Современные архитектурные и дизайнерские идеи требуют применения материалов нового поколения - прочных, легких, долговечных и не наносящих вред окружающей среде. Так, большое распространение получила технология фибрового армирования бетона, позволяющая получать материал нового поколения - стеклофибробетон (СФБ).
Сам по себе бетон давно используется в строительстве, однако этот материал обладает малой прочностью на растяжение и сжатие, а конструкции из него по прошествии определенного времени нередко разрушаются или их стены покрываются трещинами. Сочетание бетона с арматурными сетками позволяет частично решать эту проблему, однако металлическая арматура значительно увеличивает вес конструкции и нагрузку на фундамент.
Технология фибрового армирования дает возможность производить материалы, значительно превосходящие бетон по прочности и экономическим показателям; именно поэтому фибробетон широко применяется в строительстве зданий и в оформлении фасадов.
Армирование бетона стеклянными мононитями положило начало производству такого материала, как стеклофибробетон. СФБ отличается повышенной прочностью и гибкостью, являясь одновременно легким и долговечным. Именно этим обуславливается широкое использование стеклофибробетона в строительстве и отделке зданий разного типа и назначения.
Применение СФБдает возможность увеличить срок эксплуатации конструкции, значительно повышая ее прочность. Благодаря своей гибкости и легкости материал позволяет воплощать в жизнь любые архитектурные идеи. Поэтому, помимо строительства, применение стеклофибробетона целесообразно при проведении отделочных работ и декорировании фасадов.
Армирование бетона стекловолокном не только повышает прочность материала, но и улучшает его эксплуатационные свойства. Так, стеклофибробетон отличается устойчивостью к высокой влажности, температурным колебаниям, механическому воздействию и коррозии. Отделанный этим материалом фасад дольше сохраняет эстетичный внешний вид и яркость красок.
Стеклофибробетоны применяются во многих областях строительства и, соответственно, классифицируются, в зависимости от сферы применения, на следующие типы:
- конструкционные - используют непосредственно при строительстве зданий;
- декоративные - применяются для отделки фасадов и создания архитектурных элементов;
- специальные - для проведения специфических отделочных работ.
Особенности состава
Как уже отмечалось выше, основой стеклофибробетона являются компоненты, необходимые для производства обычного бетона: песок, вода и портландцемент с добавлением фибр стекловолокна, структура, длина и содержание которых различаются в зависимости от метода производства и области применения материала. Обычно к бетонной смести добавляют от 3 до 5% стеклофибры.
Бетон в сочетании со стекловолокном формирует совершенно новый по структуре и свойствам материал, прочность которого обеспечивается за счет большой площади сцепления поверхностей, достигающей пятидесяти тысяч квадратных метров.
Свойства стеклофибробетона
Уникальные характеристики материала делают его востребованным при проведении различных строительных и отделочных работ, позволяя не только получать качественный и долговечный результат, но и воплощать в жизнь современные архитектурные идеи любой сложности. Материал обладает следующими свойствами:
- экологичность и безопасность;
- водонепроницаемость и пожароустойчивость (К-0);
- возможность строительства и отделки зданий в сейсмоопасных регионах;
- хорошее сцепление с обычным бетоном;
- стойкость к перепадам температур и высокой влажности;
- устойчивость к механическим и химическим воздействиям, коррозии;
- высокий уровень звукоизоляции;
- пластичность, возможность реализации смелых архитектурных решений.
Использование стеклофибробетона в отделке фасадов позволяет достичь уникальных визуальных эффектов: материал отличается высокой эстетичностью, и при правильной обработке можно добиться полупрозрачности конструкций. Материал можно окрашивать, либо нанося красящее вещество на поверхность готовой конструкции, либо вводя краситель непосредственно в бетонную смесь. Это позволяет производить необычные и разнообразные визуальные эффекты.
