Технико экономические характеристики изделий из стеклофибробетона. Стеклофибробетон: характеристики и изготовление своими руками. Превосходные свойства фибробетона по сравнению с бетоном и железобетоном

Новое время диктует правила использования и внедрения новых конструкционных материалов в совокупности с новыми технологиями. Создание «новых материалов из прежних» возможно путем возможного армирования широко известных материалов. Так, армированный бетон по экономическим показателям и прочностным характеристикам превосходит обычный марочный бетон. Одним из наиболее прогрессивных видов армирования бетона является фибровое армирование, таким образом, фибровое армирование бетона дает начало материалу - фибробетону. Соответственно по типу используемых фибровых отрезков различают классы фибробетона.

Самые распространенные виды фибр для бетона следующие:

• стальная;
• из щелочестойкого стекловолокна;
• из обычного стекловолокна;
• из синтетических волокон.

Из них экономически выгодным и одновременно технологически простым является фибровое армирование стекловолокном, что дает начало уникальному материалу - стеклофибробетону.

Основные определения

Стеклофибробетон - является разновидностью фибробетона и изготавливается из мелкозернистого бетона (бетон-матрица) и армирующих его отрезков стекловолокна (фибр), равномерно распределенных по объему бетона изделия или отдельных его частей (зон). Совместность работы бетона и фибр обеспечивается за счет сцепления по их поверхности; тем самым работает огромная площадь перекрытия бетона и фибр (от 10000 до 50000 м2 в зависимости от назначения получаемого материала), формируя качественно новые свойства нового материала - стеклофибробетона.

Расширение производства и применение конструкций из стеклофибробетона является важным резервом снижения стоимости строительства, экономии трудозатрат, повышения эксплуатационной надежности и долговечности строительных конструкций.

Дисперсное армирование повышает не только прочностные свойства бетона, но, что особенно важно, улучшает эксплуатационные характеристики конструкций, например, устойчивость к динамическим, температурно-влажностным воздействиям, износу и т.п., что позволяет получить существенный эффект при производстве и эксплуатации стеклофибробетонных конструкций.

По своему назначению стеклофибробетоны разделяются на конструкционные, гидроизоляционные, декоративные и специальные. Исходя из назначения, им придаются соответствующие свойства за счет комбинации коротковолокнистых и длинноволокнистых элементов стекловолокнистой арматуры и технологии изготовления.

Этот материал имеет исключительно высокие технологические свойства при формировании изделий практически любой нужной формы, обладает высокими показателями прочности при изгибе, большой ударной прочностью, упругостью, трещиностойкостью, водонепроницаемостью, а в нужных случаях и декоративной поверхностью.

Декоративные поверхности изделий из стеклофибробетона

Этот материал предоставляет архитектору такое средство воплощения его замысла, с которым по пластичности, способности передавать рельеф поверхности, а также легкости не может соперничать ни один другой материал. Он отличается малым весом, простотой обработки, низкими затратами на монтаж и транспортировку; создает понижение нагрузки на несущую конструкцию зданий, что дает существенное снижение затрат на сооружение фундамента и каркаса здания, что важно при реставрации и реконструкции; обладает низкой водопроницаемостью; огнестоек.

Технологии производства стеклофибробетона

Строительными нормами производства СФБ-конструкций предусматриваются 2 основных технологических направления:

• Напыление (набрызг, «спрей») компонентов на форму - матрицу для получения плоских или криволинейных тонкостенных плит и защитно-конструкционных рубашек. Для этого требуется оборудование для СФБ в полном составе;
• Предварительное перемешивание («премиксинг») с последующим формованием смеси, осуществляемым виброуплотнением, радиальным роликовым формованием, роликовым прессованием или иными методами. Для этого этого достаточно иметь на производственном участке «усеченный» комплект комплекса СЦ-45.

Если предстоит изготавливать изделия методом премиксинга, то набор требуемого оборудования сокращается и упрощается. При этом следует помнить, что процент введения волокна в раствор при данном методе - меньше, качество изделий, полученных по данной технологии - ниже, а возможности использования полученных конструкций - уже. Тем не менее, для ряда задач данная методика оправдана. Элементы, полученные по данной методике, следует подвергнуть виброобработке.

• Устройство для рубки и дозирования фибры (эту задачу может выполнять распылитель с отсоединенным узлом смешения раствора и стекловолокна);
• Масленка и масловлагоотделитель;
• Компрессор К-25М или аналогичный (достаточно 500 литров воздуха в минуту при давлении 5-6 атм). Воздух используется только для работы привода и выталкивания волокна из камеры рубки.
• Растворосмеситель серии РМ.

• контактный метод, представляющий послойную укладку стекловолокнистой арматуры и пропитку каждого слоя цементным связующим;
• формообразование изделий путем гнутья незатвердевшего плоского стеклофибробетонного листа, а также вторичным формообразованием изделий за счет упругих свойств затвердевшего армированного бетона.

