Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

РЕСТАВРАЦИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВО: ПОТЕНЦИАЛ ФИБРОАРМИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

Пухаренко Ю.В. 1
1 ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
Выполнен критический анализ современного состояния проблемы изготовления изделий из армирован-ных бетонов повышенных прочности, трещиностойкости, ударостойкости. Определены рациональные области использования низко- и высокомодульных армирующих волокон. Систематизированы требова-ния, предъявляемые к различным видам фибры, позволяющие сформулировать основные закономерно-сти для получения изделий и конструкций различного назначения на их основе. Приведены примеры успешного использования сталефибробетонов, позволяющие в одних случаях сократить стоимость изде-лий, а в других – снизить трудозатраты, что в целом отражает технико-экономическую целесообразность использования дисперсного армирования. Перечислены основные физико-механические параметры, по-ложительно отличающие фибробетоны. Предложена технология изготовления фибробетонов. Показано, что использование дисперсно-армированных бетонов позволяет повысить качество и снизить ресурсо-потребление при строительстве, реконструкции и реставрации объектов различного назначения.
фибробетон
стелефибробетон
дисперсное армирование
цементная матрица
тонкостенные изделия
1. Магдеев У. Х., Морозов В. И., Пухаренко Ю. В. Трещинообразование дисперсно-армированных бетонов с позиций механики разрушения // Известия КГАСУ. - 2012. - № 1 (19). - С. 110-117.
2. Пухаренко Ю. В. Принципы формирования структуры и прогнозирование прочности фибробетонов // Строительные материалы. - 2004. - № 10. - С. 47-50.
3. Пухаренко Ю. В. Эффективные области использования различных армирующих волокон в бетонах и растворах // Стройпрофиль. - 2003. - № 6. - С. 95-96.
4. Пухаренко Ю. В., Аубакирова И. У. Полидисперсное армирование строительных композитов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2011. - № 2 (145). - С. 2-3.
5. Пухаренко Ю. В., Голубев В. Ю., Хегай А. О. Об оценке трещиностойкости сталефибробетона ультразвуковым методом // Промышленное и гражданское строительство. - 2009. - № 9. - С. 50-51.
6. Пухаренко Ю. В., Голубев В. Ю. О вязкости разрушения фибробетона // Вестник гражданских инженеров. - 2008. - № 3 (16). - С. 80-83.
Введение

Существенным недостатком традиционных видов бетона является их склонность к трещинообразованию, что приводит к снижению долговечности изделий и конструкций. Особенно ярко данный недостаток проявляется при изготовлении элементов сложных геометрических форм, которые находят применение в реставрационных работах. Очевидно, что одним из условий обеспечения качества возводимых и реставрируемых зданий и сооружений является применение эффективных строительных материалов, в том числе дисперсно-армированных бетонов (фибробетонов) - композитов, в которых воедино собраны лучшие качества исходных составляющих.

В общем случае фибробетоном называют композиционный материал, состоящий из цементной (плотной или поризованной, с заполнителем или без него) матрицы с равномерным или заданным распределением по ее объему ориентированных или хаотично расположенных дискретных волокон (фибр) различного происхождения [1, 2].

Цель исследования

Цель исследований заключалась в оценке эффективности фибробетонов для изготовления широкого диапазона элементов декора, длительно эксплуатируемых при знакопеременных температурах в условиях крупных городов с агрессивной воздушной средой.

Материал и методы исследования

В настоящее время для получения дисперсной арматуры применяют стальные, минеральные, полимерные волокна. В наших исследованиях основное внимание уделено стальной и полимерной фибре. При этом в работе применялись как стандартные (метрологически апробированные), так и оригинальные методы исследований [5].

Результаты исследований

Исследования, проводимые на протяжении последних десятилетий, убедительно показывают, что дисперсное армирование улучшает механические характеристики бетонов: повышает трещиностойкость, ударостойкость, прочность на растяжение и изгиб; способствует стойкости бетона к воздействию агрессивной среды; позволяет сократить рабочие сечения конструкций и в ряде случаев отказаться от использования стержневой арматуры или уменьшить ее расход. Таким образом, создаются условия для снижения материалоемкости и трудоемкости строительной продукции, увеличения ее номенклатуры, повышения архитектурно-художественной выразительности новых и реставрируемых объектов [2, 4, 6].