Преимущества стеклофибробетона
Данный материал отличается высокой прочностью и устойчивостью к разного рода воздействиям, наряду с гибкостью и легкостью конструкций. Масса изделий из СФБ в несколько раз меньше, чем масса аналогичных по размерам железобетонных конструкций. Это дает возможность существенно снижать затраты на транспортировку элементов и облегчать процесс их монтажа, значительно сокращая стоимость строительных работ.
Использование стеклофибробетона позволяет создавать изделия разнообразных форм, воплощая в жизнь самые смелые архитектурные идеи, получая стильные и эстетичные результаты. Особенность СФБ - это отсутствие необходимости в использовании металлической арматуры, что делает доступным неограниченный диапазон форм.
По сравнению с бетоном СФБ обладает в пять раз более высокой прочностью на изгиб и растяжение. Стеклофибробетон более стоек к ударам и механическим воздействиям, водо- и морозоустойчив.
Преимущества использование СФБ для отделки фасадов:
- легкость панелей, возможность создания любых форм и конфигураций;
- повышенная прочность материала, устойчивость к растрескиванию;
- возможность имитации различных материалов и текстуры;
- долговечность панелей, стойкость окрашивания и длительное сохранение эстетичного внешнего вида;
- стойкость к воздействию неблагоприятных внешних факторов;
- при создании конструкций из СФБ металлическая арматура не используется или ее использование сводится к минимуму;
- экологическая безопасность.
При применении стеклофибробетона необходимо принимать во внимание ряд нюансов. Во-первых, вещество при нанесении быстро затвердевает, а значит, работа с ним требует определенной квалификации и высокой скорости. Следует также учитывать, что материал чувствителен к воздействию щелочи, поэтому в определенных случаях, например при укладке фундамента, необходимо использовать стекловолокно, устойчивое к щелочной среде.
Применение
Уникальные характеристики стеклофибробетона, такие как пластичность и высокая прочность, позволяют изготавливать из материала тонкие, легкие и необыкновенно прочные изделия любой формы. Структура СФБ делает возможной имитацию различных материалов с любой текстурой. Именно поэтому стеклофибробетон широко используется по всему миру в жилищном строительстве для облицовки фасадов зданий, а также во многих других областях.
Материал применяют в следующих сферах:
- создание архитектурных элементов зданий;
- изготовление кровли и штукатурки;
- производство балконных ограждений;
- отделка фасадов зданий;
- обустройство гидро- и звукоизоляции;
- производство труб, сантехнических элементов, строительство коллекторов и водопроводов;
- ландшафтный дизайн и оформление интерьеров помещений.
Чаще всего стеклофибробетон используют для отделки фасадов. Для этого изготавливают тонкие навесные панели, толщина которых обычно не превышает десяти миллиметров. Также из СФБ производят навесные декоративные и скульптурные элементы, колонны, лепнину, пилястры и карнизы. Материал отлично подходит для реализации проектов по отделке зданий нестандартных форм.
Из стеклофибробетона нередко производят перекрытия, позволяя снизить нагрузку на несущие конструкции и фундамент, что особенно важно при строительстве многоэтажных зданий.
СФБ - незаменимый материал для тех, кто ценит оригинальность форм и сложность конструкций, долговечность, безопасность и надежность.
Стеклофибробетон (СФБ) — возможно, самый интересный строительный материал в арсенале проектировщиков и архитекторов. Разработанный в середине прошлого столетия и получивший широкое распространение в последние тридцать лет, сегодня он стал универсальным строительным материалом, который определяет архитектурный облик многих городов мира.
Многоэтажное домостроение, коттеджное строительство, реконструкция и восстановление первоначального облика памятников архитектуры — вот неполный перечень областей применения стеклофибробетона. Из него изготавливают не только облицовочные панели вентилируемых фасадов, но и различные декоративные элементы: карнизы, балконные ограждения, рельефные цокольные плиты. В малоэтажном строительстве широко используются листовая стеклофибробетонная обшивка и теплоизоляционные сэндвич-панели. Следует упомянуть и различные ограждающие конструкции, панели кровли, фрагменты антивандальной защиты зданий, несъемные опалубки, водоводы, дренажи, звукозащитные экраны и т.д. Все это стеклофибробетон — одна из разновидностей искусственного камня.
