АРМИРОВАННЫЕ БЕТОНЫ

Предоставленный технический материал. Источник приведён для проверки утверждений; обобщённые показатели не являются гарантией для каждого продукта или проекта IPM Technology.

БЕТОНЫ, АРМИРОВАННЫЕ БАЗАЛЬТОВЫМИ ВОЛОКНАМИ

Аспекты применения базальтовой фибры для армирования бетонов

- сегодня большая часть строительных работ ведется с применением бетона, но, не смотря на его достоинства неармированные бетоны, характеризуются низкой ударной прочностью, низким сопротивлением на разрыв, и образованием усадочных трещин при застывании.

Данные проблемы всегда решались вторичным армированием, которое в конструкционном бетоне осуществляется с использованием стальной арматуры, а в перекрытиях – металлической сеткой.

Все это приводит к относительно невысокой долговечности изделий из таких бетонов.

Но наука не стоит на месте, и последнее время идёт широкое применение дисперсного армирования бетонной матрицы с помощью полипропиленовых, стеклянных, базальтовых и металлических волокон.

Данные способы позволяет изготавливать конструкции сложной конфигурации, решает проблемы морозостойкости изделий, уменьшает общий вес конструкций. При определенном дозировании волокно заменяет вторичное армирование и обеспечивает пластичность бетона, уменьшая объемы применения конструктивной стальной арматуры. Уменьшается образование усадочных трещин и в отличие от стальной сетки, которая имеет ценность только после того, как бетон треснул, фибра предотвращает появление трещин в бетоне еще на стадии, когда он пребывает в пластическом состоянии.

На сегодняшний день фибру выполняют из таких материалов, как полипропилен, стекловолокно, базальт, полимеры.

В ходе многолетних исследований в лабораторных и промышленных условиях было установлено, что бетонные изделия, армированные базальтовой фиброй, характеризуются повышенной долговечностью, значительной прочностью на сжатие, морозостойкостью и др.

Все это объясняется тем, что структура бетона, армированного базальтовой фиброй обладает более высокой прочностью и стойкий к деформациям, т.к. армирующая его фибра обеспечивает более высокую степень дисперсности армирования бетонного камня и сам базальтовый материал обладает более высокой, чем стальная сетка, прочностью. Кроме того, фибробетоны могут переносить большие упругие изменения потому, что базальтовое волокно при растяжении не подвергается пластической деформации, а по упругости превосходит сталь. Отличительной особенностью базальтовой фибры ,является ее высокая адгезия с цементной матрицей.

Исследования, проведенные с помощью растрового электронного микроскопа «JEOL» JSM-6460 LV при 4000-кратном увеличении [2], показали, что область контакта между фиброй и матрицей характеризуется плотным соприкосновением поверхностей и отсутствием трещин и зазоров. (Рис. 1)

При использовании волокна диаметром 30 мкм под воздействием агрессивной среды твердеющего цемента остается минимум 22 микрона рабочего диаметра волокна, что практически не влияет на его прочностные характеристики. (Рис.2)

Рис.2 Адгезия бетона и фибры, изготовленной из базальтового ровинга с замасливателем.

По данным расчетов, проведенных Научно-исследовательским институтом строительных конструкций (г. Киев), долговечность фибры, изготовленной из грубого базальтового волокна, в среде цементного камня составляет не менее ста лет. Результаты испытаний образцов , изготовленной из базальтового волокна, диаметром более 30 мкм., приведено в таблице.

Прочность цемента армированного базальтовой фиброй диаметром 40 мкм, при длине 10 мм.

Режим твердения образцов

Коэффициент армирования

по весу,%

Возраст образца, сутки

Предел прочности образцов на растяжение при изгибе, МПа

Контрольный образец, без волокна

Образец, армированный базальтовой фиброй

Таким образом, по результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

Обладая высокой температуростойкостю (до 9000С) изделия из базальтобетона характеризуются повышенной прочностью на изгиб, растяжение и срез. Кроме того, у них понижено водопоглощение, повышена морозостойкость, трещиностойкость, ударная прочность, сопротивление истираемости, долговечность и т. п.

