CC BY
16914
TECHNICAL SCIENCE / <<ШУШМиМ~^©У©Ма1>#9(113)),2Ш9
УДК 691.322.
Голова Татьяна Александровна
кандидат технических наук доцент кафедры «Промышленное и гражданское строительство»;
Андреева Наталья Викторовна инженер кафедры «Промышленное и гражданское строительство»;
Жуков Алексей Дмитриевич студент;
Балаковский инженерно-технологический институт-филиал НИЯУМИФИ
г. Балаково
DOI: 10.24411/2520-6990-2019-10215 ФИБРОБЕТОН НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
Golova T., Andreeva N., Zhukov A.
Balakovo Institute of Engineering and Technology FIBROBETON BASED ON CARBON FIBER FOR CONSTRUCTION
Аннотация.
В статье представлены преимущества применения углеволокна в качестве фибры для фибробетона. Представлено сравнение со стальной фиброй, как наиболее близкой по физико-механическим характеристикам к углеволокну. Abstract.
The article presents the advantages of using carbon fiber as a fiber for fiber-reinforced concrete. A comparison with steel fiber, as the closest in physical and mechanical characteristics to carbon fiber, is presented.
Ключевые слова и фразы: углеволокно, фибровое армирование, фибробетон, стальная фибра, углеродная фибра.
Key words and phrases: carbon fiber, fiber reinforcement, fiber concrete, steel fiber, carbon fiber.
Одним из перспективных конструкционных строительных материалов являются дисперсно-армированные бетоны. Такие бетоны представляют собой инновационный композиционный материал, которые в настоящее время все широко применяются в различных отраслях строительства. Дисперсное армирование осуществляется волокнами -фибрами, равномерно распределенными в объеме бетонной матрицы, обеспечивая при этом работу бетона в трехмерном объеме. На сегодняшний день фибра представлена в виде стальных, синтетических и органических волокон. [2, с.535; 3, с.60; 4, с.57].
Применение фибры влияет на эксплуатационные характеристики бетона, а также приводит к увеличению отношения пределов прочности при сжатии и растяжении (Я/Яы). При этом экономическая эффективность применения фибробетона повышает конкурентоспособность по сравнению с другими видами железобетона.
Эксплуатационные свойства фибробетона, как и любого композитного материала, обусловливаются свойствами совместной работы его компонентов: фибры и бетона-матрицы. В фибробетоне такая работа обеспечивается за счет сцепления и анке-ровки фибры в матрице композита [5, с.1636].
Наибольшее применение для дисперсного армирования получила стальная фибра. Стальная фибра является самым прочным и востребованным
материалом. К ее преимуществам можно отнести увеличение прочности на сжатие до 25%; увеличение прочности при осевом растяжении до 60-80%; увеличение модуля упругости до 20%. [1, с. 155]. Она может быть получена различными способами: путем резки стальной проволоки или тонкого листа, из токарной стружки, из отходов производства (например, из отработанных канатов) и т. д. При использовании проволочной и токарной фибры смеси получаются однородными, а при использовании листовой и фрезерованной наблюдается расслаивание и образование участков, не содержащих фибр. При использовании фрезеровочной и листовой фибры получение однородной структуры затруднительно.
Максимальный прирост прочности при сжатии и растяжении при изгибе был получен для стале-фибробетона с проволочной фиброй [6, с.189]. Длина фибры зависит от технологии её изготовления, при этом чем больше длина фибры, тем больше необходимо усилия для её выдергивания. При этом существует некоторое критического значение длины, после достижения которого механические свойства сталефибробетона не улучшаются за счет того, что фибра начинает рваться.
Диаметр фибры также влияет на свойства ста-лефибробетона. Форма поперечного сечения стальной фибры может быть различной, поэтому часто пользуются приведенным диаметром. При умень-
<<ШУШетиМ~^©У©Ма1>#9(113)),2Ш9 / TECHNICAL SCIENCE
шении диаметра эффективность фибрового армирования увеличивается, при этом усложняется технология приготовления смеси и изготовления изделия. Важными характеристиками фибры, влияющими на физико-механические и деформативные характеристики, являются отношение длины к диаметру, форма, а также состояние поверхности. Чем больше насыщение смеси фибровыми волокнами, тем больше контактных зон и тем лучше прочностные и деформативные характеристики фибробе-тона.