Столь широкая сфера применения определяется уникальными свойствами материала, прежде всего его высокой прочностью. За счет того, что внешние нагрузки воспринимает упругое стекловолокно, которым армирован мелкозернистый бетон,многократно повышается сопротивление изгибу и растяжению, а ударная прочность композита увеличивается в 10-15 раз по сравнению с классическим железобетоном. СФБ легко переносит перепады температуры и влажности. Стоек он и к воздействию химических реагентов. Материал абсолютно не горюч и весьма долговечен: декоративные элементы из СФБ прослужат столько же, сколько и несущий каркас здания. Стеклофибробетонные изделия имеют небольшую массу, что снижает расходы на их транспортировку и монтаж. Уменьшение нагрузки на конструкции приводит к существенной экономии средств при возведении фундаментов и надземной части зданий.
Функциональность стеклофибробетона удачно дополняется его исключительной пластичностью и возможностью создания абсолютно произвольных (за счет отсутствия арматуры) форм. СФБ незаменим при изготовлении сложных и экспрессивных архитектурных элементов. Он предоставляет архитектору почти бесконечный выбор нетривиальных пластических решений, к которым добавляется большое разнообразие текстур и широкая цветовая палитра. В результате стеклофибробетон позволяет легко имитировать не только камень, но даже такие материалы, как дерево или чугун. Поэтому известные российские архитекторы оценили преимущества этого материала: подтверждение этому — использование изделий из СФБ при строительстве таких объектов, как жилые комплексы «Садовые кварталы» (арх. Сергей Скуратов и Меганом), «Английский квартал» (арх. Михаил Белов), «Итальянский квартал» (арх. Михаил Филиппов) и др. Все эти проекты, ставшие заметными событиями в российской архитектуре, были реализованы благодаря использованию СФБ компании «ОртОст-Фасад» — лидера рынка в сфере проектирования, производства и монтажа декоративных элементов из стеклофибробетона.
От классики до современности
Можно вспомнить, к примеру, архитектонику строений ЖК «Итальянский квартал» на Долгоруковской улице. Спокойный изгиб парадного фасада комплекса эффектно расчерчен декоративными элементами из СФБ: колоннами главного входа и задающими ритм всему фасаду строгими полуколоннами, изящными карнизами и «петербургским» обрамлением полукруглых окон.
Универсальный по своим свойствам материал допускает применение любых архитектурных приемов без опасения перегрузить силовой каркас здания. Стоит упомянуть пластику фасада ЖК «На Трубецкой» (арх. Никита Рыбин) в московском районе Хамовники: подобные волнам декоративные карнизы и резные (а на самом деле, конечно же, литые) колонны выглядят так, будто они изготовлены из натурального камня. Интересно, что стеклофибробетон применялся в отделке этого здания не только в виде выразительного декора, но и для облицовки фасадов жилого комплекса панелями с интегрированной клинкерной плиткой. Причем это были как плоские поверхности, так и закругленные. Наконец, СФБ использован в отделке интерьеров общественных зон комплекса «На Трубецкой». Из него были сделаны стеновые панели, имитирующие набитые вразнобой, со сдвигом, деревянные бруски. Комплексное применение стеклофибробетона для оформления внутреннего пространства и решения объемно-пространственных задач, позволило создать законченный, цельный архитектурный образ здания.
В последние годы архитекторы все чаще предпочитают использовать стеклофибробетонный каркасный декор, заменяя им традиционные виды отделки фасадов. СФБ позволяет воспроизводить мелкие детали орнаментов и различную фактуру поверхности. Стеклофибробетон окрашивают по поверхности или добавляют пигменты в бетонную смесь. Но можно использовать его и неокрашенным: он будет иметь естественный серый или белый цвет наполнителя и эффектно контрастировать, например, с кирпичной кладкой.
