Фибробетон, мелкозернистый бетон. Свойства, особенности технологии

Фибробетон, как и традиционный бетон, представляет собой композиционный материал, включающий дополнительно распределенную в объеме фибровую арматуру. Дисперсное фибровое армирование позволяет в большой степени компенсировать главные недостатки бетона - низкую прочность при растяжении и хрупкость разрушения.

Фибробетон имеет в несколько раз более высокую прочность при растяжении и на срез, ударную и усталостную прочность, трещиностойкость и вязкость разрушения, морозостойкость, водонепроницаемость, сопротивление кавитации, жаропрочность и пожаростойкость. По показателю работы разрушения фибробетон может в 15-20 раз превосходить бетон. Это обеспечивает его высокую технико-экономическую эффективность при применении в строительных конструкциях и их ремонте.

Свойства фибробетона как композиционного материала определяются свойствами составляющих его компонентов. В определенной степени важнейший компонент - фибра (стальная или неметаллическая).

Сопротивление различным воздействиям у фибробетонов в несколько раз выше, чем у обычного бетона.

Главными показателями свойств фибробетонов можно считать следующие:

• прочность при сжатии, осевом растяжении, растяжении при изгибе;
• начальный модуль деформаций;
• морозостойкость;
• водонепроницаемость;
• истираемость;
• ударную прочность (вязкость).

Важнейшая характеристика фибробетона - прочность на растяжение - является не только прямой характеристикой материала, но и косвенной, и отражает его сопротивление другим воздействиям, а также долговечность.

Другая важная характеристика фибробетона - ударная прочность (вязкость разрушения), которая в 3-5 раз превышает ударную прочность обычного бетона.

Экспериментально-теоретические исследования физико-механических свойств фибробетонов и опыт их применения позволили выявить эффективную номенклатуру конструкций, сооружений и изделий из них.

Установлены следующие области рационального применения фибробетонов:

• монолитные конструкции и сооружения - автомобильные дороги, перекладка покрытия, промышленные полы, выравнивающие полы, мостовые настилы, ирригационные каналы, взрыво - и взломоустойчивые сооружения, водоотбойные дамбы, огнезащитная штукатурка, емкости для воды и других жидкостей, обделки тоннелей, пространственные покрытия и сооружения, оборонные сооружения, ремонт монолитных конструкций полов, дорог и др.;
• сборные элементы и конструкции - железнодорожные шпалы, трубопроводы, склепы, балки, ступени, стеновые панели, кровельные панели и черепица, модули плавающих доков, морские сооружения, взрыво- и взломоустойчивые конструкции, плиты аэродромных, дорожных, тротуарных покрытий и креплений каналов, карнизные элементы мостов, сваи, шпунт, обогревательные элементы, элементы пространственных покрытий и сооружений, уличная фурнитура.

Для получения фибробетона с высокими эксплуатационными характеристиками и долговечностью необходимо выполнить следующее:

• достигнуть технологической совместимости фибры и бетона-матрицы (высокая однородность распределения фибры по объему композита; иметь необходимое количество растворной части бетона для размещения в ней фибры и обеспечения ее анкеровки, а также достаточную удобоукладываемость фибробетонной смеси из условий технологии производства изделий, конструкций или возведения сооружений);
• обеспечить коррозионную стойкость фибры в среде бетона-матрицы и требуемую долговечность получаемого фибробетона;
• создать максимальное заанкеривание фибры в бетоне-матрице с целью наиболее эффективного использования ее прочностных свойств;
• выбрать оптимальное сочетание агрегатного состояния (вида), прочности и деформативности фибры и бетона-матрицы для получения наиболее эффективного по эксплуатационным свойствам композита (фибробетона) на их основе.

С учетом выполнения этих условий наиболее перспективно для создания высокоэффективных фибробетонов нового поколения применение высокопрочных модифицированных бетонов на основе комплексных органоминеральных модификаторов типа МБ-01 и эффективной стальной фибры (типа "Харекс", "Драмикс"), щелочестойкой стеклянной (типа СЦ-6 или "CemFil"), базальтовой или полипропиленовой фибры оптимального агрегатного состояния.

Мелкозернистым является бетон, в котором заполнителем обычно служит песок с крупностью зерен до 5 мм (цементно-песчаный бетон) или песок и щебень крупностью до 10 мм. Повышенная суммарная удельная поверхность заполнителей у таких бетонов, с однош стороны, улучшает однородность их структуры (при тщательном перемешивании) и повышает на 10—20% прочность при растяжении и изгибе по сравнению с обычными бетонами, а также обеспечивает лучшее сопротивление вибрационно-динамическим нагрузкам. С другой стороны, она повышает водопотребность и поэтому расход цемента (так как раствор для обеспечения нужной консистенции требует больше цементного клея).

Это несколько увеличивает усадочные деформации, ползучесть и деформативность;. модуль упругости мелкозернистого бетона ниже, чем у равнопрочного обычного. Мелкозернистый бетон имеет пониженную по сравнению с обычным бетоном (при том же В/Ц) прочность при сжатии, низкую морозостойкость и худшее сцепление с арматурой.

Для устранения указанных недостатков обычных мелкозернистых бетонов и улучшения их технологии Институт физической химии АН СССР предлагает комплексный метод, включающий: домол цемента до удельной поверхности 5000 см2/г совместно с частью подсушенного песка, виброперемешивание смеси с предельно низким водосодержанием и добавлением поверхностно-активных веществ, вибротранспортирование смеси к месту укладки и объемное высокочастотное и двухчастотное вибрирование с пригрузом или под небольшим давлением.

Мелкозернистые смеси обладают повышенной вязкостью и пониженной подвижностью по сравнению с обычными бетонными. Количество воздуха в уплотненных жестких мелкозернистых смесях значительно больше, чем в обычных, а удаление его затруднено ввиду большой структурной вязкости мелкозернистых смесей и дисперсности воздуха в них.

В мелкозернистых бетонах имеет особенно большое значение сцепление между цементным камнем и зернами заполнителя и его качество (зерновой состав, чистота), поэтому песок следует применять в виде плотной смеси из нескольких фракций, а обычный — обогащать.

Для получения высокопрочных и морозостойких бетонов из умеренно жестких мелкозернистых смесей можно применять виброперемешивание, виброуплотнение, прессование и трамбование. При этом необходимо, чтобы режим виброуплотнения соответствовал реологическим характеристикам бетонной смеси.

Свойства бетона могут быть улучшены введением в него микронаполнителей при совместном помоле их с цементом.

Из мелкозернистого бетона изготовляют армоцементные конструкции, панели толщиной до 40—60 мм (формуемые в вертикальных кассетах) и другие изделия. Эти бетоны могут быть экономичны в районах, где нет хорошего и дешевого крупного заполнителя.