Фибробетон для бетонных полов в промышленных зданиях

Подскажите пожалуйста как расчитать необходимое количество стальной фибры на 1 м3 бетона если известны эксплуатационные нагрузки на бетонный пол. Какие существуют нюансы при приготовлении фибробетонной смеси?
Фибру с какой геометрией лучше использовать фибру при устройстве бетонных полов в промышленных зданиях?

С уважением
Путинцев Александр

 

Александр, мы пробовали добавлять в мелкозернистый бетон полипропиленовое волокно PB EUROFIBER, количество фибры подбирали в лабораторных условиях, взяв за основу рекомендуемое производителем.
Мне очень помогла в работе» книга Ю.М. Баженова Технология бетона, глава Фибробетон, привожу выдержки.

«Фибробетон - бетон, армированный дисперсными волокнами (фибрами), у фибробетона повышены следующие показатели: трещиностойкость, прочность на растяжение, ударная вязкость, сопротивление истираемости.
Изделия из фибробетона можно изготавливать без специального армирования сетками и каркасами, что упрощает технологию приготовления изделия и снижает ее трудоемкость.

Для армирование бетона применяют различные металлические волокна.
В качестве фибры применяют тонкую проволоку, d = 0,1÷0,5 мм, нарубленную на отрезки 10-50 мм или специально выштампованные фибры, лучшие результаты обеспечивают фибры d= 0,3 мм и длиной 25 мм.
При повышении диаметра фибр свыше 0,6 мм резко уменьшается эффективность влияния дисперсного армирования на прочность бетона...»

Из неметаллических волокон применяются стеклянные, асбестовые и полимерные (полиэфирные, полиакрилатные, полипропиленовые) волокна. Полимерные волокна используют также для тонкостенных изделий, подвергающихся ударам или эксплуатирующихся в условиях, в которых стальные волокна быстро разрушаются от коррозии.

«-¦Стальными или неметаллическими волокнами армируют мелкозернистые бетоны, иногда цементный камень.
Эффективность применения волокон в бетоне зависит от их содержания и расстояния между отдельными волокнами. Дисперсное армирование обычно достаточно эффективно приостанавливает развитие волосяных трещин лишь при расстоянии между различными волокнами не более 10 мм, поэтому применение в бетоне крупного заполнителя, не позволяющего расположить дисперсные волокна достаточно близко друг к другу, снижает эффективность подобного армирования.

Эффективность влияния различных видов волокон на свойства бетона зависит от соотношений модулей упругости армирующих волокон и бетона.

При отношении Eв/Eб > 1 возможно получение фибробетона с повышенной прочностью на растяжение и трещиностойкостью. При Eв/Eб < 1 повышаются ударная прочность и сопротивление материала истираемости.

Стальные фибры вводят в бетонную смесь в количестве 1-¦2,5 % объема бетона (3-¦9 % по массе, что составляет 70-200 кг фибры на 1 м3 смеси). В этом случае повышаются прочность бетона на растяжение на 10-¦30 %, сопротивляемость бетона ударам и его предел усталости и износостойкости-¦»

Введение волокон в бетонную смесь понижает ее подвижность и вызывает определенные трудности в приготовлении смеси цемента, воды, заполнителя и фибр. Обычно приходится несколько увеличивать количество воды в подобных смесях и содержание мельчайших частиц (цемента и мелкого заполнителя).
Как правило расход цемента составляет 400-¦500 кг/ м3.

Введение фиброволокна в замес - важная операция, так как бетонная смесь с фибрами склонна к комкованию, а фибры могут образовывать в бетонной смеси «ежи», что резко ухудшает ее качество и не позволяет добиться надлежащего уплотнения материала и изделий, поэтому для приготовления смеси используют различные приемы: вводят фибры в последнюю очередь в предварительно перемешанную смесь цемента, воды и заполнителя или смешивают сначала заполнители и волокна, а затем добавляют цемент и воду. Иногда для приготовления смесителей используют особые виды смесителей, например смесители с дополнительным пульсирующим воздействием на смесь, которое способствует разрушению комков и «ежей»-¦

Дисперсная арматура в бетоне достаточно хорошо защищена от коррозии плотным цементным камнем, однако в некоторых случаях, особенно когда возможно воздействие на фибробетон агрессивных сред, стальные фибры защищают специальными покрытиями, которые обычно не только повышают стойкость фибровой арматуры к коррозии, но и способствуют улучшению сцепления между фибрами и бетоном и тем самым на 20-¦40% улучшают прочность бетона на растяжение и его трещиностойкость.