Возможности уникального материала не ограничиваются классической архитектурой. Широко используют его и адепты стилей пром и техно. Применение неконструкционных железобетонных элементов или кирпичной кладки зачастую затруднительно вследствие большой массы материала и его неприспособленности к воспроизведению сложных форм. Стеклофибробетон великолепно подходит для изготовления легких и прочных изделий любых профилей: угловых и криволинейных в плане панелей, а также оболочек разной кривизны. Готовые детали фасадов представляют собой тонкие скорлупы, которые монтируют на подсистему из нержавеющей или оцинкованной стали. С помощью СФБ можно реализовывать самые смелые футуристические идеи, привнося фантастические образы будущего в реальность и воссоздавая прошлое в сегодняшнем дне. Так, для отделки фасадов жилого комплекса «Садовые кварталы», проектировавшегося несколькими архитектурными бюро, был выбран кирпич. Этот консервативный материал должен был напомнить об историческом контексте этого места и связать отдельные части в целое. Но жесткая сетка фасадов зданий бюро «Меганом» и архитектора Сергей Скуратова была сформирована сложными трехмерными кривыми, что полностью исключало возможность использования кирпичной кладки. Применение в наружной отделке стеклофибробетонных панелей с интегрированной клинкерной плиткой на металлическом каркасе эффективно решило проблему и помогло связать воедино «кирпичные» здания сложной пластики.
Как это делается?
Важно отметить, что проектирование и изготовление СФБ-изделий регламентируется международными стандартами. Поскольку стеклофибробетон — сложный многокомпонентный композит, в котором от состава каждого слагаемого существенно зависят свойства готового продукта, только на серьезном производстве можно проконтролировать количество и качество исходных материалов: песка мелких фракций, цемента, полимера (как правило, акрилового), воды, специальных добавок и нарезанного в определенный размер стекловолокна.
Формовка изделий и конструкций из стеклофибробетона может выполняться разными способами. Один из наиболее универсальных — заливка композита в формы из резины, фанеры или стеклопластика. Метод называется «Премикс стеклофибробетона». Благодаря равномерному распределению волокон стекла по всей массе смеси достигается дисперсное объемное армирование материала, что, в свою очередь, позволяет получать детали с хорошо развитым рельефом.
Облицовочные панели из СФБ часто изготавливают и ручным пневмонабрызгом (пневмонанесением). Как следует из названия этого технологического приема, смесь наносится на форму с помощью специального распылителя. Этот метод позволяет получать материал с высокими эксплуатационными характеристиками, из которого в свою очередь изготавливаются изделия исключительно малого сечения и массы.
Напомним, что крупнейшим и опытнейшим производителем и поставщиком декоративных фасадных элементов из СФБ в России является компания «ОртОст-Фасад». За неполные 20 лет ее специалисты реализовали множество интересных проектов, в число которых входят и все перечисленные в этой статье. Стеклофибробетон — несомненно один из самых интересных и самых универсальных строительных материалов XXI века.
Изображения ssg-solnhofen.ru, skuratov-arch.ru, krovlirussia.ru
Конгломерат. Это второе имя стеклофибробетона. Понятие обобщающее, обозначает соединение разнородных материалов. В стеклофибробетоне таковыми являются цемент и волокна стекла. Совместить их не могли до 1967-го года.
У цемента щелочная среда. Она агрессивна по отношению к стеклу. Это поняли еще в 1941-ом, пытаясь создать первый в мире блок стеклофибробетона. Проблему решили в Строительном научно-исследовательском институте Великобритании.
В 1967-ом там получили щелочностойкое стекло. В процессе производства в него добавили цирконий. Стеклофибробетон стал явью. Первыми материалом воспользовались, естественно, англичане, а за ними и все европейцы.
В 1974-ом панели из стеклофибробетона начали реализовывать в США. Первые года продажи прирастали примерно на 30% каждые 12 месяцев. За что такое признание?
