На главную Обратная связь Карта сайта
Главная




(351) 247-87-17
232-33-51
polbeton@mail.ru
www.pol-beton.ru
ICQ: 493-705-348

ПРАЙС ЛИСТ



Прайс/Типовое предложение


Галерея покрытий



Структурообразование, технологии и применение сталефибробетонных изделий.

Структурообразование, технологии и применение сталефибробетонных изделий.


А.С. БОЧАРНИКОВ, доктор техн. наук, старший научный сотрудник; А.Д. КОРНЕЕВ, доктор техн. наук, профессор;
А.В. ГЛАЗУНОВ, инженер; В.В. ГАЛКИН, инженер; В.Г. СОЛОВЬЕВ, аспирант, Липецкий государственный технический университет.

  Рассматриваются свойства, технологии изготовления и возможности применения различных сталефибробетонных композиций.


  Сталефибробетоны по своей природе являются сложными полиструктурными и гетерогенными системами. Они классифицируются по целому ряду характерных признаков: по симметрии (асимметрии) структуры и свойств, по материалу матрицы, по способу армирования и т. д.
  По геометрии армирующих компонентов сталефибробетоны делятся на три основные группы: с нульмерной, одномерной и двумерной геометрией. При этом расположение армирующих компонентов может быть: одноосное (линейное), двухосное (плоскостное) и трехосное (объемное).
  Сталефибробетоны с нульмерными компонентами имеют все три размера одного и того же порядка, несоизмеримого с размерами элементарного образца.
  Сталефибробетоны с двухмерными компонентами - это такие материалы, в которых армирующий элемент имеет два размера, соизмеримые с характерными размерами элементарного образца.
  Сталефибробетонные композиции с одноосным (линейным) расположением армирующего компонента - это материалы в виде волокон из стальной проволоки, базальта, стекла, углерода или ориентированных цепочек нитевидных кристаллов, которые распределяются в матрице параллельно друг другу. Такая схема армирования может быть осуществлена с помощью нульмерных или одномерных компонентов, расположенных вдоль оси X, и обозначается 0:0:0 или 1 : 0 : 0.Необходимо отметить, что при одноосном армировании нульмерными компонентами, когда расстояние между составляющими армирующего компонента мало в направлении оси X и значительно больше вдоль осей У и 2, объемное содержание армирующего компонента составляет 10 % и более.
  Сталефибробетонные композиции с двухосным расположением армирующего элемента - это материалы, в которых волокна, маты из волокон или листовой армирующий компонент расположены в матрице в плоскостях, параллельных друг другу. Такая схема армирования может быть осуществлена с помощью нуль-мерных, одномерных или двухмерных компонентов. Она обозначается 0 : 0 : 0; 1 : 1 : 0 или 2:2:0 (компонент расположен в плоскостях, параллельных к плоскости ХУ).фото 1
  Двухосная схема армирования дискретными волокнами возможна, когда критическое объемное содержание армирующего компонента в материале - в пределах 2-3%. При использовании волокон или других одномерных компонентов для двухосного плоскостного армирования можно реализовать не только ортогональную (1 : 1 : 0), но и другие, более сложные виды укладки: например, первый слой 1 : 0 : 0; второй слой: (корень из 2/корень из 2):(корень из 2/корень из 2):0 (под углом 45 к оси X); третий слои (корень из 2/корень из 2):(корень из 2/корень из 2):0  (под
углом 45° к оси X); четвертый слой 0:1 : 0 и т.д.
  Композиции с трехосным (объемным) расположением компонентов - это такие материалы, в которых невозможно выделить одно или два преимущественных направления. Такая схема армирования может быть реализована с помощью нульмерных (0:0:0) или одномерных компонентов (1:1:1). Трехосная схема армирования короткими волокнами возможна, когда объемное содержание армирующего компонента в бетонной матрице составляет 3-5%, а с пригрузом 9% и более.
  Совершенно очевидно, что в приведенной классификации сталефибробетон характеризуется следующими признаками: армирующий компонент - одномерный, его расположение -трехосное (1 : 1 : 1) или двухосное (1 : 1 : 0); вид компонента - волокна, стружки или их сочетание; уровни дисперсного армирования - одноуровневое или двухуровневое;матрица из цементного камня, мелкозернистого бетона или полимербетона.
  В настоящее время идет очередной интенсивный этап исследований процессов структурообразования фибробетонов с дискретной и дисперсной арматурой. Авторы многих работ справедливо утверждают, что эксплуатационные свойства и долговечность мелкозернистых бетонов, армированных дискретной и дисперсной арматурой, зависят от интенсивности и завершенности в них процессов гидратации цемента, а также структурообразования в процессе твердения. Исследования показывают, что динамику структурообразования фибробетонов целесообразно оценивать показателями двух взаимно совмещенных во времени процессов: конструктивного и деструктивного.
  Конструктивный процесс обусловлен гидратацией цемента, формированием конденсационно-кристаллизационной структуры и воздействием внешних механических сил в процессе технологии изготовления материала, а деструктивные - возникновением внутренних напряжений в бетоне на контактных поверхностях с фибровой арматурой в результате деформаций усадки и протекания процессов перекристаллизации в бетоне в период его твердения.
  Рассмотрим стадии процесса структурообразования фибробетона с дискретной арматурои из отрезков стальных волокон, изготавливаемого по технологии с раздельной укладкой компонентов.
  Первая стадия - это формирование фиброкаркаса по размерам изготавливаемой конструкции в процессе укладки фибры в форму или опалубку. Характер образования фиброкаркаса из волокон в опалубке приведен на рис. 1.
  Короткие волокна, у которых I/d < 50, не могут образовывать фиброкаркас, т. к. они укладываются в форму в виде сыпучей массы (область 1 на рис. 1). Такие волокна могут применяться для изготовления сталефибробетона и конструкций из него способом совместного перемешивания компонентов с последующим виброформованием.
