FIBER-REINFORCED CONCRETE AND PRODUCTS ON ITS BASIS

Клюев С.В.

Кандидат технических наук, доцент,

Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова

Работа выполнена в рамках реализации стипендии Президента Российской Федерации СП - 265.2015.1

ФИБРОБЕТОН И ИЗДЕЛИЯ НА ЕГО ОСНОВЕ

Аннотация

В статье рассмотрены вопросы применения фибры для мелкозернистых бетонов.

Ключевые слова: фибробетон, прочность, армирование, эффективность.

Klyuyev S.V.

PhD in Engineering,

Belgorod State Technological University named after Shukhov

FIBER-REINFORCED CONCRETE AND PRODUCTS ON ITS BASIS

Abstract

Acute questions of fibre using for fine-grained concrete are considered in the article.

Keywords: fiber-reinforced concrete, strength reinforcement efficiency.

Разработка специальныхॱ цементов для высокопрочных бетоновॱ и новыеॱ технологии открываютॱ принципиально новыеॱ возможности синтезаॱ прочности. Уже первые опытыॱ по оптимизацииॱ гранулометрического составаॱ вяжущих в начале 70-х годов выявилиॱ значительные резервыॱ снижения водоцементногоॱ отношения и интенсификации реакцийॱ гидратации. Вследॱ за получениемॱ цементных камнейॱ с прочностьюॱ на сжатиеॱ свыше 250 МПа были получены так называемые DSP-композитыॱ (уплотненные системы, содержащие гомогенноॱ распределенные ультрамалыеॱ частицы). Эти материалы, включающиеॱ специально подготовленныеॱ цементы, микрокремнезем, специальные заполнителиॱ и микроволокна, за счет специальных технологическихॱ приемов при В/Ц=0,12-0,22 позволяютॱ достичь прочностиॱ 270 МПа при высокойॱ стойкости к коррозионным воздействиямॱ и истиранию.ॱ

Фибробетон получаютॱ путем смешиванияॱ фиброволокна и бетонного раствора. При этом немаловажным условиемॱ получения качественногоॱ материала будетॱ соблюдение следующихॱ условий:ॱ

• совместимость бетона-матрицॱ и фиброволокна;ॱ
• соблюдение необходимогоॱ соотношения раствораॱ и фибры;ॱ
• равномерное распределениеॱ фиброволокон в бетоне.ॱ

Свойства фибробетонаॱ напрямую зависятॱ от материала, используемого в качестве фиброволокна.ॱ

К несомненнымॱ достоинствам фибробетонаॱ можно отнестиॱ его высокиеॱ эксплуатационные характеристики. Бетон, имеющийॱ в своемॱ составе фиброволокно, намного превосходитॱ обычный по качеству, прочностиॱ и долговечности. Изделия из него приобретаютॱ устойчивость к истиранию и химическому воздействию, не деформируютсяॱ в процессеॱ эксплуатации и имеют повышеннуюॱ прочность на разрыв и растяжение. Фибробетонॱ практически не дает усадкиॱ и трещин.ॱ

Использование фиброволокнаॱ в качествеॱ армирующего материалаॱ позволяет значительноॱ снизить трудоемкостьॱ изготовления бетонныхॱ изделий. Такиеॱ конструкции не нуждаются в дополнительном усиленииॱ при помощиॱ металлических каркасовॱ и сеток. Такой факторॱ значительно ускоряетॱ процесс строительстваॱ и избавляетॱ от трудоемкихॱ затрат [1 – 10].ॱ

Равномерноеॱ распределениеॱ фиброволоконॱ в толщеॱ бетона, обеспечиваетॱ его прочностьॱ по всей площади, чего невозможноॱ добитьсяॱ при обычномॱ армировании. Поверхностиॱ фибробетонаॱ не страшныॱ сколыॱ и выщербины.ॱ

Фибробетон, в отличие от обычного бетона, обладает устойчивостьюॱ к резкимॱ перепадам температуры. Конструкции из него имеютॱ такие немаловажныеॱ в строительствеॱ свойства, как водонепроницаемость, жаропрочностьॱ и морозоустойчивость.ॱ