Описание и свойства стеклофибробетона
В состав стеклофибробетона стекло включено в виде фиброволокна, отсюда и название героя статьи. Вместо арматуры его укрепляют тонкие минеральные нити. Минеральные они, поскольку делают из расплава кварца – камня класса силикатов.
В него входят породы содержащие кремний. В таблице Менделеева элемент записан как силицум. Получается, состав героя статьи натурален, ведь в цемент тоже входит природное сырье: глина, известь, песок.
«Запеченные» в нити стекла смотрятся, подобно опилкам, или обваленному в глине сену. Однако, будучи минеральной, арматура полностью исключает возможность гниения. К тому же, стекло не уступает бетону по твердости.
При этом, прочность стеклофиброблоков больше, чем у железобетонных. Стальная арматура хорошо держит нагрузки на сжатие. А стеклоукрепитель сносит солидные нагрузки еще и на изгиб, растяжение. Ударная вязкость героя статьи тоже больше, чем у железобетона.
Бетон и фибры сцепляются своими поверхностями. Площадь перекрытия 2-ух материалов доходит до 50000 квадратных метров. Они отвечают за совместную работу бетона и стекловолокна.
Если блоки со стальной арматурой трескаются под натиском сил растяжения, то фиброплиты не дают даже микротрещин. Вот стеклобетон и пускают на мосты, эстакады и путепроводы.
Если перевести сказанное в цифры, предел прочности героя статьи на растяжение при сжатии равен 32,2 мегапаскалям. При сжатии материал выдерживает 840 кило на квадратный сантиметр. На осевом растяжении фибробетон терпит до 112-ти килограммов на ту же площадь.
«Играть» с ними можно, так же, за счет комбинирования армирующих нитей разного диаметра, длины. Максимальная протяженность одной стеклопроволоки в бетоне – 7,5 сантиметров.
Сочетание и компоновка разноразмерных волокон не только меняют свойства бетона, но и его текстуру, форму. Некоторые , к примеру, пластичнее прочих, используются для фигурных отливок. Об их ассортименте поговорим в главе «Применение стеклофибробетона».
Ряд свойств героя статьи совпадает с характеристиками простого бетона. Минеральные блоки не горят. Причем, у фибро-разновидности стойкость к пламени больше. Превосходит обычный бетон герой статьи и в устойчивости к химикатам.
В городских условиях особенно важна стойкость перед растворами солей. Как и стандартный бетон, стекло-материал не гниет, морозостоек. Класс устойчивости к холоду лежит в пределах F150-F300.
При этом, низкая морозостойкость соответствует 50-ти единицам, а максимальная отображается как F-700. Бетон в промежутке от 300-от до 500-от применяется в условиях переменного уровня влаги. Морозостойкость же стеклоплит солидна для стандартных условий.
Виды стеклофибробетона
Герой статьи относится к классу фибробетонов. Их армируют не только стеклом, но и стальными нитями или полимерным волокном. К последнему относятся, к примеру, полиамид, акрил, полипропилен, нейлон.
С металлической стружкой блоки весят не меньше классического железобетона. С полимерной арматурой плиты легковесные, словно газобетон. Стеклоблоки усреднены по массе. Впрочем, здесь есть подвох, ведь в плане армирования бывают:
- Блоки с фибровым укреплением. В таких роль арматуры выполняет исключительно стеклонить. С ней плиты могут принимать любой облик. Отливают панели в виде частокола из стволов бамбука, кладки природного камня, абстракций.
- Блоки с комбинированным армированием. Такие укреплены классическими стальными прутами и стеклофиброй одновременно. Из-за жесткого каркаса плиты могут быть только простых форм. Как правило, это прямоугольные элементы.
Комбинированное армирование бывает не только вкупе с металлом. С полимерными нитями стекло тоже совмещают. В этом случае масса, как и стандартные блоки, принимает любую форму.
Популярен, к примеру, фасадный декор из стеклофибробетона . Гипсовая лепнина проигрывает ему, ведь мягка и впитывает влагу. Пилястры же из героя статьи украшают здания веками.
