Дисперсно-армированный бетон из состава Фибробетон АСФ-1

• Опыт применения
• ВСФБ - высокопрочный сталефибробетон
• Ограничения по применению
• Рекомендуемые материалы

Бетонные конструкции обладают высокими прочностными характеристиками при сжатии. Для таких конструкций крайне нежелательным параметром является неспособность воспринимать растягивающие усилия. Поэтому в растянутую зону бетона вводят армирование плоскими и пространственными каркасами таким образом, чтобы совокупность внутренних силовых факторов сжатой зоны бетона и растянутой арматуры находились в равновесии. Так достигается несущая способность изгибаемых элементов конструкций: балок, ригелей, плит перекрытия и покрытий, монолитных плитных и ленточных фундаментов. Эксплуатация железобетонных конструкций в нормальных условиях окружающей среды (при температуре 20°С) и полном отсутствии агрессивности окружающей среды создает тенденцию к высоким показателям долговечности, т.е. к длительной эксплуатации строительных конструкций без последующих ремонтно-восстановительных работ. На территории Российской Федерации с учетом изменчивости не только климатических параметров, но и геологических (сезонное изменение уровня грунтовых вод, их агрессивности) достичь высоких параметров по долговечности крайне сложно. Для решения этого вопроса применяются бетоны с модифицирующими добавками и меры по защите строительных конструкций от коррозии – гидроизоляция. Результатом введения модифицирующих добавок в бетон являются высокие начальные физико-механические характеристики. В то же время плохо исследован вопрос влияния модифицирующих добавок на функцию деградации бетона: ряд исследователей считает, что применение только модифицирующих добавок в значительной мере увеличивает «старение бетона». В практике применения железобетона по мере появления новых технологических идей ужесточаются и требования к строительным конструкциям. В ряде случаев применение как первичной, так и вторичной защиты строительных конструкций от коррозий оказывается недостаточным и необходимы новые материалы, доступные и простые с точки зрения применения на строительной площадке и в то же время обладающие завышенными прочностными и деформационными характеристиками. Одним из таких материалов является фибробетоны с дисперсно-армированными углеродными и стальными волокнами.

Почему углерод и сталь? – дело в том, что сталь и углерод как элементы обладают высоким модулем упругости, что напрямую влияет на жесткость и несущую способность элементов конструкций. С точки зрения физико-механических характеристик дисперсного армирования очевидно преимущество стальных волокон над углеродными по ряду причин: более однородное распределение в объеме бетонной смеси без использования специальных бетоносмесителей и способность воспринимать не только растягивающие, но и сжимающего усилия. В то же время существует однозначный недостаток: коррозионная устойчивость стали значительно ниже углерода. Поэтому в настоящее время дисперсно-армированные стальные волокна изготавливаются с высоким содержанием углерода, обеспечивая таким образом коррозионную стойкость в минерализованной среде. Дисперсное армирование из стальных высокоуглеродистых фибр называется ФСВ (фибра стальная высокоуглеродистая). При добавлении в бетонную смесь ФСВ получается композитный строительный материал, называемый СФБ – сталефибробетон.

Конкретными примерами применения сталефибробетона на практике являются опытные партии труб диаметром 500 мм, длиной 5000 мм и толщиной стенок 30 мм, выпущенные и аппробированные в Производственном Объединении «Вологдатяжстрой», рисунок 1. Отмечено увеличение несущей способности в 2 раза по сравнению с типовыми проектами.

Рис. 1. Характер разрушения труб после испытания на механическую прочность. Слева: сталефибробетонная труба, выдержавшая усилие 120 кН/п. м. Справа: железобетонная труба по ТУ 401-08-162-72, выдерживающее усилие 60 кН/п. м.

В ЦНИИпромзданий в сборных конструкциях емкостных сооружений (резервуарах) с сеткой колонн 3х6 м по серии 3.900-3 разработаны панели толщиной 40 мм вместо 80 мм в типовых железобетонных конструкциях, в которых применение сталефибробетона позволило снизить вдвое расход бетона и на 8—10 % — расход стали. Там же разработаны лотки из сталефибробетона для широкой номенклатуры коммуникационных каналов промышленных зданий и лотки для водопровода и канализации, в результате которых удалось достичь: снижение более чем вдвое расхода бетона, на 10—13 % — стали, на 25—50 % — стоимости и почти в 2 раза — трудоемкость их изготовления.

Были проработаны предварительно-напряженные конструкции ребристых плит покрытий, испытанные на Производственном Объединении «Баррикада», взамен типовых конструкций плит покрытий размерами в плане 3х6 м и 3х12 м, результатом которого было снижение полки плиты с 30 мм до 20 мм.

В АО ЦНИИпромзданий разработана номенклатура несъемной опалубки в виде сталефибробетонных плит толщиной всего лишь 15 мм. Применение сталефибробетонной несъемной опалубки вместо инвентарной щитовой позволяет снизить трудозатраты на строительной площадке на 20—25 %, а также сократить сроки строительства.

Мосинжпроект при совместной работе с НИИЖБ разработали чертежи сталефибробетонных плит для покрытий городских дорог взамен железобетонных по ГОСТ 23009—78 при которой удалость достичь уменьшение плиты на 20мм.