Классификация конструкций

СФБ-конструкции в зависимости от их армирования подразделяют на следующие виды конструкций:

• C фибровым армированием - при их армировании только фибрами из стекловолокна, равномерно распределенными по объему бетона всего элемента или его части;
• С комбинированным армированием - при их армировании фибрами из стекловолокна, равномерно распределенными по объему (сечению) элемента, в сочетании со стержневой, проволочной стальной арматурой.

Применение

СФБ применяется в тонкостенных элементах и конструкциях зданий и сооружений, для которых существенно важным является: снижение собственного веса, повышение трещиностойкости, обеспечение водонепроницаемости бетона и его долговечности (в том числе в агрессивных средах), повышение ударной вязкости и сопротивления истиранию, наличие радиопрозрачноcти, а также повышение архитектурной выразительности и экологической чистоты.

Стеклофибробетонные стеновые облицовочные панели используются в элементах, выполняемых по заказу для зданий специального назначения; в качестве модульных элементов при серийном унифицированном строительстве; в виде облицовочных панелей при реконструкции старых зданий.

Панели из стеклофибробетона для защиты торцов монолитных перекрытий при строительстве жилых домов.

При помощи специальных стеклофибробетонных панелей решается проблема отделки торцов монолитных перекрытий многоэтажных зданий.

Преимущества панелей из СФБ:

Толщина от 1,5 см;
- малый вес;
- простота монтажа;
- различные варианты поверхности (имитация кирпича, камня и т.д.); цвет и текстура подбираются индивидуально;

Высота панелей варьируется в зависимости от высоты перекрытия, а длина достигает 2-х погонных метров. Панели крепятся на металлические анкера, стык герметизируется.

Использование в России

Уже сегодня в России работают предприятия, которые отличаются высоким профессионализмом, накопившие богатый опыт и знания. Это фирмы, выполнившие значительные объемы работ по декорированию фасадов изделиями из стеклофибробетона. Среди прочих следует отметить компанию Антика, г. Казань. Визитной карточкой предприятия являются жилой комплекс в центре Казани, вилы в Казани и пригороде, музей-заповедник "Казанский Кремль".

Для подробного ознакомления с творчеством и проектами фирмы посетите сайт http://www.antika-plus.ru.

Фирма «Антика» использует оборудование фирмы НСТ. В Казани организовано самое крупное производство стеклофибробетона на всем пост-советском пространстве. Особенность этой компании, что все стадии производства (от изготовления форм и до монтажа на фасаде) осуществляется самостоятельно. Благодаря этому накоплен богатейший и уникальный опыт. Последняя работа фирмы «Антика» - это здание МинСельХоза Республики Татарстан «Дворец Земледельцев». Фасад этого дворца (назвать зданием, действительно, сложно) полностью выполнен из стеклофибробетона.

Решение для каждого конкретного случая может быть выполнено посредством следующих вариантов:

• однослойные панели с ребрами жесткости;
• несъемная опалубка с заливкой.

Изготовленные соответствующим образом формы из металла, древесины, пластика или полиуретана дают возможность рельефной отделки поверхности изделий от строгого рисунка до свободных форм, элементов геральдики и орнаментов. Используя основу белого или серого цементов с незначительной примесью неорганических красителей, а также песка и других заполнителей, можно создать широкую гамму цветов и отделки.

Наносимый отделочный слой, не превышающий по толщине 5 - 6 мм, делает затраты на материалы минимальными. Тонкий слой отделки под природный камень, шифер или керамическую плитку выполняется на стеклофиброцементной панели, являющейся частью конструкции с несущей рамой.

Конструкционная гибкость стеклофибробетона предоставляет возможность для ухода от монотонности стальных крашенных конструкций, пластмасс, массивности и ограниченности форм бетона.

Важным дополнением к облицовочным панелям могут служить декоративные элементы под старину при реставрации и реконструкции зданий. Также стеклофибробетон незаменим при обрамлении оконных проемов, изготовлении портиков, карнизов, солнцезащитных экранов и др.

СФБ является превосходным материалом для различных видов кровли. Им можно имитировать традиционные кровельные материалы, такие как шифер, керамическая черепица. Но в отличие от них он не хрупкий и не тяжелый. Для крыш со скатами можно имитировать натуральный шифер как по внешнему виду, так и по фактуре. Для его крепления используются обычные шиферные гвозди без предварительного сверления отверстий, так как он прочен и не раскалывается при креплении.

Данный материал играет важную роль при проектировании городских зон отдыха с эстетической стороны объектов строительства и малых архитектурных форм. Он может использоваться для обустройства живописных декоративных водоемов, фонтанов, скамеек, цветочниц, балюстрады, киосков и др. Малые архитектурные формы из стеклофибробетона имеют более привлекательный вид, т.к. он позволяет передавать любую форму, рельеф и отделку поверхности для сочетания с окружающим пейзажем. Штукатурные покрытия обладают высокой прочностью, а также высокой стойкостью к растрескиванию и отслаиванию.