Бетон, с наполнением из фиброволокна, имеетॱ значительно меньшийॱ вес, чем обычный с арматурой из металлической сетки. Ему можноॱ придать любуюॱ форму, что намного упрощаетॱ процесс возведенияॱ бетонных конструкций. Исключение этапаॱ армирования металлическойॱ сеткой такжеॱ позволяет уменьшитьॱ толщину бетонныхॱ плит и снизить расходॱ бетонного раствора.ॱ

Конструкции из фибробетона имеютॱ более легкийॱ вес и толщину, чем обычные, с металлическими сеткамиॱ в качествеॱ арматуры. Значительноеॱ снижение весаॱ бетонных изделий, за счетॱ отсутствия железнойॱ арматуры, легкостиॱ наполнителя и меньшей толщины, позволяет использоватьॱ их в качестве легкихॱ элементов декораॱ и лепнины.ॱ

Высокиеॱ техническиеॱ характеристикиॱ фибробетона, обеспечиваютॱ конструкциямॱ из него, прочностьॱ и долговечность. Срок службыॱ такихॱ конструкцийॱ превышаетॱ изделияॱ из обычногоॱ бетонаॱ в 15-20 раз.ॱ

Фибробетон, вследствиеॱ своей прочности, позволяет значительноॱ уменьшить толщинуॱ конструкций, что в своюॱ очередь, позволяетॱ сократить расходॱ бетонного составаॱ и снизитьॱ затраты на строительство.ॱ

Из недостатковॱ фибробетонаॱ можноॱ отметитьॱ его большуюॱ стоимость, по сравнениюॱ с обычнымॱ бетоном, что являетсяॱ следствиемॱ высокихॱ затратॱ на его производство.ॱ

Для строительства объектов XXII зимних Олимпийские игр 2014 года в Сочи и чемпионата мира по футболу 2018 года необходимо в ближайшие годы удвоить производство изгибаемых элементов, таких как балки, плиты, ригели [11 – 19].

Успехи бетоноведения в конце ХХ-го века обеспечили возможность получения высокопрочных и высококачественных бетонов прочностью на сжатие выше 100 МПа, необходимых при строительстве высотных зданий, платформ для нефтедобычи в морях и океанических шельфах и других уникальных сооружений. Однако при существенном повышении прочности бетонов на сжатие прочность высокопрочных бетонов на растяжение при изгибе повышается незначительно, что снижает возможности и эффективность их применения.

Для улучшения показателей перечисленных свойств бетонов применяется дисперсное армирование бетона волокнами (фиброй) – стальными, стеклянными, базальтовыми, целлюлозными, синтетическими, углеродными и др. [20 – 27].

Эффективность применения фибробетонных конструкций в этих случаях может быть достигнута за счет снижения трудозатрат на арматурные работы, сокращения расхода стали и бетона (за счет уменьшения толщины конструкций), совмещения технологических операций приготовления – бетонной смеси и ее армирования, что, в конечном итоге, приводит к снижению трудоемкости изготовления конструкций на 25 – 35% и экономии строительных материалов на 1 м³ готового изделия. Кроме того, эффективность использования фибробетона может выражаться в увеличении долговечности конструкций и снижении затрат на текущий ремонт.

На сегодняшний день, наибольшее распространение получили стальные волокна в виде иголок, нарезанные из тонкой стальной проволоки с профилированной поверхностью для лучшего сцепления с бетоном. Аналогичные фибры можно нарезать из тонкого стального листа. Изготовление фибр из стальных отходов позволяет значительно сократить потребление в строительстве дефицитной арматурной стали. Чтобы существенно снизить вязкость смеси применяют специальные добавки. Это органические поверхностно-активные вещества, вводимые в смесь в малых дозах – от нескольких тысячных долей процента до нескольких процентов к массе бетона.

Экономическая эффективность фибробетонных конструкций по сравнению с железобетонными обуславливается за счет: большого снижения трудоемкости, материалоемкости; повышения долговечности; увеличения межремонтного ресурса; исключения недостатков, присущих стержневому армированию.

Ценность волокон состоит в том, что они не только придают бетону новые свойства, но и открывают путь принципиально новой технологии изготовления строительных изделий. Армирование производится непосредственно в бетоносмесительных агрегатах, т.е. в бетономешалку загружают цемент, песок, щебень и сами волокна, перемешивают их и получают готовую к применению армированную бетонную смесь, которую заливают в форму. Время изготовления изделий сокращается практически вдвое. В связи со значительным повышением физико-механических свойств снижается материалоемкость элементов конструкций, что приводит к уменьшению веса зданий и сооружений.

