Фибробетон: нюансы использования и варианты применения материала в строительстве

Основные свойства фибробетона

Физические характеристики фибробетонов на основе разных видов армирующего наполнителя могут довольно сильно отличаться. Например, для композитных материалов со стальной или базальтовой фиброй характерны очень хорошие показатели прочности и упругости. А вот полипропиленовые волокна отличаются низким коэффициентом упругости. Фибробетоны на их основе характеризуются повышенной деформативностью, а значит — не могут использоваться в качестве конструкционных материалов.

Все это следует учитывать при выборе марки материала для решения конкретных строительных задач. Выделим основные особенности и преимущества фибробетона в сравнении со стандартным бетоном:

• повышенная долговечность конструкций, продление эффективного срока эксплуатации с сохранением всех эксплуатационных характеристик;
• высокая прочность и упругость, стойкость к растяжению и разрыву, способность сохранять целостность при значительных растягивающих нагрузках;
• высокая устойчивость к воздействию атмосферных осадков и активных химических веществ;
• хорошая морозостойкость, способность сохранять структуру материала при многократных годовых, а также резких амплитудных колебаниях температур;
• высокая стойкость к повышению температуры, интенсивному нагреву, воздействию открытого огня, пожаробезопасность;
• отсутствие усадки, способность сохранять исходный объем после набора расчетной твердости;
• высокая стойкость к истиранию, износу, воздействию крутящих моментов, устойчивость к образованию трещин;
• влагостойкость, водонепроницаемость;
• повышенная пластичность, хорошая прочность при ударах;
• хорошие адгезионные качества;
• сохранение технических характеристик после окончания расчетного срока службы материала;
• уменьшение необходимых для строительства объемов бетона ввиду улучшенных свойств материала, снижение веса конструкции;
• высокая технологичность материала и продуктивность работ по нему;
• снижение стоимости строительства за счет экономии материалов, отказа от использования армирующих сеток и каркасов, сокращения времени строительных работ, уменьшения дополнительных расходов на транспортировку и пр.

По своей прочности фибробетон зачастую даже превосходит железобетон, заметно выигрывая при этом по весу конструкций. Фибру можно также применять для армирования газобетонов и пенобетонов. Такие материалы отличаются низкой плотностью, высокими тепло- и шумоизоляционными и свойствами. А за счет армирования волокном они приобретают повышенные прочностные характеристики.

Единственным относительным недостатком фибробетона является его высокая стоимость. Однако на практике за счет использования этого материала можно даже повысить рентабельность строительства.

Технология изготовления фибробетона

Высококачественный материал можно получить только при условии правильного производства. Технология должна соблюдаться в строгом порядке, независимо от того, где изготавливают фибробетон — на заводе или в собственном сарае.

Технологический процесс изготовления напрямую зависит от вида применяемого волокна, а также от пропорций компонентов, которые входят в состав бетонной смеси. Высокой плотности можно достичь только в том случае, если волокна в растворе распределены равномерно.

От этой равномерности зависит, насколько надежно бетонная конструкция будет противостоять внешним механическим нагрузкам и химическим факторам.

Производство материала проходит в несколько этапов:

• изготавливают раствор;
• формируют волокна фибры, нарезают их нужного размера;
• добавляют элементы в смесь;
• тщательно размешивают и уплотняют;
• разливают по формам;
• ожидают, пока монолит застынет.

Волокна, которые применяют при производстве, могут быть металлическими и неметаллическими. Фибра также может различаться: стальную нарезают из металлических лент, стеклянную формируют из расправленной массы, а фибру из целлюлозы режут и сворачивают в трубочку. Уже в процессе она расправляется и создает своеобразную сетку в бетоне. Распределять фибру необходимо равномерно.

Если надо повысить пластичность материала, то добавляют пластификаторы. Эти элементы контролируют скорость схватки и регулируют уровень усадки

При производстве применяются разные добавки, поэтому можно легко менять свойства конечного материала. Все зависит от того, для чего он будет использоваться.

Изделия из фибробетона

Высокопрочный фибробетон применяется для изготовления скульптур, ротонд и колоннад. Такие сооружения популярны среди строителей и архитекторов. Это связано с тем, что с материалом легко работать. Да и сохраняется он гораздо лучше, нежели аналогичные виды. Ему не страшны негативные климатические условия в виде дождя и снега, так как бетон не теряет первоначальный вид.

Промышленное строительство

Наличие в составе стальной проволоки обеспечивает высокую прочность. Такой материал применяется при строительстве следующих объектов:

• сооружения, изготовленные из монолитного железобетона;
• гидротехнические строения;
• водоочистные станции;
• подземные магистрали.