 

Татьяна, в своем сообщении вы сказали, что для приготовления фибробетона иногда используются специальные виды смесителей. В связи с этим у меня возник вопрос - какие виды смесителей можно применять для приготовления фибробетона?
Возможно ли применение мешалки принудительного действия, например СБ-138?

 

У нас стоят бетоносмесители принудительного действия БС-4 и СБ-80, фибробетон мы месили на СБ-80, добавляли полипропиленовую фибру прямо в готовый бетон, но были «ежи» и пришлось разъединять фибру и увеличить время перемешивания.
Но перемешивание получилось лучше, если перемешать фибру сначала с заполнителями а потом добавить воду.
Но это я все говорю про полипропиленовую фибру, а с металлической не пробовали.

 

нужную информацию Вы,как правило, можете получить у производителей.

 

Современные аспекты производства волоконных материалов для армирования бетона.
(часть 1)

Строительная индустрия, в настоящее время, не мыслима без использования бетона. Растущие объемы и темпы строительства требуют все больших и больших объемов его производства. Одновременно растет и уровень требований, предъявляемых к изделиям из бетона. Бетон должен выдерживать серьезные механические нагрузки, противостоять усадке и образованию трещин, иметь устойчивость к атмосферному влиянию и перепадам температур, обладать необходимой химической стойкостью.

Поэтому современный бетон является сложным композиционным материалом, модифицируемым различными добавками влияющими на его реологические, физико-механические и химические свойства.

Современной технологией, позволяющей качественно изменять свойства бетонных материалов, является дисперсное армирование волокнами – введение в бетонную смесь различных волокон спеливидной формы (фибр металлических – проволочных, полученных из расплава или рубленных из листа; базальтовых; стеклянных; биологических; тканевых; композитных и пластиковых). Сущность фибрового армирования заключается в том, что армирующие волокна по своей природе способны воспринимать большие напряжения, чем бетонная матрица, упрочняя материал и служат затравками при кристаллизации бетона, измельчая и видоизменяя его структуру. При насыщении бетонов волокнами происходит существенное улучшение конечных свойств, зависящее от параметров фибрового армирования: объемного содержания фибры и их механических и термохимических свойств, соотношение между параметрами фибровой арматуры и параметрами структуры бетонной матрицы, уровня дисперсности армирования. Свойства фибробетона также зависят от технологии его изготовления: способа получения, формы и материала фибровой арматуры, способа приготовления фибробетонной смеси и формования изделий.

Для изготовления фибры используются многочисленные материалы, такие как стеклянные, полипропиленовые или стальные волокна. Эти материалы различаются по своим свойствам, поэтому к вопросу их применения следует подходить деференцировано.

Полипропилен и стекло не имеют остаточного сопротивления и применяются для улучшения характеристик бетона в первоначальный период набора им прочности (сокращает явление усадки и трещинообразования).

Стеклянная фибра используются, в основном, для штукатурки и ее применение особенно актуально для замены асбестового волокна, имеет свойство охрупчивания (существуют современные технологии упрочнения стеклянных волокон, но это ведет к удорожанию производства). Затруднительно применять ее для других целей, т.к. она плохо удерживается в бетонной матрице. Кроме того, она подвержена разложению в бетонной среде.

Полипропиленовая фибра имеет низкий модуль упругости и высокую предельную деформативность, что определяет деформативность фибробетона и применяться в бетонных конструкциях сущих значительную нагрузку она не может. При повышенных температурах полипропиленовая фибра склона к разложению и возгоранию. Сложно решаются и вопросы ее анкеровки в бетоне.

