Строительная индустрия быстро развивается, тем самым предъявляя жесткие требования к материалам и технологиям. Лидирующее место среди строительных конструктивных материалов занимают классический бетон и железобетон. Главными особенностями этих материалов являются прочность и долговечность, конструкции из бетона и железобетона превосходно справляются со статическими и динамическими нагрузками. Но несмотря на завоёванный авторитет бетонные и железобетонные изделии имеют ряд недостатков: большая масса элементов, образование трещин при твердении и эксплуатации конструкций, слабое восприятие ударных воздействий и растягивающих напряжений. К сожалению, это не полный список минусов всеми полюбившегося материала. Использование традиционных методов армирования стальными сетками и каркасами приводит к неоднородности структуры, деформационные характеристики ухудшаются, в теле бетона образуются пустоты. Равномерно-распределенное армирование устраняет эти недостатки и может существенно увеличить срок службы конструкций. Таким образом для улучшения характеристик, повышения тех-никоэкономической эффективности необходимо развитие на основе производства новых конструктивных материалов, в их числе дисперсно-армированные бетоны композиты, в которых собраны луч-шие качества различных составляющих.
Фибробетон — вид бетона, в котором микроарматура (фибра) равномерно распределена по всему телу искусственного камня. Основными показателями фибробетона, как и любого конструктивного материала, являются деформационные и прочностные характеристики. Прочностные показатели достаточно хорошо исследованы зарубежными и отечественными учёными. В сравнении с бетоном без дисперсного армирования, фибробетон при различных воздействиях отличается высокой прочностью на срез, изгиб и растяжение.
Огромный вклад в развитие и практическое применение дисперсного армирования внес российский инженер В. П. Некрасов. Он в 1907 году предложил новую разновидность армированного бетона – фибробетон, который представляет собой бетон, армированный нетрадиционной арматурой в виде стержней, а короткими обрезками тонкой проволоки с равномерным и хаотичным размещением еѐ в бетонной матрице. В 1909 году Некрасов В. Н. получил первый в мире патент на конструкцию из сталефибробетона. Исследования по разработке фибробетонов и расчёта конструкций из них получили широкое развитие с 60-х годов 20-го века. На начальном этапе армирование фиброй рассматривалось лишь как вспомогательное стержневой арматуре, но даже в тот период дисперсное армирование было целесообразно и это так же подтверждали зарубежные учёные. К примеру, Г.Портер заявил в 1910году, что при добавлении гвоздей и отрезков проволоки, механические характеристики бетона возрастают в 8 раз.
На время вопрос дисперсного армирования был забыт, и начал вновь приобретать актуальность в 60-х годах, когда физико-механические свойства бетона стали неудовлетворительны и требовали усовершенствования. Основными задачами перед учёными стали улучшение сопротивления бетона растяжению, а также сопротивление вязкости разрушениям за счёт фиброволокон.
В данный момент времени волокна для дисперсного армирования классифицируют следующим образом:
— по модулю упругости:
высокомодульные (металлические, стеклянные и др.);
низкомодульные (полипропиленовые и д.р);
-по происхождению:
природные (базальтовые, асбестовые и др.);
искусственные (вискозные, полиамидные и др.);
— по материалу:
металлические (сталь);
неметаллические (минеральные, синтетические).
От свойств материала волокон фибры напрямую зависит область применения бетона. Наиболее применяемые виды фибр:
Металлические фибра — в основном стальная, изготавливается из низкоуглеродистой проволоки, из стальных слябов и холоднокатаного стального листа. Подразделяется на волновую, анкерную и в виде стальных отрезков.
Анкерная — представляет собой отрезки проволоки диаметром 0,3-1,2мм., длиной 10-50мм., с приплюснутыми либо загнутыми концами. В случае, когда анкерная фибра изготавливается из стального листа, её поперечное сечение имеет прямую форму.
Волновая фибра — представляет собой отрезки высокоуглеродистой либо низкоуглеродистой проволоки, имеющей волнообразную форму.
Металлическая фибра может использоваться для изготовления бетонных конструкций любого типа, тротуарной плитки, бетонных памятников и др. Расход на метр кубический составляет 30-40 кг.
Стеклянная фибра — применяется в составе стеклофибробетона. Основные плюсы данного материала это — малый вес элементов и высокий уровень пластичности, что даёт возможность производить тонкостенные конструкции, толщиной от 12мм. Стеклофибробетон занимает лидирующие позиции в реконструкции объектов архитектуры, создание элементов декорирования фасадов зданий и сооружений, тонкостенных элементов для облицовки и др.
Полипропиленовая фибра — представляет собой синтетические волокна диаметром 10 — 25 мкм. Изготавливают фибру из полипропиленовой пленки путем резки и скручивания в жгуты. В бетонном растворе плетение раскрывается и создает сетчатую структуру. Стойкий к щелочам материал, совестим с цементными и гипсовыми вяжущими, на 60-90% снижает риск трещинообразования.
Базальтовая фибра — представляет собой отрезки равной длины, получаемые из расплавленного природного камня вулканического происхождения. Базальтовые фибры обеспечивают высокую адгезию с цементной матрицей, не корродируют и не воспламеняются под действием открытого огня.
Таким образом в сравнении с бетоном без дисперсного армирования, фибробетоны характеризуются пластичной и однородной структурой, высокой прочностью на срез и изгиб и растяжение, увеличение трещиностойкости и вязкости разрушениям, повышается морозостойкость, водонепроницаемость и коррозионная стойкость элементов и конструкций. Данные преимущества дают возможность повысить долговечность строительных конструкций, снизить воздействие на них агрессивных факторов, уменьшить стоимость железобетона путём уменьшения сечения стрежневой арматуры без изменения прочностных показателей. Плюс ко всему дисперсное армирование даёт возможность создавать конструкции любой геометрической формы.
Эффективность применения фибры кроме характеристик материал определяется свойствами дисперсной арматуры: формой сечения, длиной волокон и тд. Технические и физико-механический характеристики видов фибры представлены в таблице:
В настоящее временя необходимо более детально разработать методику экономической эффективности конструкций с применением дисперсного армирования. Несомненно, конструкции из фибробетона благодаря своим высоким техническим и физико-механическим характеристикам, показателям прочности, долговечности и другим не-маловажным преимуществам, способны дать значительный положительный экономический эффект на возведение и эксплуатацию зданий и сооружений.