Фібра для бетону — різновиди, плюси та мінуси, особливості застосування

Зміст статті:

• Різновиди фіброволокна для бетону
• Вигоди від використання поліпропіленового фіброволокна
• Позитивні якості та недоліки сталевої фібри
• Переваги та недоліки базальтової фібри
• Плюси та мінуси скляної фібри
• Рекомендації щодо застосування фіброволокна
• Скільки фіброволокна додають до розчину
• 8 порад щодо використання фібри для бетону
• Чи може фібра витіснити традиційну арматуру?

Фібра для бетону — це армуюча присадка, що перетворює звичайний піщано-цементний розчин на високоміцний, стійкий до усадки і не схильний до утворення мікротріщин. Порція дрібно нарізаних армуючих волокон вводиться в піщано цементну суміш на етапі приготування робочого розчину. Характеристики отриманого таким шляхом бетону залежать від різновиду фібри, довжини, діаметра волокна та масової частки армуючої присадки готовому розчині. Тому далі по тексту ми розглянемо основні різновиди фіброволокна, оцінимо їх плюси та мінуси та наведемо рекомендації щодо використання кожної армуючої присадки для бетону.

Різновиди фіброволокна для бетону

Сучасні будівельники використовують для армування бетону такі різновиди мікроарматури:

• Базальтове волокно — для посилення бетонних стяжок та штучних виробів використовують волокно діаметром 12-20 мкм та завдовжки від 3 до 30 мм. Для виробництва такого фіброволокна необхідно нагріти магматичну породу до краю пластичності і продавити рідку масу крізь фільтруючу матрицю — фільєр.
• Скловолокно — для армування блоків із пористих бетонів: пінобетон, полістиролбетон, керамзитобетон, рідше – цементно-піщаних стяжок використовують рубане волокно із звичайного, борного чи органічного скла, з довжиною нитки до 12-13 міліметрів. Цим матеріалом армують також штукатурку та шпаклівку.
• Полімерна нитка — фібра для бетону виготовляється зазвичай з поліпропілену, рідше – поліаміду та поліакрилонітрильного волокна, шляхом екструзії розплавленої маси крізь матрицю з осередками діаметром від 0,012 до 0,78 мм. Отриману нитку нарізають на відрізки завдовжки від 3 до 18 мм. Полімерне фіброволокно додають в будь-які цементносодержащіе розчини, сухі будівельні суміші, склади, що самовирівнюються, в бетонні підлоги і стяжки підлоги (особливо волокно популярно в напівсухих стяжках), штукатурку, декоративні та штучні вироби.
• Сталевий дріт — для армування бетонних конструкцій та моноліту використовують рубану металеву фібру довжиною 1,5-6 сантиметрів та діаметром 0,3-1,2 міліметра. У сталевої фібри анкерного типу загнуті краї, у рубаної з листа — шорстка фактура, є варіант фібри з хвильовим профілем — все це підвищує адгезію до бетону і перешкоджає вириванню. Таку мікроарматуру використовують у бетонних промислових підлогах, у несучих конструкціях як допоміжна арматура.

Мікроарматурою армують бетони та залізобетонні вироби. Волокно вводиться в готовий робочий розчин або суху піщано-цементну суміш. Ця присадка використовується і в заводських умовах, і під час приготування бетонного розчину на будмайданчику. Кожен тип фібри має свої переваги, тому перед вибором мікроарматури необхідно оцінити їхні плюси та мінуси.

Вигоди від використання поліпропіленового фіброволокна

Полімерна мікроарматура приносить бетонним виробам важливі переваги, до яких відносять:

• підвищений термін служби — введення мікроарматури збільшує морозостійкість та гідроізоляційні характеристики бетонних конструкцій;
• збільшення характеристик міцності — фіброволокно приймає частину навантаження, збільшуючи міцність на вигин, стиснення і кручення;
• нівелювання процесу усадки — вона знижується до незначних величин, тому поліпропіленові волокна можна використовувати навіть у виробництві декору зі складною фактурою;
• зниження витрати розчину — суміш не розтікається і не просочується крізь щілини опалубки, що дає невелику економію цементу, піску та присадок;
• підвищення зносостійкості — зміцнений поверхневий шар убереже стяжку або ЗБВ від стирання, відколів, експлуатаційних тріщин та інших дефектів.