Материал имеет высокую устойчивость к химикатам, включая городское загрязнение и растворы солей. Он также имеет высокие акустические свойства, не ржавеет, не гниет, не корродирует и не горит. Поэтому из стеклофибробетона могут формоваться различные изделия сложной конфигурации, которые применяются в гражданском строительстве при сооружении автострад, водопроводов и резервуаров для хранения воды, шахт и туннелей.

Также может использоваться для изготовления труб большого диаметра. Армируется он как рубленным волокном, так и сетками из щелочестойкого стекловолокна.

Малая толщина стенок труб и отсутствие муфтовых соединений позволяет уменьшить размер канавы и объем засыпки. Трубопроводы могут прокладываться под до-рогами с большой транспортной нагрузкой, т.к. стеклофибробетон долговечен и обладает высокими прочностными свойствами при применении щелочестойкого стекловолокна в качестве армирующего компонента.

Является идеальным материалом для мостов, где используется для изготовления элементов парапетов, шумозащитных ограждений. Эти элементы могут быть достаточно большой протяженности при небольшом весе. Кроме того, стеклофибробетон обеспечивает более высокий уровень защиты стальной арматуры и более высокую сопротивляемость проникновению хлоридов, чем бетон той же толщины.

Малый вес изделий и тонкостенность позволяют использовать стеклофибробетон для изготовления элементов каналов и водопроводов, которыми заменяют короткие и тяжелые отлитые из бетона элементы. Снижение веса изделия в 3 раза облегчает работу при сооружении дренажных и ирригационных систем на пересеченной местности. Кроме того, при сооружении подземных водных или кабельных каналов снижаются строительные затраты в результате уменьшения числа требуемых опор.

Элементы кабельных, дренажных и ирригационных каналов из стеклофибробетона могут также использоваться в качестве несъемной опалубки. В этом случае элементы из стеклофибробетона устанавливаются на место, а затем заливаются бетоном, при этом материал образовывает внутренний профиль канала с гладкой поверхностью и исключить применение сложной временной опалубки.

Технические преимущества СФБ по сравнению с бетоном и железобетоном

СФБ, по своей сути, не имеет аналогов во многих технических и экономических показателях в строительстве по сравнению с традиционно используемыми материала-ми, поэтому его отличительные особенности:

• Повышенные трещиностойкость, ударная вязкость, износостойкость, морозостойкость и атмосферостойкость;
• Возможность использования более эффективных конструктивных решений, чем при обычном армировании, например, применение тонкостенных конструкций, конструкций без стержневой и или сетчатой распределительной и поперечной арматуры и др.;
• Возможность снижения или полного исключения расхода стальной арматуры, например, в конструкциях с экономической ответственностью;
• Снижение трудозатрат и энергозатрат на арматурные работы, повышение степени механизации и автоматизации при производстве фибробетонных конструкций, например, сборных тонкостенных оболочек, складок, ребристых плит покрытий, монолитных и сборных полов промышленных и общественных зданий, конструкций несъемной опалубки и др.

Примечание №1. СФБ-элементы с фибровым армированием рекомендуется применять в конструкциях, работающих:

• Преимущественно на ударные нагрузки, истирание, продавливание и атмосферные воздействия;
• На сжатие при эксцентриситетах приложения продольной силы, например, в элементах пространственных перекрытий;
• На изгиб при соблюдении условий, исключающих их хрупкое разрушение.

Примечание №2. Несущие СФБ-элементы выполняются с комбинированным армированием.

Ведомственных строительных нормах "Проектирование и основные положения технологии производства фибробетонных конструкций ВСН 56-97" Москва 1997 г.

Стеклофибробетон – это надежный и легкий строительный материал, который можно использовать в различных направлениях архитектуры. Например, для декорирования фасадов. Он обладает хорошей репутацией в строительстве, благодаря своим уникальным особенностям и характеристикам. Уже более 20 лет его активно применяют в России.

По прочности он превышает обычный бетон, благодаря чему, у него более широкая сфера применения. Сегодня мы рассмотрим состав, свойства, особенности, преимущества и недостатки стеклофибробетона. Определим, действительно ли имеет смысл использовать его как альтернативу обычному бетону или все же актуальность под сомнением.

Из чего состоит стеклофибробетон и какие его свойства

Не углубляясь в незначительные детали, можно выделить три основных компонента стеклофибробетона.

1. Высокопрочный белый цемент. От его качества зависит прочность и долговечность материала.
2. Щелочестойкое стекловолокно. Оно напыляется при помощи специального пистолета под давлением, соединяясь с цементной смесью.
3. Разного рода отвердители и пластификаторы, которые делают его гибче и позволяют быстрее отвердевать.

