Автор: Рясков Д. А.
Источник (анг.): http://en.wikipedia.org/wiki/Fiber_reinforced_concrete
Фибробетоном называется бетон, содержащий волокнистый материал, который увеличивает его структурную прочность. Он содержит короткие отдельные волокна, которые равномерно распределены и случайным образом направлены. Различают стальные волокна, стекловолокно, синтетические волокна и натуральные волокна - каждый из которых придают различные свойства бетону. Кроме того, характер фибробетона меняется в зависимости от бетона, волокнистого материала, его геометрии распределения, ориентации и плотности.
Концепция использования волокна в качестве добавки, не нова. Волокна использовались в качестве усиления с древних времен. В прошлом конский волос добавлялся с соломой в глиняные кирпичи. В 1900-х годах, асбестовые волокна были использованы в бетоне. В 1950 году возникла концепция композиционных материалов и фибробетон был одним из вопросов, представляющих интерес. После того, как риск для здоровья, связанный с асбестом был обнаружен, возникла необходимость найти замену для вещества в бетоне и других строительных материалов. К 1960, сталь, стекло, и синтетические волокна, такие как полипропиленовые волокна были использованы в бетоне. Исследования в области новых усиленных волокнами бетонов продолжается и сегодня.
Волокна обычно применяются в бетоне для контроля образования трещин из-за усадки бетона при его высыхании. Они также уменьшают водопроницаемость бетона и тем самым уменьшают пропускание воды. Некоторые типы волокон увеличивают износостойкость и устойчивость бетона к разрушению. Вообще волокна не увеличивают прочности на изгиб бетона, и поэтому не может структурной арматурной стали. На самом деле, некоторые волокна фактически уменьшают прочность бетона.
Количество волокон, добавленных к бетонной смеси, выраженное в процентах от общего объема композиционного материала (бетона и волокна), называют «объемная доля" (Од). Од обычно составляет от 0,1 до 3%. Соотношение рассчитывается путем деления длины волокна на его диаметр. Для расчета пропорции с волокнами не с круглым поперечным сечением использовать эквивалентный диаметр. У волокон модуль упругости выше, чем у матрицы бетона или связующего раствора, поэтому они помогают нести нагрузку за счет увеличения прочности на разрыв материала. Увеличение соотношения длины к диаметру волокна обычно увеличивает прочность на изгиб матрицы материала. Тем не менее, волокна, которые слишком длинные, могут образовывать ком
в миксере и создавать проблемы в работе.
Некоторые недавние исследования показали, что с помощью волокон в бетоне можно увеличить ударопрочность материала. Это открытие очень важно, поскольку традиционно, люди считали, что пластичность увеличивается, когда бетон армируется волокнами. Результаты также показали, что использование микроволокон обеспечивает более высокую ударопрочность, чем в случае длинных волокон.
Высокоскоростные тоннели закреплены бетоном, содержащий 1 кг / м3 полипропиленовых волокон, диаметром 18 и 32 мкм, которые обеспечивают преимущества описанные ниже.
Что касается тротуаров, наиболее распространенным является использование фибробетона на площадях, где неметаллические волокна используются вместо металлической арматуры, так как последняя может нарушить электронные сигналы.
Полипропиленовые и нейлоновые волокна позволяют:
Стальные волокна позволяют:
Смеси стальных и полимерных волокон часто используются в строительных проектах для того, чтобы объединить преимущества обоих продуктов; структурные улучшения, предоставляемые стальными волокнами и пожаростойкость и улучшение усадки, предоставляемые полимерными волоконами.
В определенных обстоятельствах, стальная фибра может полностью заменить традиционную стальною арматуру в железобетоне. Это наиболее распространенно в промышленных покрытиях. Как правило, перед работами проводятся лабораторные испытания, чтобы подтвердить, что требования к характеристикам будут выполнены.
FRC утверждает, что ее бетон (ECC) в 500 раз более устойчив к растрескиванию и на 40 процентов легче, чем традиционный бетон. Также она заявляет, что он может упрочнится до нескольких сот процентов и повысить пластичность по крайней мере в два раза. ECC также рассказывает ою уникальном поведение ее бетона. При нагрузке он не образует трещины более 100 мкм, даже при деформации в несколько раз большей обычной.
Недавние исследования, проведенные на высокопроизводительном фибробетоне в настиле моста обнаружили, что добавление волокна усилили остаточную прочность и уменьшили трещинообразование. Повышение прочности прямо пропорционально содержанию волокон.
Новый вид естественного фибробетона (NFRC) изготовленный из целлюлозных волокон, полученных из генетически модифицированных сосен дал хорошие результаты. Целлюлозные волокна больше в диаметре, чем другие источники древесины. Некоторые исследования проводились с использованием отходов волокна от изготовления. Такие нейлоновые и полипропиленовые волокна могут быть использованы для армирования бетона.
Армированный стальной фиброй бетон (SFR) является своего рода набрызг-бетоном с добавкой стальных волокон.
1. Li, V.; Yang, E.; Li, M. (28 January 2008), Field Demonstration of Durable Link Slabs for Jointless Bridge Decks Based on Strain-Hardening Cementitious Composites – Phase 3: Shrinkage Control (PDF), Michigan Department of Transportation
2. ACI 544.3R-93: Guide for Specifying, Proportioning, Mixing, Placing, and Finishing Steel Fiber Reinforced Concrete (PDF), American Concrete Institute, 1998
3. Wang, Y.; Wu, HC.; Li, V. (November 2000). "Concrete Reinforcement with Recycled Fibers". Journal of Materials in Civil Engineering.
4. Ochia, T.; Okubob, S.; Fukuib, K. (July 2007). "Development of recycled PET fiber and its application as concrete-reinforcing fiber". Cement and Concrete Composites 29 (6): 448–455
5. Wietek, Bernhard (2008). Stahlfaserbeton. Vieweg+Teubner Verlag. ISBN 978-3-8348-0592-8