Применение, для армирования бетонов, базальтовой фибры, изготовленной из грубого базальтового волокна, позволяет:

увеличить марочную прочность бетона до 30%;

уменьшить расслаивание бетонной смеси до 40 %;

сократить время первичного и окончательного твердения на 25 %;

снизить массу бетонных изделий

высокую стойкость к агрессивным средам кислотной, щелочной или солевой природы;

термо- и звукоизолирующие свойства;

неподверженность горению и высокую температуру плавления;

устойчивость к низким и высоким температурам в широчайшем диапазоне (температура эксплуатации от –260 до +900 °С);

отсутствие дымления;

очень низкую гигроскопичность (ниже в шесть раз по сравнению со стекловолоконной фиброй);

прозрачность для радиолучей, электромагнитного излучения, магнитного поля;

высокую прочность, высокий модуль упругости;

низкую стоимость;

экономичность производства;

экологическую чистоту.

Помимо строительной фибры, из базальта изготавливаются текстильные и нетканые материалы и плиты, базальтовая и базальтопластиковая арматура, которые используются в строительстве.

К примеру - стальная фибра из низкоуглеродистой стали по сравнению с базальтовой фиброй имеет следующие недостатки:

более высокую стоимость;

более высокий вес (в 3 раза тяжелее базальтовой);

малую удельная площадь поверхности (в 25 раз меньше, чем у базальтовой фибры);

подверженность коррозии;

менее прочное сцепление с бетоном из-за чего со временем стальная фибра может выходить наружу в процессе эрозии бетона;

меньшую прочность (прочность на разрыв ровинга, из которого изготавливается базальтовая фибра , превышает аналогичные характеристики стали в 2,5 раза).

Экономическая составляющая строительства — это важный фактор. Она складывается из затрат на материалы и их обработку, затрат природных ресурсов, электроэнергии, человеческого труда.

Как известно, бетон — более экономичный материал, чем сталь. Использование стальной арматуры повышает энергоемкость бетонных сооружений, увеличивает затраты на их изготовление.

Использование объемного армирования бетонов фиброй позволяет получать материалы нового типа: прочные, долговечные, экономически эффективные.

Помимо снижения затрат на строительство и экономии цемента, можно отметить следующие положительные характеристики бетонов, полученных с применением дисперсного армирования базальтовой фиброй (по отношению к бетонам без базальтовой фибры):

прочность на изгиб возрастает в 2 раза, ударная прочность — в 5 раз, трещиностойкость — в 3 раза, прочность на раскалывание — в 2 раза;

повышается ударная вязкость;

снижаются усадочные явления;

повышение водонепроницаемости достигает 150%;

стойкость к коррозии за счет отсутствия трещин возрастает до 500%;

морозостойкость бетона увеличивается в 2 раза;

возрастает стойкость к истиранию, повышается долговечность.

Рекомендованы следующие сферы применения бетонов, армированных базальтовой фиброй:

объекты гражданского и специального строительства

гидротехнические сооружения;

сооружения, работающие в агрессивных средах;

строительство в сейсмоопасных регионах;

автодороги с интенсивным движением, мосты, ВПП аэродромов;

атомные станции и хранилища радиоактивных отходов;

конструкции из бетона в дорожной инфраструктуре

фундаменты;

промышленные полы;

дорожки, площадки, парковки;

пандусы, отмостки;

военные объекты;

радиопрозрачные конструкции.

В европейских странах, а также в Японии, Канаде и США применение фиброволокна имеет более широкое распространение.

ЛИТЕРАТУРА

Деревянко В.Н. Саламаха Л.В. Дисперсно-армированные растворы для устройства стяжек полов // Строительство, материаловедение, машиностроение. Сборник научных трудов. – 2009. – с. 14-19.

Дьяков К.В. Особенности технологии приготовления магнезиального базальтофибробетона // Бетон и железобетон. – 2007. – № 3. – с. 18.

Новицкий А.Г.Химическая стойкость базальтовых волокон для армирования бетонов.// Хімічна промисловість України. 2003. №3, с. 16-19.

Армированные волокнами вяжущие композиционные материалы: Вклад полиамидных волокон. Стройметаллэнергия 2021г.

Куртаев А.С., Сулейменов С.Т., Естемесов З.А. и др. Композиционные материалы на основе вяжущих. Киев, АН УССР ИПМ ,1991. С.21.

Половинкин А.В. Изучение физико-механических характеристик наномодифицированного базальтового ровинга и композиционного материала на его основе. Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов». МХТУ,2019. с17.