Положительно зарекомендовал себя опыт применения сталефибробетона в строительстве участков тоннеля «Петербургского метрополитена», которые эксплуатируются и в настоящее время. А также при строительстве днища резервуаров на Северной водопроводной ГУП Водоканал Санкт-Петербурга.

В таблицах приведены данные по массовому применению сталефибробетона в России и за рубежом, полученные для разработанных конструкций на основе СФБ, соответствуют заданным эсплуатационным характеристикам типовых конструкций - аналогов.

Таблица 1 – Опыт массового применения сталефибробетона в России

Таблица 2 – Опыт массового применения сталефибробетона за рубежом

У СФБ существуют также разновидность: ВСФБ – высокопрочный сталефибробетон, по прочности равный или превосходящий бетоны классов В60 и выше. Зачем добавлять стальную фибру в бетон В60? Ведь там высокие запасы прочностных характеристик? – по достижению предельных характеристик при сжатии данного класса бетона характер разрушения становится взрывным и хрупким, что необходимо избегать при полноценном использовании всех прочностных характеристик. Стальное фибровое армирование при сжатии обеспечивает квазипластический характер разрушения с постепенным растрескиванием. Увеличивается деформативность и трещиностойкость. Аналогичная тенденция отмечается и в растянутой зоне. Кроме того, в растянутой зоне увеличиваются прочностные характеристики при растяжении в несколько раз. Это позволяет использовать неармированный ВСФБ (без использования рабочей арматуры) в самонесущих конструкциях, где толщина оказывает значительное влияние на вес конструкции и в неконструкционном ремонте. Создаются условия для более рационального использования рабочей арматуры несущих конструкций. В частности, как говорилось ранее, все железобетонные конструкции проектируются исходя из условия равновесия внутренних и внешних силовых факторов. Крайне нерациональны в применении переармированные элементы конструкции рабочей арматурой, также как и использование бетона ниже или выше расчетного класса по прочности: любое из вышеуказанных явлений приводит к неправильной эксплуатации и в конечном итоге выключении из работы элемента конструкции. Дисперсное стальное армирование позволяет увеличить процент продольной рабочей арматуры без изменения геометрических характеристик самой конструкции и класса по прочности бетона. В результате снижается расход и вес строительных материалов. Кроме того, для выключения элемента конструкции из ВСФБ необходима бОльшая по величине энергия разрушения, нежели для бетона того же класса без дисперсного армирования.

В настоящее время ограничение по применению сталефибробетона связано с прежде всего с такими недостатками, как:

– полное отсутствие необходимой методики проведения силовых (механических) испытаний для оценки влияния дисперсного армирования на напряженно-деформированное состояние конструкций при расчете по методу предельных усилий (что зачастую используют проектные институты) и нелинейной деформационной модели (для моделирования состояния элемента конструкции в таких расчетных программах как Lira, SCAD, Ansys и др.). Нормативные документы СП 360.1325800.2017 и ГОСТ 10180-2012 не предоставляют исчерпывающей информации при расчетах строительных конструкций как на стадии проектирования, так и на стадии ремонтно-восстановительных работ и работ по реконструкции;

– ограничения по количеству введения дисперсного армирования. Решается этот вопрос благодаря введению модифицирующих добавок (введением химическо-активной части);

– слишком быстрые сроки схватывания сталефибробетонной смеси, транспортируемой с бетонного узла (завода). Решением этого вопроса способствует применение сухих строительных смесей, готовых к применению непосредственно на строительной площадке;

– стремление производителей продать как можно больше. В то же время, у таких производителей зачастую отсутствует необходимые протоколы и заключения по применению материала.

На основании вышесказанного, компанией ГК Кальматрон при совместной работе с учеными СПбГАСУ был разработан состав «Фибробетон АСФ-1». Результатом послужили экспериментальные данные прочностных характеристик и полные диаграммы деформирования состава с учетом работы материала в минерализованной среде.

Работа выполнена в виде опытно-конструкторских работ (отчета ОКР), что позволяет использовать полученные количественные и качественные данные в:

– монолитных конструкциях и сооружениях (промышленные полы, площадки, стены, перегородки, емкостные сооружения и т.д.);

– сборных железобетонных изделиях (плиты, сваи, балки, шпалы и т.д.);

– гидротехнических сооружениях (дамбы, волноломы, причалы и т.д.);

– сооружениях, конструкциях и изделиях для транспортной инфраструктуры (тоннели, мосты, дорожные и аэродромные плиты и т.д.);

– особо прочных бетонных конструкции и сооружениях (бункеры, взрыво- и взломоустойчивые конструкции, оборонные сооружения и т.д.);

– тонкостенных конструкциях (настилы, складки, оболочки, купола, шатровые покрытия).

Похожие статьи:

• Ремонт бетонных ступеней
• Ремонт трещин в бетоне
• Грунтовка глубокого проникновения
• Гидроизоляция стен
• Обмазочная гидроизоляция фундамента
• Гидроизоляция газобетона
• Использование сталефибробетона для усиления сжатых железобетонных элементов при воздействии циклов замораживания и оттаивания
• Гидроизоляция фундамента: виды, материалы, особенности монтажа
• Проникающая гидроизоляция для кирпича
• Эластичная гидроизоляция на цементной основе