Фибробетон используют при строительстве транспортных тоннелей. Незаменим материал и при возведении подземных водоотводящих конструкций.

Фасадные панели из фибробетона

Все чаще для облицовки зданий используют фасадные панели из фибробетона. Они быстро монтируются, отличаются легкостью, низкой ценой и высокими техническими показателями.

Существенный плюс в том, что можно подобрать материал, который будет имитировать дерево, камень или кирпич.

Лицевая сторона панелей обработана специальным составом, который устойчив к влаге и ряду других вредных атмосферных явлений.

Ступени из фибробетона

Фибробетонные накладки — облицовочный материал для маршевых конструкций. Такие ступени отличаются высоким показателем качества, прочности и надежности.

Кроме этого, материал придаст благородный вид простым лестничным пролетам. Панели легко монтируются на рабочую поверхность, поэтому установить их можно собственноручно.

Декор из фибробетона

Бетон, в составе которого содержится стеклянная фибра, используется в различных сферах. Чаще материал применяют для производства декоративных элементов, связанных с украшением ландшафтного дизайна, ограждений, козырьков.

Другие изделия

Из фибробетона делают тротуарные и дорожные покрытия, а также производят декоративную плитку и бордюры.

В последнее время применяют для создания оснований аэродромов, железнодорожных шпал, мостов, так как материал может выдерживать максимальные нагрузки.

Пробовали ли вы делать фибробетон своими руками?

Область применения

Введение в бетон различных типов фибры позволяет изменить свойства материала, который может использоваться для решения различных задач.

Бетон с фиброволокном является лучшим материалом для решения многих строительно-ремонтных задач

Введение стальной проволоки позволяет значительно повысить прочность бетона, который используется для строительства:

• фундаментов строений, волнорезов, дорожных покрытий и шпал для железнодорожных путей;
• тоннелей и бетонных оснований, которые способны воспринимать значительные нагрузки;
• пешеходных дорожек, покрытий мостов и взлетных полос с повышенной несущей способностью;
• бордюров для автодорог, а также декоративной плитки и изделий для ландшафтного дизайна;
• строений из монолитного железобетона и несущих значительную нагрузку каркасов многоэтажных зданий;
• объектов гидротехнического назначения, водоочистных станций, специальных колодцев и подземных магистралей.

Сфера использования усиленного бетона, в массиве которого содержится стеклянная фибра, отличается. Он используется для решения следующих задач:

• изготовления шумоизоляционных щитов, которые монтируются вдоль автомобильных магистралей;
• обеспечения повышенной гидроизоляции бетонных емкостей на объектах, осуществляющих водоочистку;
• фасадной отделки зданий жилого и производственного назначения, обладающей повышенной прочностью;
• производства различных видов отделочной продукции, предназначенной для декорирования;
• формирования влагостойкой основы для коммерческих, производственных и общественных помещений;
• изготовления прочных элементов декора, используемых оформителями в ландшафтном дизайне.

Фибробетон с добавлением базальтовых волокон также популярен в строительной сфере.

Он применяется в конструкциях, на которые оказывается сильное давление со стороны окружающей среды

Он способен воспринимать значительные нагрузки и используется для следующих целей:

• сооружения автостоянок, укрепленных фундаментов, а также покрытий автомагистралей;
• постройки гидротехнических объектов, бетонных резервуаров для хранения жидкостей.

Полипропилен также используется в качестве наполнителя. Бетонная смесь с добавлением полипропилена применяется при производстве:

• вспененных блоков;
• ячеистых бетонов;
• малогабаритных построек.

Реже применяется вискоза и хлопок, область использования которых ограничена.

Что такое стеклофибробетон?

Новый вид бетона — стеклофибробетон, это композитный материал на основе традиционного бетона. Основным отличительным компонентом стеклофибробетона является стекловолокно. Стеклянные нити, введённые в бетонный раствор, делают этот строительный материал лёгким и надёжным. Благодаря своим уникальным свойствам он пользуется достаточно высокой репутацией у строителей.

Как и любой бетон, новый композит состоит из вяжущего вещества, заполнителя, воды и, в некоторых случаях, специальных добавок. В качестве вяжущего вещества при изготовлении стеклофибробетона используют один из двух видов цемента: портландцемент М-500 или глинозёмистый цемент. Заполняют раствор мелким кварцевым песком и стеклянной фиброй.

