В последние десятилетия использование фибробетона получило широкое распространение в мире строительства в международном масштабе. Сейчас принято использовать этот материал для выполнения стяжек и промышленных полов, проектируемого бетона для поддержки тоннелей, насыпей и строительства бассейнов, сборного железобетона и т.д.

Благодаря усилиям по исследованию подходящих синтетических материалов для армирования бетона в других странах были разработаны новые синтетические волокна, способные структурно армировать бетон, что позволяет отказаться от металлических сеток и уменьшить/устранить армирование при определенных условиях, получая остаточную устойчивость к аналогичная флексографическая тяга, дающая также другие дополнительные преимущества с точки зрения предотвращения образования трещин за счет пластической усадки, пассивной защиты от огня и долговечности.

В Испании до сих пор не было собственных разработок этого вида материала. После более чем двух лет НИОКР в области конструкционных синтетических волокон для бетона и строительных растворов компания Myphor Materials Specials выпустила на рынок первое синтетическое волокно со структурной способностью, полностью разработанное и произведенное в Испании (MPH Fiber Plus). ), технологически способствуя этому новому прорыву в мире строительства. В любом случае, компания продолжает укреплять свою исследовательскую и опытно-конструкторскую работу, проводимую до настоящего времени, для получения новых составов и геометрий, адаптированных к каждому типу бетона, поскольку каждое применение имеет свои особенности.

Хотя эта статья призвана дать общее представление о преимуществах и областях применения бетона, армированного конструкционными синтетическими волокнами, намерение состоит в том, чтобы разработать в будущих статьях конкретный анализ по приложениям, а также методы испытаний и расчетные формулы с целью способствуя стандартизации их использования.

Что такое фибробетон?

Согласно определению приложения 14 инструкции ЕНЕ 08, «фибробетоны (ФББ) определяются как такие бетоны, которые включают в свой состав короткие, дискретные и хаотично расположенные волокна». В последние годы использование полимерных микроволокон (обычно полипропиленовых) расширилось, в основном для улучшения свойств бетона с точки зрения:

• Растрескивание из-за пластической усадки (преимущественно в полах и элементах с высокой поверхностью).
• Поведение против огня (в основном в тоннельной прокладке, чтобы улучшить пассивную защиту от огня, хотя в ближайшем будущем она будет распространена и на другие области).

Эти типы волокон не имеют структурной природы, так как они не изменяют механические характеристики бетона, хотя их добавление вместе с другими структурными волокнами может давать синергетический эффект с точки зрения контроля распространения микротрещин, которые будут со временем привести к макротрещинам.

С другой стороны, металлические волокна в прошлом способствовали развитию концепции HFR со структурной точки зрения. Новые методы испытаний позволяют оценить конструктивную способность этого типа бетона. Эти тесты оценивают увеличение пластичности HFR (остаточная прочность на растяжение из-за изгиба, поглощение/рассеивание энергии и т. д.).

С появлением синтетических волокон (полимерных) со структурной способностью (уже предусмотренных в Приложении 14 Инструкции ЕНЕ 08) открываются новые возможности, которые явно перевешивают использование металлических. К возможности учета конструктивно (так же, как и металлических) добавляются другие преимущества по сравнению с указанными, такие как:

– Меньшая дозировка в килограммах фибры/м3 бетона.
– Значительно меньший износ насосов, шлангов и т.д.
– Меньший риск при обращении.
– Нулевой риск окисления и деградации.
– Меньшая стоимость м³ бетона.
– Так далее.

Учитывая, что используемое сырье имеет меньшую плотность (иногда до соотношения 8,5/1 по сравнению с металлическими), такое же количество волокон может быть включено при гораздо меньшем весе. С эксплуатационной точки зрения этот момент важен, когда речь идет об обработке и добавлении волокон, а нулевой риск «проколов и порезов» повышает параметры безопасности и гигиены для всего персонала, участвующего в любом исполнении.

Обеспечение непрерывности свойств в течение срока службы конструкции (долговечности) стало одной из основных задач любого строительства.

Металлические волокна, погруженные в щелочную среду с pH от 10 до 12, такие как бетон, теоретически сохраняют свои свойства, поскольку предотвращается их окисление, которое может привести к потере свойств, с которыми они были разработаны. Однако окисление любого металлического волокна может произойти:

• Ну в предыдущем процессе хранения и распределения.
• Либо путем карбонизации бетона, что вызывает снижение pH и путь атаки любого металлического волокна.
• Либо попаданием через капилляры и/или микротрещины воды, воздуха и других веществ, вызывающих окисление металлических волокон.