Наибольшее распространение, в настоящее время, получила стальная фибра. Объемы ее производства и применения постоянно растут. В мировой практике используется свыше 300 тыс. т. стальной фибры в год. В России, к сожалению, объем применения этого перспективного материала значительно меньше. Небольшие объемы применения сталефибробетона (СФБ) в значительной степени объясняются недостаточным его производством и пониманием российскими строителями возможностей и преимуществ материала, дефицитом нормативной документации, недостатком рекламы и отсутствием целенаправленной работы по ее применению, особенно со стороны проектных институтов.
Металлическая фибра улучшает механические характеристики бетона после набора им прочности, т.е. выполняет силовые функции.
Армирование бетона такой фиброй способствует увеличению его прочностных характеристик (предел прочности при растяжении увеличивается в 2,5 раза, при изгибе в 3,5 раза и при сжатии в 1,5 раза), ударная прочность повышается в 10 раз, вязкость при достижении предела прочности – в 20 раз, сопротивление истираемости – в 2 раза, трещиностойкость – до 6 раз. Значительно повышается деформативность, морозостойкость, термостойкость, водонепроницаемость и коррозионностойкость бетонных конструкций. Повышение физико-механических свойств СФБ позволяет снизить массу бетонных конструкций от 15-20% до 5- 10 раз.

Целесообразность применения стальной фибры заключается в следующем:

изготовление сеток, каркасов, установка арматуры и ее закрепление в проектном положении приводит к значительным затратам труда. Применение фибрового армирования существенно сокращает или полностью исключает арматурные работы и позволяет совместить технологические операции приготовления бетонной смеси и ее армирования, что позволяет сократить трудовые затраты на их проведение до 40%;
бетон, армированный фиброй по свойствам аналогичен бетону с удвоенным количеством арматуры, т.к. фибры распределены в бетоне во всех направлениях, но в данном случае армирование фиброй получается дешевле, чем укладка двойной арматуры;
при обычном армировании в углах находится чистый бетон и применение фибрового армирования дает возможность усилить углы конструкций;
возможность регулирования толщины элемента (при обычном армировании нижняя часть бетона служит только для удерживания арматуры, поэтому при армировании фиброй можно уменьшить толщину конструкции);
при укладке арматуры сначала производится заливка, а затем арматуру поднимают до необходимого уровня. Точность при этом - приблизительная. При армировании фиброй возможность ошибки исключена;
фибра может применяться в нестандартных конструкциях, где проблематично использовать арматуру;
фибра обладает высокой коррозионной и износостойкостью.
Таким образом, высокая технико-экономическая эффективность СФБ-конструкций по сравнению с железобетонными достигается вследствие уменьшения трудоемкости и материалоемкости, повышении долговечности и увеличения межремонтного ресурса, а также исключения недостатков, присущих стержневому армированию.

Наиболее эффективно использование СФБ в конструкциях подвергающимся повышенным нагрузкам и к которым предъявляются требования повышенной трещиностойкости и сопротивляемости ударным и знакопеременным нагрузкам, а также там, где использование стержневого армирования конструкционно затруднительно или полностью невозможно. СФБ выгодно использовать в сухом и влажном торкретбетоне (методом набрызга), для укрепления сводов, склонов горных автодорог, восстановления и усиления старых бетонных колонн, прогонов и других несущих конструкций, отделки тоннелей. Эффективно применение СФБ для монолитных конструкций и сооружений – дорожных и аэродромных покрытий, пролетных конструкций мостов, полов и конструкций пролетных перекрытий зданий, ирригационных каналов, взрыво- и взломоустойчивых и оборонных сооружений, а также для конструкций верхних строений железнодорожного пути.

Положительный эффект может дать широкое применение СФБ и при строительстве, модернизации и ремонте объектов металлургических предприятий.

Выпускаемая в мире стальная фибра различаются как по способу своего изготовления и исходному материалу, так и по форме фибры и областям ее применения.

По способу своего изготовления и исходному материалу стальную фибру можно разделить на фибру полученную путем формовки и резки тонкой проволоки и как ее разновидность - полученную рубкой снятых с эксплуатации канатов, рубки тонкого листа, фрезерования слябов, вытяжки из расплава.