Ознакомиться с декором можно, к примеру, в «Казанском кремле». Это название музея-заповедника с комплексом строений в классическом стиле. Находится музей, как следует из названия, в Казани.
Там налажено производство фибростеклобетона . Поэтому в городе из героя статьи сложен целый микрорайон в центре. Взглянуть в Казани стоит и на «Дворец земледельцев». Так за торжественность стиля зовут здание министерства сельского хозяйства республики Татарстан, столицей которой является Казань.
Используемый в Казани фибробетон производят 2-мя способами:
- Напылением. С его помощью получают объекты средних и крупных размеров. Начинают с распыления цемента. Его наносят на форму, попутно добавляя стекловолокно.
- Премиксом. Так именуют процесс отливки смеси цемента, песка, стеклонити и воды в форму. Она бывает деревянной, силиконовой, металлической. В емкости смесь ставят на вибростол. Это уплотняет материал. Заливка оправдана при изготовлении небольших изделий, к примеру, черепицы или тротуарной плитки. Последнюю из стеклобетона тоже делают.
В декоративном плане герой статьи бывает многоцветным. Стеклоплиты окрашивают в красные, синие, коричневые, желтые тона. Нюанс заключается в стекле. Оно остается белым. Получается фактурный рисунок. Если нужны однотонные блоки, в них добавляют цветное стекло, окрашивая его еще на стадии расплава.
Применение и монтаж стеклофибробетона
Разговор о применении героя статьи уже начат. В качестве основного строительного материала использоваться может, но не выгоден по цене. Проще сложить дом из обычного бетона. Стеклоплиты идут в ход, как правило, для облицовки и декора. Отливают не только пилястры, но и колонны, ограждения лоджий и балконов, «короны» куполов.
Стеклофибробетон для фасада – возможность украсить его элементами геральдики, орнаментами. Изготавливаются плиты с геометрическим рисунком, шероховатые, даже под панцирь черепахи.
В стеклобетон, в отличие от обычного, не кладут крупную фракцию песка и гравия. Это придает поверхности блоков большую эстетику. Торцы монолитных перекрытий многоэтажек, к примеру, закрываются обычно именно стеклофибробетонными плитами. Их миниатюрные версии становятся кровельным материалом. Он имитирует классическую черепицу.
Монтаж стеклофибробетона осуществляется по 2-ум схемам. Первая считается классической, а вторая применяется в конструкциях, нуждающихся в исключительной прочности:
- Крепление с помощью монтажных утолщений. Они делаются на стадии отливки, достигая 3-сантиметровой ширины. Отливаются утолщения согласно проекту. Соответственно, вместо типовых изготавливают уникальные. Это добавляет герою статьи стоимости.
Крепят бетонные элементы в местах утолщений . Это разновидность болтов. Схема работает на фасадах зданий.
- Крепление с помощью металлической закладной. Она вживляется в тело блока тоже на стадии производства. Через закладную проходит крепежка в виде болта. Он «вживляется» в металлический каркас здания.
Каким бы ни был способ крепления фибростеклобетона, монтаж начинается с подготовки поверхности и ее разметки. Потом выставляют угловые детали. Потом заполняют прямые участки.
Кладку рассчитывают без использования доборов шириной меньше половины блока. Крепят стеклобетон на строительный клей. Швы затирают. Если есть стыки с инородными поверхностями, используют герметик на основе акрила.
Цена стеклофибробетона
Цена стеклофибробетона складывается из ряда факторов. Заложены затраты на производство, обработку, форму, гидрофобизацию. Последнее понятие обозначает дополнительную пропитку бетона, на 100% защищающую его от разрушительного действия воды.
Если она проникнет в поры материала и застынет там, то расширится, заодно расширив полость в камне. Так влага разрывает плиты изнутри. Защищая блоки от воды, им продлевают век.
Включена в стоимость героя статьи и его окраска. Выходит примерно на 30% больше, чем просят за классический бетон. Однако, учитывая малый вес стеклоблоков и меньшую толщину, уменьшается цена доставки, монтажа.
