Фибробетон или фибробетон ( FRC ) — это бетон , содержащий волокнистый материал, который повышает его структурную целостность. Он содержит короткие дискретные волокна , равномерно распределенные и беспорядочно ориентированные. Волокна включают стальные волокна, стеклянные волокна , синтетические волокна и натуральные волокна , каждое из которых придает бетону различные свойства. Кроме того, характеристики фибробетона меняются в зависимости от бетона, волокнистых материалов, геометрии, распределения, ориентации и плотности.
Идея использования волокон в качестве армирования не нова. Волокна использовались в качестве армирования с древних времен. Исторически сложилось так, что конский волос использовался в растворе , а солома — в сырцовых кирпичах . В 1900-х годах в бетоне использовались волокна асбеста . В 1950-х годах возникла концепция композитных материалов , и фибробетон стал одной из тем, вызывающих интерес. Как только были обнаружены риски для здоровья, связанные с асбестом, возникла необходимость найти замену этому веществу в бетоне и других строительных материалах. К 1960-м годам сталь , стекло ( GFRC), и синтетические (например, полипропиленовые ) волокна использовались в бетоне. Исследования новых фибробетонов продолжаются и сегодня. [1]
Волокна обычно используются в бетоне для предотвращения растрескивания из-за пластической усадки и усадки при высыхании. Они также уменьшают проницаемость бетона и, таким образом, уменьшают выделение воды . Некоторые типы волокон обеспечивают большую ударопрочность, стойкость к истиранию и разрушению бетона. Более крупные стальные или синтетические волокна могут полностью заменить арматуру или сталь в определенных ситуациях. Бетон, армированный фиброй, почти полностью заменил арматуру в подземном строительстве, например, в сегментах туннелей, где почти все облицовки туннелей армированы волокном вместо использования арматуры. Действительно, некоторые волокна действительно снижают прочность бетона на сжатие. [2]
Количество волокон, добавляемых в бетонную смесь, выражается в процентах от общего объема композита (бетона и волокон), называемого «объемной долей» (V f ). V f обычно составляет от 0,1 до 3%. Соотношение размеров (l/d) рассчитывается путем деления длины волокна (l) на его диаметр (d). Волокна с некруглым поперечным сечением используют эквивалентный диаметр для расчета коэффициента удлинения. Если модуль упругости волокна выше, чем у матрицы (бетона или растворасвязующее), они помогают нести нагрузку за счет увеличения прочности материала на растяжение. Увеличение соотношения размеров волокна обычно сегментирует прочность на изгиб и ударную вязкость матрицы. Большая длина приводит к лучшей матрице внутри бетона, а меньший диаметр увеличивает количество волокон. Чтобы обеспечить эффективность каждой нити волокна, рекомендуется использовать волокна длиннее, чем максимальный размер заполнителя. Обычный бетон содержит заполнитель эквивалентного диаметра 19 мм, что составляет 35-45% бетона, волокна длиннее 20 мм более эффективны. Однако волокна, которые слишком длинные и не обработаны должным образом во время обработки, имеют тенденцию «комкаться» в смеси и создавать проблемы с обрабатываемостью.
Волокна добавляются для долговечности бетона. Стекло [3] и полиэстер [4] разлагаются в щелочной среде бетона и различных добавках и поверхностной обработке бетона.
Облицовка тоннеля High Speed 1 включала бетон, содержащий 1 кг/м 3 или более полипропиленовых волокон диаметром 18 и 32 мкм, что дает преимущества, указанные ниже. [5] Добавление полипропиленовых волокон малого диаметра не только обеспечивает армирование облицовки туннеля, но также предотвращает «растрескивание» и повреждение облицовки в случае пожара из-за аварии. [6]