Фиброармированные материалы для строительства
Дисперсное армирование улучшает механические характеристики бетонов: повышает их трещино- и ударостойкость, прочность при растяжении и изгибе, стойкость к воздействию агрессивной среды; позволяет сократить рабочие сечения конструкций и в ряде случаев отказаться от использования стержневой арматуры или уменьшить ее расход. Таким образом, создаются условия для снижения материалоемкости и трудоемкости строительной продукции, увеличения ее номенклатуры, повышения архитектурно-художественной выразительности новых и реставрируемых объектов.
В настоящее время достаточно изучены и прошли определенную производственную проверку следующие разновидности фибробетонов: бетон, армированный стальными волокнами различной длины и поперечного сечения (сталефибробетон); легкий бетон на пористых заполнителях, армированный стальными или синтетическими волокнами; плотный или поризованный цементно-песчаный бетон, армированный синтетическими высоко- или низкомодульными волокнами; ячеистый фибробетон, армированный низкомодульными синтетическими волокнами.
Проведенные исследования позволили определить области рационального использования названных разновидностей фибробетонов. Так, применение сталефибробетона наиболее эффективно в тонкостенных плоских и криволинейных конструкциях, безнапорных и низконапорных трубах, а также при изготовлении ударостойких и изгибаемых конструкций с целью исключения дополнительного армирования. При этом стальную фибру получают резанием низкоуглеродистой проволоки, фольги или листовой стали, формованием из расплава, фрезерованием полос и слябов, а также прерывистым вибрационным резанием в ходе токарного процесса. Прочность сталефибробетона, армированного фрезерной и токарной фиброй, может достигать при изгибе 30-35 МПа, а при сжатии 80-100 МПа.
В качестве примера успешного применения сталефибробетона можно привести данные, согласно которым на объектах строительства Санкт-Петербурга и Ленинградской обл. забито более 30 000 свай различной конструкции с использованием этого материала, что обеспечило экономию средств в размере 30%.
Более 15 лет Волховский комбинат строительных конструкций в рамках опытно-промышленного производства осуществляет выпуск сталефибробетонных колец колодцев способом роликового прессования. Технологическая линия оснащена высокопроизводительным оборудованием, в том числе позволяющим изготовлять и саму стальную фибру из проволоки различного диаметра.
Положительно зарекомендовал себя сталефибробетон в конструкциях подземных сооружений, о чем свидетельствует как зарубежный, так и отечественный опыт. В частности, на протяжении ряда лет успешно эксплуатируется один из участков тоннеля Петербургского метрополитена, выполненный в сталефибробетонном варианте. При этом в качестве дисперсной арматуры для изготовления тюбингов и лотковых блоков использовалась фибра, полученная прерывистым вибрационным резанием, которая, по мнению специалистов, может составить серьезную конкуренцию традиционной фибре из проволоки.
Легкий сталефибробетон на мелких пористых заполнителях средней плотностью 1600—1800 кг/м3 и прочностью при изгибе до 25 МПа, разработанный в Санкт-Петербургском архитектурно-строительном университете (СПбГАСУ), нашел применение в производстве плит фальшпола и элементов временной шахтной кровли. В данном случае некоторое удорожание изделий из-за повышенного расхода фрезерной и токарной фибры компенсируется облегчением ручного труда и безопасностью проведения работ в условиях подземного строительства.
В числе перспективных неметаллических волокон следует отметить фибру из щелочестойкого стекловолокнистого ровинга и полимерных природных и синтетических волокон.
Эффективным материалом для ограждающих конструкций и теплоизоляционных изделий может служить ячеистый фибробетон неавтоклавного твердения. В этом случае для армирования используются низкомодульные синтетические фибры, представляющие собой отрезки моноволокон, комплексных нитей и фибриллированных пленок, для изготовления которых в ряде случаев целесообразно использование промышленных отходов соответствующих производств. Введение таких волокон в пено- или газобетонные смеси позволяет в 2—2,5 раза увеличить прочность при изгибе, до 1,5 раз — прочность при сжатии, в 7—9 раз — ударостойкость исходного ячеистого бетона.
Улучшение поровой структуры материала в результате дисперсного армирования способствует снижению водопоглощения и капиллярного подсоса, что обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик изделий и конструкций. Так, морозостойкость ячеистого фибро-бетона достигает 75—100 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Фибровое армирование полностью исключает появление и развитие усадочных трещин в процессе твердения и последующей эксплуатации материала.
Разработки СПбГАСУ нашли применение в производстве строительных материалов 000 "Красное" (С.-Петербург) и ЗАО "Фиброн" (г. Гатчина, Ленинградская обл.), освоивших серийный выпуск изделий из бетонов, армированных синтетическими волокнами.
В настоящее время фибропенобетонные плиты, обладающие повышенной прочностью, ударостойкостью, необходимыми тепло- и звукоизоляционными свойствами, успешно применяются для возведения межкомнатных и межквартирных перегородок, а также в многослойных конструкциях наружных стен зданий и сооружений. Из плотного бетона, в котором синтетическая фибра способствует увеличению ударо- и морозостойкости, устранению усадочных трещин, изготовляют элементы сборных декоративных ограждений и изделия малых архитектурных форм с применением немедленной распалубки. Армирование легкого бетона синтетической фиброй приводит к существенному улучшению структуры и физико-механических свойств материала, которые в результате превышают показатели лучших мировых аналогов.
Например, при средней плотности 1300—1400 кг/м3 легкий фибробетон характеризуется пределом прочности при сжатии до 35—40 МПа, маркой по морозостойкости до F300—F400 и маркой по водонепроницаемости до W10—W15. Композит с такими характеристиками успешно применяется для производства легких, прочных и долговечных облицовочной плитки и декоративного камня, а также может быть использован в монолитном варианте при выполнении реставрационных работ.
В числе последних отечественных разработок в области фибробетонов можно назвать сырьевую смесь для производства крупноразмерных фиброцементных плит толщиной 8—10 мм, в которой вместо природного асбеста в качестве армирующего материала используется целлюлозное волокно. Плиты предназначены для наружной и внутренней отделки ограждающих конструкций зданий и сооружений и могут быть использованы при устройстве вентилируемых фасадов и внутренних перегородок, а также при изготовлении многослойных плоских и объемных конструктивных элементов (сэндвич-панели, сантехкабины, шахты лифтов и др.). Этот материал незаменим в условиях открытой стройплощадки, его применение гарантирует удобство и круглогодичность работ, простоту раскроя и обработки, отсутствие мокрых процессов и высокую скорость монтажа. Ровная и гладкая поверхность плиты хорошо окрашивается, а также допускает нанесение каменной крошки и других отделочных покрытий. Выпуск данной продукции освоен ЗАО НПО "Фибрит" на действующих технологических линиях комбината "Мостермостекло" (Московская обл.).
Следует отметить, что наряду с рассмотренными здесь конструкциями получили апробацию такие способы изготовления фибробетонов, которые позволяют применять, кроме традиционного виброформования, такие эффективные приемы, как раздельная укладка, торкретирование, погиб свежеотформованных плоских заготовок, вакуум-прессование, пневмонабрызг, роликовая обкатка и др.
Таким образом, накопленный опыт показывает, что использование дисперсно-армированных бетонов различной плотности и прочности позволяет интенсифицировать процессы, повысить качество и снизить ресурсопотребление при возведении новых, а также реконструкции и реставрации существующих строительных объектов.