Базальтовая фибра

1 июля 2019

Содержание:

  1. Введение;
  2. Использование базальтового волокна — одно из прогрессивных направлений в строительстве и промышленности 21 века;
  3. Исторический экскурс, испытания и опыт применения базальтофибробетона в России и за рубежом;
  4. Базальтовая фибра. Краткая справка;
  5. Решение проблемы трехмерного армирования бетона с помощью Базальтовой Фибры;
  6. Технические и технологические преимущества базальтофибробетона;
  7. Где были проведены наиболее активные исследования базальтофибробетонов;
  8. Экономические выгоды применения базальтового волокна для армирования бетона;
  9. Некоторые из областей применения базальтового волокна;

Введение

Фибра в течение последних лет становится все более популярным армирующим материалом в различных бетонных смесях. Существует несколько видов фиброволокон, к ним относятся следующие типы: стальная, полипропиленовая, стекловолоконная, полиамидная и базальтовая фибра.

Анализ литературных источников, опубликованных за последние 25 лет в России и за рубежом, позволяет сделать следующие общие выводы. Разработка и производство фибробетонов за рубежом ведутся в широких масштабах. В России эти материалы применяются в небольших объемах и для ограниченного числа изделий. Технические условия на изготовление изделий из фибробетонов разработаны не для всех их разновидностей, при различных вяжущих и волокнах.

Первые попытки применить базальтовое волокно для дисперсного армирования бетона были предприняты в 1979 году к. т. н. Маховой М. Ф. и Гребенюк Н. П. сотрудниками Киевской НИЛ БВ АН УССР, в которой под руководством к. т. н. Джигириса Д. Д. была разработана технология получения дешевого базальтового волокна.

Анализ литературных источников позволяет выделить основные недостатки существующих типов фибробетонов. Так широкому применению сталефибробетонов препятствует больший по сравнению с железобетоном расход стали, иногда легированной, с показателем эффективности 0,41, а также низкий коэффициент сцепления фибр с матрицей С = 0,02 кг/см2. То есть не достигается основная цель — экономия металла в конструкциях. Применение сталефибробетонов ограничивается так же сложностью изготовления металлических фибр, особенно восьмерок и колец, их коррозией в поверхностных слоях конструкций, ведущей к потере внешнего вида, а также повышенной объемной массой материала. Основным недостатком стеклофибробетонов является активное взаимодействие матрицы, имеющей основную реакцию с фиброй, имеющей кислую реакцию, что приводит к интенсивной коррозии фибры и соответственно низкой долговечности материала, не позволяющей применять их в ответственных конструкциях. Органофибробетоны отличаются невысокой прочностью, поскольку прочность органических волокон на порядок меньше, чем стальных, базальтовых или стеклянных.

На строительном рынке существует еще одна проблема — нередки продажи поддельного щелоченестойкого стекловолокна с довольно низкой стоимостью. Используя такое волокно, получается армированный бетон только на начальном этапе твердения. А в дальнейшем, на месте волокон, которые распадаются в щелочной среде бетона, образуются продолговатой формы пустоты, которые резко снижают качество выпускаемой продукции, с риском разрушения материала даже при незначительной нагрузке. Это создается серьезный риск вашей репутации производителя. В связи с этим при выборе фибры необходимо обращать внимание на наличие сертификата соответствия, паспорта качества и санэпид. заключения.

На фоне всего этого базальтовая фибра имеет ряд существенных преимуществ начиная от цены и физико-технических характеристик, заканчивая тем, что его трудно подделать. На всю продукцию компании имеются необходимы подтверждающие качество товара документы, кроме того все материалы реализуются по цене производителей, так как мы являемся их официальными дилерами и имеем существенные преференции при закупке – наши цены одни из самых низких на рынке.

Использование базальтового волокна — одно из прогрессивных направлений в строительстве и промышленности 21 века.

