CC BY
12«ШУШ(ШШиМ-Ши©Ма1> 2023 / ARCHITECTURE
9
Седых Сергей Анатольевич
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
DOI: 10.24412/2520-6990-2023-14173-9-13 ФИБРОБЕТОН - ПЕРСПЕКТИВЫ СОВРЕМЕННОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
Sedykh Sergey Anatolievich
St. Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering
FIBER-REINFORCED CONCRETE - PROSPECTS FOR MODERN CONSTRUCTION
Аннотация.
Фибробетон является инновационным строительным материалом, объединяющим в себе свойства бетона и волоконного армирования. В данной статье рассматриваются перспективы применения фиб-робетона в современном строительстве. Обсуждаются его преимущества, такие как повышенная прочность, улучшенные показатели долговечности и устойчивости к различным воздействиям, а также возможности его использования в различных областях строительной индустрии. Кроме того, рассматриваются вызовы и проблемы, связанные с внедрением фибробетона, и предлагаются рекомендации по оптимальному использованию этого материала.
Abstract.
Fibre-reinforced concrete is an innovative building material that combines the properties of concrete and fiber reinforcement. This article discusses the prospects for the use of fiber-reinforced concrete in modern construction. Its advantages are discussed, such as increased strength, improved durability and resistance to various influences, as well as the possibility of its use in various areas of the construction industry. In addition, the challenges and problems associated with the introduction offiber-reinforced concrete are considered, and recommendations are offeredfor the optimal use of this material.
Ключевые слова: фибробетон, фибра, бетон, стекловолокно, углеволокно, базальтовое волокно, оксид циркония, термостойкое волокно.
Keywords: fiber-reinforced concrete, fiber, concrete, fiberglass, carbon fiber, basalt fiber, zirconium oxide, heat-resistant fiber.
Введение
Фибробетон - это композитный строительный материал, в котором волокна добавляются в бетонную смесь для усиления его свойств. Фибробетон может содержать различные виды волокон, такие как стекловолокна, углеволокна, базальтовые волокна и другие. Благодаря этому, фибробетон обладает повышенной прочностью и долговечностью, а также более высокой устойчивостью к воздействию различных факторов, чем обычный бетон.
Значимость фибробетона в современном строительстве заключается в том, что этот материал предлагает ряд преимуществ по сравнению с традиционными строительными материалами, такими как кирпич, бетон и металл. Фибробетон может использоваться в различных областях строительной индустрии, включая жилые, промышленные и гражданские проекты.
Преимущества фибробетона:
Повышенная прочность: Фибробетон обладает значительно высокой прочностью по сравнению с обычным бетоном. Волокна, добавленные в бетонную смесь, усиливают его структуру и предотвращают появление трещин и разрушений. Это делает фибробетон идеальным материалом для создания прочных и надежных конструкций.
Улучшенная долговечность: Благодаря своей высокой прочности и устойчивости к воздействию различных факторов, фибробетон обладает длительным сроком службы. Он способен выдержи-
вать нагрузки, изменения температуры, химические воздействия и другие внешние воздействия без значительного ухудшения своих свойств.
Устойчивость к различным воздействиям: Фибробетон обладает улучшенной устойчивостью к воздействию влаги, химических веществ, морской воды, мороза и тепла. Это позволяет использовать его в различных климатических условиях и в экстремальных средах, где традиционные материалы могут терять свои свойства.
Гибкость в дизайне: Фибробетон может быть легко формирован и принимать различные формы благодаря своей пластичности и податливости. Это позволяет создавать сложные архитектурные формы, неограниченные традиционными материалами, и обеспечивает архитекторам и дизайнерам большую свободу в реализации своих творческих идей.
Улучшенная тепло- и звукоизоляция: Фибробетон обладает хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами. Благодаря своей плотной структуре и наличию волокон, он способен эффективно задерживать тепло и звук, что обеспечивает комфортные условия внутри зданий и снижает энергопотребление.
Улучшенная огнестойкость: Фибробетон обладает высокой огнестойкостью благодаря волокнам, которые не горят и не испускают токсичные газы при воздействии высоких температур. Это делает его безопасным и надежным материалом для строительства, особенно в зонах с повышенными требованиями к пожарной безопасности.
10
АЯСШТЕСГОКБ / «еЮУУШУУМЛУШаИ» #14(173), 2023
Преимущества фибробетона делают его привлекательным выбором для различных типов строительства, от жилых и коммерческих зданий до инфраструктурных проектов. Он обеспечивает долговечность, безопасность, устойчивость и эстетическую привлекательность, что отвечает современным требованиям в строительной отрасли. Применение фибробетона в строительстве Фибробетон находит широкое применение в различных областях строительства.
В жилом строительстве фибробетон может быть использован для возведения стен, перекрытий и фундаментов зданий. Благодаря высокой прочности и устойчивости, фибробетон обеспечивает долговечность и стабильность конструкций, что особенно важно для многоэтажных зданий. Кроме того, фибробетон обладает хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами, что способствует
повышению комфорта и энергоэффективности жилых помещений.