Одним из важнейших условий приготовления качественного раствора  является грамотный подход к выбору вяжущего вещества. Дело в том, что в портландцементе присутствует гидроксид кальция, который в контакте с водой оказывает разрушающее действие на стеклофибру.

Глинозёмистый же цемент, интенсивно кристаллизующийся и быстро затвердевающий, отлично взаимодействует со стеклянной нитью и усиливает её армирующие свойства. Но применение глинозёмов значительно удорожает производство стеклофибробетона. Кроме этого, глинозёмистые растворы требуют абсолютной точности процесса изготовления, малейшее отклонение от рекомендаций приводит к потере основных качеств, в частности, к снижению прочности стеклобетона.

Так в чём же выход? В выборе стеклянных нитей, устойчивых к воздействию щелочей. К ним относятся моноволокна (ровинг или ровница) цирконосиликатных, кальциево-натриевые силикатных, алюмоборосиликатных и силикатнокварцевых нитей. Доля стекловолокон в растворе не должна быть менее 3-5 % от общей массы.

Преимущества и недостатки стеклофибробетона

Обычный бетон традиционно армируется стальной арматурой, это прочный, но не пластичный и весьма тяжёлый материал. Армированный стеклянными нитями композитный стеклофибробетон имеет перед ним множество преимуществ:

1. Нити из стекла, как элементы армирования, не боятся коррозии;
2. Как и стальная арматура, стеклянные нити прекрасно держат нагрузку на сжатие, но кроме того, они выдерживают солидные нагрузки и на изгиб, и на растяжение;
3. Невысокий вес конструкций обеспечивает меньшую нагрузку на фундамент, более простые возможности транспортировки готовых изделий;
4. Материал пластичен, он используется для изготовления сложных по конфигурации изделий;
5. Суммарная плотность стеклонити в массиве композита значительно выше плотности стальной арматуры;
6. Быстрое затвердевание раствора обеспечивает высокую плотность;
7. Возможность введения цветовых пигментов в массу композита позволяет получать цветные изделия для оформления фасадов.

Есть у стеклофибробетона и недостатки:

1. Некоторые виды стеклонити нельзя использовать в растворе из портландцемента;
2. Быстрое, по сравнению с обычным бетоном, затвердение. Требуется ускоренная укладка.

Эти недостатки легко компенсируются приобретением фиброволокна, устойчивого материала к воздействию щелочей и изготовление стеклофибробетона небольшими порциями.

Стеклофибробетон, изготовленный на основе традиционного бетонного раствора, имеет с ним некоторые общие свойства: он не горит, не гниёт, не боится морозов и влаги.

Изделия из стеклофибробетона: как и где использовать стеклофибробетон?

Пневмопистолетом раствор распыляют на поверхность формы. Смесь, приготовленная в бетономешалке или вручную, заливается в предварительно подготовленные формы. Перед применением формы, её необходимо смазать любым минеральным маслом.

Для изготовления плит с различной текстурой поверхности используют различные формы:

• покрытые изнутри полиэтиленом для гладких;
• со стеклянным дном для полированных;
• силиконовые формы для фактурных поверхностей.

Что можно сделать из изготовленного своими руками композитного бетона?

Качественные эксплуатационные свойства позволяют использовать  стеклофибробетон при изготовлении:

1. Тонких навесных панелей для облицовки вентилируемого фасада;
2. Элементов фасадного декора;
3. Ограждений повышенной прочности для балконов и лоджий;
4. Кровельных элементов;
5. Щитов для опалубки;
6. Конструкций для ландшафтного декора;
7. Лестничных элементов.

Возможности подобрать стеклофибру для изготовления изделий по различному химическому составу и прочности, делают этот композитный материал универсальным. Изделия из него можно использовать в системах канализации, гидроизоляциях, трубопроводах.

Виды фибры

Сталь и другие металлы

Стальная фибровая арматура применяется в монолитных железобетонных конструкциях и сборных конструкциях заводского изготовления.

Несмотря на широкое многообразие имеющихся типоразмеров стальной фибры, в основном применяемые стальные волокна различной формы имеют Ø 0,2-1,2 мм и длину от 5 до 12 см не могут, в силу различных факторов, удовлетворительно использоваться для создания тонкослойных покрытий. Так, экспериментально подтверждено, что диаметр используемого фибрового волокна определяет начальную ширину раскрытия трещин в композите: при использовании стальных фибр Ø 0,3 мм трещины имеют характер местных разрывов, размер их не превышает 1-3 мкм; повышение диаметра волокон до Ø 0,9 мм приводит в тех же условиях к увеличению начальной ширины трещины до 7-10 мкм.