Таким образом, в настоящее время сдерживающими факторами в процессе внедрения армирования цемента, железобетонных и других видов изделий волокнами (стеклянным, полимерным, металлическим) являются низкая химическая стойкость стеклянного волокна в среде твердеющего цементного теста, высокая стоимость синтетических волокон при их низкой эффективности, дефицит и ряд недостатков (коррозия, худшая сцепка с цементом, разный коэффициент расширения с бетоном что способствует растрескиванию бетона в условиях значительного перепада температур, в 7 раз больший вес металлической фибры, худшие технологические характеристики) металлической фибры. Из всего многообразия материалов, используемых для производства фибры, по своим механическим, химическим и термическим характеристикам с базальтовым волокном может конкурировать только углеродное, но последнее в 14 раз дороже.

Базальтовая фибра является эффективной микроармирующей добавкой в бетоны, другие растворы на цементной основе или гипсовой основе. Прежде всего, она повышает устойчивость бетона к деформации без разрушения в критический период 2-6 часов после укладки. На более позднем этапе, когда бетон затвердел и начинает давать усадку, базальтовые фиброволокна предотвращают растрескивание бетона, таким образом, существенно снижая риск разлома, а значит уменьшает количество брака. В мелкоштучных декоративных изделиях из цемента или гипса базальтовая фибра уменьшает количество брака изделий на 90-100%. Использование базальтовой фибры в бетонных растворах образование устраняет образование усадочных трещин на раннем этапе на 90%, для сравнения — использование арматурной сетки уменьшает всего на 6% (когда бетон дает усадку, стальная сетка подвергается сжатию и увеличивает растягивающие напряжения в бетоне). Но базальтовая фибра не может быть использована в качестве замены конструктивной стальной арматуры в монолитном домостроении, здесь допустимо использовать арматуру из базальтопластика (см. статью посвященную композиционной арматуре). Применение базальтовой фибры позволяет уменьшать гидратацию бетона, тем самым снижая внутренние нагрузки при температурных колебаниях.

Базальтовая фибра эффективно применяется при работах с устройством фибробетонных полов, в производстве пенобетона, для предотвращения трещинообразования бетонных и гипсовых изделий хорошо зарекомендовало себя в тротуарной плитке, бетонных заборах, газобетонах и прочих ячеистых бетонах, пескобетоне, архитектурном и декоративном печатном бетоне, в торкретбетоне и т. д. С базальтовой фиброй также упрощаются многие штукатурные и прочие отделочные работы. Перспективно использовать при изготовлении гипсокартонных плит, прочность которых возрастает, тем самым уменьшается его хрупкость и брак (в том числе при транспортировке). Особенно широко и выгодно использовать базальтовую фибру при строительстве гидросооружений – водохранилища, отстойники, водосливы, порты, доки, дороги, морские заграждения, а также бетонные дороги и мосты, где особенно важна повышенная устойчивость к проникновению антиобледеняющих солей. Большой популярностью базальтовая фибра пользуется у производителей пеноблоков и прочих блоков из ячеистых бетонов. При производстве и транспортировке пеноблоков с добавлением фибры существенно уменьшается количество брака и повышается качество товара. Опыт применения базальтового волокна показал, что при добавлении 1 кг базальтовой фибры на 1 кубический метр бетона процент брака практически равен нулю, а именно: отсутствуют сколы на углах и гранях, увеличивается прочность на изгиб в 2-5 раза и сжатие на 50%, кроме того повышаются тепло- и звукоизоляционные свойства. При дозировке 2 кг базальтовой фибры на 1 метр кубический бетона появляется сейсмостойкость. Еще один важный момент – это то, что базальтовая фибра сокращает время первичного и окончательно твердения пеноблоков и, как следствие, позволяет ускорить оборот форм, а при использовании резательной технологии производства пенобетона — значительно уменьшить промежуток времени от заливки до резки пенобетонного массива, а значит – в целом повысить производительность завода на 50%. Также интересно, что базальтовое фиброволокно позволяет до 8% сократить расход цемента при сохранении тех же технических характеристик готовых изделий.

