ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АРМИРОВАНИЯ ПОЛИМЕРНЫМИ ФИБРАМИ ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИТОВ ДЛЯ РЕСТАВРАЦИОННЫХ И РЕМОНТНЫХ РАБОТ

Несомненна полезность распределенного армирования  растянутых зон цементных бетонов, особенно в тонкостенных конструкциях, экранах и восстановительных покрытиях. Однако, фибры из углеродистой стали подвержены коррозии (в результате снижается несущая способность и образуются ржавые пятна), и конструкции требуют дополнительной защиты; фибры из легированной стали – экономически нецелесообразны. Фибры из рядовых стекол разрушаются в щелочной среде (в результате структура композита нестабильна), а фибра из специальных расплавов – не конкурентно способна. Фибра из химических волокон для тканей имеет высокую растяжимость при низком модуле упругости ( растягивающие усилия воспринимаются матрицей и трещиностойкость композита не возрастает).

Последнее десятилетие для армирования цементных композитов созданы специальные полимерные фибры, использование которых снимает ряд отмеченных проблем. В США и Японии налажен много тоннажный промышленный выпуск различных марок таких фибр (в частности Американским институтом бетона) и сертифицированы свойства фибробетона и изделий из него. Разработана техническая документация и накоплен опыт использования полимерных фибр при выполнении работ на различных строительных объектах.

Наполненные фиброй (0.1-1% по массе) бетонные смеси, приготовленные в обычных как правило мобильных, бетоносмесителях и имеющие подвижность около 8 см, используются при строительстве  специальных полов ( атомная электростанция в Италии, парковочные рампы самолетов в Великобритании, контейнерный терминал в Норвегии, покрытия в многоэтажных паркингах в США и др.), покрытий автодорог (США, Индонезия и др.), резервуаров (в том числе для воды в Канаде), ирригационных сооружений ( Объединенные арабские эмираты) и т. п.

Наполненные фиброй (0.1-0.2 %) «сухие» смеси укладываются методом распыления ( близким к торкретированию ) при создании стен каналов ( штат Аризона США ) и тоннелей ( штат Нью-Джерси США), при восстановлении элементов сооружений, разрушаемых коррозией (усилие несущих конструкций портовых сооружений в Малайзии), при строительстве плавательных и декоративных бассейнов (США, Австралия ) и т. п.

Существует опыт эффективного использования армированных полимерной фиброй цементных композитов при работах на элитных общественных зданиях (здания Художественного музея, Музея космоса и Оперы в Гонг-Конге, парламента в Малайзии, многоэтажные офисы в США, дворцовые здания в Саудовской Аравии и т. п.

По информации, полученной на международных симпозиумах по композитам с хрупкими матрицами ВМС – 4 и ВМС – 5, характеристики специальных полимерных фибр находятся в следующих пределах:

- диаметр от 12-15 µm (волокно) до 0.6 мм (прутик);

- длина от 3 до 50 мм (отдельные нити или пучки «ровницы»);

- плотность от 0.9 до 1.3 г/cм³;

- температура плавления  не менее 150^о С;

- температура воспламенения не менее 500^о С;

- растяжимость от 5%, прочность на растяжение до 1500 Мпа (вдвое больше углеродистой стали);

- модуль упругости от 3 до 37 Гпа (верхний уровень вдвое больше бетона);

- абсолютная щелочестойкость;

- сцепление с цементным камнем за счет химической адгезии (функциональные  группы в макромолекулах) и физическое (неровности и «микрогофры» на поверхности волокон);

- бактерицидность – выпускаются специальные волокна с микробиологической защитой для детских и образовательных учреждений, пищевых предприятий и госпиталей, ванных помещений и бассейнов, музеев и т. п.

Преимущества бетона, армированного полимерными волокнами:

- уменьшение трещинообразования от влажностной усадки и термического расширения/сжатия;

- усиление сопротивления изгибающим нагрузкам;

- увеличение сопротивления сдвиговым нагрузкам;

- повышение ударной вязкости;

- «нераскрашиваемость» и отсутствие «взрывных» осколков при разрушении (даже после уменьшения на 10% высоты сжимаемого образца он сохраняет форму);

- высокая износостойкость;

- снижение проницаемости ( в том числе за счет уменьшения трещин ).

Стоимость 1 кг полимерной фибры для армирования растворов и бетонов составляет 15-20 DM ( франко украинский порт ).

Представляется перспективным использование композитов, армированных полимерными волокнами:

- при реставрации общественных зданий и архитектурных памятников;

- при реконструкции промышленных зданий на предприятиях по выпуску пищевой, фармацевтической и химической, а также электронной и другой высококлассной продукции;

- при строительстве паркингов и гаражей;

- при ремонте участков дорог с интенсивным торможением транспорта (перекрестки городских магистралей, таможенные переходы и т. п.);

- при восстановлении туннелей, водоводов и других коммуникаций;

- при выполнении работ на индивидуальном строительстве экстра класса.

1. Елшин И. М. Полимербетоны в гидротехническом строительстве. – М., Стройиздат, 1980. – 192 с.
2. Наполнители для полимерных композиционных материалов. Справочное пособие / Под. pед. Г.С. Каца, Д.В. Милевски. – М., Химия, 1981. – 736 с.
3. Берг О.Я., Щербаков Е.Н., Писанко Г.Н. Высокопрочный бетон. – М., Стройиздат, 1971. – 208 с.
4. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. – М., Стройиздат, 1990. – 440 с.
5. Ахвердов И.Н. Основы физики бетона. – М., Стройиздат, 1981. – 464с.

Все статьи автора «Градинарь Максим Георгиевич»