За аренду техники тоже платится меньше. К тому же, легковесные плиты уменьшают нагрузку на фундамент здания, что в некоторых случаях вообще бесценно. Переплатить готовы и за прочность, долговечность героя статьи.
Именно его, к примеру, выбрали для инженерных сооружений на Московской кольцевой автомобильной дороге. На Третьем транспортном кольце в столице фибростеклобетон стал несъемной опалубкой, а заодно и облицовкой пролетных конструкций и путепроводов.
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.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Стеклофибробетон (СФБ) – 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 стеклофибробетонов, им придаются соответствующие свойства за счет комбинации коротковолокнистых и длинноволокнистых элементов стекловолокнистой арматуры и технологии изготовления.
Стеклофибробетон 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.
Стеклофибробетон 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. Стеклофибробетон 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.
КЛАССИФИКАЦИЯ
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.
Наглядно представить процесс нанесения стеклофибробетона на поверхность можно, просмотрев АНИМАЦИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА торкетирования стены (нажмите сюда чтобы скачать ролик ~1 Mb ) .
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.
Стеклофибробетон - превосходный материал 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 стеклофибробетоном 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 стеклофибробетон прочен и не раскалывается при креплении.
Стеклофибробетон 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. стеклофибробетон позволяет передавать любую форму, рельеф и отделку поверхности для сочетания с окружающим пейзажем. Штукатурные покрытия при использовании стеклофибробетона обладают высокой прочностью, а также высокой стойкостью к растрескиванию и отслаиванию.
Стеклофибробетон 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.
Стеклофибробетон 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.
Стеклофибробетон 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 роль стеклофибробетона - образовать 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.
СВОЙСТВА СФБ В МАРОЧНОМ ВОЗРАСТЕ
№ Характеристика Пределы значений 1 Плотность (сухая) 1700-2250 кг/м3 2 Ударная вязкость по Шарпи 1.1-2.5 кг мм/мм2 3 Прочность при сжатии 490-840 кг/см2 4 Предел прочности на растяжение при изгибе
210-320 кг/см2 5 Модуль упругости (1.0-2.5) 104 МПа 6 Прочность на осевое растяжение: - условный предел упругости 28-70 кг/см2
- предел прочности 70-112 кг/см2
7 Удлинение при разрушении (600-1200) 10-5 или 0.6-1.2% 8 Сопротивление срезу: - между слоями 35-54 кг/см2 - поперек слоев 70-102 кг/см2
9 Коэффициент температурного расширения (8-12) 10-6 ?С-1 10 Теплопроводность 0.52-0.75 Вт/см2 ?С 11 Водонепроницаемость по ГОСТ 12730 W6-W20 12 Коэффициент фильтрации 10-8-10-10 см/с 13 Морозостойкость по ГОСТ 100600 F150-F300 14 Огнестойкость Выше огнестойкости бетона 15 Сгораемость Несгораемый материал (скорость распространения огня) 16 Звукопоглощение при толщине 15 мм 125 Гц 250 Гц
500 Гц
1000 Гц
2000 Гц
27 дБ 30 дБ
35 дБ
39 дБ
40 дБ
Примечание.
Для перевода кг/см2 в МПа можно пользоваться следующим соотношением:
g * кг/см 2 = МПа = 10 * кг/см 2 .
Примечание.
Принципиальные технологические схемы производства, а также перечень подготовительных работ и мероприятия по техническому контролю качества и техники безопасности в зависимости от используемых видов технологий и материалов приведены в ведомственных строительных нормах "Проектирование и основные положения технологии производства фибробетонных конструкций ВСН 56-97" Москва 1997г.
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
|
Цемент, кг/м3 |
Песок, кг/м3 |
Количество стеклофибры, % |
||||||
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
Рябова А.А. ОЦЕНКА СТЕКЛОФИБРОБЕТОНА КАК КОНСТРУКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 11-3. – С. 500-504;URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39448 (дата обращения: 28.08.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
