Базальтовая фибра

Материал из СТ-Бетон
Перейти к: навигация, поиск

Базальтовая фибра (также базальтовое волокно) — это разновидность неметаллического дисперсного армирующего компонента, представляющего собой короткие отрезки тонких нитей, получаемых из расплава горных пород группы базальта. Благодаря высоким физико-механическим показателям, химической стойкости и термостабильности, базальтовая фибра используется для создания фибробетонов, обладающих повышенной трещиностойкостью, ударной вязкостью и сопротивлением изгибающим нагрузкам[1]. В отличие от традиционной стальной фибры, базальтовая фибра обладает большей удельной поверхностью и химическим сродством к цементному камню, что обеспечивает более эффективное сцепление с матрицей[2].

Материал применяется как в мелкозернистых, так и в тяжелых бетонах на крупном заполнителе, однако для сохранения целостности волокон и равномерности их распределения требуется корректировка технологических режимов приготовления смеси[3].

Свойства и характеристики

Физико-механические показатели

Базальтовое волокно характеризуется высокой прочностью при растяжении (от 1500 до 4800 МПа), модулем упругости в диапазоне 90–110 ГПа и относительным удлинением при разрыве около 3,1%[4][3]. Плотность материала составляет 2,6–2,8 г/см³, диаметр элементарного волокна варьируется от 1 до 18 мкм в зависимости от типа (микрофибра или макрофибра)[1]. Химический состав включает преимущественно диоксид кремния (41–44%), оксиды кальция (15–19%), магния (11–12%), алюминия (11–12%) и железа (до 10%)[1].

Стойкость в щелочной среде

В среде гидратирующегося портландцемента базальтовое волокно может подвергаться коррозии под действием гидроксида кальция Ca(OH)2, выделяющегося при гидратации алита и белита[2]. Исследования показывают, что после трех лет выдержки в насыщенном известковом растворе на поверхности волокна образуются продукты взаимодействия, покрывающие до 12% площади. Кипячение в течение 4 часов, моделирующее длительную эксплуатацию, вызывает образование слоя нерастворимых гидросиликатов кальция, который пассивирует поверхность и замедляет дальнейшую деструкцию[2].

Для повышения долговечности фибры в состав бетона рекомендуется вводить активные минеральные добавки, связывающие свободную известь. Наиболее эффективным является микрокремнезем, который уже к 28 суткам снижает pH поровой жидкости на 3% по сравнению с бездобавочными составами, связывая до 0,45 г CaO на 1 г добавки[2]. Введение микрокремнезема в количестве 10% от массы цемента позволяет сократить период присутствия несвязанной извести до 7 суток[2].

Влияние на свойства бетона

Прочность при сжатии и изгибе

Эффект от введения базальтовой фибры зависит от её объемной доли и типа бетонной матрицы. Для высокопрочного бетона оптимальное содержание фибры составляет 1,2% от объема, что обеспечивает прирост прочности на сжатие до 102,5 МПа (в возрасте 28 суток) по сравнению с 101,4 МПа у безфибрового состава. При этом прочность на изгиб увеличивается более существенно — с 14,1 до 18,8 МПа[4].

В мелкозернистых бетонах введение 4% базальтового волокна (от массы цемента) повышает прочность на изгиб в 2,2 раза, а прочность на сжатие — в 1,5 раза[2]. В составах, дополнительно модифицированных суперпластификатором Sika Viscocrete E35 и микрокремнеземом (5% от массы цемента), оптимальное содержание фибры составляет 10% от объема бетона. Это позволяет достичь прочности на сжатие 38,4 МПа и прочности на растяжение при изгибе 5,74 МПа, а также повысить коэффициент трещиностойкости (отношение прочности на изгиб к прочности на сжатие) до 0,15[1].

В тяжелых бетонах на гранитном щебне использование базальтовой фибры требует оптимизации режима перемешивания. Наиболее равномерное распределение волокна достигается при введении фибры в предварительно приготовленную смесь цемента, песка, воды и суперпластификатора. Прочность на растяжение при изгибе таких составов может достигать 5,48 МПа, а класс по прочности при сжатии — В30 и выше[3].

Трещиностойкость и деформативность

Дисперсное армирование базальтовой фиброй качественно меняет характер разрушения бетона. После образования первой трещины фибра воспринимает растягивающие напряжения, обеспечивая остаточную прочность материала. Испытания по методике EN 14651 показывают, что фибробетон на крупном заполнителе сохраняет несущую способность при раскрытии трещины до 2,5–3,5 мм[3]. Коэффициент трещиностойкости (отношение прочности на изгиб к прочности на сжатие) увеличивается до 0,15 по сравнению с 0,075 у неармированного бетона[1].

Характер деформирования фибробетона включает линейно-упругую стадию до момента трещинообразования, сброс нагрузки и последующее ее восприятие волокнами. Для расчетов конструкций используются диаграммы деформирования с четырьмя базовыми точками, учитывающими максимальное и остаточное сопротивление растяжению при различных уровнях деформаций[3].

Морозостойкость

Введение базальтовой фибры положительно влияет на морозостойкость бетона. Исследования показывают, что энергозатраты на разрушение образцов, содержащих 4% базальтового волокна, после 5 циклов замораживания-оттаивания на 60% выше, чем у неармированных образцов, что свидетельствует о повышении сопротивляемости материала циклическим температурным воздействиям[5].