Базальтовая фибра абсолютно устойчива ко всем химическим веществам, входящим в состав бетона, физическим повреждениям во время перемешивания, к щелочам применяемых в производственных процесса, термостойкое, не коррозирует (что характерно для стальной фибры), легко распределяется не образуя сгустков, даже при добавлении в уже залитую смесь, долговечное, совместима с любыми добавками и присадками в бетоны, в том числе и пластификаторами, противоморозными добавками, ускорителями твердения и замедлителями схватывания.

Стоимость базальтового волокна незначительна, при применении 1 кг на 1 кубический метр и цене 105 рублей за кг, на формирование цементно-песчаной стяжки пола толщиной 50 мм расход будет составлять 50 грамм на 1 кв. метр – это 5 рублей. Вместо этого можно заплатить гораздо больше, если учесть брак и потерю качества от появления трещин при усадке, как следствие – срыв сроков сдачи объекта из-за исправления и переделки участков с трещинами, перерасход бюджета (дополнительные работы, амортизация механизмов и расход материалов), штрафные санкции (особенно в современной системе «тендерной борьбы») и испорченная репутация. И эти риски можно снизить всего за 5 рублей на 1 кв. метр.

Базальтовая фибра. Краткая справка

Фибра базальтовая представляет собой отрезки комплексного базальтового волокна заданной длинны в виде рассыпчатых монофиламентов.

Базальтовая фибра — это волокна, введение которых повышает прочность бетона на растяжение, имеющие ряд преимуществ по сравнению с синтетическими волокнами, поскольку является одними из самых прочных минеральных волокон, известных человечеству. Комплексные исследования и заключения ведущих отечественных и зарубежных лабораторий дают основание с полной уверенностью утверждать, что Базальтовая фибра способна полностью изменить представление о строительстве в целом.

Технические параметры:

  • Основное вещество: базальт;
  • Цвет: бронзовый;
  • Плотность: 2,8 г/см3;
  • Диаметр отдельного волокна: 13-20 мкм;
  • Длина волокна: 3,6,13,15,18,24,27,30 мм, возможно 40, 50 мм (более не целесообразно из-за потери прочности бетона);
  • Тип волокна: монофиламентный;
  • Форма: отдельные волокна, собранные во временные пучки;
  • Линейная плотность: до 480 dtex;
  • Прочность на разрыв: 45-55 Гс/tex;
  • Коэффициент растяжения: 4,5-8%;
  • Температура эксплуатации: от -260 до + 700 °С;
  • Температура кратковременной экстремальной эксплуатации: 900 °С;
  • Температура плавления: 1450.°С;
  • Устойчивость к кислотам и щелочам: устойчиво;
  • Поверхность: способствует равномерному рассеиванию и сцеплению с цементным раствором.

Решение проблемы трехмерного армирования бетона с помощью Базальтовой Фибры

Структура бетона с применением базальтовых волокон (базальтоцемента) близка к структуре армоцемента с арматурой из стальных сеток. Однако базальтоцемент обладает более высокой прочностью и деформативностью, т. к. армирующий его базальт обеспечивает более высокую степень дисперсности армирования камня и сам базальт обладает более высокой прочностью, чем большинство видов стальных сеток. Кроме того, базальтоцемент может переносить большие упругие деформации потому что базальтовое волокно при растяжении пластических деформаций не имеет, а по упругости превосходит сталь. При этом относительная деформация цементного камня без образования трещин достигает 0,7 – 0,9%. Такая деформация в 35-45 раз превосходит предельное удлинение неармированного цементного камня, значительное увеличение деформативности и прочности цементного камня происходит за счет устранения базальтовыми волокном влияния концентрации напряжений в местах, ослабленных структурными дефектами цементного камня (раковинами, микротрещинами и т. п. ).

