раза легче и имеет площадь поверхности в 25 раз больше. Базальтовая фибра обладает высокой адгезией и одинаковым с бетоном коэффициентом температурного расширения.

Качества бетона с базальтовой фиброй

Добавление фибры сообщает бетонам следующие характеристики:

  1. ударная прочность повышается в 5 раз;
  2. устойчивость к образованию трещин возрастает в 3 раза;
  3. прочность на раскалывание увеличивается в 2 раза;
  4. повышается стойкость к истиранию (до 300%) и долговечность;
  5. прочность на растяжение при изгибе увеличивается до 300%;
  6. морозостойкость повышается в 2 раза;
  7. благодаря отсутствию трещин устойчивость к коррозии повышается до 500%;
  8. водонепроницаемость увеличивается до 150%;
  9. уменьшается усадка;
  10. повышается ударная вязкость .

Где применяется

Базальтовую фибру используют для изготовления сейсмостойких конструкций, взрывобезопасных объектов, военных сооружений, сложных радиопрозрачных конструкций.

В связи с непревзойденной стойкостью к истиранию, которую получает бетон при добавлении базальтовой фибры, он широко применяется для изготовления стяжек.

Метод добавления

Базальтовое волокно замачивают в воде и затем добавляют в раствор при замешивании.

Добавление любых видов фибры делает бетонный раствор более вязким и менее текучим, поэтому важно совмещать использование фибры с применением пластификатора, который позволяет экономить цемент, воду, затраты на уплотнение бетона и увеличивает текучесть раствора.

Полипропиленовая фибра

Полипропиленовая фибра — это армирующее микроволокно, применяемое как альтернатива армированию бетона. Это самый распространенный вид армирующих волокон.

Форма и свойства

Этот вид фибры изготавливается из синтетического вещества — полипропилена.

Волокна из полипропилена формируют экструзией или вытягиванием и нарезают на отрезки разной длины.

Длина волокон полипропиленовой фибры от 6 до 40 мм.

Фибра обладает значительной прочностью и упругостью, устойчива к агрессивным, в том числе, щелочным, средам и коррозии, а также огнеустойчива.

Весомое преимущество полипропиленовой фибры — ее легкость и большая площадь поверхности (в 1 кг полипропиленовой фибры около 1 миллиона волокон).

Фибра в бетонных смесях сочетается с любыми другими добавками:

  1. пластификаторами и суперпластификаторами;
  2. ускорителями;
  3. гидрофобизирующими добавками;
  4. противоморозными добавками.
Читайте также:  Цемент м500 владимирский тракт

Полипропиленовая фибра может изготавливаться из первичного или вторичного сырья. В первом случае качество фибры выше.

Для чего применяется полипропиленовая фибра

Добавление фиброволокна в раствор компенсирует растягивающие напряжения его нижнего слоя и разрывные напряжения вследствие нагрузок и обеспечивает следующие преимущества фибробетонов перед обычными бетонами:

  1. предотвращение расслаивания смеси;
  2. увеличение прочности на сжатие и на растяжение при изгибе;
  3. повышение долговечности бетона;
  4. снижение истираемости поверхности бетона;
  5. повышение ударной вязкости (при ударах бетон не раскалывается, а только появляется вмятина);
  6. устранение усадки;
  7. предупреждение образования трещин;
  8. повышение устойчивости к морозу;
  9. увеличение водостойкости бетона.

Дополнительные свойства полипропиленовой фибры

Раствор с фиброй становится более густым, держит форму и не течет, поэтому позволяет наносить штукатурку более толстым слоем.

В каких случаях применяют полипропиленовую фибру

Полипропиленовая фибра образует в бетоне трехмерный армирующий каркас, поэтому ее применение оправдано при изготовлении:

  1. промышленных полов;
  2. напольных покрытий;
  3. стяжек;
  4. бетонных полов;
  5. бетонных дорог;
  6. тротуаров;
  7. фундаментов.

Расход полипропиленового фиброволокна

Фибра очень легкая и очень экономичная. В общем случае соотношение фибры к бетону составляет 900 г на 1 кубометр смеси. В зависимости от области применения дозировка фибры может меняться:

  1. Для изготовления промышленных полов и бетонных дорожных покрытий применяют фибру размером 12, 20 или 40 мм от 1 кг на 1 м3.
  2. Для стяжек и теплых полов используется от 0,9 до 1,5 кг фибры длиной 12 или 20 мм на 1 куб смеси.
  3. В железобетонных конструкциях используют бетон с добавлением от 0,9 кг на 1 кубометр бетона фибры длиной 12 или 20 мм.
  4. Для ячеистых бетонов количество фиброволокна размером 12, 20 или 40 мм от 0,9 кг на куб бетона.
  5. Для наливных полов, штукатурных и ремонтных растворов применяют полипропиленовую фибру размером 6 или 12 мм из расчета 1 кг на кубометр раствора.
  6. Для мелкоштучных изделий сложной формы нужна фибра длиной 6 или 12 мм в дозировке от 0,9 кг на 1 м3 смеси.
  7. При изготовлении тротуарной плитки в раствор добавляют от 0,9 до 1,5 кг фибры длиной 6—12 мм на 1 куб цементного раствора.

Как применять фиброволокно из полипропилена

Фибра проста в применении.

Как добавлять фиброволокно в бетонный раствор?

Существуют три способа:

  1. Фибру добавляют к сухим компонентам раствора (цементу и наполнителям), тщательно смешивают строительным миксером или в бетономешалке, затем доливают воду.
  2. Фибру добавляют в часть воды затворения, хорошо перемешивают, чтобы волокна распределились и добавляют в бетонную смесь в процессе замешивания.
  3. Фибру засыпают в раствор во время замешивания небольшими порциями. После добавления каждой порции смешивают 5 минут, прежде чем добавить еще фибры.

Эффективность фибры непосредственно зависит от того, насколько хороша она распределилась в бетонном растворе, поэтому следует увеличить время замешивания на 15%.

Видео: Замес раствора с фиброй

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.

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.

Видео: Стяжка с фиброй крепче, чем с арматурой!

Советы по выбору армирующего волокна

Каждый из видов армирующих волокон обладает своими преимуществами и недостатками. Выбор армирующего волокна напрямую зависит от назначения конструкций, которые будут изготовлены из бетона.

Большое значение имеет качество материала, поэтому следует внимательно отнестись к выбору производителя и продавца армирующих волокон.

Полипропиленовое фиброволокно — современная альтернатива армирования бетона, которая экономит деньги, затраты времени и труда и обеспечивает бетону повышенную прочность, долговечность, устойчивость к внешним факторам и другие важные характеристики. На сегодняшний день рекомендуется использовать фибру практически в любых конструкциях. Эффективность работы добавок зависит от их правильного выбора и применения.

Источник