  Отрезки волокон, у которых I/d= 75...125, при укладке в форму образуют жесткий пространственный фиброкаркас с трехосной ориентацией фибры (область 2 на рис. 1). Такие волокна удобны для изготовления сталефибробетона способами совместного перемешивания и раздельной укладки компонентов при изготовлении из него как массивных изделий, так и конструкций с небольшими поперечными сечениями (производство перемычек, заделка полостей стыков между сборными элементами и др.).
  Волокна, у которых I/d=150...400, при укладке в форму имеет двухосную горизонтальную ориентацию (область 3 на рис. 1).Такие волокна целесообразно применять при изготовлении тонкостенных и изгибаемых конструкций способом раздельной укладки компонентов, например панелей несъемной опалубки и перекрытий, дорожных и аэродромных плит, элементов ограждений лоджий и балконов. В случае использования волокон с указанными размерами в технологии совместного перемешивания такая фибра комкуется и плохо перемешивается с бетонной смесью.
  Структурообразование сталефибробетона на последующих стадиях технологическго процесса характеризуется взаимодействием структурообразующих элементов и их связей на микро- и макроскопических уровнях при гидратации цемента, схватывании бетонной смеси и твердении бетона в ячейках фиброкаркаса.
  фото 2В процессе второй стадии при вводе мелкозернистой бетонной смеси в форму-опалубку с фиброкаркасом структура бетонной смеси в ячейках фиброкаркаса меняется постоянно за счет действия внешних сил вибрации при виброформовании и в результате физико-химических процессов, происходящих при гидратации цемента.
  При этом большую роль в улучшении структуры сталефибробетона, как композиционного материала, играют наполнители. Как известно, в наполненных композиционных материалах формируются фрактально-кластерные образования, которые характеризуются самопроизвольно возникающими системами с совокупностью большого числа связанных между собой частиц, когда силы взаимодействия между ними являются преобладающими.
  Внешние механические силы вибрации также улучшают структуру фибробетонной смеси, способствуя диспергации цементных зерен, разрушению флокул и равномерному распределению воды по поверхности твердой фазы.
  В результате пульсационного воздействия вибрации волокна фиброкаркаса становятся источниками вторичных колебаний, возбуждающими бетонную смесь. Вокруг них происходит виброразжижение смеси, что позволяет грубодисперсным частицам заполнителя, обладающим инерционной силой, перемещаться в разжиженное пространство. Вслед за ними туда же вовлекаются и кластерные образования из частиц цемента и наполнителя. Грубодисперсные частицы заполнителя, с одной стороны, разрушают часть кластерных образований и тем самым производят разжижение смеси с дальнейшим неоднократным переформированием кластеров, с другой стороны, они, осаждаясь на стальных волокнах, за счет адгезии образуют достаточно плотные контактные зоны в виде систем «цементное тесто с заполнителем - стальное волокно», затем «мелкозернистый бетон - стальное волокно».
  Таким образом, в бетонной смеси формируется фибробетонный каркас, в ячейках которого продолжается гидратация цемента, схватывание бетонной смеси и твердение бетона, т. е. формируется более плотная структура сталефибробетона.
  Период второй стадии характерен тем, что в пространстве между частицами цемента происходит интенсивный рост кристаллов гидроксида кальция, гидросиликатов, а также эттрингита. Указанные новообразования и стальные волокна фибровой арматуры, проходя через крупные поры, разделяют их на более мелкие, образуя пространственную связь, увеличивая сцепление между гидратными фазами, зернами и частицами цемента, заполнителя и наполнителя, в результате чего уменьшается объем порового пространства, организуется плотная упаковка твердой фазы.
  Как уже было сказано ранее, в процессе продолжения гидратации цемента периодические коллоидные системы вместе с зернами заполнителя, частицами цемента и наполнителя осаждаются на поверхности стальных волокон фиброкаркаса, образуя в процессе кристаллизации новообразований вокруг каждого волокна цилиндрический слой продуктов гидратации цемента с зернами песка и частицами наполнителя. Таким образом, в объеме формы для изготовления изделия возникает фибробетонный каркас. Цементное тесто с зернами заполнителя и наполнителя, располагаясь в ячейках фибробетонного каркаса, в процессе продолжающейся гидратации цемента постепенно схватывается и затвердевает, образуя бетонную матрицу сталефибробетона.
  На третьей стадии структурообразования происходит твердение бетона, которое сопровождается объемными деформациями усадки и процессами перекристаллизации. Под воздействием указанных факторов в бетоне и стальных волокнах возникают внутренние напряжения разного знака, и фибробетонный каркас в бетонной матрице становится как бы преднапряженным. Именно за счет указанного процесса сталефибробетон, как композиционный материал, приобретает высокую прочность, трещиностойкость, морозостойкость и низкую газопроницаемость, улучшает другие эксплуатационные свойства.
  В настоящее время существует несколько технологий по изготовлению сталефибробетонных конструкций: совместное перемешивание компонентов с дальнейшим виброформованием; раздельная укладка компонентов в форму: волокон с образованием фиброкаркаса, затем мелкозернистой бетонной смеси, которая вводится в фиброкаркас и форму способами литья, вибролитья, вибролитья с пригрузом или нагнетания; торкретирование и роликовое формование.
  Область применения сталефибробетонных конструкций: дорожные и аэродромные плиты; ограждающие и защитные конструкции специальных сооружений; конструкции несъемных опалубок стен, перекрытий, перегородок; трубы для инженерных коммуникаций; кольца смотровых колодцев; стыки между сборными конструкциями; сваи и оголовки свай; фундаменты под технологическое оборудование, облицовочные изделия и др.
  Одним из многочисленных примеров успешного применения сталефибробетона является тонкостенная конструкция несъемной опалубки для ремонта жилых домов. В области отечественного производства строительных изделий известны два способа изготовления тонкостенных фибробетонных конструкций несъемной опалубки из смеси мелкозернистого бетона и отрезков стальной проволоки (фибры).