При этом масса полученной информации позволила определить эффективные области использования различных видов волокон в качестве дисперсной арматуры (рис.1) и выделить некоторые закономерности, которые могут считаться общепризнанными [3, 4]:

1) свойства фибробетона определяются видом применяемых волокон и бетона, их количественным соотношением и во многом зависят от состояния контактов на границе раздела фаз;

2) существенное повышение прочностных характеристик композита по сравнению с исходным бетоном с сохранением достигнутого уровня во времени обеспечивается использованием высокотехнологичных волокон, химически устойчивых по отношению к матрице и с большим, чем у нее, модулем упругости;

3) вид волокон, их относительная длина (l/d) и процентное содержание в смеси (μ) должны назначаться, исходя из требований к изделиям и конструкциям с учетом принятой технологии. Отступление от оптимальных значений указанных параметров в большую или меньшую сторону снижает эффективность дисперсного армирования;

4) при оптимальных параметрах армирования введение волокон способствует улучшению структуры и свойств исходного бетона, повышению его стойкости и долговечности.

Рисунок 1. Области эффективного использования армирующих волокон

В настоящее время достаточно изучены и прошли определенную производственную проверку следующие разновидности фибробетонов: бетон, армированный стальными волокнами различной длины и поперечного сечения (сталефибробетон); легкий бетон на пористых заполнителях, армированный стальными или синтетическими волокнами; плотный или поризованный цементно-песчаный бетон, армированный синтетическими высоко- или низкомодульными волокнами; ячеистый фибробетон, армированный низкомодульными синтетическими волокнами.

Проведенные исследования позволили определить области рационального использования указанных разновидностей фибробетонов. Так, применение сталефибробетона наиболее эффективно в тонкостенных плоских и криволинейных конструкциях, безнапорных и низконапорных трубах, а также при изготовлении ударостойких и изгибаемых конструкций с целью исключения дополнительной арматуры и связанных с ней работ. При этом стальную фибру получают резанием низкоуглеродистой проволоки, фольги или листовой стали, формованием из расплава, фрезерованием полос и слябов, а также прерывистым вибрационным резанием в ходе токарного процесса. Прочность сталефибробетона, армированного фрезерной и токарной фиброй, может достигать при изгибе 30...35 МПа, а при сжатии 80...100 МПа.

В качестве примера успешного использования сталефибробетона можно привести данные, согласно которым на объектах строительства Санкт-Петербурга и Ленинградской области забито более 30000 свай различной конструкции с применением этого материала, что обеспечило экономию средств в размере 30 %.

Более 15 лет Волховский КСК в рамках опытно-промышленного производства осуществлял выпуск сталефибробетонных колец колодцев способом роликового прессования. Технологическая линия оснащена высокопроизводительным оборудованием, в том числе позволяющем изготавливать и саму стальную фибру из проволоки различного диаметра.

Положительно зарекомендовал себя сталефибробетон в конструкциях подземных сооружений, о чем свидетельствует как зарубежный, так и отечественный опыт. В частности, на протяжении ряда лет успешно эксплуатируется один из участков тоннеля Петербургского метрополитена, выполненный в сталефибробетонном варианте. При этом в качестве дисперсной арматуры для изготовления тюбингов и лотковых блоков использовалась фибра, полученная прерывистым вибрационным резанием, которая, по мнению специалистов, может составить серьезную конкуренцию традиционной фибре из проволоки.

Легкий сталефибробетон на мелких пористых заполнителях средней плотностью 1600...1800 кг/м3 и прочностью при изгибе до 25 МПа, разработанный в СПбГАСУ, нашел применение в производстве плит фальшпола и элементов временной шахтной кровли. В данном случае некоторое удорожание изделий из-за повышенного расхода фрезерной и токарной фибры компенсируется облегчением ручного труда и безопасностью проведения работ в условиях подземного строительства.

В числе перспективных неметаллических волокон следует отметить фибру из щелочестойкого стекловолокнистого ровинга и полимерных природных и синтетических волокон.

Эффективным материалом для ограждающих конструкций и теплоизоляционных изделий является ячеистый фибробетон неавтоклавного твердения. В этом случае для армирования используются низкомодульные синтетические фибры, представляющие собой отрезки моноволокон, комплексных нитей и фибриллированных пленок, для изготовления которых в ряде случаев целесообразно использование промышленных отходов соответствующих производств. Введение таких волокон в пено- или газобетонные смеси позволяет в 2...2,5 раза увеличить прочность при изгибе, до 1,5 раз - прочность при сжатии, в 7...9 раз - ударостойкость исходного ячеистого бетона. Улучшение поровой структуры материала в результате дисперсного армирования способствует снижению водопоглощения и капиллярного подсоса, что обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик изделий и конструкций. Так, морозостойкость ячеистого фибробетона достигает 75...100 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Фибровое армирование полностью исключает появление и развитие усадочных трещин в процессе твердения и последующей эксплуатации материала.