Наиболее значительный эффект армированного бетона базальтовым волокном обнаруживается в балках без поперечной арматуры. Так, несущая способность наклонных сечений балок без хомутов возрастает на 45% с увеличением процентного содержания базальтового волокна от 10 до 12,5% и на 84% в сравнении с аналогичным показателем балок без дисперсного армирования. При наличии поперечной арматуры влияние дисперсного армирования немного уменьшается. Несущая способность наклонных сечений комбинированно армированных базальтовыми волокнами балок увеличивается на 8-10%. В то же время нагрузка трещинообразования повышается на 20-30%, а ширина раскрытия наклонных трещин при нагрузках 0.5-0,6 от разрушающей уменьшается в 1,5-2 раза. Анализ результатов проведенных испытаний показал, что применение грубых базальтовых волокон наибольшее целесообразно в конструкциях, в которых хомуты устанавливают по конструктивным требованиям. При этом достигается 100%-ное снижение расхода стали, что идет на поперечное армирование. В конструкциях, которые содержат хомуты, исходя из требований трещиностойкости, использование дисперсного армирования разрешает уменьшить ширину раскрытия наклонных трещин и частично снизить расход поперечной арматуры.

При использовании базальтового волокна в количестве 40%, прочность изделий из известковошлакового вяжущего на изгиб составляет 20 Мпа, на сжатие — 69 Мпа. Установлено, что фазовое соединение цементного камня, армированного волокнами, отличается от эталонной — общее содержание цементирующих веществ большее в композиционных материалах. Наблюдается повышенная концентрация новообразований вдоль волокон армирующих элементов. Причем в армированном цементном камне гидратные фазы преимущественно формируются в кристаллическом состоянии и иглистом виде, что подтверждено и исследованиями ряда авторов.

Технические и технологические преимущества базальтофибробетона

Бетонам с использованием базальтовой фибры для армирования присущие такие свойства как:

  • равномерное выступание воды;
  • повышенная устойчивость к истиранию;
  • устойчивость к откалыванию и ударным воздействиям;
  • пониженная проницаемость;
  • обеспечение трехмерного армирования;
  • почти одинаковый коэффициент расширения базальтовой фибры и бетона;
  • повышенная долговечность в условиях замораживания-оттаивания;
  • химическая инертность;
  • повышенное сцепление;
  • легкость, высокая механическая прочность;
  • резистентность к ультрафиолетовому излучению;
  • звукопоглощение;
  • диэлектричность;
  • высокие теплоизоляционные свойства;
  • способность фильтрации агрессивных веществ;
  • поглащение радиации;
  • обладает высокой долговечностью в среде бетона, которая отдельными исследователями оценивается не менее, чем в 100 лет;
  • повышает прочность бетона на растяжение до 2-5 раз;
  • повышает прочность бетона на сжатие на 15-50%;
  • существенно повышает трещиностойкость;
  • базальтовая фибра устраняет влияние концентрации напряжений в местах, ослабленных структурными дефектами бетона (раковинами, микротрещинами и т. п.);
  • сокращение сушки изделий из бетона в 1,5 раза за счет значительной стабилизации базальтоармированого фибробетона;
  • увеличение срока службы конструкций в 2-3 раза;
  • экологичность

В лаборатории «Технобазальт» (Украина) получены результаты исследований бетонов классов В25 и В30 и цементного раствора М100 с добавлением базальтовой фибры. Прочность на растяжение при изгибе повышается до 30% в классах бетонов В25 и В30 и на 48% — в цементном растворе М100. Прочность на сжатие повышается до 14% в классах бетонов В25 и В30 и на 58% — в цементном растворе М100

Необходимо отметить, что

  • полипропиленовая и стеклянная фибра по своим характеристикам существенно уступают базальтовой;
  • полипропиленовая и стеклянная фибра деформируется даже при небольших нагрузках растяжения (удлинение до 2% приводит к разрыву, у базальтового волокна этот показатель 5%); • полипропиленовая и стеклянная фибра быстро стареет, то есть утрачиваются свойства с течением времени, срок службы базальтовой фибры 80-100 лет;
  • базальтовая фибра самая жаропрочная, стеклянная, полимерная фибра подвержена горению при воздействии открытого пламени;
  • базальтовая фибра значительно прочнее полипропиленовой;
  • базальтовая фибра значительно легче стальной, это позволяет решать проблему снижения веса конструкций и уменьшать логистические издержкиж
  • известно, что арматурная сетка уменьшает количество усадочных трещин только на 6%, металлическая фибра — на 20–25%, полимерные волокна — на 60–90%, базальтовые волокна на 30-40%