В любом случае покрытия, установленные в правилах для железобетона, гарантирующие долговечность или отсутствие ржавчины арматуры в течение срока службы конструкции, не могут быть выполнены в бетоне, армированном металлическими волокнами, поскольку распределение волокон случайное.

Синтетические волокна не подвергаются процессам окисления и гораздо более химически устойчивы ко всем видам воздействия. Синтетические волокна, без сомнения, гораздо более эффективно гарантируют долговечность системы (сохранение свойств в отношении срока службы). Это утверждение было подтверждено д-ром Стефаном Бернардом* из Сиднейского университета, который оценил долговременное поведение с точки зрения долговечности образцов из металлического волокна и синтетического волокна, на которые была нанесена первая трещина. Выводы оказались разгромными, поскольку, хотя энергопоглощающая способность образцов с металлическим волокном через год снизилась практически вдвое,

Как и почему работает фибробетон?

При расчете любой конструкции из железобетона расчеты производятся путем разделения арматуры с одной стороны, которая будет сопротивляться растяжению, изгибу, сдвигу и т.п., и бетона с другой стороны, входящего в состав система, сопротивляющаяся усилиям сжатия; В последующем проверяется совместное соответствие расчетов по формулам, определенным в нормах конструкционного бетона.

В случае с фибробетоном именно бетон воспринимает как сжимающие, так и растягивающие напряжения, изгиб и т. д. Другими словами, мы превращаем хрупкий материал в материал с определенной пластичностью, но, в отличие от традиционного железобетона, где армирование работает анизотропно (в одном или двух направлениях в зависимости от типа конструкции), волокнистое армирование дает гораздо более прочное армирование, более изотропный (по всем трем направлениям), особенно выгодная ситуация в некоторых приложениях.

Хотя в ближайшем будущем использование фибробетона и смешанного бетона (фибра + традиционная арматура) будет обычным явлением для большинства применений, в настоящее время наиболее широкое его применение приходится на:

– Запроектированный бетон/растворы, как для поддержки подземных работ (туннели, каверны, горные работы), так и для стабилизации откосов и выполнения бассейнов.
– Стяжки и тротуары, где уже имеется большой опыт работы с металлическими волокнами, а преимущества системы, армированной волокнами, уже признаны техническими специалистами в этом секторе.
– Сборные элементы, такие как ограждающие панели и стены, сложные архитектурные элементы, такие как скамейки и лестницы, и в целом сборные железобетонные изделия с сильным двухмерным или трехмерным характером, где волокна обеспечивают армирование в двух/трех измерениях почти как если речь идет об изотропном материале.
– Плиты и фасады из фибробетона все чаще используются в качестве подходящей системы для перераспределения напряжений в сжимаемых слоях плит. Точно так же инновационные системы типа взаимодействующих плит с несъемной листовой опалубкой развивают все свои возможности, позволяя устранить распределительные сетки бетонного слоя за счет фибробетона.
– Бетон любого вида, подвергающийся воздействию агрессивных сред, вблизи моря и т.д.

Как рассчитывается/проектируется фибробетон?

Для требований к конструкции с точки зрения сопротивления растяжению, изгибу, сдвигу и т. д. расчеты основаны на стандартных значениях используемой стали и необходимых количествах.

В случае фибробетона прочностные параметры зависят не только от вводимого волокна, но и от взаимодействия между волокном и самим бетоном. То есть при одном и том же количестве и типе волокна за счет этого взаимодействия могут быть получены разные значения. Таким образом, бетон с округлыми заполнителями и малой адгезией, не очень плотный бетон или бетон с чрезмерно прерывистым гранулометрическим составом, растворы с низким содержанием цемента или с высоким водоцементным отношением и т. д. могут давать более низкие значения, чем бетон, изготовленный с этими более оптимизированные параметры, где лучше сцепление с макаронами и поведение в целом.

Вот почему для расчета фибробетона в большинстве случаев должны быть проведены предварительные испытания. С помощью испытаний, которые обеспечивают сопротивление изгибу, как максимальное, так и остаточное FR1 и FR3, можно выполнить необходимые расчеты для проектирования конструкции. Методика испытаний и расчетов отражена в приложении 14 инструкции ЕНЕ 08.