Для получения высокопрочных СФБ необходимо выполнить ряд условий: волокна должны иметь одинаковые свойства и типоразмеры, иметь хорошее сцепление с раствором и бетоном, равномерно распределяться в бетонной матрице, а их материал должен препятствовать образованию и развитию коррозии и химическому взаимодействию с материалом матрицы. Для повышения прочности сцепления фибры с бетоном желательно чтобы она имела периодический профиль или волокнистое очертание.

Фибра, фрезерованная из слябов, несет в себе все дефекты, имеющиеся в слябах. Эти дефекты слябов устраняются только на последующих этапах металлургического передела - горячей и холодной деформации. Поэтому говорить о какой-то стабильности свойств не приходится. Режимы фрезерования приводят к перекалу фибры, о чем свидетельствует характерный синеватый оттенок, что в свою очередь приводит к такому дефекту металла, как «синеломкость», т.е. разрушение при температуре до 100 градусов. Таким образом использовать этот вид фибры в ответственных бетонных конструкциях не желательно. Производство фибры, фрезерованной из слябов в Европе постепенно прекращается и ее заменяет фибра из проволоки.

Шагом вперед в СФБ является применение фибры рубленной из листа. При условии использования качественного стального листа, подвергшегося обработке давлением в процессе своего производства, в качестве исходного материала воспроизводство физико-механических свойств материала не вызывает затруднений. Однако следует решить вопрос повышения анкерной способности этого вида фибры. Рваные фаски, образующиеся в процессе рубки листа, представляют большую угрозу для шлангов торкретмашин, т.е. в процессе где использование листовой фибры наиболее предпочтительно. Такая фибра является наименее прочной и имеет наименьшую точность изготовления. Поэтому ее производство не распространено.

Для сравнения фибра проволочная имеет прочность - 900-2500 Н/мм2, а фибра из листа - 300-500 Н/мм2.

Фибра, полученная экструдированием (вытяжкой) из стального расплава выпускается в небольших количествах и используется для особо прочных огнеупорных материалов, производится, в основном, из лома нержавеющих и жаропрочных сталей. Не обладает повышенными прочностными характеристиками, но экономические аспекты и параметры термостойкости превалируют в положительную сторону в вопросе ее производства и применения.

Проволочная фибра, проявив себя как наиболее универсальный материал, наиболее распространена на мировом рынке в настоящий момент. Использование проволочной фибры, которая поддается наиболее точному нормированию в процессе производства проволоки, гарантирует заданные свойства и необходимую повторяемость эксплутационных характеристик. Фибра, рубленная из снятых с эксплуатации канатов т.е. из металлолома, при всей своей дешевизне, по своим физико-механическим свойствам может быть использована только в неответственных конструкциях.

К сожалению, многие производители используют вместо высококачественных листа и проволоки отбракованную продукцию или технологические отходы. Это значительно снижает цену продукции, но при этом ухудшает физико-механические свойства армирующего материала и она должна реализовываться по цене металлолома с учетом производственных расходов. Однако физико-механические свойства изготовленного из них СФБ оставляют желать много лучшего.

Сейчас на рынке можно увидеть различные виды проволочной фибры, отличающиеся друг от друга только способом анкерирования в бетонной матрице.

С этой точки зрения стальную фибру можно разделить на два вида – с формованными концами (плющеные, загнутые или высаженные в виде конуса) и волнообразную. Главным недостатком стальной фибры с формованными концами заключается в том, что нагрузка не равномерно распределяется по длине и напряжения концентрируются в районе анкера, что сказывается на прочности СФБ конструкций.

От этого конструктивного недостатка свободна волнообразная фибра, так как напряжения равномерно распределяются по всей длине. Кроме того, за счет своей формы она лучше удерживается в бетоне.

В 2006 г. в ЗАО «Фибросталь» разработали и внедрили на площадях московского металлургического завода «Серп и молот» технологию серийного производства разновидности стальной проволочной волнообразной фибры, а именно «елочного» профиля (ТУ 14-1-5536-2006 «Фибра стальная проволочная», сертификат соответствия № RU.MCC.193.663.1.ПР.12880 от 17 октября 2006г. выданный «НИИМосстройсертификации»).