Для соединения раствора и приготовления массы также нужна вода. Иногда может применяться базальтовое волокно. Но это возможно только в определенных соотношениях толщины и функциональной нагрузки на готовый блок. Использование щелочестойкого стекловолокна в изделии из стеклофибробетона, повышает устойчивость к повреждениям.

Цена стеклофибробетона не так высока в сравнении с другими материалами. Поэтому он имеет сильную конкурентоспособность на рынке строительных материалов.

При производстве стеклофибробетона, обязательно происходит усадка. Особенно высок её процент на этапе твердения. В некоторой мере процент усадки можно регулировать, подбирая соотношение цемента и воды. Из-за усадки также происходит трещинообразование. Их сокращают, повышая содержание фибры или применяя дисперсное армирование.

Кроме описанных компонентов, современный метод производства стеклофибробетона может подразумевать различные минеральные добавки с целью обеспечения реологии бетонной смеси.

Существуют изделия с фибровым армированием – для их армирования используется стекловолокно. Его равномерно разделяют по цементному слою. А также изделия с комбинированным армированием – при их армировании, также могут использоваться дополнительные компоненты. Например, стержневая, проволочная, стальная арматура.

Характеристики стеклофибробетона

Стеклофибробетон отличается своими высокими характеристиками прочности и легкости. Рассмотрим подробнее.

• Повышенная плотность материала, которая достигает 2550 кг/м3.
• Прочность при сжатии выше обычной – до 840 кг/см2.
• Модуль упругости — (1.0-2.5) 104 МПа.
• Огнестойкость. Материал устойчив к огню, превосходит стандартный бетон.
• Морозостойкость в 4 раза выше обычного бетона.
• Горение – несгораемый материал.
• Устойчивость к влаге абсолютная – не впитывают влагу.
• Удлинение при разрушении материала – до 1.2%
• Высокая скорость производства.

Как видно их этих показателей, стеклофибробетон превосходит обычный бетон, а значит, имеет более высокий строительный потенциал. Во многих сферах использовать его получается гораздо выгоднее, чем обычные смеси, несмотря на его стоимость.

Плюсы стеклофибробетона и свойства

Рассмотрим главные достоинства этого материала с конкретным пояснением.

• Относительно малый вес. Благодаря этому, панели из стеклофибробетона (и другие изделия) легко транспортируются и не вызывают сложностей при монтаже.
• Уменьшение нагрузки на конструкцию. Это качество позволит сэкономить на дополнительном укреплении фундамента.
• Легко формируется, повторяет мелкие детали и подходит для создания разной фактуры. Поэтому декоративный стеклофибробетон часто применяется для реконструкции и реставрационных работ разного типа.
• Возможность получения любой цветовой окраски, методом добавления различных пигментов, а также в зависимости от цвета наполнителей материала.
• Экологически чистый материал. Применение стеклофибробетона совершенно безопасно для здоровья человека.
• Устойчивость материала в коррозии и экстремальным погодным условиям.

Преимуществ у стеклофибробетона много. Сейчас стеклофибробетон чаще используют при строительстве многоэтажных сооружений, поскольку он легче. Удается существенно расширить творческие замыслы архитекторов, по сравнению со строительством из железобетона.

Сферы использования стеклофибробетона

Оптимальное сочетание технических особенностей, делает стеклофибробетон применимым в разных сферах. Помимо строительства многоэтажных сооружений, его можно использовать в следующих случаях:

• Для реализации дизайнерских изделий. Когда есть не типовая задача с необычными требованиями.
• В качестве материала для облицовки здания. При этом, новые панели просто накладываются поверх имеющегося стройматериала.
• При серийном строительстве. Простота монтажа стеклофибробетона, позволяет возводить строительные конструкции с высокой скоростью. Это могут быть торговые ряды, кафе, магазины и другие объекты. Стеклофибробетон для фасада может использоваться эффективно как при оригинальном, таки и при типовом строительстве, если стоит такая задача.

Также материал используется в случаях, когда высота помещения слишком ограничена и надо при минимальной толщине перекрытия и пола реализовать высокую прочность. В целом, он может везде заменить обычный бетон, вопрос только в рентабельности.

Элементы из стеклофибробетона

Данный материал позволяет делать любые декоративные элементы с высоким качеством конструкции и долговечностью. Вот несколько примеров:

• облицовочные панели для наружной и внутренней отделки;
• колоны зданий;
• фасадные камни разной формы, например, цокольные, замкнутые;
• подоконники жилых и промышленных объектов;
• декоративные элементы, производимые на заказ;
• ограждения на колоннах и лоджиях.

Еще стеклофибробетон может использоваться в ландшафтном дизайне. При этом он может реалистично воссоздать ряд других материалов: от пробковой материи до бронзовых деталей.

Для установки стеклофибробетона используются разные средства монтажа, предназначенные для определенных условий. При подборе средств, следует учитывать следующие требования:

• надежность крепления;
• обеспечение равномерных стыков;
• равномерное распределение нагрузки на максимальной площади;
• целостность конструкции во время ветра, сильно вибрации, механических воздействий.