Литература

1. Клюев А.В., Нетребенко А.В., Дураченко А.В. Свойства бетонной матрицы при дисперсном армировании фибрами// Сборник научных трудов Sworld. – 2014. – Т. 16. – №2. – С. 96 – 99.
2. Клюев А.В., Нетребенко А.В., Дураченко А.В. Ориентация и распределение фибр в цементной матрице // Сборник научных трудов Sworld. – 2014. – Т. 16. – №2. – С. 99 – 102.
3. Клюев А.В., Клюев С.В., Нетребенко А.В., Дураченко А.В. Мелкозернистый фибробетон армированный полипропиленовым волокном // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2014. – № 4. – С. 67 – 72.
4. Клюев А.В., Нетребенко А.В., Дураченко А.В., Пикалова Е.К. К вопросу применения техногенных песков для производства мелкозернистого фибробетона // Сборник научных трудов Sworld. – 2014. – Т. 19. – №1. – С. 32 – 34.
5. Клюев С.В., Клюев А.В., Сопин Д.М., Нетребенко А.В., Казлитин С.А. Тяжелонагруженные полы на основе мелкозернистых фибробетонов // Инженерно-строительный журнал. – 2013. – №3. – С. 7 – 14.
6. Клюев А.В. Сталефибробетон для сборно-монолитного строительства // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2011. – № 2. – С. 60 – 63.
7. Клюев А.В. Усиление изгибаемых конструкций композитами на основе углеволокна // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2011. – № 3. – С. 38 – 41.
8. Клюев А.В., Лесовик Р.В. Сталефибробетон на композиционных вяжущих и техногенных песках КМА для изгибаемых конструкций // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2012. – № 2. – С. 14 – 16.
9. Клюев С.В., Лесовик Р.В., Клюев А.В. Фибробетон на техногенном песке КМА и композиционных вяжущих для промышленного и гражданского строительства. – Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова. – 2012. – 124 с.
10. Клюев С.В., Лесовик Р.В., Клюев А.В., Гинзбург А.В., Казлитин С.А. Фибробетон для тяжелонагруженных полов промышленных зданий. – Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова. – – 116 с.
11. Клюев С.В., Клюев А.В. Пределы идентификации природных и инженерных систем // Фундаментальные исследования. – 2007. – №12. – С. 24 – 25.
12. Клюев А.В., Нетребенко А.В. Армирующие материалы и их свойства для производства фибробетонов // Сборник Международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова. – Белгород. – 2013. – С. 17 – 21.
13. Клюев А.В., Нетребенко А.В. Экспериментальные исследования фибробетона для промышленного и гражданского строительства // Сборник Международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова. – Белгород. – 2013. – С. 12 – 16.
14. Клюев А.В., Пикалова Е.К. Технология усиления конструкций углеволокном // Сборник Международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова. – Белгород. – 2013. – С. 33 – 37.
15. Клюев А.В., Пикалова Е.К. Расчет усиления железобетонных колонн углеродной тканью // Сборник Международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова. – Белгород. – 2013. – С. 38 – 41.
16. Уваров В.А., Клюев С.В., Орехова Т.Н., Клюев А.В., Дураченко А.В. Получение высококачественного фибробетона с использованием противоточного пневмосмесителя // Промышленное и гражданское строительство. – 2014. – №8. – С. 54 – 56.
17. Клюев А.В. К вопросу формирования высококачественных фибробетонных композитов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2014. – № 6. – С. 55 – 57.
18. Клюев А.В. Дисперсно-армированный мелкозернистый бетон на техногенном песке КМА для изгибаемых изделий: автореф. дис. … к.т.н. Белгород. 24 с.
19. Клюев С.В. Расчет высокоплотной упаковки зерен мелкозернистого бетона / С.В. Клюев, А.Н. Хархардин // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2011. – № 1. – С. 34 – 37.
20. Клюев С.В. Фибробетон с использованием композиционных вяжущих и сырьевых ресурсов КМА для ремонта мостовых конструкций / С.В. Клюев, К.С. Ракитченко, Р.В. Лесовик, А.В. Клюев А.В. Гинзбург. – Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова. – 2014. – 131 с.
21. Клюев С.В. Высокопрочный сталефибробетон на техногенных песках КМА // Строительные материалы, оборудование, технологии ХХI века. – 2013. – № 11. С. 38 – 39.
22. Лесовик Р.В. Мелкозернистый сталефибробетон на основе техногенного песка для получения сборных элементов конструкций / Р.В. Лесовик, А.В. Клюев, С.В. Клюев // Технологии бетонов. – 2014. №2. – С. 44 – 45.
23. Лесовик Р.В., Клюев С.В., Клюев А.В., Нетребенко А.В. К проблеме использования техногенных песков КМА для производства мелкозернистого фибробетона и изделий на его основе // Промышленное и гражданское строительство. – 2014. – №12. – С. 45 – 48.
24. Клюев А.В. Фибробетон на техногенном песке и композиционных вяжущих с использованием нанодисперсного порошка // Промышленное и гражданское строительство. – 2014. – №12. – С. 49 – 51.
25. Клюев А.В., Митрохин А.А., Черкашин Ю.Н., Лесовик Г.А. Расчет фибробетонных конструкций // Сборник научных трудов Sworld. – 2014. – Т. 18. – №3. – С. 61 – 65.
26. Клюев А.В., Нетребенко А.В., Дураченко А.В. К вопросу применения фибробетонных покрытий автомобильных дорог // Сборник научных трудов Sworld. – 2014. – Т. 18. – №3. – С. 65 – 69.
27. Клюев А.В., Клюев С.В., Нетребенко А.В., Дураченко А.В. Мелкозернистый фибробетон армированный полипропиленовым волокном // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2014. – № 4. – С. 67 – 72.