Качество продукции и соответствие мировым требованиям и стандартам (ASTM A-510, тип 1) обеспечивается высокотехнологичным процессом производства. Используемое оборудование позволяет производить до 3600 т в год при односменном графике работы.

Опытные образцы новой марки фибры изготовлены из малоуглеродистой термически не обработанной проволоки без покрытия (ГОСТ 3282-74) с пределом прочности на разрыв 1000 – 1350 Н/мм2. Предусмотрено производство фибры из высокопрочных и нержавеющих марок стали.

Следует отметить, что стальную фибру надо рассматривать как разновидность арматуры. Поэтому, как и в случае стержневой арматуры, подбор марки стали для фибры должен зависеть от назначения и условий использования СФБ. Это является одной из задач, которую ЗАО «Фибросталь» поставила перед собой и в настоящее время успешно решает.

Из многочисленных обзорных статей видно насколько широк спектр областей ее применения. И каждая из этих областей предъявляет к сталефибробетонным конструкциям свои специфические требования как по механическим, так и по реологическим свойствам.

Однако отечественные производители стальной фибры серьезно обсуждают лишь один вопрос – вопрос цены. Да и у проектировщиков и строителей бытует мнение, что на прочностные свойства сталефибробетона влияет только тот фактор – на сколько прочно сцепляется фибра с бетоном. Стальная же фибра является по своей сути той же арматурой и, в связи с этим, в не меньшей мере стоит вопрос – из какого материала должна изготавливаться фибра.

ГОСТ на стальную арматуру делит ее на 6 классов, отличающихся друг от друга в первую очередь по механическим свойствам. А производство стальной фибры ограничивается несколькими марками углеродистой стали, которые изготовители рекомендуют на все случаи жизни.

В свою очередь проектировщики и строители ориентируются, главным образом, на цену фибры, стремясь к ее минимизации, забывая старую поговорку что «скупой платит дважды».

Такой подход к выбору фибры может быть еще допустим при изготовлении промышленных полов, но при изготовлении ответственных конструкций он просто вреден. Да и с точки зрения экономики он приводит к повышенному расходу фибры.

Объявления на сайтах в Интернете пестрят многочисленными предложениями на поставку стальной фибры по цене 28 – 35 рублей за кг. И это при цене на исходный материал 38 – 45 рублей за кг для стальной проволоки по ГОСТ 3282-74.

Поэтому производители, для снижения себестоимости фибры, используют для ее производства отбракованный металл или списанные стальные троса и канаты не считаясь с качеством готовой продукции.

Ценообразование на такую фибру не учитывает, что исходное сырье поступает к производителям почти по цене металлолома, т.е. стоимость готовой фибры должна исходить из стоимости металлолома. В настоящее время цена на отечественном рынке лома черных металлов (группа 12А) составляет 5000 - 5500 рублей за тонну. Учитывая, что расходы на изготовление самой фибры составляют примерно 8000 - 10000 рублей на тонну готовой продукции, то себестоимость такой фибры должна составлять 13000 - 15000 рублей за тонну.

Таким образом, добропорядочный производитель, использующий для производства фибры качественный исходный материал, оказывается не конкурентоспособным.

Как мы уже отмечали выше стальная фибра в настоящее время изготавливается, в основном, из нескольких групп углеродистой стали.

Однако специфические условия эксплуатации сталефибробетонных конструкций настолько разнообразны, что обойтись только двумя – тремя марками стали просто не возможно. Т.е. необходима систематическая работа по подбору марок стали, используемых при производстве фибры различных классов.

В настоящее время, все рекомендации производителей стальной фибры на ее применение сводятся к количеству фибры, необходимой для армирования одного кубометра сталефибробетона при изготовлении различных строительных конструкций. Для специальных конструкций объем стальной фибры на 1 куб.м. сталефибробетона доходит до 160 – 180 кг, что значительно повышает их стоимость.

