№ п.п. | Волокно | Плотность, г/см3 | Прочность на растяжение, МПа | Модуль упругости, МПа | Удлинение при разрыве, % |
1 | Полипропиленовое | 0,90 | 400–700 | 3500–8000 | 10–25 |
2 | Полиэтиленовое | 0,95 | 600–720 | 1400–4200 | 10–12 |
3 | Нейлоновое | 1,10 | 770–840 | 4200–4500 | 16–20 |
4 | Акриловое | 1,10 | 210–420 | 2100–2150 | 25–45 |
5 | Полиэфирное | 1,40 | 730–780 | 8400–8600 | 11–13 |
6 | Полиамидное | 0,90 | 720–750 | 1900–2000 | 24–25 |
7 | Асбестовое | 2,60 | 910–3100 | 68 000–70 000 | 0,6–0,7 |
8 | Стеклянное | 2,60 | 1800–3850 | 70 000–90 000 | 1,5–3,5 |
9 | Стальное | 7,80 | 600–3150 | 190 000–210 000 | 3–4 |
10 | Углеродное | 2,00 | 2000–3500 | 200 000–250 000 | 1,0–1,6 |
11 | Карбоновое | 1,63 | 1200–4000 | 280 000–380 000 | 2,0–2,2 |
12 | Базальтовое | 2,60–2,70 | 1600–3600 | 7 000–50 000 | 1,4–3,6 |
13 | Полиакрилонитрильное | 1,14-1,18 | 600 - 900 | 5 000-20 000 | 10-35% |
Рисунок 1. Внешний различных видов армирующих волокон увеличение Х60
Ситуация с использованием армирующих волокон в составах торкрет-бетонов осложняется и отсутствием отечественной нормативной базы по этому вопросу. Действующие нормативы в основном носят ведомственный характер и не содержат четких рекомендаций по использованию различных видов армирующих волокон в составах торкрет-бетонов.
В отличие от Российских нормативных документов, Европейские нормы pr EN 14889-1 и pr EN 14889-2 четко подразделяют армирующие волокна на классы по основному эффекту действия:
фибра для улучшения пластических свойств;
фибра для улучшения эксплуатационных характеристик;
фибра для повышения прочности на изгиб;
фибра для повышения сопротивления взрывному разрушению материала при пожаре.
Данная классификация значительно облегчает подбор армирующих волокон при проектировании составов, так как известно, что эффективность дисперсного армирования торкрет-бетнов напрямую зависит от правильного выбора вида волокон, исходя из функционального назначения армируемого материала.
На ряду с проблемами нормативно технического обеспечения применения армирующей фибры в торкрет-бетонах, при использовании полимерной фибры возникают технологические проблемы обусловленные, прежде всего, плохим диспергированием, образованием комков и низкой адгезией цементной матрицы к полимерным волокнам. В работе [4], показано, что распределение волокон в бетоне является одним из определяющих факторов и от этого зависит эффективность использования армирующей фибры табл. 2. Однонаправленное распределение волокон Рис. 2, обеспечивает наибольшую эффективность применения армирующей фибры, но как правило, в построечных условиях в случае применения полимерной фибры в бетонах, имеет место трехмерное хаотичное распределение волокон Рис. 3, что позволяет обеспечить эффективность применения армирования фиброй не более 20%.
Таблица 2. Эффективность использования армирующей фибры в зависимости от распределения волокон в бетоне
Распределение волокон | Условная прочность, % |
Однонаправленное | 100 (вдоль влокон) |
Сетчатое | 45-50 |
Двухмерное хаотичное | 30-37 |
Трехмерное хаотичное | 0-20 |
Образование комков фибры в торкрет бетоне создает локальные неоднородности и как следствие потенциальную опасность нарушения целостности конструкции и преждевременного разрушения.
Низкая адгезия полимерных волокон требует увеличения длины фибры, что увеличивает риск плохого диспергирования и образования комков. Увеличение адгезии может быть достигнуто путем модернизации поверхности фибры, например использованием специальных аппретов или применением анкеров в виде отгибов на концах фибры, закручиванием армирующих волокон вдоль продольной оси, гофрированием армирующих волокон. Однако данные приемы модернизации эффективны в основном для металлической фибры.
Оригинальным подходом к модернизации армирующих волокон отличается продукция фирмы «Brugg Contec AG» (Швейцария), здесь впервые для повышения адгезии полимерных волокон использовано профилирование поверхности армирующих волокон рис.4, что на ряду с использованием специального полимерного сердечника, обеспечивает высокую эффективность применения армирующей фибры.
Модуль упругости таких волокон равен модулю упругости обычного бетона. Поэтому их применение обеспечивает, в отличие от обычных полимерных волокон, не только решение вопросов, связанных с дополнительным (конструктивным) армированием, таких как повышение ударной прочности, стойкости к трещинообразованию и сопротивления истиранию, но и роль эффективной рабочей арматуры, способствующей увеличению прочности бетона при растяжении, жесткости и сопротивления динамическим воздействиям. Дополнительно следует отметить высокую стойкостью к различным видам коррозии, что так же способствует повышению эффективности применения данного вида армирующих волокон.
По результатам исследований торкрет-бетонов армированных полимерной фиброй Concrix, проведенных в НИИ СМиТ ФГБОУ ВПО МГСУ, в докладе показано , что при правильном подборе составов торкрет-бетонов армированных полимерными волоконами с профилированной поверхностью удается достичь высоких строительно-технологических характеристик таких как, ударная вязкость, прочность на растяжение при изгибе, повысить трещиностойкость торкрет-бетонов и их эксплуатационные свойства. Проведен сравнительный анализ эффективности применения полимерной фибры с профилированной поверхностью и стальной фибры в составах торкрет-бетонов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Волков И.В. Фибробетон –состояние и перспективы применения в строительных конструкциях // Строительные материалы, оборудование и технологии XXI века. – 2004. – №5. – С.5-7.
2. Баженов Ю.М. Модифицированные высококачественные бетоны / Ю.М. Баженов [и др.]– М.: АСВ, 2006 – 368 стр.
Рабинович Н.Ф. Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции: монография / Н.Ф. Рабинович. – М.: АСВ, 2004. – 560 с.
Allen G. Stifness and strength of two glass-fiber reinforced cement laminates.// J. Compos. Mater. 2001, V.5)
Авторы статьи:
