Население планеты увеличивается быстрыми темпами, и каждому нужен дом. На данном временном этапе строительство является единственной полностью не автоматизированной отраслью производства в наше время. Участие людей требуется на всех стадиях, что оборачивается высокими трудозатратами, медленной скоростью, коррумпированностью и вечным перерасходом бюджета. Но прогресс не стоит на месте. Чуть ли не каждый день в строительстве появляются новые устройства и приспособления, которые в значительной степени упрощают процессы возведения и эксплуатации зданий, чему также способствует использование новых технологий, новых более эффективных строительных материалов и новой усовершенствованной строительной техники. Строительным материалам при этом отводится важная роль.
Бетон в современном понимании — это искусственный камень, который получен в результате затвердевания рационально подобранной смеси из цемента (вяжущего вещества), мелкого заполнителя, крупного заполнителя, воды и, в необходимых случаях, специальных добавок. Применение заполнителей (песка, гравия или щебня), которые образуют жесткий скелет и воспринимают внешнюю нагрузку, позволяет уменьшить усадку бетона и образование усадочных трещин [5].
Среди бетонов, относящихся к новым, активно внедряющимся видам бетона, можно выделить фибробетон, который содержит в своем составе микроарматуру из различных компонентов, например, выполненной в виде стальных тонких проволок с загнутыми концами, называемую фиброволокнами или фибрами [2].
Рис. 1. Различные виды фибры для армирования бетона
Основываясь на результатах анализа развития и совершенствования бетонов и конструкций, следует отметить, что фибробетон является, одним из перспективных строительных материалов XXI-го века. Первый в мире патент на фибробетонную конструкцию, был получен российским ученым Некрасовым В. П. в 1909 году, а широкое развитие, исследования по разработке фибробетонов и методов расчета конструкций из них получили с 60-х годов ХХ-го века [8]. Первое масштабное практическое применение фибробетона в России можно датировать 1976 годом, когда его впервые использовали для строительства взлетно-посадочной полосы. Но в то время данный материал не получил широко применения в нашей стране, так как технология производства фибробетона и сама фибра на тот момент были несовершенны [3]. На данный момент публикуется множество исследований свойств фибробетонов, среди которых хочется выделить работы Клюевых Александра Васильевича и Сергея Васильевича.
Фибру для бетона условно можно разделить на две группы:
а. Металлическая — производится из стали, может иметь различную конфигурацию и размеры (диаметр может составлять от 0,1–0,5 мм, длина 10–50 мм);
б. Неметаллическая фибра, которая может быть представлена волокнами следующих материалов: стекло, полиэтилен, полипропилен, полиамид, акрил, хлопок, вискоза, базальт, асбест, карбон, углерод.
И свойства получаемого материала будут зависеть от вида применяемых волокон:
Стальная фибра — повышает прочность бетона к усилиям растяжения и разрыва, снижает усадку материала и, соответственно, возможность возникновения трещин. Бетон обретает большую морозостойкость, жаропрочность и водонепроницаемость.
Синтетическая фибра (полиэтилен, полипропилен и другие синтетические волокна) повышает устойчивость бетона к растяжениям, к воздействию химических веществ, высоким температурам и значительно снижают его электропроводность. Кроме этого, фибра из синтетики заметно снижает вес бетонных конструкций.
Стекловолокно — имеет высокий модуль упругости, что положительно влияет на такое свойство бетона как пластичность. Однако оно неустойчиво к щелочной среде бетонной смеси, поэтому приходится пропитывать бетон полимерами и добавлять вещества, связывающие щелочи. В результате получается уникальный материал, обладающий высоким сопротивлением к ударам, температуре, воздействию влаги и химических веществ, истиранию [7].
Актуальность применения фибробетонов в северных регионах в условиях низких температур обуславливается тем, что бетон, содержащий волокна, имеет более высокие морозостойкие характеристики, и можно считать, что по долговечности он не уступает бетону с воздухововлекающими добавками.
Механизм повышения морозостойкости следующий:
1) Волокна вносят в бетон незначительное количество воздуха. Эти воздушные пузырьки позволяют свободной воде, которая может замерзнуть, расширяться и сжиматься в цикле замерзание/оттаивание. Таким образом снижаются разрушительные эффекты мороза на раннем этапе;
2) Волокна повышая устойчивость бетона к пластическому растрескиванию, уменьшает количество водных каналов в бетоне, и в результате снижения проницаемости придает большую устойчивость к промерзанию;
3) Добавление волокон контролирует перемещение воды в бетоне, обеспечивая более эффективную гидратацию цемента, и повышает прочность на сжатие в первый день. Улучшенный контроль за выделением воды помогает предотвратить поднятие на поверхность цемента и песка. Эти мелкие частицы делают поверхность очень хрупкой и чувствительной к морозу;
4) Миллионы волокон на кубометр укрепляют бетон по всему его объему, включая поверхность и края, и связывают цементный раствор, повышая морозостойкость [6].
Так же фибробетон подходит при строительстве в сейсмоопасных холодных районах (например, Камчатка, Якутия), в силу повышенной стойкости к динамическим нагрузкам [1]. Эффективность применения фибробетона в конструкциях при динамических воздействиях обуславливается высокой структурной вязкостью. А в подобных регионах первостепенным является повышение функциональных характеристик и долговечности конструкций, а вопросы стоимости отступают на второй план [4].
В заключении можно сказать, что фибробетон молодой, но весьма перспективный строительный материал, который с успехом используют и производят более чем в 100 странах всего мира. Недостатком фибробетона является высокая себестоимость, что компенсируется продолжительным сроком службы и высокими показателями. С каждым годом этот материал находит все новые области применения. В России опыт применения фибробетонов и объем его производства невелики, но мировой практический опыт, несомненно, сделает вклад в развитие этого перспективного материала в нашей стране [3].
Литература:
- Гафарова Н. Е. Фибробетон для сейсмоопасных районов строительства // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. — 2016. — № 9–2. — С. 179–181.
- Машукова А. И., Матвеев С. Ф. Новые разновидности бетона // Science Time. — 2015. — № 4 (16). — С. 485–488.
- Морозов В. И., Бахотский И. В. К расчету фиброжелезобетонных конструкций, подверженных совместному воздействию кручения с изгибом // Современные проблемы науки и образования. — 2013. — № 5. — С.109.
- Морозов В. И., Пухаренко Ю. В. Эффективность применения фибробетона в конструкциях при динамических воздействиях // Вестник МГСУ. — 2014. — № 3. — С. 189–196.
- Попов К. Н. Строительные материалы и изделия / К. Н. Попов, М. Б. Каддо // Учеб. — М.: Высш. шк., 2001. — 367 с.
- Применение фиброволокна в бетоне // TROTUAR.RU. URL: http://www.trotuar.ru/forms/articles/fibra.shtml (дата обращения: 13.01.2017).
- Фибробетон — применение, характеристики и технология // ДоМ-Строй-Ремонт. URL: http://diskmag.ru/materialy/fibrobeton-harakteristiki.html (дата обращения: 13.01.2017).
- Шорстова Е. С. Современное развитие аддитивного производства фибробетонов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. — 2016. — № 10–1. — С. 18–21.