В промышленном строительстве фибробетон применяется для возведения заводских и складских помещений, а также инфраструктурных объектов, таких как мосты и тоннели. Благодаря своей прочности и устойчивости к химическим воздействиям, фибробетон обеспечивает долговечность и безопасность промышленных сооружений.
Фибробетон также может быть использован в гражданском строительстве для создания элементов ландшафтного дизайна, фасадных панелей, декоративных элементов и других архитектурных деталей. Благодаря своей гибкости и возможности принимать различные формы, фибробетон позволяет реализовать креативные и уникальные дизайнерские решения.
Рисунок 1 - Фибробетон
Рисунок 2 - Фибра (волокна) для фибробетона
«ШУУШШШУМ-ШУГМаУ» #14(173), 2023 / АЯСИТТБСТиИБ
11
Вызовы и проблемы
Внедрение фибробетона в современное строительство также сопряжено с некоторыми вызовами и проблемами.
Одним из главных вызовов является стоимость и доступность материала. Фибробетон может быть более дорогим по сравнению с традиционными строительными материалами, что может ограничивать его широкое использование. Тем не менее, с развитием технологий производства и увеличением спроса на фибробетон, стоимость его производства может снизиться.
Другой проблемой связанной с внедрением фибробетона является необходимость обучения квалифицированных рабочих. Использование фиб-робетона требует специфических знаний и навыков, чтобы обеспечить правильное смешивание и укладку материала. Поэтому необходимо проводить обучение рабочих и специалистов в строительной отрасли.
Также важно учитывать нормативные и юридические аспекты в отношении применения фиб-робетона. Нормы и стандарты должны соответствовать требованиям и спецификациям данного материала. Необходимо разработать соответствующие регулятивные документы и гарантировать их соблюдение.
Рекомендации по оптимальному использованию фибробетона
Для оптимального использования фибробе-тона рекомендуется принять следующие меры:
Тщательное проектирование и расчеты: необходимо проводить детальное проектирование и инженерные расчеты с учетом специфики фибробетона. Это поможет обеспечить правильное использование материала и его оптимальную производительность.
Обучение квалифицированных рабочих: необходимо проводить обучение строительных рабочих, чтобы они получили необходимые знания и навыки по работе с фибробетоном. Это поможет гарантировать правильное смешивание, укладку и обработку материала.
Улучшение стандартов и нормативов: необходимо разрабатывать и улучшать стандарты и нормативы, которые касаются применения фибробе-тона. Это поможет установить четкие требования и гарантировать качество и безопасность конструкций, выполненных из фибробетона.
Фибробетон на основе оксида циркония
В данной статье представлен обзор фибробе-тона на основе оксида циркония - инновационного строительного материала, обладающего высокой механической прочностью, термической стабильностью и химической стойкостью по сравнению с другими видами волокон. Фибробетон на основе оксида циркония является одним из перспективных материалов в сфере строительства.
В настоящее время волокнистая теплоизоляция в виде гибких нетканых войлоков и матов, а также в виде формованных жестких изделий востребована во многих отраслях промышленности. Серийное производство таких теплоизоляционных
материалов на основе различного вида оксидных волокон (базальтовых, кварцевых и кремнеземных) налажено во многих странах. Получают их методом раздува расплава или путем литья расплава на вращающиеся диски с последующей сушкой. Однако температуры эксплуатации расплавных волокон, как правило, не превышают 1000 °С.
Более тугоплавкие оксидные волокна (например, волокна оксида алюминия, алюмосиликатные и муллитовые) имеют более высокую температуру эксплуатации, при этом обладают такими важными свойствами, как низкие теплопроводность и плотность, высокая химическая и коррозионная стойкость. Высокотермостойкие оксидные волокна -один из самых важных материалов для авиакосмической отрасли благодаря своей стойкости к воздействию горячих газов, химической инертности в окислительных и восстановительных средах, а также диэлектрическим свойствам. Оксидные волокна используют для изготовления большого ассортимента теплозащитных и теплоизоляционных материалов, армирования легких сплавов и уплот-нительных резин и каучуков. Кроме того, их применяют для армирования керамических композиционных материалов и изготовления высокотемпературных фильтров горячих газов и подложек катализаторов.
Керамические волокна на основе оксида алюминия получили широкое распространение на рынке волокон благодаря разработке золь-гель метода получения высокотемпературной керамики. Данная технология позволила проводить процесс формования волокон при комнатной температуре, что намного упрощает технологический процесс. Золь-гель метод основан на превращении прекурсоров керамических оксидов в кристаллическую структуру при нагреве и включает следующие этапы: приготовление золя на основе водных растворов прекурсоров материала волокна с добавлением органических полимеров, концентрирование золя при умеренных температурах с превращением его в прядомый гель, формование из геля сырых волокон, которые после сушки и обжига освобождаются от органических составляющих и обретают поликристаллическую оксидную структуру. Формование волокон из волокнообразующего раствора осуществляют различными методами, аналогичными методам формования расплавных волокон, -вытягиванием непрерывного сырого волокна из многокапиллярной фильеры или формованием короткого волокна форсуночным или центрифужным способом. На стадии обжига происходит выделение летучих компонентов и в то же время начинается кристаллизация оксида алюминия, в результате чего сырые волокна превращаются в оксидные керамические.