При монтаже всегда учитываются:

1. срок эксплуатации крепежной системы;
2. вес используемых панелей;
3. количество опорных и фиксирующих узлов.

Если соблюдать все необходимые требования и учитывать особенности материала, строительные элементы из стеклофибробетона не выйдут из строя долгие годы.

Недостатки стеклофибробетона

Из всего вышеописанного следует вывод, что стеклофибробетон имеет целый комплекс положительных качеств. Но есть и отрицательные моменты в его использовании.

• Отсутствие устойчивости к воздействию щелочей. Чтобы компенсировать этот недостаток, достаточно применить стеклянную фибру при строительстве.
• Раствор очень быстро затвердевает. Это действительно может стать серьёзной проблемой. Стеклофибробетон необходимо укладывать очень быстро. Требуется более высокая скорость, в сравнении с обычным бетоном.
• Изменение прочности со временем. Также серьёзный недостаток бетонов данного типа

Но положительных сторон больше, а недостатки можно компенсировать дополнительными средствами, либо просто учитывать их изначально при подготовке проекта. Судя по текущим темпам роста использования декоративного стеклофибробетона, этот материал ждет широкое распространение. Он все чаще становится выбором архитекторов, с целью продления жизни их творений и повышения эстетической привлекательности.

В работе представлены результаты исследований физико-механических свойств стеклофибробетона в зависимости от степени дисперсного армирования и расхода вяжущего. Получены данные о пределе прочности на изгиб и сжатие стеклофибробетона, установлена зависимость длительных деформаций бетона (ползучесть и усадка) от степени армирования. Показано, что введение стеклофибры существенно увеличивает предел прочности при изгибе, при этом предел прочности при сжатии несколько снижается. Определено, что дисперсное армирование приводит к снижению деформации ползучести и усадки практически в 2 раза. В целом полученные данные позволяют оценить влияние способа укладки стеклофибробетона (торкретирование подвижных «жирных» составов и набивка жестких «тощих» составов) на свойства материала.

стеклофибра

стеклофибробетон

деформация усадки

деформация ползучести

1. Волков И.В. Проблемы применения фибробетона в отечественном строительстве // Строительные материалы. – 2004. – № 6. – С. 12–13.

2. Габидуллин М.Г., Багманов Р.Т., Шангараев А.Я. Исследование влияния характеристик стеклофибры на физико-механические свойства стеклофибробетона // Известия КГАСУ. – 2010. – № 1(13). – С. 268–273.

3. Газин Э.М. Исследование прочности, трещиностойкости и деформативности изгибаемых трехслойных элементов с ограждающими слоями из стеклофибробетона: автореф. дис. … канд. техн. наук. (05.23.01). – М.: НИИЖБ, 1998. – С. 22.

4. Пухаренко Ю.В Научные и практические основы формирования структуры и свойств фибробетонов: дис. … канд. тех., наук. – 2005. – С. 3.

К настоящему времени накоплен большой опыт применения дисперсно-армированных бетонов. Хорошо изучены свойства сталефибробетонов, бетонов, армированных базальтовым, асбестовым волокном. Отличительными признаками фибробетонов являются высокая анизотропность и дискретность, что позволяет выделить их в самостоятельную группу конструкционных материалов . Использование в качестве дисперсного армирования стекловолокна является одним из перспективных направлений получения высококачественных конструкционных материалов . Несмотря на проведенные в данной области исследования, в настоящее время применение стеклофибробетона в отечественном строительстве все еще остается ограниченным. Не в последнюю очередь это обусловлено недостаточной изученностью свойств стеклофибробетона , а также отсутствием нормативной базы. Важнейшим фактором невостребованности фибробетона в строительстве является его относительно более высокая исходная цена по сравнению с обычным бетоном или железобетоном .

Требует изучения и учета при разработке составов стеклофибробетона и технология его применения. Дисперсное армирование может осуществляться двумя методами. Первый, традиционный, подразумевает введение стекловолокна в растворную смесь на этапе ее приготовления. Современный метод пневмонабрызга применяется при втором способе, когда стеклофибра вводится в растворную смесь в момент ее укладки в форму. Технология укладки непосредственно связана с особыми требованиями к реологическим характеристикам смеси, которые невозможно обеспечить без существенной модификации составов, выражающихся в первую очередь в увеличении расхода вяжущего. Это, в свою очередь, может обусловить рост деформаций ползучести и усадки. Для оценки эксплуатационной надежности стеклофибробетона потребовалось исследование длительных деформаций материала.

Экспериментальная часть

Непосредственной задачей данной работы явилось исследование физико-механических свойств стеклофибробетона в зависимости от степени армирования (с целью минимизирования расхода стеклофибры) и способа укладки бетонной смеси.