References

1. Kljuev A.V., Netrebenko A.V., Durachenko A.V. Svojstva betonnoj matricy pri dispersnom armirovanii fibrami// Sbornik nauchnyh trudov Sworld. – 2014. – T. 16. – №2. – S. 96 – 99.
2. Kljuev A.V., Netrebenko A.V., Durachenko A.V. Orientacija i raspredelenie fibr v cementnoj matrice // Sbornik nauchnyh trudov Sworld. – 2014. – T. 16. – №2. – S. 99 – 102.
3. Kljuev A.V., Kljuev S.V., Netrebenko A.V., Durachenko A.V. Melkozernistyj fibrobeton armirovannyj polipropilenovym voloknom // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. – 2014. – № 4. – S. 67 – 72.
4. Kljuev A.V., Netrebenko A.V., Durachenko A.V., Pikalova E.K. K voprosu primenenija tehnogennyh peskov dlja proizvodstva melkozernistogo fibrobetona // Sbornik nauchnyh trudov Sworld. – 2014. – T. 19. – №1. – S. 32 – 34.
5. Kljuev S.V., Kljuev A.V., Sopin D.M., Netrebenko A.V., Kazlitin S.A. Tjazhelonagruzhennye poly na osnove melkozernistyh fibrobetonov // Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal. – 2013. – №3. – S. 7 – 14.
6. Kljuev A.V. Stalefibrobeton dlja sborno-monolitnogo stroitel'stva // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. – 2011. – № 2. – S. 60 – 63.
7. Kljuev A.V. Usilenie izgibaemyh konstrukcij kompozitami na osnove uglevolokna // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. – 2011. – № 3. – S. 38 – 41.
8. Kljuev A.V., Lesovik R.V. Stalefibrobeton na kompozicionnyh vjazhushhih i tehnogennyh peskah KMA dlja izgibaemyh konstrukcij // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. – 2012. – № 2. – S. 14 – 16.
9. Kljuev S.V., Lesovik R.V., Kljuev A.V. Fibrobeton na tehnogennom peske KMA i kompozicionnyh vjazhushhih dlja promyshlennogo i grazhdanskogo stroitel'stva. – Belgorod: Izd-vo BGTU im. V.G. Shuhova. – 2012. – 124 s.
10. Kljuev S.V., Lesovik R.V., Kljuev A.V., Ginzburg A.V., Kazlitin S.A. Fibrobeton dlja tjazhelonagruzhennyh polov promyshlennyh zdanij. – Belgorod: Izd-vo BGTU im. V.G. Shuhova. – 2013. – 116 s.
11. Kljuev S.V., Kljuev A.V. Predely identifikacii prirodnyh i inzhenernyh sistem // Fundamental'nye issledovanija. – 2007. – №12. – S. 24 – 25.
12. Kljuev A.V., Netrebenko A.V. Armirujushhie materialy i ih svojstva dlja proizvodstva fibrobetonov // Sbornik Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii molodyh uchenyh BGTU im. V.G. Shuhova. – Belgorod. – 2013. – S. 17 – 21.
13. Kljuev A.V., Netrebenko A.V. Jeksperimental'nye issledovanija fibrobetona dlja promyshlennogo i grazhdanskogo stroitel'stva // Sbornik Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii molodyh uchenyh BGTU im. V.G. Shuhova. – Belgorod. – 2013. – S. 12 – 16.
14. Kljuev A.V., Pikalova E.K. Tehnologija usilenija konstrukcij uglevoloknom // Sbornik Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii molodyh uchenyh BGTU im. V.G. Shuhova. – Belgorod. – 2013. – S. 33 – 37.