Где были проведены наиболее активные исследования базальтофибробетонов

  • МИСИ, ЦНИИСК (Москва);
  • ЦНИИпромзданий, Теплопроект (Москва);
  • Уфимский государственный нефтяной технический университет, на базе Испытательной лаборатории «СТРОЙЭКСПЕРТТЕХНОЛОГИИ»;
  • Одни из первых испытаний проведены ООО «НИИ ВСУ «ИНТЕР/ТЭК» на Урале в г. Екатеринбурге на базе института «УралНИАС»;
  • ООО «Минерал 7»;
  • Институтом проблем металловедения АН Украины;
  • НИИ базальтового волокна;
  • Боровских, Игорь Викторович к. т. н., Место защиты диссертации: Казань, 2009 год. Название диссертации: «Высокопрочный тонкозернистый базальтофибробетон»;
  • Компания Технобазальт-Инвест (Украина) провела испытания базальтовой фибры на прочность в бетонах. 02.12.2009 год. По результатам испытаний ООО «НПП «БудКонструкция» рекомендует использовать базальтовую фибру для армирования бетонных и железобетонных конструкций. Главным заданием было определение прочности на растяжение при изгибе бетона, армированного базальтовой фиброй для оценки возможности применения фибры для армирования бетонных и железобетонных конструкций. В результате проведенных испытаний были сделаны такие выводы относительно влияния фибрового армирования (длины и содержания базальтовой фибры) на характер разрушения и на прочность бетона на растяжение: 

- Армирование базальтовой фиброй длиной 12 мм не изменяет хрупкий характер разрушения бетонных призм при изгибе и при содержании фибры в пределах 1-2% приводит к повышению прочности бетона класса В20 на растяжение (осевое и при изгибе) в 1,19-1,23 раза.
- При армировании базальтовой фиброй длиной 24 и 50 мм и при содержании фибры в пределах 1-3% разрушения при изгибе приобретают пластический характер и наблюдается включение фибры в работу на растяжение. При армировании базальтовой фиброй 24 и 50 мм при содержании 1-3% прочность бетона класса В20 на растяжение (осевое и при изгибе) повышается в 1,79-2,24 раза. При этом разницы между использованием фибры длиной 24 и 50 мм нет.

  • Методические рекомендации по технологии армирования асфальтобетонных покрытий добавками базальтовых волокон (фиброй) при строительстве и ремонте автомобильных дорог. Росавтодор 2002 год (как дополнительный материал успешного использования базальтовой фибры);
  • Исследования НИИСК Госстроя СССР опытно-промышленные работы по отработке конструкций из БФБ производились с 1983 по 1986 год. Одним из разработчиков базальтофибробетона, который в настоящее время проживает в США, в интернете в свободном доступе выложена информация об испытаниях базальтофибробетона в СССР в 1987 году, когда были разработаны технические условия и даны рекомендации по его применению. Весь мир уже давно пользуется нашими разработанными технологиями;
  • В конце мая 2007 года, Санкт-Петербургскому политехническому университету и компании «Северсталь-метиз», удалось провести научно-практическую конференцию по современным методам армирования;
  • 4-5 октября 2011 года в Москве прошла конференция, на которой обсуждались перспективы развития бетона, армированного фиброй и текстилем. Ключевым стал ряд вопросов, касающихся дисперсного армирования бетона волокнами различного происхождения и свойств. В Московском Государственном строительном университете собрались представители вузовской и академической науки, руководители бетонных заводов, строительных организаций; начальники лабораторий; главные технологи; технические специалисты. Их объединила общая тема: совершенствование технологии и свойств бетонов с дисперсным армированием – фибробетонов. Конференция была организована ЦБТ и МГСУ при участии Технического Университета Дрездена и поддержке Ассоциации «Железобетон», Elasto Plastic Concrete (EPC), НИИЖБ, ООО «Эм-Си Баухеми». Одно из выступлений было на тему: «Ячеистые бетоны, армированные базальтовой фиброй /Рудницкая Виктория Александровна, инженер, слушатель магистратуры МГСУ»