Затраты на подбор марки стали в каждом конкретном случае, повышение стоимости проката, дополнительные расходы при изготовлении фибры из более прочных марок стали неизбежно приведут к повышению стоимости фибры. Но в конечном результате строители получат армирующий материал с необходимыми им свойствами, позволяющий им сократить расход фибры на 1 куб.м. сталефибробетона и, таким образом, снизить себестоимость сталефибробетоных конструкций и их вес.
:sm031:

 

Геометрия проста: отношение L/d стальных фибр (то есть длина/диаметр единичного волокна) не должно быть ниже 50, выше - допустимо. То есть 60/1; 50/1; 40/0,8; 15/0,3 и т.д.

 

Уважаемые господа ! Вы к сожалению заблуждаетесь,говоря об отношении длины к диаметру, имея в виду , соотношение 50 и выше.. Это не так. При отношении 50 и выше идет хуже перемешивание фибры в бетоне и образование ежей. При соотношении 50 и ниже идет лучшее перемешивание и ежи не образуются.Дина фибры должна быть в пределах 30 - 20 мм.Максимум - 40 мм.Это доказано инженерной лабораторией ВМФ США и Американским институтом бетона.Наши специалисты к большому сожалению , только копируют отдельные статьи и материалы из зарубежных источников, а своих исследований в полной мере не производили, т.как не хватает финансирования на эти работу.

Отвечая на вопрос о том сколько надо фибры положить в бетон от Александра, сообщаю : так как не известны все цифры, можно положить 25 кг стальной волнообразной фибры 0,8/30 мм с удельным сопротивлением на разрыв 3500 МПа , при толщине бетона 150 мм, на 1 куб., то нагрузка составит 35 тонн на метр кв.бетона.

 

Уважаемые господа ! Вы к сожалению заблуждаетесь,говоря об отношении длины к диаметру, имея в виду , соотношение 50 и выше.. Это не так. При отношении 50 и выше идет хуже перемешивание фибры в бетоне и образование ежей. При соотношении 50 и ниже идет лучшее перемешивание и ежи не образуются.Дина фибры должна быть в пределах 30 - 20 мм.Максимум - 40 мм.Это доказано инженерной лабораторией ВМФ США и Американским институтом бетона.Наши специалисты к большому сожалению , только копируют отдельные статьи и материалы из зарубежных источников, а своих исследований в полной мере не производили, т.как не хватает финансирования на эти работу.
Отвечая на вопрос о том сколько надо фибры положить в бетон от Александра, сообщаю : так как не известны все цифры, можно положить 25 кг стальной волнообразной фибры 0,8/30 мм с удельным сопротивлением на разрыв 3500 МПа , при толщине бетона 150 мм, на 1 куб., то нагрузка составит 35 тонн на метр кв.бетона.

 

А вот тут, прошу прощения, хочется Вас поправить. Теория это очень хорошо, но мы сами - практики. Образование ежей напрямую зависит от геометрической формы фибр и способа дозации волокна в смеситель. И абсолютно не зависит от длины.
Вопрос сам собой: Вам не кажется удивительным тот факт, что в большинстве проектов промышленных полов заложена стальная фибра 50\1 или 60/0.8 ? Или проектировщики специально издеваются над "бедными" нами-работягами, хотя на данный момент есть огромное количество предложений по стальным волокнам l=30 и меньше? Работали и с харексом, и драмиксом, и с украинской анкерной, остановились попробовав на следующем варианте:
Наш случай - фибра резаная из стального листа - фибра превосходная с точки зрения механизмов дозации-укладки-затирки, хотя тут же есть предложение по латунированной волновой фибре 15/0.3. Пробовали - работать сложнее в разы. Мелкая, колючая, вылезает на поверхность. Если она американским ученым по душе - пусть америкосы ей и пользуются. Иногда так и хочется перефразировать старую классику типа: "Что русскому здорово, то американской инженерной лаборатории ВМФ США и Американским институтам бетона ... в общем дай им Бог здоровья", пусть дальше исследуют, а мы будем своей тернистой дорожкой поддерживать отечественного производителя

В чем не прав? Готов послушать более авторитетные мнения нежели инженерые лаборатории ВМФ США и иже с ними.