Базальтофибробетон

Базальтофибробетон — разновидность фибробетона, в котором объёмное дисперсное армирование обеспечивается базальтовым волокном (рублёными непрерывными волокнами длиной 6–24 мм). Базальтовое волокно вводится в количестве 0,3–2,0 % от массы вяжущего. Основное назначение фибры — повышение трещиностойкости, ударной вязкости и прочности на изгиб при сохранении базовых характеристик матрицы (цементного камня и заполнителей).

Сырьё и производство фибры

Базальтовое волокно получают методом расплавления измельчённой базальтовой породы при температуре 1400–1500 °C с последующим продувом расплава через фильеры и вытягиванием в непрерывные нити диаметром 10–20 мкм. Для изготовления фибры нити рубят на отрезки длиной 6, 12, 18 или 24 мм . Ключевые характеристики базальтовой фибры:

• Предел прочности при растяжении: 2800–3200 МПа;
• Модуль упругости: 89–93 ГПа;
• Плотность: 2,65–2,75 г/см³;
• Температурная стойкость: от –260 °C до +700 °C (кратковременно до 900 °C);
• Щёлочестойкость: сохраняет до 90 % прочности после 28 суток в среде портландцемента (pH ≈ 12,5) .

Преимущество базальтовой фибры перед стальной — отсутствие коррозии, перед полипропиленовой — высокая термостойкость и модуль упругости, близкий к цементному камню.

Технология приготовления

Особенности производства базальтофибробетона обусловлены склонностью волокон к комкованию. Как правило, используется предварительное диспергирование: фибру смешивают с сухими компонентами (цементом и мелким заполнителем) в течение 2–3 минут до равномерного распределения. Обязательно использование суперпластификаторов для компенсации снижения подвижности. Общее время перемешивания бетонной смеси увеличивают на 30–50 % по сравнению с обычным бетоном (до 5–7 минут). При уплотнение обязательно вибрирование с частотой 50–100 Гц; при торкретировании применяют сухой или мокрый способ нанесения.

Оптимальное содержание фибры:

• 0,3–0,5 % — для повышения трещиностойкости стяжек и штукатурок;
• 0,6–1,0 % — для конструкционных элементов (плиты, балки);
• 1,0–2,0 % — для специальных применений (элементы сейсмостойких конструкций, бронебетон)

Физико-механические свойства

Экспериментальные данные показывают, что введение 0,5 % базальтовой фибры длиной 12 мм увеличивает энергию разрушения при изгибе в 3,5 раза и снижает ширину раскрытия трещин после достижения предела прочности до 0,1 мм, обеспечивая «псевдопластичное» поведение материала .

Области применения

• Торкрет-бетон: крепление горных выработок, тоннелей, откосов — фибра предотвращает отслаивание свежеуложенного слоя и повышает адгезию к основанию ;
• Стяжки и полы промышленных зданий: снижение усадочных трещин без применения стальной сетки;
• Тонкостенные конструкции: стеновые панели толщиной 40–80 мм, облицовочные плиты — возможность отказа от стержневой арматуры при ненесущих элементах ;
• Элементы сейсмостойких конструкций: диафрагмы жёсткости, соединительные узлы — высокая энергоёмкость при циклических нагрузках ;
• Ремонтные составы: восстановление бетонных конструкций с обеспечением совместной работы старого и нового бетона;
• Дорожные покрытия: верхний слой асфальтобетона с добавлением базальтовой фибры для снижения колееобразования.

Преимущества и ограничения

Преимущества

• Повышение ударной вязкости и энергии разрушения без увеличения массы конструкции;
• Отсутствие коррозии в отличие от стальной фибры;
• Совместимость с цементной матрицей по модулю упругости (снижение внутренних напряжений);
• Экологическая безопасность — базальтовое волокно инертно и не выделяет вредных веществ;
• Возможность механизированного нанесения (торкретирование) без засорения оборудования.

Ограничения

• Снижение подвижности бетонной смеси — требует обязательного применения пластификаторов;
• Повышенная стоимость по сравнению с полипропиленовой фиброй (в 2–3 раза);
• Ограниченная эффективность при объёмном содержании выше 2 % — возникает эффект «переармирования» с образованием скоплений фибры;
• Отсутствие нормативных методик расчёта конструкций с базальтовым фибробетоном в отечественных СП (расчёт ведётся по аналогии со стальным фибробетоном).

Нормативная база

• Свод правил СП 297.1325800.2017 "Конструкции фибробетонные с неметаллической фиброй. Правила проектирования"
• Свод правил СП 405.1325800.2018 "Конструкции бетонные с неметаллической фиброй и полимерной арматурой. Правила проектирования"

Перспективы развития

• Гибридное армирование: комбинация базальтовой фибры (0,3–0,5 %) со стальной (0,5–0,8 %) для достижения синергетического эффекта по прочности и пластичности;
• Наномодифицирование: модификация поверхности базальтовой фибры для улучшения сцепления с матрицей и уменьшения щелочной деструкции.

Литература

• Афанасьев, Е. П. Базальтофибробетон взамен асбестоцемента при производстве трубных элементов / Е. П. Афанасьев // Промышленное и гражданское строительство. – 2003. – № 8. – С. 51-52.
• Бабаев В.Б. Мелкозернистый цементобетон с использованием базальтового волокна для дорожного строительства // Автореф. диссертации на соиск. уч. степени канд. техн. наук. – Белгород, 2013. – 22 с.
• Боровских, И. В. Высокопрочный тонкозернистый базальтофибробетон : специальность 05.23.05 "Строительные материалы и изделия" : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. – Казань, 2009. – 168 с.
• Бучкин А. В. Мелкозернистый бетон высокой коррозионной стойкости, армированный тонким базальтовым волокном // Автореф. диссертации на соиск. уч. степени канд. техн. наук. – М., 2011. – 20 с.
• Войлоков, И. А. Базальтофибробетон. Исторический экскурс / И. А. Войлоков, С. Ф. Канаев Ястржембский // Инженерно-строительный журнал. – 2009. – № 4(6). – С. 26-31.
• Дьяков, К. В. Особенности технологии приготовления магнезиального базальтофибробетона / К. В. Дьяков // Бетон и железобетон. – 2007. – № 3. – С. 18-19.
• Совершенствование технологии изготовления базальтофибробетона с повышенной однородностью / А. И. Кудяков, В. С. Плевков, К. Л. Кудяков [и др.] // Строительные материалы. – 2015. – № 10. – С. 44-48.
• Повышение коррозионной стойкости базальтового волокна в цементных бетонах / К. А. Сарайкина, В. А. Голубев, Г. И. Яковлев [и др.] // Строительные материалы. – 2016. – № 1-2. – С. 27-31.