В связи со слабой адгезией металла и цементной матрицы, металлическую фибру для увеличения анкерности выпускают разной конфигурации: волнистую, с расплющенными и загнутыми концами.

Базальт

Имеет высокий модуль упругости и хорошие показатели прочности на разрыв. В последние десятилетия разработаны новые технологические решения, позволяющие снизить стоимость изготовления базальтовой фибры, ввиду чего в настоящее время она составляет достаточно серьёзную конкуренцию стальным волокнам.

Главной отличительной чертой базальтофибробетона является его высокая прочность для всех видов напряженных состояний и способность переносить большие деформации в упругом состоянии. Конструкции из базальтобетона обладают более высокой прочностью и деформативностью, нежели аналогичные конструкции армоцемента с арматурой из стальных сеток, так как армирующее их базальтовое волокно не только превосходит стальные сетки по указанным параметрам, но и обеспечивает более высокую степень дисперсности армирования цементного камня.

Следует отметить, что при твердении цементного камня поверхность тонкого базальтового волокна разрушается. Прочность волокна уменьшается, однако образующиеся раковины повышают прочность сцепления цементного камня и волокна, ввиду чего возрастает и прочность самого изделия. При использовании толстых волокон их прочность не изменяется.

Стекло

Стеклянные циркониевые тонкие волокна диаметром 8-10 мкм по прочности соответствуют высокоуглеродистой холоднотянутой проволоке, плотность же их в несколько раз меньше. Модуль упругости примерно втрое превышает модуль упругости матрицы. Однако производство тонких волокон и объединение их в комплексные нити требует дорогостоящего оборудования. Кроме того, при производстве стекла используется многокомпонентная шихта, что сказывается на стоимости фибр. Для равномерного распределения таких волокон в композиции требуются специальные методы (напыление, контактное формование) и оборудование, повышающие стоимость конструкции.

Полипропилен

Полипропиленовые волокна характеризуются надёжным сцеплением с бетонной матрицей, однако в то же время им свойственна повышенная деформативность, поскольку модуль упругости таких волокон составляет не более 1/4 модуля упругости бетонной матрицы. Поэтому, такие волокна не могут использоваться в качестве эффективной несущей арматуры и применяются, как правило, при дополнительном (конструктивном) армировании, способствующем предотвращению повреждений и выколов в бетоне при транспортировании и монтаже изделий, частичному повышению ударной прочности, сопротивления истиранию и т. д. Вместе с тем в ходе многолетних исследований было установлено, что изделия, армированные полипропиленовыми волокнами, характеризуются значительными деформациями даже при небольших нагрузках растяжения, что объясняется низкой адгезией полипропилена в цементной матрице. Кроме того, такие изделия с течением времени теряют свои прочностные свойства, имеют высокую истираемость поверхности.

Что такое стеклофибробетон

Чтобы увеличить прочностные характеристики бетона, его армируют, после чего получается армобетон о котором рассказывалось ранее. Однако использование металлических связующих, серьёзно утяжеляет бетонные конструкции. К тому же, недостатком является и возможная коррозия армирующих элементов со временем.

Всех вышеперечисленных недостатков полностью лишён стеклофибробетон. Для его изготовления используется стеклянная фибра, в качестве наполнителя и связующих элементов. Вследствие этого повышаются не только прочностные характеристики бетона, но и улучшаются другие его показатели, такие как морозостойкость, ударопрочность и т. д.

Кто знаком с изготовлением обычного бетона знает, что в качестве наполнителя для него выступают инертные материалы — гравий, песок и щебень. Вследствие этого, прочность и различные другие показатели бетонных конструкций, например на сжатие или растяжение, находятся не на самом высоком уровне.

Совсем другое дело, когда наполнителем для бетона служит стекловолокно. Хаотично расположенные в нём длинные волокна, позволяют в десятки раз увеличить показатели материала на разрыв и сжатие, получив на выходе совершенно новый строительный материал, название которому — стеклофибробетон.

Состав и характеристики стеклофибробетона

Основными материалами для производства стеклофибробетона служат: щёлочестойкое стекловолокно и портландцемент марок не ниже 500 или 700, а также кварцевый песок. Для улучшения формовочных, эстетических и технологических характеристик стеклофибробетона, при его изготовлении также могут добавляться и различного рода присадки.

Ну и, само собой разумеется, что для придания бетонной массе нужной консистенции, используется либо вода, либо жидкое стекло.