Разработки СПбГАСУ нашли применение в производстве строительных материалов ООО «Красное» (С.-Петербург) и ЗАО «Фиброн» (г. Гатчина, Лен. обл.), освоивших серийный выпуск изделий из бетонов, армированных синтетическими волокнами. В настоящее время фибропенобетонные плиты (рис. 2), обладающие повышенной прочностью, ударостойкостью, необходимыми тепло- и звукоизоляционными свойствами, успешно применяются для возведения межкомнатных и межквартирных перегородок, а также в многослойных конструкциях наружных стен зданий и сооружений. Из плотного бетона, в котором синтетическая фибра служит для увеличения ударо- и морозостойкости, устранения усадочных трещин, изготавливаются сборные декоративные элементы (рис. 3) и изделия малых архитектурных форм с применением немедленной распалубки (рис. 4). Армирование легкого бетона синтетической фиброй приводит к существенному улучшению структуры и физико-механических свойств материала, которые в результате превышают показатели лучших мировых аналогов. Так, при средней плотности 1300...1400 кг/м3 легкий фибробетон характеризуется пределом прочности при сжатии до 35...40 МПа, маркой по морозостойкости до F300...F400 и маркой по водонепроницаемости до W10...W16. Композит с указанными характеристиками успешно применяется для производства легких, прочных и долговечных облицовочной плитки и декоративного камня, а также может быть использован в монолитном варианте при выполнении реставрационных работ.

Рисунок 2. Фибропенобетонная плита

а)                                                                  б)

а) фибробетонные «кронштейны» перед монтажом

б) вид фасада с элементами фибробетонных конструкций

Рисунок 3. Реставрация фасада Смольного собора

Рисунок 4. Элементы благоустройства в Красном Селе (Санкт-Петербург)

В числе последних отечественных разработок в области фибробетонов можно назвать сырьевую смесь для производства крупноразмерных фиброцементных плит толщиной 8-10 мм, в которой вместо природного асбеста в качестве армирующего материала используются целлюлозные волокна. Плиты предназначены для наружной и внутренней отделки ограждающих конструкций зданий и сооружений и могут быть использованы при устройстве вентилируемых фасадов и внутренних перегородок, а также при изготовлении многослойных плоских и объемных конструктивных элементов (сэндвич-панелей, сантехкабин, шахт лифтов и др.). Данный материал незаменим в условиях открытой стройплощадки, его применение гарантирует удобство и круглогодичность работ, простоту раскроя и обработки, отсутствие мокрых процессов и высокую скорость монтажа. Ровная и гладкая поверхность плиты хорошо окрашивается, а также допускает нанесение каменной крошки и других отделочных покрытий. Выпуск данной продукции освоен ЗАО «НПО «Фибрит» на действующих технологических линиях комбината «Мостермостекло» (Московская обл.).

Следует отметить, что наряду с указанными конструкциями получили апробацию и способы изготовления фибробетонов, которые позволяют применять, кроме традиционного виброформования, такие эффективные приемы, как раздельную укладку, торкретирование, погиб свежеотформованных плоских заготовок, вакуум-прессование, пневмонабрызг, роликовую обкатку и другие.

Вывод

Анализ приведенных данных и накопленный практический опыт показывает, что использование дисперсно-армированных бетонов различной плотности и прочности позволяет интенсифицировать процессы, повысить качество и снизить ресурсопотребление при возведении новых, а также реконструкции и реставрации существующих строительных объектов.

Рецензенты:

  • Морозов В. И., д.т.н., проф., советник РААСН, зав. кафедрой железобетонных конструкций ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет», Санкт-Петербург, г. Санкт-Петербург.
  • Харитонов А. М., д.т.н., профессор кафедры строительных материалов и технологий ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет», г. Санкт-Петербург.

Библиографическая ссылка

Пухаренко Ю.В. РЕСТАВРАЦИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВО: ПОТЕНЦИАЛ ФИБРОАРМИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 4.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=6582 (дата обращения: 19.07.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252