В исследовании были использованы следующие компоненты: портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н Сланцевского цементного завода «ЦЕСЛА», кварцево-полевошпатовый песок фракции 0-2,5 мм (Мкр = 2,68), а также щелочестойкое стекловолокно.

Сегодня на рынке армирующих компонентов достаточно большой выбор. Щелочестойкое стекловолокно производят такие фирмы, как Nippon Electric Glass Co. Ltd (NEG) (Япония), Technologies International Ltd (Бристоль, Англия), L’Industrielle De Prefabrication (Прист, Франция), OWENS CORNING (EU). Стекловолокно поставляется как в виде бобин (ровинга), так и в виде рубленого волокна, обработанного специальными веществами (аппретами), которые позволяют фибре легко распределяться в бетоне.

В настоящей работе в качестве дисперсного армирования применялось щелочестойкое волокно фирмы Saint-Gobain Vetrotex, марка Cem-FIL Anti-Crak HD (ARC14 HD). Характеристики фибры приведены в табл. 1.

Небольшой диаметр и оптимальная длина позволяют стекловолокну достаточно равномерно распределяться в цементно-песчаном растворе, что показано на снимке микроструктуры бетона, сделанного при помощи электронного микроскопа Vega 3 (рис. 1).

Мелкозернистые бетонные смеси готовились исходя из обеспечения постоянной величины водоцементного отношения за счет применения пластифицирующей добавки поликарбоксилатного типа.

Таблица 1

Характеристики щелочестойкого стекловолокна

Готовились две серии образцов, отличающихся соотношением вяжущего и заполнителя: «тощие» и «жирные». Каждая серия включала составы с различной степенью армирования фиброй: 0; 1,5 и 2,5 % по массе смеси.

Заполнитель, цемент и стекловолокно смешивали в лабораторном смесителе до получения гомогенной смеси, затем затворяли необходимым количеством воды и перемешивали до образования однородной массы. Далее изготавливались образцы-балочки размером 4×4×16 см, которые выдерживались до испытания в камере нормально-влажностного твердения. Испытания образцов проводились в возрасте 7 и 28 суток.

Исследованные составы и их свойства представлены в табл. 2.

Рис. 1. Стекловолокно в цементно-песчаной матрице

Из полученных данных следует, что введение фибры в количестве 1,5 % повышает предел прочности при изгибе в возрасте 7 суток относительно контрольного состава на 56 % вне зависимости от соотношения вяжущего и заполнителя (составы № 2 и 5 соответственно). В возрасте 28 суток предел прочности при изгибе возрастает по сравнению с неармированным составом на 38 % у «жирного» состава и на 48 % у «тощего» состава. В графическом виде прочностные характеристики составов представлены на рис. 2.

Необходимо отметить, что максимальное увеличение предела прочности при изгибе (практически в 2 раза) достигается при введении 2,5 % стеклофибры.

Введение в цементно-песчаные составы стеклофибры (рис. 3) приводит к некоторому снижению предела прочности при сжатии, что может объясняться разуплотнением структуры бетона вследствие недостаточной плотной упаковки цементно-песчаной матрицы. Следует отметить, что для «тощего» состава наблюдается большее снижение предела прочности при сжатии по сравнению с контрольным образцом в возрасте 28 суток, чем для «жирного» состава. Это связано, вероятно, с большей степенью разуплотнения структуры в условиях меньшего расхода вяжущего.

Таблица 2

Состав и свойства бетонной смеси и бетона

Рис. 2. Предел прочности стеклофибробетона при изгибе в возрасте 7 и 28 суток

Рис. 3. Предел прочности стеклофибробетона при сжатии в возрасте 7 и 28 суток

Рис. 4. Деформация усадки в зависимости от степени армирования составов при различном соотношении вяжущее: заполнитель (В:З)

Не меньший интерес для изучения представляют собственные деформации стеклофибробетона. Испытания по определению усадки проводились с помощью измерительного комплекса Терем-4 в течение 28 суток в нормально-влажностных условиях твердения. Результаты испытаний в графическом виде представлены на рис. 4.

Анализ графиков показывает, что вне зависимости от расхода цемента максимальную усадку в возрасте 28 суток имеют составы без фибры (до 2 мм/м). Увеличение степени армирования до 1,5 % несколько снижает усадку в «жирных» составах («ЖС»). И лишь увеличение содержания фибры до 2,5 % снижает усадку «ЖС» (до 1,05 мм/м). В составах с минимальным расходом вяжущего тенденция уменьшения усадки в зависимости от количества фибры более очевидна. При этом максимальное снижение усадочных деформаций также достигается при введении 2,5 % стеклофибры.

В условиях повышенного расхода вяжущего нарастание остаточной деформации во времени при постоянной нагрузке может быть весьма значительным. Поэтому следующим этапом работы было испытание деформаций ползучести стеклофибробетона в соответствии с ГОСТ 24544-81.