Помимо того, что нет необходимости формовать волокна из расплавов при очень высоких температурах, золь-гель метод позволил получать оксидные волокна с высоким содержанием оксида алюминия, чего ранее добиться было невозможно. Несмотря на то, что данный метод достаточно дорогостоящий и имеет ряд особенностей, при его
ARCHITECTURE / «еЮЦШШШМЛУШаИ» #14(173), 2023
12
применении конечный продукт приобретает более высокие свойства.
Золь-гель метод получения керамического волокна на основе оксида алюминия освоен в серийном производстве.
Температура плавления оксида циркония составляет ~2600 °С и существенно превышает температуру плавления оксида алюминия, составляющую ~2000 °С. Это потенциально делает волокно оксида циркония привлекательным армирующим компонентом высокотемпературных теплоизоляционных материалов. Однако интерес к оксиду циркония обусловлен не только его высокотемпературными свойствами (низкой теплопроводностью и высокой температурой плавления), но и высокой химической стойкостью - особенно водо- и щелочестойкостью.
Применение фибробетона
Коррозионностойкие конструкции: Оксид циркония, основной компонент фибробетона, обладает превосходной химической стойкостью и устойчивостью к коррозии. Поэтому фибробетон на его основе может быть использован для создания конструкций в агрессивных средах, таких как сточные воды, морская вода и химически активные вещества.
Теплоизоляционные системы: Фибробетон на основе оксида циркония обладает хорошей термической стабильностью и способностью сохранять свои свойства при высоких температурах. Это делает его подходящим материалом для создания теплоизоляционных систем, таких как огнеупорные стены, печи и печные облицовки.
Применение фибробетона на основе оксида циркония в строительстве открывает новые возможности для создания прочных, долговечных и устойчивых конструкций. Этот инновационный материал предлагает ряд преимуществ, которые делают его привлекательным для различных сфер строительной индустрии. Вот некоторые из областей, в которых фибробетон на основе оксида циркония может быть использован:
Строительные конструкции с повышенными требованиями к прочности:
Фибробетон на основе оксида циркония обладает высокой механической прочностью и долговечностью. Поэтому его можно использовать для создания конструкций, которым требуется высокая нагрузочная способность, например, в мостостроении, строительстве высотных зданий и промышленных сооружений.
Радиационностойкие конструкции: Оксид циркония имеет высокую радиационную стойкость, что делает фибробетон на его основе идеальным выбором для создания конструкций, требующих защиты от радиации. Это может быть важно в ядерной промышленности, медицинской технике и других областях, связанных с источниками радиации.
Архитектурные элементы: Фибробетон на основе оксида циркония может быть использован для создания различных архитектурных элементов, таких как фасады, столбы, плиты и декоративные элементы. Его высокая прочность и возможность формовки в различные геометрические формы позволяют реализовывать сложные дизайнерские задумки.
Рисунок 3 - Фасад здания из фибробетона
«ШУШ(ШШиМ-Ши©Ма1> 2023 / ARCHITECTURE
13
Заключение
Фибробетон на основе оксида циркония является инновационным строительным материалом с уникальными свойствами. Он обладает высокой механической прочностью, термической стабильностью и химической стойкостью, что делает его привлекательным для использования в различных отраслях, включая аэрокосмическую и энергетическую промышленность, а также в строительстве. Однако, существуют вызовы в производстве и стоимости данного материала, которые требуют дальнейших исследований и оптимизации, а также внедрение фибробетона требует решения вызовов, таких как стоимость, обучение рабочих и соответствие нормативам. В целом, фибробетон на основе оксида циркония представляет собой перспективное направление в развитии строительных материалов с улучшенными свойствами и возможностями применения.
Список литературы
1. Каблов Е.Н. Материалы нового поколения -основа инноваций, технологического лидерства и национальной безопасности России // Интеллект и технологии. 2016. № 2 (14). С. 16-21.
2. Каблов Е.Н. ВИАМ: материалы нового поколения для ПД-14 // Крылья Родины. 2019. № 7-8. С. 54-58.
3. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1 (34). С. 3-33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-333.
4. Бабашов В.Г., Степанова Е.В., Зимичев А.М., Басаргин О.В. Оксидные непрерывные волокна как компонент гибкой высокотемпературной изоляции // Авиационные материалы и технологии. 2021. № 1 (62). Ст. 04. URL: http://www.journal.viam.ru (дата обращения: 08.07.2021). DOI: 10.18577/2713-0193-2021-0-1-3443.
5. Бабашов В.Г., Варрик Н.М., Максимов В.Г., Самородова О.Н. Изучение структуры и свойств образцов керамического композиционного материала на основе муллита // Авиационные материалы и технологии. 2020. № 1 (58). С. 54-63. DOI: 10.18577/2071-9140-2020-0-1-54-63.
