Написать нам в Telegram
Написать нам в WhatsApp

ВСМ / Статьи / Эффективное армирование бетонов и растворов

Эффективное армирование бетонов и растворов

А.А. Савельев - директор департамента исследований и разработок нашей компании;
П.С. Олюнин - аспирант Южно-Уральского государственного университета.

Журнал "Технологии бетонов", 11/2008.

Наша компания является единственным в странах СНГ производителем микроармирующего волокна для строительных смесей и растворов. Выпускаемое волокно различного титра, длины резки.

Волокна ТМ «ВСМ» могут использоваться во всех типах бетонных покрытий (как наружных, так и внутренних), где необходимо предотвратить появление пластических усадочных трещин и, как следствие, повышение функциональных свойств бетонных композиций. Обычно фиброволокна находят применение: в бетоне для промышленных складов, гидротехнических сооружений, наружных площадок, в бетонных плитах перекрытий, объектах нефтехимической промышленности, мостах, монолитных конструкциях, бетонных плитах фундаментов, железобетонных сваях, прессованных и отливаемых изделиях, в строительных растворах и штукатурке, торкретбетоне, в печатном декоративном бетоне, в материалах для ремонта бетона, а также в местах повышенной сейсмической активности.

Эффективное армирование бетонов и растворов

Известно, что оптимизация структуры материала за счет фиброволокон требует использования фиброволокна с модулем упругости, превышающим модуль упругости минерального вяжущего вещества. Также известно, что применение для армирования бетона фиброволокон с низким модулем упругости приводит к значительному улучшению таких характеристик, как прочность на растяжение, способность к деформации без хрупкого разрушения.

Основными сдерживающими факторами применения в бетонах широко известных по липропиленовых волокон западных и некоторых российских производителей являются их низкие механические характеристики.

Эффективное армирование бетонов и растворов

В качестве альтернативы известному полипропиленовому волокну выступает полиэфирное волокно, которое отличается повышенным модулем упругости (8–14 ГПа). Однако, согласно литературным данным, полиэтилентерефталат и аналогичные полимеры отличаются от полипропилена низкой стойкостью к концентрированным щелочам. Цементная паста, равно как и гидратирующий цементный камень, обладает высокой щелочностью среды (с водородным показателем рН = 11–13). Пребывание полиэфирного волокна в такой среде вызывает его деструкцию и, как следствие, ухудшение прочностных характеристик композиции. Таким образом, применение данного типа полимера для дисперсного армирования бетона не представляется возможным.

Эффективное армирование бетонов и растворов

Согласно теоретическим данным, модуль упругости цементного камня определен в диапазоне от 8 ГПа (без учета работы зернистого скелета заполнителя). Из этого следует, что модуль упругости армирующего волокна должен быть не меньше 8 ГПа, что необходимо для обеспечения совместной работы цементного камня и фиброволокна за счет сцепления в зоне раздела поверхностей.

Эффективность армирующего компонента оценивается прочностью на разрыв, модулем упругости, относительным удлинением и адгезионными свойствами (способностью к защемлению волокна в цементной матрице). Вследствие этого для фибробетонов достаточно широко применяются фибры из стали. Разработаны и приняты нормативные строительные документы, регламентирующие применение металлических фибр для промышленного и гражданского строительства.

Механические же показатели полиэфирных фиброволокон приближаются к механическим показателям низкосортной стали, а следовательно, прослеживается целесообразность их использования для фибробетонов.

В целом, для целей армирования необходимо сочетание положительных качеств обоих материалов: щелочестойкости одного и механических свойств другого.

Эффективное армирование бетонов и растворов

Современные средства химического производства позволяют производить не только моноволокно, но и коаксиальное фиброволокно, имеющее в своей структуре ядро и оболочку. Таким образом, создаются предпосылки для направленного управления физико-механическими и физико-химическими характеристиками фиброволокон.

В качестве основной физико-механической характеристики в данном случае выступает начальный модуль упругости, а под физико-химическими характеристиками подразумеваются характеристики щелочестойкости и поверхностной энергии полимера. При направленном управлении структурной модификацией ядра и полярными реакционными свойствами оболочки полимерных фиброволокон можно одновременно добиться высокой прочности волокна, низкой его деформативности в щелочной среде и высокой адгезии цементного камня к поверхности волокна.

С учетом перечисленного выше были сформированы общие требования к созданию совершенно нового типа полимерных фиброволокон для дисперсного армирования бетонов и растворов – коаксиального фиброволокна.

Результатом разработок, проводимых нашей компанией  совместно с Южно-Уральским государственным университетом, стало фиброволокно строительное микроармирующее (ВСМ (фибра)) как структурирующий многофункциональный компонент цементного вяжущего.

ВСМ (фибра) производится по ТУ 2272%006%13429727%2007. Право на данный продукт охраняется законом РФ и подтверждено патентом на изобретение.

В ходе исследований также теоретически обосновано и экспериментально подтверждено влияние дисперсной фазы (фиброволокон) на скорость (кинетику) формирования кластерных агрегатов в структурных системах бетонных композиций. Сформированы основные технологические принципы повышения агрегатированной устойчивости цементного камня за счет объемного дисперсного микроармирования. Установлены закономерности, изучен механизм повышения прочности при растяжении цементного камня в зоне его контакта с дисперсным фиброволокном, с учетом распределения градиента напряжений на границе раздела фаз.

Фиброволокно строительное микроармирующее может использоваться во всех типах бетонных покрытий (как наружных, так и внутренних), где необходимо предотвратить появление пластических усадочных напряжений, что в целом способствует улучшению функциональных свойств бетонных композиций. Здесь реализуются основные достоинства микроармированного композита: способность воспринимать повышенные растягивающие, изгибающие и знакопеременные нагрузки, динамические (ударные) воздействия, а также повышенные морозостойкость, водонепроницаемость, сопротивление трещинообразованию. Незначительное снижение модуля упругости (деформативность) также является достоинством применения технологии микроармирования, снижающей порог хрупкого разрушения бетонной конструкции в регионах с сейсмической нестабильностью.

Таким образом, выполненный по технологии микроармирования синтетическими коаксиальными фиброволокнами фибробетон, в противовес обычному бетону, особенно рекомендуется для таких конструкций, как: оболочки, тонкостенные панели со сложным рельефом, пустотелые балки и перемычки, трубы, резервуары, покрытия дорог, аэродромов, архитектурных элементов и т.д. Здесь наиболее эффективно могут быть использованы его технические преимущества.

Версия для печати