Мінусом полімерної мікроарматури можна назвати незначне, порівняно зі сталевою, скловолоконною та базальтовою фіброю, підвищення характеристик міцності бетонної конструкції на стиск. Армуюча присадка на основі поліпропілену збільшує природний модуль пружності бетону лише на 25%. Інші присадки піднімають цей показник у кілька разів.

Окрім проблем із міцністю у полімерних волокон є ще один недолік – низька адгезія з цементною матрицею, через що фібробетон втрачає початкову стійкість до стирання та високий опір розтягуванню. Тому будівельники вважають за краще використовувати поліпропіленове фіброволокно тільки як допоміжний засіб для додаткового (конструкційного) армування. У несучі конструкції таку фібру додають у суміші зі стандартною конструкційною арматурою.

Позитивні якості та недоліки сталевої фібри

Мікроарматура зі сталі поділяється на три групи. У першу входить хвилястий дріт, у другу — плоска стрічка, вигнута хвилею, в третю — прямий дріт із загнутими кінцями (анкерна група). Незалежно від фактури сталева фібра гарантує бетонним конструкціям:

• підвищена міцність на розтяг і вигин — дріт приймає навантаження на себе, знижуючи напругу в бетоні;
• зниження кількості тріщин усадки — при усадці тріщина піде вглиб бетону не до арматурного прута, а зупиниться на дроті;
• збільшення терміну служби — зниження схильності до утворення тріщин та поверхневе зміцнення захищають ЗБВ та моноліти від температурних деформацій та стирання.

Сталева арматура має і недоліки. По-перше, це велика витрата фібри. Норма витрати неметалічного фіброволокна на куб бетону не перевищує 1,5-2 кілограми. У сталевої фібри інша ситуація. Для армування слабонавантажених конструкцій потрібно витратити мінімум 20 кілограмів, а при заливанні стінок тунелю або бетонної дороги знадобиться до 100-120 кілограмів дроту на куб бетону.

Другий недолік сталевої мікроарматури — збільшення ваги армованої конструкції. На тлі 1800-2500 кілограмів, а саме стільки може важити куб бетону, добавка в 20-150 кг сталевої фібри щільністю близько 7000 кг не виглядає значною, але вона є. І її доведеться враховувати під час проектування будівель та споруд.

Переваги та недоліки базальтової фібри

У ролі мікроармуючої добавки базальтова фібра почала використовуватися лише наприкінці ХХ століття, з появою нових технологій виробництва волокна з магматичних порід. Будівельні компанії швидко оцінили перспективи використання цієї присадки в бетоні, адже базальтове волокно:

• підвищувало стійкість моноліту до стирання, що робило його ідеальною присадкою для стяжки підлоги;
• збільшувало стійкість до відколювання та ударної дії;
• мало практично однаковий коефіцієнт температурного розширення з бетоном, що виключало появу тріщин під час експлуатації моноліту або штучних виробів;
• підвищувало теплостійкість, звукоізоляційні характеристики та здатність екранувати радіацію;
• збільшувало міцність на розтяг майже в 5 разів і піднімало на 50% опір стиску;
• нівелювало наслідки утворення мікротріщин та раковин, чим підвищувала якість пінобетону, а також штучних виробів;
• скорочувало в 1,5 рази термін сушіння конструкції, підвищуючи швидкість будівельних робіт.

За оцінками експертів, тривимірне армування базальтовим фіброволокном моноліту або штучного виробу (виливки) підвищує термін служби бетонної конструкції в 2-3 рази. Єдиним мінусом цього варіанта можна назвати тільки високу вартість базальтової мікроарматури, ціна якої в 2-2,5 рази вища за стальний дріт. Однак з урахуванням низької густини мінеральної фібри 1,5 кілограма базальтового волокна на кубічний метр бетону. Щоб досягти аналогічної якості армування куба бетону, доведеться витратити близько 20 кілограм сталевого дроту. При співвідношенні ваги 1,5:20 різниця в ціні між базальтовою та сталевою мікроарматурою не виглядає особливо вражаючою.