Разница между обычным бетоном и стеклофибробетоном существенна. Если выделить основные преимущества стеклофибробетона, то заключаются они в первую очередь вот в чём:

1. В лёгкости — стеклофибробетон намного легче обычного бетона, но никак не менее прочнее его;
2. В более высоких прочностных показателях – как на изгиб, так и на сжатие-разрыв;
3. Существенная разница между бетоном и стеклофибробетоном наблюдается и в прочности на растяжение, которая у стеклофибробетона в пять раз выше;
4. То же самое касается и более высокой ударной прочности, по сравнению с обычным бетоном (в 145 раз больше);
5. Улучшенные характеристики в плане морозостойкости (до 300 циклов).

Как видно, стеклофибробетон является уникальным в своём роде строительным материалом, который намного лучше по своим характеристикам обычного бетона, основным наполнителем которого является щебень.

Оборудование для производства фибробетона

Для каждого отдельного материала создан свой технологический процесс и оборудование.

Фибробетон с добавлением стальной фибры производится с использованием мощного электромагнита. Элемент растягивает фибру во время перемешивания бетонного раствора. Электромагнитные установки отличаются по размеру и мощности.

Для изготовления раствора с добавлением фибры из стекла применяют метод пневмонабрызга. Принцип действия заключается в синхронном напылении бетона и фиброволокна, за счет этого производятся крупногабаритные изделия со сложной геометрической формой.

Бетон на пропиленовой фибре можно изготовить в обычной бетономешалке либо при помощи строительного миксера. Смесь легко перемешивается, не образуя комки.

Фибробетонные изделия: панели

Изделия из фибробетона используются сегодня повсеместно. Среди них следует выделить панели, которые представляют собой крупноформатные тонкие конструкции, армированные по всей толщине стекловолокном. Используются они для облицовки фасадов, а также для отделки интерьера. Фибробетонные панели сочетают прочность, огнестойкость, формуемость, небольшой вес и аутентичный внешний вид. Панели из фибробетона можно классифицировать на:

• фасадные;
• бетонные панели;
• бетонный сайдинг;
• 3D-фибробетон;
• мебель;
• малые архитектурные формы;
• формовые бетонные элементы;
• интерьерные бетонные панели.

Фибробетон М100, М150, М200

Для улучшения качественных показателей традиционного бетона в смесь попробовали добавить дополнительные волокна (фибры), равномерно распределив их по всей массе. В результате характеристики материала резко изменились:

– примерно на 30% возросла прочность на разрыв и растяжение; – существенно увеличились модуль упругости и ударная вязкость; – повысилась устойчивость к трещинообразованию; – в бетонной массе практически пропала усадка.

Так появилась особо прочная разновидность бетона – фибробетон. Это строительный материал, армированный по всему объему специальными волокнами. Его свойства уже давно известны строителям и заслужили только положительные отзывы.

Виды армирующего наполнителя Фибры, входящие в состав бетона, могут быть:

1.Металлическими (стальная проволока длиной до 5 см и диаметром до 0,5 мм); 2.Из другого материала (стекловолокно, асбест, базальт, полипропилен, полиамид, углерод, карбон, хлопок, полиэтилен, нейлон, вискоза, акрил и так далее).

Изделие из фибробетона имеет однородный состав, пронизанный во всех направлениях тонкими волокнами. В зависимости от применяемого наполнителя материал имеет определенные свойства.

Характеристики различных фибробетонов Стальная фибра увеличивает прочность бетона, снижает возможность возникновения трещин. Материал обретает повышенную водонепроницаемость, морозостойкость и жаропрочность.

Стекловолокно положительно влияет на пластичность материала. В связи с неустойчивостью стекла к щелочной среде в бетон добавляются связующие вещества, он пропитывается полимерами. В итоге получается отличное изделие с высоким сопротивлением к температуре, истиранию, ударам, воздействию химических веществ и влаги.

Базальтовый наполнитель повышает параметры прочности, стойкости к ударным нагрузкам и деформациям. Синтетическая фибра (волокна полипропилена, полиэтилена и другие) улучшает устойчивость материала к растяжениям, высоким температурам, воздействию химикатов. Она значительно снижает электропроводность бетона

Кроме того, наполнитель из синтетики серьезно снижает вес общей конструкции, что важно для большинства строительных работ

Производство фибробетона Качественный материал получается при выполнении обязательных условий:

– соблюдение необходимых пропорций фибры и раствора; – совместимость волокон и смеси; – равномерное распределение наполнителя в бетоне.

Технология изготовления очень проста: бетонная смесь тщательно перемешивается с волокнами. Компоненты опускаются в раствор постепенно небольшими порциями. Некоторые добавки могут помещаться прямо в сухую смесь до добавления воды.