Однако, как и для обычной стальной стержневой арматуры, у стальной фибры есть недостаток в виде возможного образования коррозии. Для предотвращения этого процесса стальную фибру необходимо обрабатывать специальными составами, оцинковывать, или изготавливать из легированной стали, что ведет к удорожанию фибробе-тона.
Аналогом для стальной фибры по своим повышенным физико-механическим характеристикам,
Преимущества использования углеродной фибры для бетона: повышается прочность бетона на сжатие от 40 до 60%; повышается прочность бетона на растяжение при изгибе от 100 до 200% ( в зависимости от прочности матрицы); прочность бетона на растяжение при раскалывании от 250-400МПа; повышается ударная прочность до 500%; увеличивается износостойкость, устойчивость к истиранию и пылению до 100% ; повышается морозостойкость до 200% ; высокая адгезия к цементной матрице; синтетические волокна не подвержены коррозии; стойкость к кислотам, щелочам, солям; волокна обладают высокими теплоизоляционными характеристиками; высокая термостойкость, негорючесть; повышение долговечности конструкций.
Фибробетоны на основе углеродных волокон отличаются высокими значениями трех основных
15_
может стать применение в фибробетоне фибр из углерода.
Основные характеристики этих фибр, приведены на рисунке 1.
Углеродная фибра - дисперсная армирующая добавка нового поколения для любых растворов на цементной или гипсовой основе.
Углеволокно (УВ) - наноструктурированный неорганический материал, содержащий 92-99,9% углерода. Углеродные волокна получают путем ступенчатой термообработки волокон на основе по-лиакрилонитрила - ПАН, при температурах до 3200 град.С. По сравнению с обычными конструкционными материалами (алюминием, сталью и др.) материалы на основе УВ обладаю экстремально высокими характеристиками прочности, сопротивлением усталости, модулем упругости, химической и коррозионной стойкостью, в разы превышающими аналогичные показатели стали, при существенно меньшей массе.
показателей любой конструкции: прочностью, жесткостью и низким удельным весом. Углеродные волокна превосходят все известные волокнистые наполнители композитов по значениям прочности и модуля упругости. В результате упруго-прочностные характеристики композитов на их основе значительно превышают аналогичные показатели алюминия и стали. При этом удельный вес углеродных волокон не превышает 2 г/см3, что позволяет получать конструкции вдвое легче алюминиевых и впятеро легче стальных.
При этом , в отличии от стальной фибры, углеродная фибра не подвержена коррозии, обладает стойкостью к щелочам (что отсутствует у базальтовой и стеклофибры), имеет отличное сцепление с бетоном.
I Сталь и Угле род
Рис. 1. Сравнение физико-механических характеристик фибры из стали и углерода
TECHNICAL SCIENCE / <<ШУШМиМ~^©У©Ма1>#9(113)),2Ш9
16_
Применяется углеродная фибра при строительстве дорог и аэродромных полос, возведении инженерных и гидротехнических конструкций, при изготовлении тонкостенных элементов и конструкций, а также высокопрочных бетонов.
Углеродная фибра имеет высокую стоимость по сравнению с наиболее близкой к ней по характеристикам стальной фиброй, однако маленький расход (0,6-1,1 кг/м3), высокие прочностные и эксплуатационные характеристики говорят об эффектности ее использования для строительства.
Список литературы
1. Bhikshma V., Manipal K. Study on mechanical properties of recycled aggregate concrete containing steel fibers. Asian Journal of Civil Engineering (Building and Housing), №2. 2012.
2. Brandt A. M. Cement - Based Composites. Materials, Mechanical Properties and Performance. 2 edition. - Spon Press, 2017.
3. Веревичева М.А., Берестянская А.А., Дери-земля С.В. Выбор рациональных параметров фибрового армирования. УДК 693.55. Сборник научных трудов «Строительство, материаловедение, машиностроение». Вып.82. - Днепр, 2015.
4. Опанасенко Е. В., Берестянская А.А. Виды фибрового армирования Ресурсоекономш ма-терiали, конструкций будiвлi та споруди / Збiрник наукових праць Нацюнального ушверситету водного господарства та природокористування. Вып. 30. - Рiвне, 2015.
5. Суховая, С. И. Фибробетон. Наука ЮУрГУ. Секции технических наук: материалы 67-й науч. конф.- Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2015.
6. Талантова К. В. Строительные конструкции с заданными свойствами на основе сталефибробе-тона: дис. д-ра техн. наук: 05.23.01 / Талантова Клара Васильевна; Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова. -Барнаул, 2009.