Плюси та мінуси скляної фібри

Для армування бетону необхідне особливе скловолокно, стійке до лужного середовища робочого розчину. Будівельні компанії воліють армувати штучні вироби, стяжки підлоги та стін Е-склом на основі цирконію або волокном марки ВМП. Обидва варіанти гарантують фібробетону:

• Високу пластичність — зі склофібробетону можна зробити декоративну плитку зі складною фактурою, основу для стяжки типу, що самовирівнюється, садову скульптуру.
• Економію на цементі — після додавання скловолокна обсяг портландцементу в сухій суміші можна знизити на 15 відсотків, без втрати характеристик міцності. Така економія позначиться на загальному кошторисі будівництва.
• Зниження наслідків усадки розчину при застиганні — скляна фібра поглинає деформацію повзучості та напруги усадки. Завдяки цьому підвищується загальна конструкційна міцність ЗБВ або моноліту.
• Низьку схильність до утворення тріщин — після введення в розчин армуючого скловолокна у моноліту та ЗБВ підвищується морозостійкість та посилюється водонепроникність. Захист від мікротріщин позначається на загальному терміні служби склофібробетону.

Введення скловолокна в розчини для стяжок нівелює температурні деформації у структурі теплої підлоги та збільшує опір експлуатаційним навантаженням. У товарних сумішах така мікроарматура позитивно впливає на робочі характеристики застиглого моноліту. У штукатурках підвищує ударну міцність і вологостійкість. У збірних бетонах — склофібра гарантує цілісність моноліту при знятті опалубки, захищаючи виливок від сколів по кутах та граням.

До недоліків технології армування бетону скловолокном відноситься висока вартість лугостійкого скловолокна та вибірковість застосування такої арматури. Для бетону не підходить звичайне алюмоборосілікатне скло. Лужне середовище робочого розчину приймає лише волокна з урахуванням цирконію. Якщо ви помилитеся під час вибору скловолокна, термін служби фібробетону скоротиться на порядок.

Рекомендації щодо застосування фіброволокна

Для армування підлоги у промислових локаціях використовують неметалеве волокно діаметром від 12 до 40 мкм. Фіброволокно аналогічного перерізу вводять у пористі бетони. Найтонші волокна діаметром до 3 мкм і довжиною 1,5-2 мм вводять у рідкі шпалери, попереджаючи розтріскування після висихання. У тротуарну плитку та інші штучні вироби вводять мікроарматуру перерізом 6-20 мкм та довжиною 3-12 мм. У теплі підлоги та ЗБВ – волокна 30-70 мкм, довжиною 12-18 мм. Сухі будівельні суміші укріплюють фіброволокном діаметром 20-30 мкм, завдовжки від 3 до 12 мм.

Довжина фіброволокна визначається навантаженням. Дрібно нарубану мікроарматуру довжиною до 12 мм використовують для масштабування стійкості до розтягування на кручення або згинання, проте бетон зберігає базову крихкість. Змінити цю ситуацію може перехід на фіброволокно завдовжки 20-50 мм, яке збільшує гнучкість готового виробу чи стяжки. Як варіант — комбіноване армування — наприклад 20 кг сталевої фібри + 600 грам поліпропіленової вирішують проблему армування бетонних підлог з невеликим статичним навантаженням.

Для боротьби з усадковими та температурними тріщинами використовують фіброволокно різного типу. Якщо звичайна арматурна сітка зменшує кількість тріщин на 6%, то металева фібра підвищує цей показник до 25%. Найкраще з тріщинами бореться полімерне волокно, що знижує їх обсяг на 90%.

Підвищення рекомендованої витрати (кг/м3) вдвічі надає бетонній конструкції сейсмостійкості, а також зовсім іншим показникам теплостійкості та звукоізоляції. Підвищена витрата знижує усадку і підвищує несучу здатність ЗБВ, але надмірна витрата дорогого волокна підвищує вартість моноліту або штучних виробів, тому в більшості випадків будівельники орієнтуються виключно на витрату фіброволокна або дроту, який залежить від типу арматури.

Скільки фіброволокна додають у розчин

У будівельній справі прийнято такі норми витрати мікроарматури будь-якого типу:

Для стяжки промислового типу, яку заливають на складах, у цехах, у гаражах та аналогічних локаціях, норма витрати неметалевої фібри змінюється в межах від 0,6 до 1,5 кілограма залежно від типу фібри. Аналогічні норми витрати підходять для стяжки теплої підлоги. Підвищення поверхневої міцності з метою захисту від тріщин та температурних деформацій забезпечує 0,9-1,0 кілограма фібри. У ніздрюваті бетони додають 0,6 кг на куб, стільки ж вводять у рідкі шпалери та тротуарну плитку. У шпаклівку та штукатурку додають до кілограма волокна. Витрата сталевої фібри вища на порядок.

