АРМИРОВАННЫЙ ВОЛОКНАМИ БЕТОН: ПОЯВЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ

Использование коротких волокон в бетоне для улучшения его свойств было признанной технологией на протяжении десятилетий, и даже веков, если принять во внимание, что в Римской Империи строительные растворы были армированы конским волосом. Армирование волокнами усиливает прочность и упругость бетона (способность к пластической деформации без разрушения) посредством удерживания части нагрузки при повреждении матрицы и препятствуя росту трещин. Др. Виктор Ли (Dr. Victor Li) из Университета Мичиган (University of Michigan) исследовал свойства высокоэффективных  армированных волокнами цементных композитов, чрезвычайно высокоэффективных подгрупп армированного волокнами бетона, и он считает, что признание этого материала будет расти, до тех пор пока характеристики, низкая стоимость и простота исполнения сохраняются.

«Использование этого материала может привести к устранению использования арматуры, работающей на срез, что приведет к снижению материальных и трудовых затрат», - говорит Ли. «Прореживаемая структура снижает объем материала и собственный вес, и делает транспортировку более легкой. Общее снижение затрат по этим факторам может легко оправдать расходы на армированный волокнами материал».

Официальное признание армированного волокнами бетона способствовало публикации стандартов и руководств по его использованию за последние пять лет (смотрите CT July/August 2001, p. 44). С этого времени начался расцвет коммерческих приложений.

Гигант строительных материалов, компания Lafarge SA (Париж, Франция), продвигает свой высокоэффективный армированный волокнами бетонный материал, торговое название Ductal, вот уже около 10 лет, нацеливаясь на широкий диапазон гражданской инфраструктуры и архитектурных приложений. Ductal является смесью цемента, кварцевой крошки, кварцевой муки, мелкого кварцевого песка, пластификаторов, воды и стальных или органических волокон, обычно 12 мм длиной. Вик Перри (Vic Perry), вице президент/генеральный директор направления Ductal, говорит, что комбинация мелкозернистых порошков, выбранных по соответствующему размеру зерен, создает максимальную компактность при отверждении, что выражается в полном отсутствии пористости и фактически исключает доступ влаги и потенциальную коррозию стальных волокон. Волокна из поливинилового спирта обычно используются в архитектурных и декоративных приложениях, для предотвращения вероятности поверхностного травления, которое может иметь место при коррозии стальных волокон, и для удаления абразивности в местах, где предполагается контакт человека с поверхностью. Производителям изделий из бетона и поставщикам растворов материалы продаются в мешках.

«Добавление волокон позволяет материалу деформироваться пластично и выдерживать растягивающие нагрузки», - говорит Перри. «Волокна привносят прочность и улучшают микроструктурные свойства».

В зависимости от типа используемых волокон, выдерживаемые материалом Ductal нагрузки на сжатие варьируются от 150 МПа до 200 МПа, для сравнения у стандартного бетона эта величина 15-50 МПа. Проверенная прочность на изгиб составляет 40 МПа, говорит Перри. Ductal, армированный стальными волокнами Lafarge's Forta steel fibers, был использован для сборного строительства и в нескольких предварительно напряженных мостовых балках. В Saint Pierre La Cour, Франция, 20-ти метровый перевозочный мост был сконструирован с применением 10-ти I-образных балок из Ductal, поддерживающих традиционную монолитную армированную стальной арматурой бетонную плиту толщиной 170 мм. Сборные балки, не содержащие арматуры, углублены на 600 мм и были предварительно напряжены при помощи стальных плетеных кабелей толщиной 13 мм, размещенных в нижней кромке. Напряжение прикладывается к кабелям перед тем, как Ductal заливается в форму балки. Как только бетон покрывает кабели и материал начал твердеть, они обрезаются, что, в сущности, прикладывает напряжение сжатия к бетонной смеси.

Когда вы подвергаете предварительно напряженную балку любому изгибу, объясняет Перри, она не испытывает растягивающих нагрузок, а вместо этого «разжимается», значительно улучшая характеристики. Вследствие прочности Ductal, балки не требуют армирования арматурой, что значительно снижает вес.

Структуры из Ductal, в сечении имеющие форму греческой прописной буквы «?» (по сути  балка коробчатого сечения без нижней кромки), функционируют как настил и как балки на опытном мосту, установленном на тестовом пути в Лаборатории Федеральных Магистралей США им. Тернера Фэйрбэнка (U.S. Federal Highway Authority's (FHWA) Turner Fairbank Laboratory), для исследования пригодности дизайна к будущему строительству высокоскоростных трасс. «?»-образная балка-настил сконструирована для выдерживания нагрузок, определенных Американской Ассоциацией Государственных Магистралей и Перевозок (American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO)).

Усиленный волокнами бетон был использован для изготовления этих предварительно напряженных мостовых балок на тестовом производстве FHWA. Использование арматуры не потребовалось из-за высокой эластичности и прочности материала, которая была придана ему стальными армирующими волокнами, добавленными в бетонную смесь. Источник: LaFarge