Фибробетоны: новый взгляд на традиционный композит

Форум был организован Центром Бетонных Технологий при участии МГСУ и Технического университета Дрездена и проведен при поддержке Ассоциации «Железобетон», компании Elasto Plastic Concrete (ЕРС), НИИЖБ и ООО «Эм-Си Баухеми».

Открыл конференцию с приветственным словом к ее участникам вице-президент Ассоциации «Железобетон» Вячеслав Фаликман.

Затем с очень интересным докладом «Бетоны с дисперсным армированием» выступил мэтр отечественного бетоноведения, зав. кафедрой технологии вяжущих веществ и бетона МГСУ, академик РААСН Юрий Баженов. Он отметил, что достижения современного строительного материаловедения открывают новые пути совершенствования бетонов на основе дисперсного армирования, повышения их качества и конструктивных возможностей. Большие перспективы открывает применение в фибробетонах наноматериалов. Нанофибробетоны в несколько раз прочнее обычных и обладают повышенной трещиностойкостью и долговечностью. Могут быть получены материалы прочностью на сжатие до 800 МПа и более, что позволяет создавать тонкостенные строительные конструкции. А это, в свою очередь, дает возможность резко снизить материалоемкость конструкций и повысить эффективность строительного процесса.

Вместе с тем, добавил Юрий Михайлович, следует ожидать дальнейшего совершенствования технологии традиционных фибробетонов и композитов с дисперсным армированием: армоцемента, стеклоцемента, асбестоцемента и других. По его словам, получат развитие новые виды дисперсного армирования, в т.ч. сеточные и тканевые материалы, новые композиционные вяжущие, модификаторы структуры и свойств материала, технологии с управляемым структурообразованием, обеспечивающие получение высокоэффективных материалов различного назначения.

Следующий докладчик, директор Института строительных материалов Технического университета Дрездена, профессор Виктор Мещерин выступил в течение двух дней конференции с несколькими сообщениями, осветив как теоретические основы, необходимые для разработки традиционных и новых видов фибробетона, так и практические аспекты их применения. В частности, он наглядно объяснил, что фиброармирование в первую очередь направлено на контроль и предотвращение развития разного рода трещин. Так, для борьбы с трещинами, появляющимися в результате пластической усадки бетонной смеси, или для предотвращения трещин в затвердевшем высокопрочном бетоне при пожаре достаточно добавления нескольких килограммов полимерной микрофибры на кубический метр бетона. Это так называемые неконструктивные применения волокна.

Для значительного увеличения же дуктильности (пластичности) бетона или его прочности на изгиб необходимо большее количество фибры и определенные механические характеристики как самой фибры, так и ее сцепления с матрицей бетона. Пока в этой области доминирует стальная фибра, но применяется и стеклянная, и базальтовая, а в последнее время все больше – синтетическая макрофибра. Эффективный контроль над трещинами не только ведет к увеличению несущей способности, надежности и эксплуатационной пригодности элементов конструкции, но и, за счет ограничения ширины раскрытия трещин, к улучшению их долговечности (замедление проникновения газов и жидкостей в бетон, самозалечивание мелких трещин и т.д.).

Как отметил профессор Мещерин, использование фибры в строительных материалах на основе цемента практикуется уже больше ста лет. Однако первые подробные научно обоснованные концепции проектирования армированных фиброй бетонных композитных материалов появились только в последние годы. В сочетании с современными методами анализа и технологии строительных материалов эти подходы открывают дорогу для целенаправленной разработки инновационных высокотехнологичных композитов на основе цемента. Подобные новые типы бетонов способны произвести революцию в области планирования, проектирования и возведения разного рода конструкций, а также в области ремонта и усиления зданий и сооружений. В качестве примера Виктор Мещерин подробно осветил два новых композита, которые наиболее полно воплощают в себе последние достижения технологии фибробетона: сверхпластичный бетон, армированный короткой полимерной фиброй, и бетон, армированный текстилем, сделанным из стекло- или углеродного волокна.

Правда, новое (а современные «нестальные» фибробетоны – это относительно новый продукт) всегда пробивает себе дорогу с трудом. Особенно в научной среде, которая в определенной степени зачастую консервативна. Ведь, как справедливо заметил Ю.М. Баженов, при развитии всего нового сначала восклицают: «Какая чушь!», затем говорят: «В этом что-то есть…», а впоследствии удивляются: «Ну кто ж этого не знает?!»

В полной мере это относится и к некоторым видам бетонного композита. Раньше, особенно в советские времена, при разработках новых бетонных смесей основополагающим критерием было снижение расхода цемента. Теперь это – уже вовсе не определяющий фактор. Как говорят ученые и те, кому предстоит работать с результатами их научных изысканий, «нас интересует сегодня не расход цемента, а эффективность бетонного композита с точки зрения бизнеса».