Ползучесть бетона зависит от еще большего числа факторов, чем усадка. Причем большинство факторов воздействуют на деформации ползучести аналогично их влиянию на усадку . К основным факторам, определяющим усадку, относят следующие: расход и вид портландцемента; водоцементное отношение; вид и крупность заполнителя; степень уплотнения бетона; степень гидратации цемента к моменту приложения нагрузки; температура и влажность окружающей среды и бетона.

В данной работе ползучесть «жирных» и «тощих» составов исследовалась в зависимости от степени армирования. Из стеклофибробетонов с различным соотношением В:З, армированных стекловолокном, изготавливались образцы-призмы 70×70×280 мм, которые в возрасте 28 суток подвергались испытаниям на ползучесть. В качестве устройства для испытания длительных деформаций использовались пружинные пресса.

Результаты испытаний в графическом виде представлены на рис. 5.

На основе анализа полученных зависимостей можно сделать вывод о заметном влиянии количества стеклофибры на длительную усадку обоих составов. Так, введение всего 1,5 % армирующих волокон резко снижает ползучесть материала. Естественно было предположить, что дальнейшее увеличение количества стеклофибры приведет к еще большему уменьшению деформаций ползучести. Экспериментально полученные данные показывают, что наименьшей ползучестью обладает бетон с 2,5 % стеклофибры в составе, ползучесть таких составов по сравнению с контрольными снизилась на 95-100 %. Следует отметить, что деформации в присутствии стекловолокна у составов с отношением В:З = 1:1,6 стабилизируются в возрасте 150 суток, тогда как «жирные составы» (В:З = 1:1) продолжают испытывать деформации ползучести и по истечении 180 суток.

Рис. 5. Относительные деформации ползучести в зависимости от степени армирования составов при различном соотношении вяжущее: заполнитель (В:З)

Заключение

Таким образом, вне зависимости от соотношения вяжущее: заполнитель, введение фибры в количестве 1,5 и 2,5 % позволяет повысить предел прочности при изгибе в 1,5 и 2 раза соответственно.

Дисперсно-армированные «жирные» составы (В:З = 1:1) характеризуются большей прочностью при сжатии, но и более высокими деформациями усадки, чем «тощие» составы. Для минимизации усадки в «жирных» расход фибры должен быть не менее 2,5 %.

Составы с соотношением В:З = 1:1,6 («ТС») проявляют значительное снижение прочности при сжатии, когда расход фибры превышает 2,5 %. Усадочные деформации при этом на 42 % меньше, чем у контрольного состава.

Экспериментально доказано, что введение стеклофибры в бетон положительно сказывается на динамике снижения длительных деформаций материала (деформация ползучести армированных составов снижается в 2 раза по сравнению с контрольным составом).

Рецензенты:

Пухаренко Ю.В., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой технологии строительных материалов и метрологии, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет», г. Санкт-Петербург;

Харитонов А.М., д.т.н., доцент, профессор кафедры технологии строительных материалов и метрологии, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет», г. Санкт-Петербург.

Библиографическая ссылка

С постоянным усовершенствованием строительных технологий улучшаются показатели стройматериалов. К одной из новинок относится стеклофибробетон для фасада, который отличается уникальными свойствами. Этот современный материал является бетонным композитом, который усилен равномерно распределенной в массиве стеклянной арматурой.

Состав стройматериала

Основу стеклофибробетона составляет бетон. Его замешивают, используя такие материалы:

• серый или белый портландцемент высокой марки;
• песок как заполнитель;
• воду;
• второстепенные ингредиенты.

Второстепенными ингредиентами могут быть красящие пигменты, пластификаторы и пр. Все это используется для конкретных целей.

Армирующим элементом выступает стекловолокно.

Характеристики стеклофибробетона бывают разными, это зависит от структуры, длины и качества нитей волокна. В цементе содержится щелочь в виде гидрооксида кальция, поэтому стекловолокно обязано быть устойчивым к его воздействию. В стеклофибробетоне его содержится 3–5%. От состава зависят и характеристики стройматериала. В результате можно производить всевозможные конструкции и элементы из стеклофибробетона различных габаритов и конфигураций.

Данный стройматериал выделяется оптимальным сочетанием качеств компонентов. Благодаря этому его применяют как материал:

• конструкционный;
• декоративный;
• защитный.

Именно процедура армирования дисперсионного типа позволяет получать очень прочный конечный продукт, а также делает его устойчивым к таким факторам:

• вибрации;
• износу;
• температурным перепадам;
• повышенной влажности.

Добавление в процессе производства химических компонентов способствует увеличению скорости изготовления, повышению качества материала. К примеру, это касается пластификаторов, которые в итоге делают устойчивее состав, если вдруг наблюдается понижение пропорции цемента и воды.

Пигменты применяются для окрашивания, для достижения однородности и равномерности. При выполнении данного процесса их нужно применять для того, чтобы получить внешний слой поверхности. А в дальнейшем его будут подвергать планируемой обработке - это может быть травление, полирование и пр.

