Разработка специальных цементов для высокопрочных бетонов и новые технологии открывают принципиально новые возможности синтеза прочности. Уже первые опыты по оптимизации гранулометрического состава вяжущих в начале 70-х годов выявили значительные резервы снижения водоцементного отношения и интенсификации реакций гидратации. Вслед за получением цементных камней с прочностью на сжатие свыше 250 МПа были получены так называемые DSP-композиты (уплотненные системы, содержащие гомогенно распределенные ультрамалые частицы). Эти материалы, включающие специально подготовленные цементы, микрокремнезем, специальные заполнители и микроволокна, за счет специальных технологических приемов при В/Ц=0,12-0,22 позволяют достичь прочности 270 МПа при высокой стойкости к коррозионным воздействиям и истиранию.
Фибробетон получают путем смешивания фиброволокна и бетонного раствора. При этом немаловажным условием получения качественного материала будет соблюдение следующих условий:
— совместимость бетона-матриц и фиброволокна;
— соблюдение необходимого соотношения раствора и фибры;
— равномерное распределение фиброволокон в бетоне.
Свойства фибробетона напрямую зависят от материала, используемого в качестве фиброволокна.
К несомненным достоинствам фибробетона можно отнести его высокие эксплуатационные характеристики. Бетон, имеющий в своем составе фиброволокно, намного превосходит обычный по качеству, прочности и долговечности. Изделия из него приобретают устойчивость к истиранию и химическому воздействию, не деформируются в процессе эксплуатации и имеют повышенную прочность на разрыв и растяжение. Фибробетон практически не дает усадки и трещин.
Использование фиброволокна в качестве армирующего материала позволяет значительно снизить трудоемкость изготовления бетонных изделий. Такие конструкции не нуждаются в дополнительном усилении при помощи металлических каркасов и сеток.
Такой фактор значительно ускоряет процесс строительства и избавляет от трудоемких затрат.
Равномерное распределение фиброволокон в толще бетона, обеспечивает его прочность по всей площади, чего невозможно добиться при обычном армировании. Поверхности фибробетона не страшны сколы и выщербины.
Фибробетон, в отличие от обычного бетона, обладает устойчивостью к резким перепадам температуры. Конструкции из него имеют такие немаловажные в строительстве свойства, как водонепроницаемость, жаропрочность и морозоустойчивость.
Бетон, с наполнением из фиброволокна, имеет значительно меньший вес, чем обычный с арматурой из металлической сетки. Ему можно придать любую форму, что намного упрощает процесс возведения бетонных конструкций. Исключение этапа армирования металлической сеткой также позволяет уменьшить толщину бетонных плит и снизить расход бетонного раствора.
Конструкции из фибробетона имеют более легкий вес и толщину, чем обычные, с металлическими сетками в качестве арматуры. Значительное снижение веса бетонных изделий, за счет отсутствия железной арматуры, легкости наполнителя и меньшей толщины, позволяет использовать их в качестве легких элементов декора и лепнины.
Высокие технические характеристики фибробетона, обеспечивают конструкциям из него, прочность и долговечность. Срок службы таких конструкций превышает изделия из обычного бетона в 15-20 раз.
Фибробетон, вследствие своей прочности, позволяет значительно уменьшить толщину конструкций, что в свою очередь, позволяет сократить расход бетонного состава и снизить затраты на строительство.
Из недостатков фибробетона можно отметить его большую стоимость, по сравнению с обычным бетоном, что является следствием высоких затрат на его производство.
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.
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.
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.