Технология приготовления

Подбор состава

При проектировании состава базальтофибробетона важным параметром является водоцементное отношение (В/Ц). Оптимальные значения В/Ц находятся в диапазоне 0,4–0,5. При В/Ц=0,5 и содержании фибры 5% прочность при сжатии составляет около 40 МПа, а плотность — 2,1 т/м³. Использование микрокальцита (5% от массы вяжущего) способствует более плотной упаковке частиц и снижению пористости до 10,7%[5].

Перемешивание и дозирование

Ключевым фактором получения качественного фибробетона является равномерное распределение волокон без их разрушения. Рекомендуемая длина волокна не должна превышать 20–25 мм. Оптимальная продолжительность перемешивания составляет 2–3 минуты при двухстадийном режиме: сначала смешивание сухих компонентов (цемент, песок, щебень, добавки), затем введение воды, и после увлажнения — добавление фибры. Альтернативная схема предусматривает введение волокна в готовую цементно-песчаную смесь с водой и пластификатором[3].

Коэффициент изменчивости распределения волокна при соблюдении технологии не превышает 5–7%, что оценивается как высокая однородность. Использование суперпластификаторов позволяет снизить водопотребность на 17–18% и улучшить удобоукладываемость смеси, облегчая процесс диспергирования фибры[3].

Области применения

Благодаря сочетанию высокой прочности, трещиностойкости и долговечности, базальтовая фибра используется при производстве:

  • тонкостенных облицовочных изделий и малых архитектурных форм[5];
  • промышленных полов и дорожных покрытий, подверженных истиранию и ударным нагрузкам[4];
  • гидротехнических сооружений, где важна стойкость к агрессивным средам;
  • элементов мостовых конструкций и аэродромных плит[3].

Нормативные документы

  • СП 339.1325800.2017 "Конструкции из ячеистых бетонов. Правила проектирования"
  • СП 405.1325800.2018 "Конструкции бетонные с неметаллической фиброй и полимерной арматурой. Правила проектирования"
  • ГОСТ Р 59657-2021 "Гексабиты для берегозащитных и оградительных сооружений. Технические условия"
  • ОДМ 218.3.028-2013 "Методические рекомендации по ремонту и содержанию цементобетонных покрытий автомобильных дорог"
  • СТО НОСТРОЙ 2.27.125-2013 "Освоение подземного пространства. Конструкции транспортных тоннелей из фибробетона. Правила проектирования и производства работ"
  • СТО НОСТРОЙ 2.25.186-2015 "Автомобильные дороги. Усиление верхних слоев нежестких дорожных одежд. Правила, контроль выполнения и требования к результатам работ"

См. также

Стальная фибра

Полимерная фибра

Дисперсно-армированные штукатурки и растворы

Базальтофибробетон

Фибробетон

Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 Каспер Е.А., Бочкарева О.С. Мелкозернистые бетоны, дисперсно-армированные базальтовой фиброй // Системы. Методы. Технологии. – 2015. – № 1(25). – С. 135-138.
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Боровских И.В., Морозов Н.М. Повышение долговечности базальтовой фибры в цементных бетонах // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. – 2012. – № 2(20). – С. 160-165.
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 Степанова В.Ф., Бучкин А.В., Юрин Е.Ю. Исследование свойств тяжелого бетона на крупном заполнителе, армированного неметаллической базальтовой фиброй // Строительные материалы. – 2018. – № 9. – С. 46-53. – DOI 10.31659/0585-430X-2018-763-9-46-53.
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 Соному Н., Харун М. Влияние базальтовой фибры на прочность высокопрочного бетона // Системные технологии. – 2023. – № 2(47). – С. 43-50. – DOI 10.55287/22275398_2023_2_43.
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 Эквист К.А., Белов В.В. Использование базальтовой фибры и добавки микрокальцита в составах эффективного базальтофибробетона // Вестник Тверского государственного технического университета. Серия: Строительство. Электротехника и химические технологии. – 2024. – № 4(24). – С. 42-49. – DOI 10.46573/2658-7459-2024-4-42-49.


Литература

  • Рабинович Ф.Н. Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции. М.: АСВ, 2004. 560 с.
  • Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: АСВ, 2002. 500 с. ISBN 5-93093-138-0
  • Рамачандран В.С., Фельдман Р.Ф., Коллепарди М. Добавки в бетон. Справочное пособие. М.: Стройиздат, 1988. 575 с. ISBN 5-274-00208-0
  • Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Специальные бетоны. М.: Инфра-Инженерия, 2012. 368 с.
  • Баженов Ю.М., Демьянова В.С., Калашников В.И. Модифицированные высококачественные бетоны. М.: АСВ, 2006. 368 с. ISBN 5-93093-422-3
  • Пащенко А.А., Сербин В.П., Старчевская Е.А. Вяжущие материалы. Киев: Вища школа, 1985. 440 с.
  • Шейкин А.Е., Чеховский Ю.В., Бруссер М.И. Структура и свойства цементных бетонов. М.: Стройиздат, 1979. 344 с.
  • Баженов Ю.М., Алимов Л.А., Воронин В.В., Магдеев У.Х. Технология бетона, строительных изделий и конструкций. М.: АСВ, 2004. 256 с. ISBN 5-93093-173-9

Категории

Источник — «https://stroytechnolog.ru/wiki/index.php?title=Базальтовая_фибра&oldid=2483»