  По первому способу ребристые панели опалубки изготавливают формованием на виброплощадке предварительно перемешанных компонентов из мелкозернистой бетонной смеси и фибры. По второму - элементы несъемной опалубки изготавливают путем раздельной укладки тех же самых компонентов с последующим виброформованием. При этом процессы изготовления материала и конструкции совмещаются в единый технологический цикл.
  На основании сравнения технико-экономических показателей более прогрессивной можно считать технологию изготовления конструкций несъемной опалубки из сталефибробетона способом раздельной укладки компонентов (см. таблицу).фото 3
Перечень рабочих операций технологического процесса изготовления несъемной опалубки из сталефибробетона способом раздельной укладки компонентов показан на рис. 2.
  Для производства конструкций опалубки по указанной технологии требуется несложное оборудование, изготавливаемое отечественной промышленностью: растворосмесители принудительного действия СО-46А, виброплощадки СМЖ-539 и металлическая форма-оснастка. Расход исходных материалов на 1 м3 сталефибробетона составляет: цемента - 650 ...750 кг/м3, фибры - 200 кг/м3, суперпластификатора С-3 - 5,2 ... б кг.
  фото 4Технология изготовления ребристых панелей несъемной опалубки из сталефибробетона способом раздельной укладки компонентов была отработана на опытном производстве в научно-исследовательском центре 26 ЦНИИ МО РФ.
  В проектных разработках были приняты панели шириной 120, 90 и 60 см. Высота панелей, соответственно, составляла 250 и 270 см. Ширина панелей опалубки для обрамления оконных и дверных проемов должна соответствовать толщине стен. Обрамление ремонтируемых фасадов панелями несъемной фибробетонной опалубки организуется следующим образом: панели опалубки первого этажа устанавливают на цоколь существующего фундамента здания, панели опалубки последующих верхних этажей - на нижележащие панели. Все панели несъемной опалубки крепятся к стенам здания «ершами» или с помощью гвоздей по заранее установленным пробкам.Поверхность панелей несъемной опалубки может быть гладкой, с рисунком, образованным вибролитьем с помощью резиновой матрицы, укладываемой на днище формы в процессе формования или покрытой пленкой наплавленного полиэтилена, окрашенной в необходимый цвет. На рис. 3 показан фрагмент здания с кирпичными стенами, обрамленными панелями несъемной опалубки из сталефибробетона.
  Пространство между панелями опалубки и поверхностями стен может быть заполнено плитным утеплителем или легкими поризованными бетонами. В случае отсутствия указанного конструктивного элемента отделки стен, пространство между панелями и поверхностями стен заполнено воздухом. При этом отделка фасада здания может быть как вентилируемой, так и не-вентилируемой. Стыки между панелями несъемной опалубки герметизируются упругими прокладками и мастиками с последующей зачеканкой швов цементным раствором.Технико-экономические расчеты показывают, что затраты на обрамление фасадов жилых домов панелями несъемной опалубки из сталефибробетона примерно в 1,5 раза меньше, чем отделки из высококачественной декоративной штукатурки.

Технологии бетонов 2007