Характеристика стеклофибробетона

СФБ по сравнению с простым бетоном имеет большое количество положительных качеств. Данный композит обладает высокими прочностными показателями. Так, если сравнивать с традиционным бетоном, то у него отмечается превышение показателя прочности:

• на изгиб - в 4 раза;
• на сжатие — 3;
• на ударную вязкость — 15–18;
• на растяжение - в 5 раз.

Весят изделия и конструкции, изготовленные из такого материала, немного. К другим положительным свойствам относится повышенная стойкость к таким факторам:

• отрицательному воздействию химических веществ;
• огню, пожарам, воде;
• появлению коррозии, поражению грибками, плесени;
• царапинам, трещинам и сколам.

Этот стройматериал способен прослужить весьма продолжительный период без потери первоначального цвета и наличия потертостей. Стеклофибробетон является очень пластичным, поэтому из него можно создавать изделия различной формы, даже самой сложной, из-за того что отсутствует плотное заполнение матрицы и обычный каркас.

Материал выделяется разнообразной цветовой гаммой и фактурой поверхности.

Цвет сохраняется весь срок службы, так как в течение процесса производства окрашивается весь объем. Введение красящих пигментов и полировка поверхности обеспечивает своеобразный декоративный эффект.

Еще к положительным сторонам относится тот факт, что, применяя стеклофибробетон, можно имитировать поверхности различных строительных и природных материалов, это может быть:

• кирпич;
• натуральный камень;
• песчаник;
• шлакоблок и пр.

Такие фасадные материалы имеют компактные размеры и относятся к экологически чистым. Они обладают электромагнитной нейтральностью, не выделяют в атмосферу вредные вещества. Всегда есть возможность делать архитектурный декор, обладающий небольшим сечением от 6 до 20 мм.

Это позволяет выпускать причудливые объемные конструкции и листовые плоские изделия.

Есть у него и определенные минусы. Данный строительный материал восприимчив к воздействию щелочей. Более стойким он становится благодаря применению стеклянной фибры. Другой недостаток касается необходимости проворной укладки жесткого раствора бетона. Он быстрее, нежели обыкновенный бетон, становится твердым.

Элементы декора из стеклофибробетона

Стеклофибробетон больше всего подходит для производства всевозможных элементов дизайна фасада. Немаловажную роль играют такие его качества, как устойчивость к влаге и воздействию солнечных лучей. Фасадный декор из стеклофибробетона пользуется огромным спросом у владельцев домов.

Из этого строительного материала может быть изготовлено множество превосходных элементов, которые сделают фасад просто великолепным.

Сегодня налажен выпуск:

1. Пилястр и колонн, которые придают внешнему виду зданий неповторимость и элегантность. Колонны применяются в качестве опоры и декора. Они могут вынести весьма существенные нагрузки.
2. Барельефов и панно. Эти декоративные элементы являются самыми сложными. Для их изготовления понадобится достаточно много времени. Зданию они придают незаурядный внешний вид.
3. Рустов. Ими в основном декорируют внешние стены строений.
4. Кронштейнов. Выпускаются декоративные кронштейны маленького веса и величины, поэтому для их установления не понадобится привлекать строительную технику.
5. Вазонов и ваз. Такие мелкие элементы являются украшением любого загородного участка.

Применение всех этих необыкновенных изделий поможет в короткие сроки легко поменять внешний вид коттеджа, дома в лучшую сторону. При сборке маленьких изделий из стеклофибробетона узлы креплениясмогут сразу исполнять как фиксирующую, так и опорную функцию.

Сферы использования

Этот универсальный материал широко применяется в качестве накладных фасадных деталей и облицовочных плит. Прекрасно смотрятся сделанные с использованием стеклофибробетона:

• балюстрады;
• ограждения лоджий и балконов;
• козырьки входных групп.

Очень ценится архитекторами и строителями облицовка цоколей панелями с рельефной поверхностью и специальными фактурными плитами. При строительстве малоэтажных зданий можно применять всевозможные конструкции, лицевая поверхность которых выполнена из тонких стеклофибробетонных листов, к примеру, это могут быть многослойные панели. Так как фасадные изделия из такого стройматериала имеют малый вес, то их рекомендуется использовать при реставрации и реконструкции объектов исторического и культурного значения. Дело в том, что они на имеющиеся фундаменты нагрузку не прибавляют. Также нужно иметь в виду, что такой материал позволяет создавать любые формы, а значит, он может в точности повторить декор старинных зданий.

Фасады из стеклофибробетона - отличная альтернатива накладных узоров из гипса.

Его пластичность позволяет сооружать арки любой формы, являющиеся украшением входных групп.

Сегодня существует возможность даже самый неприглядный фасад полностью изменить, если воспользоваться стеклофибробетоном. Профессионалы советуют остановить свой выбор именно на этом материале, украсив фасад здания прочными, легкими и красивыми балюстрадами, пилястрами и карнизами.