Этот основополагающий тезис применим и для фибробетона, даже с учетом того, что данный вид бетона – один из самых материало- и энергозатратных. К тому же особенности реологии армированного бетона таковы, что для него приходится либо повышать пресловутый расплыв конуса – растекаемость – с помощью специальных добавок-модификаторов, либо при укладке бетонной смеси применять технологию прессования.

С другой стороны, не всегда нужны и марки 1000 (и такие уже есть). Тем более для какого-нибудь садового домика и прочей вполне уважаемой малоэтажки, не требующей, однако, столь высоких марок бетона, какие необходимы для «небоскребных» сооружений.

Высказываются резонные мнения, что фибробетоны надо делать на расширяющихся цементах. Дело в том, что при введении, скажем, полимерной фибры резко уменьшается усадка материала. А расширяющиеся цементы вкупе с такой фиброй дают необходимый эффект в виде значительного снижения трещиностойкости – одной из главных бед созревающего бетона. Тут действуют свои законы. Например, неповрежденный бетон работает по известному всем бетонным специалистам закону Гука, а треснувший бетон – уже по модели Хиллеборга, когда энергия линейного напряжения переходит в энергию раскрытия трещины.

Стальная анкерная фибра

В арсенале специалистов есть множество технологий и методов упрочнения бетона. Применяются и весьма актуальные ныне нанотехнологии – куда же без них! С их использованием и с помощью введения микрофибры получают «фибробетон двойного действия» с эттрингитом – малюсенькими нитевидными кристаллами. Вот эти микрокристаллы как раз и усиливают действие основной микрофибры, давая двойной полезный эффект. К примеру, наносиликаты размерами до 0,14 нм обеспечивают получение чрезвычайно прочного цементного сростка по сравнению с микрокремнеземом, частицы которого на порядок крупнее – 0,10 мкм.

Прочность на изгиб фибробетона, замешанного на асбестоцементе с добавкой 6% полимера, возрастает с 2 до 42 МПа – в 21 раз! С 4%-ной полимерной добавкой почти 3-кратный рост прочности наблюдается и для высокопрочного бетона: с 76 до 210 мегапаскалей.

Об особенностях и преимуществах фибры BarChip рассказала Оксана Беннетт, региональный менеджер по России и СНГ компании Elasto Plastic Concrete – одного из мировых лидеров в сфере производства и применения полимерной фибры. Синтетическая фибра BarChip, состоящая из сополимерных волокон, характеризуется хорошей дисперсностью и обеспечивает повышенную прочность, огнестойкость и долговечность бетона. Еще одно немаловажное преимущество этой фибры – в том, что она может использоваться и при торкрет-бетонировании.

Наряду с вышеназванными на конференции были представлены также доклады: «Опыт и перспектива производства и применения строительных конструкций из фиброармированных бетонов» (Ю.В. Пухаренко, зав. кафедрой строительных материалов СПбГАСУ), «Стеклофибробетон в современном строительстве» (В.М. Рудой, гендиректор ООО «Стеклофибробетон»), «Ячеистые бетоны, армированные базальтовой фиброй» (В.А. Рудницкая, инженер, слушатель магистратуры МГСУ) и др.

Следует отметить, что целевая аудитория конференции наряду с учеными-бетоноведами, руководителями бетонных заводов и строительных организаций была представлена и техническими специалистами производственных компаний, как столичных, так и региональных, в т.ч., например, нашей челябинской компании, производящей высокоэффективное специализированное микроармирующее волокно «ВСМ» собственной разработки. Все это позволило обсудить дискутируемые вопросы практически на всех уровнях научнопроизводственной цепочки.Несомненно, это стало полезным как для всех участников мероприятия, так и для специалистов вне рамок этого форума.

Кроме всего прочего в программу конференции входили экскурсии с посещением строящегося объекта вблизи главного административного здания НК «Лукойл» (ООО «Нордео») и цеха по производству стеклофибробетона на заводе ООО «Стеклофибробетон».

Стоит отметить, что конференция была проведена в рамках празднования 90-летия МИСИ-МГСУ. Главным же ее итогом стало не просто обобщение богатого накопленного опыта применения армированных бетонных композитов. Благодаря тесному общению профессионалов были намечены пути дальнейшего развития одного из самых важных, фундаментальных направлений строительной индустрии, а значит, и новое видение фибробетонов.

Как показали совместные исследования российских и американских ученых, бетоны с высококачественными полимерными фиброэлементами без каких-либо изменений в структуре и свойствах выдерживают аж 5000 циклов замораживания-оттаивания. Дальше просто испытывать не стали… Так что за такими бетонами, полагают исследователи, – будущее. Причем вполне обозримое.

Полипропиленовая микрофибра	Полимерная фибра	Базальтовая фибра