15. Kljuev A.V., Pikalova E.K. Raschet usilenija zhelezobetonnyh kolonn uglerodnoj tkan'ju // Sbornik Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii molodyh uchenyh BGTU im. V.G. Shuhova. – Belgorod. – 2013. – S. 38 – 41.
16. Uvarov V.A., Kljuev S.V., Orehova T.N., Kljuev A.V., Durachenko A.V. Poluchenie vysokokachestvennogo fibrobetona s ispol'zovaniem protivotochnogo pnevmosmesitelja // Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. – 2014. – №8. – S. 54 – 56.
17. Kljuev A.V. K voprosu formirovanija vysokokachestvennyh fibrobetonnyh kompozitov // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. – 2014. – № 6. – S. 55 – 57.
18. Kljuev A.V. Dispersno-armirovannyj melkozernistyj beton na tehnogennom peske KMA dlja izgibaemyh izdelij: avtoref. dis. … k.t.n. Belgorod. 2012. 24 s.
19. Kljuev S.V. Raschet vysokoplotnoj upakovki zeren melkozernistogo betona / S.V. Kljuev, A.N. Harhardin // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. – 2011. – № 1. – S. 34 – 37.
20. Kljuev S.V. Fibrobeton s ispol'zovaniem kompozicionnyh vjazhushhih i syr'evyh resursov KMA dlja remonta mostovyh konstrukcij / S.V. Kljuev, K.S. Rakitchenko, R.V. Lesovik, A.V. Kljuev A.V. Ginzburg. – Belgorod: Izd-vo BGTU im. V.G. Shuhova. – 2014. – 131 s.
21. Kljuev S.V. Vysokoprochnyj stalefibrobeton na tehnogennyh peskah KMA // Stroitel'nye materialy, oborudovanie, tehnologii HHI veka. – 2013. – № 11. S. 38 – 39.
22. Lesovik R.V. Melkozernistyj stalefibrobeton na osnove tehnogennogo peska dlja poluchenija sbornyh jelementov konstrukcij / R.V. Lesovik, A.V. Kljuev, S.V. Kljuev // Tehnologii betonov. – 2014. №2. – S. 44 – 45.
23. Lesovik R.V., Kljuev S.V., Kljuev A.V., Netrebenko A.V. K probleme ispol'zovanija tehnogennyh peskov KMA dlja proizvodstva melkozernistogo fibrobetona i izdelij na ego osnove // Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. – 2014. – №12. – S. 45 – 48.
24. Kljuev A.V. Fibrobeton na tehnogennom peske i kompozicionnyh vjazhushhih s ispol'zovaniem nanodispersnogo poroshka // Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. – 2014. – №12. – S. 49 – 51.
25. Kljuev A.V., Mitrohin A.A., Cherkashin Ju.N., Lesovik G.A. Raschet fibrobetonnyh konstrukcij // Sbornik nauchnyh trudov Sworld. – 2014. – T. 18. – №3. – S. 61 – 65.
26. Kljuev A.V., Netrebenko A.V., Durachenko A.V. K voprosu primenenija fibrobetonnyh pokrytij avtomobil'nyh dorog // Sbornik nauchnyh trudov Sworld. – 2014. – T. 18. – №3. – S. 65 – 69.
27. Kljuev A.V., Kljuev S.V., Netrebenko A.V., Durachenko A.V. Melkozernistyj fibrobeton armirovannyj polipropilenovym voloknom // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. – 2014. – № 4. – S. 67 – 72.