Экономические выгоды применения базальтового волокна для армирования бетона

  • Экономия на приобретении стальной арматуры (цена фибры формируется за килограмм, а базальтовая фибра легче стальной в 3 раза, соответственно Вы получает в 3 раза больше фибры с лучшими свойствами по цене 96-122 рублей за кг, при цене стальной 45-65 рублей за кг. При цене за 45 рублей за кг при равном объеме за 3 кг получаем 135 рублей стальной фибры, что как минимум на 10% дороже чем за базальтовую).
  • Экономия на логистических издержках за счет снижения веса.
  • Конкурентные преимущества перед традиционными способами армирования (стальная сетка) и армирования стальной фиброй.
  • Расширение рынков сбыта за счет использования бетона и изделий из него в строительстве огнеупорных, водоупорных, местах требующих повышенных эксплуатационных характеристик бетона, химических производствах, в атомной промышленности, утилизирующих контейнеров и т. д.
  • Снижение толщины бетонного слоя на половину в сравнении с обычным бетоном, соответственно общей стоимости строительства за счет повышения прочностных характеристик изделий и их облегчения.
  • Уменьшение трудозатрат, связанных с установкой проволочной сетки.
  • В коллекторах и подземных водных каналах толщина бетонного покрытия существенным образом снижается, уменьшается стоимость ремонта и обслуживания благодаря долговечности бетона армированного волокном.
  • Попутно будут решаться проблемы строительства на слабых грунтах, а также вопросы экономии сырьевых, энергетических и трудовых ресурсов.
  • Снижение риска купить некачественную фибру (например, стекловолокно).

Некоторые из областей применения базальтового волокна

Фибру следует использовать во всех типах гипсо- и цементносодержащих растворов, где необходимо или желательно микроармирование, а также предотвращение появления усадочных трещин, для устройства бетонных покрытий (как наружных, так и внутренних). Обычно волокна находят применение в бетоне для:

  • производства пенобетона, газобетона, полистиролбетона и т. д.;
  • устройства бетонных наливных полов (как промышленных, так и бытовых);
  • устройства цементно-песчаной стяжки пола;
  • устройства полов промышленных складов, несущих большие нагрузки;
  • гидротехнических сооружений (маяки, береговые укрепления, мосты, дамбы, водохранилища, бетонные водные каналы);
  • наружных площадок, автостоянок, укрепление склонов;
  • покрытие металлических поверхностей стальных сооружений;
  • бетонных плит перекрытий;
  • в конструкциях с высокой степенью пожарной безопасности;
  • военные сооружения;
  • внутреннее армирование туннелей и каналов;
  • объектов нефтехимической промышленности;
  • монолитных конструкций;
  • бетонных плит фундаментов;
  • железобетонных свай;
  • ремонт и реконструкция сооружений;
  • прессованных и отливаемых изделий;
  • строительных растворов, сухих смесей и штукатурки;
  • торкретбетона;
  • печатного декоративного бетона;
  • мест повышенной сейсмической активности;
  • производства тротуарной плитки и т.д.;
  • литья малых архитектурных форм из бетона или гипса;
  • фрикционные материалы для автомобилестроения;
  • композиционные материалы для автомобилестроения;
  • иглопробивные нетканые материалы для теплоизоляции и огнеупора;
  • изготовление базальтопластиков

Все сказанное выше свидетельствует о том, что сейчас строительная промышленность стоит на пороге периода активного использования базальтофибробетона не только в зарубежном, но и в отечественном гражданском, транспортном, гидротехническом и других областях строительства, тем более, что нормативная документация и результаты исследования по базальтофибробетону уже есть.