Додавання порції мікроарматури в розчин здійснюється:

• на етапі приготування сухої суміші, коли в бетонозмішувач засипають пісок і цемент, до яких додають армуюче волокно, воду і щебінь або гравій;
• разом з водою, коли фібра змочується і вводиться в суху піщано-цементну суміш;
• на етапі перемішування робочого розчину, коли вода перетворила сухий пісок і цемент на однорідну, пластичну масу.

Для рівномірного розподілу волокон по робочому розчину необхідно збільшити час замішування бетону. Щоб бетон не почав схоплюватися в процесі замішування, до нього додають пластифікатори, що гальмують процеси утворення цементного каменю. Максимальні значення робочих характеристик моноліту або ЗБВ можливі лише при розподілі мікроарматури по всьому обсягу робочої суміші, тому кожен бетонник має свої прийоми поводження з цією добавкою.

8 порад щодо використання фібри для бетону

1. Діаметр, довжина та тип фіброволокна вибираються за призначенням робочого розчину, який посилюється подібною мікроарматурою. Не можна купити мішок фібри та сипати його в будь-яку заливку.
2. Комбінована мікроарматура дає суттєво кращі результати, особливо в плані підвищення характеристик міцності та несучої здатності. Наприклад, поліпропіленова нитка і сталева в парі працюють набагато краще, ніж окремо. Адже ці сорти мікроарматури компенсують власними перевагами свої ж мінуси.
3. Незалежно від моменту введення волокна в бетон, бетонозмішувач повинен перемішувати пісок, цемент і фібру протягом 8-15 хвилин. Ця вимога поширюється навіть на суху суміш.
4. Мікроарматуру вводять у суху суміш або розчин невеликими порціями. Якщо одним махом засипати в бетонозмішувач весь рекомендований об’єм, волокна зіб’ються в одну кулю, порушуючи рівномірність армування моноліту або штучного виробу.
5. Класична пропорція волокна та бетону — кілограм на метр кубічний, але вага світоарматури можна зменшити, використовуючи пластифікатори, або збільшити, досягаючи високої сейсмостійкості та морозостійкості.
6. Для розподілу фібри по штукатурному розчину можна використовувати не бетонозмішувач, а звичайний будівельний міксер. Аналогічно роблять у разі приготування невеликої порції.
7. Фіброволокно знижує плинність, незважаючи на введені пластифікатори, тому армований бетон потрібно використовувати відразу після перемішування.
8. Фібробетон виходить на розрахункову міцність за 14 діб, але вже на п’ятий день з моменту приготування розчину стяжку або штучний виріб можна використовувати за призначенням.

Чи може фібра витіснити традиційну арматуру?

Високі характеристики фібробетону міцності дозволяють говорити про повну заміну класичної арматури волокном. Однак фібру можна назвати лише теоретичним конкурентом сталевої чи склопластикової арматури. Адже жоден будівельник не ризикне оцінити рівномірність розподілу мікроарматури по всьому обсягу конструкції з бетону. Причому нерівномірний розподіл характерний і для легкої поліпропіленової фібри, і для сталевого дроту.

Через проблеми з рівномірністю розподілу фібробетони не можуть бути конкурентами залізобетонним конструкціям, що приймають несуче навантаження. З армованого тільки мікроарматурою бетону не роблять фундаменти, що несуть балки та колони, а також плити перекриттів. У цьому випадку будівельники звертаються до традиційного армування, характеристики міцності якого можна розрахувати з високою точністю.

У навантажені конструкції фіброволокно допускається тільки в ролі присадки, що підвищує пластичність, що знижує деформації усадки і схильність до утворення тріщин. Однак у сегменті ненавантажених виробів мікроарматура становить серйозну конкуренцію класичному армуванню.

Повне витіснення фіброю класичної арматури виправдане при заливанні садових скульптур, декоративних або тротуарних плит, садових доріжок, бордюрів, під’їздів до гаража, доріг з низькою пропускною здатністю. Таке армування допускається при влаштуванні промислової та теплої підлоги, а також як стяжки, що підсилюють зношене покриття підлоги складу, автостоянки, цеху або гаража.

Додаткові корисні статті:

Фібробетон для фундаменту заміського будинку Фібра для бетону: дрібниця, а зміцнює Фіброволокно Фіброволокно: витрата, рекомендації застосування