Применение фибры в строительной и горной промышленности

Фибра – вспомогательный материал для микроармирования бетонных конструкций. Она увеличивает прочность конструкции, улучшает физико-механические характеристики.

Бывает разных видов, ее широко используют в разных отраслях – в строительстве, горной промышленности, для заливки фундаментов, при проведении штукатурных работ. Добавлять фибру можно в смеси – на основе цемента, гипса или шлакощелочном вяжущем основании. В зависимости от целей применения вводят ее либо в сухую смесь (например, при армировании), либо в готовый состав.

Виды и состав фибры

Фибра – специальная волокнистая добавка, состоящая из множества частиц, скрепленных между собой. При включении в смесь волокна равномерно распределяются по всей площади, образуя крепкую основу.

Она имеет высокие армирующие свойства благодаря материалам, на основе которых ее производят (базальтовые волокна, стальные частицы, стекловолокно, металлические включения, полипропилен). Вводят фибру при подготовки смеси для равномерного распределения волокна. В среднем для получения высоких прочностных свойств используют 0,9-1,2 кг на м³.

Металлическая фибра

Если волокна вырезаются из цельного металлического листа, они могут иметь разную форму (длина в пределах 20-50 мм). Волокна могут быть в форме волны – в этом случае их нарезают из стальной проволоки. Для увеличения прочностных характеристик и показателей адгезии волокна могут дополнительно покрываться латунью.

В строительстве используется волокно в форме анкера или волны. Материал – низкоуглеродистая сталь, термически необработанная. При введении в состав, он приобретает следующие характеристики:

• увеличенная прочность – на 25% больше, чем в обычном растворе;
• повышенная прочность на растяжение при изгибе – на 250%;
• прочность при осевом растяжении выше на 80%;
• повышение стойкости к механическим повреждениям в 10 раз;
• повышение упругости до 20%;
• повышенные характеристики устойчивости против холода, резких перепадов температур, высокая стойкость к образованию трещин, проникновению влаги;
• увеличение срока эксплуатации сооружения.

Расход определяется в зависимости от целей применения. Например, для конструкций с минимальной нагрузкой расход составляет 15-20 кг/м³, а для особонагруженных конструкций расход может вырасти до 100-150 кг/м³.

Базальтовая фибра

Основа – волокна из базальта, природного материала, обладающего высокой прочностью. У базальта имеется множество достоинств, благодаря которым фибра из него широко используется в разных отраслях:

• материал не впитывает влагу;
• способствует продлению срока службы бетонной конструкции благодаря сдерживанию процессов расслаивания бетона;
• повышает прочность готовой массы, в том числе по параметрам растяжения, изгиба, сжатия;
• материал получает дополнительные огнеупорные свойства;
• конструкция не подвержена механическим повреждениям, способна выдержать большие нагрузки;
• технология приготовления смеси практически не меняется, не требует больше времени или сил;
• цена базальтовой фибры ниже, чем металлической.

Базальтовая фибра используется в гражданском строительстве – при возведении полов, строительстве дорог, мостов и тоннелей, где предъявляются высокие требования по износостойкости поверхности.

Углеродная фибра

Фибру изготавливают из мелко нарубленной углеродной нити (проволоки). Благодаря особым свойствам основы, фибра становится более универсальной.

К достоинствам материала относят:

• повышение прочности на сжатие – на 60%;
• прочность на растяжение – в 400 раз;
• ударная прочность – на 500%;
• морозостойкость – на 200%;
• коррозионная устойчивость;
• стойкость к агрессивным химическим составам (в частности, к щелочам);
• высокий показатель адгезии.

Иные виды фибры не имеют таких показателей, что делает углеродный материал незаменимым в  ряде задач. При этом цена материала выше, чем стандартной металлической или базальтовой фибры. Но и расход требуется меньший – для получения высоких эксплуатационных характеристик достаточно 0.6-1 кг/м³.

Полиамидная фибра

Для производства используется нейлоновое волокно, повышается эластичность и цепкость готового состава. Волокно повышает морозостойкость, не пропускает влагу, противостоит химическим веществам. Добавляют фибру как в сухую смесь, так и в готовый раствор – характеристики материала сохраняются.

Стеклофибра

Изготавливается из стекловолокна, которое предварительно разрезали на одинаковые волокна. Стеклофибра в готовом составе практически не видна, способствует большей сцепке бетона, повышает устойчивость к растрескиванию. Готовая конструкция становится более эластичной, прочной и противостоит механическим воздействиям и агрессивным веществам.

Полипропиленовая фибра

Полипропилен – невесомые элементы, которые в готовом составе практически незаметны. Они скрепляют бетон, не допускают образования трещин, не пропускают влагу и повышают механическую стойкость материала (в 5 раз выше).

Свойства фибры

Фибра имеет ряд характеристик, которые не меняются в зависимости от основы:

• вещество обеспечивает сцепление бетона и не допускает формирования трещин в процессе усадки – позволяет использовать ее в ответственных конструкциях, без нарушения монолитности;
• фибра не может совершенно заменить традиционное армирование, но применение волокон позволяет увеличить прочность конструкции в 5 раз;
• при добавлении армирующих волокон, повышает устойчивость к износу на 90%;
• противостояние влаге, устойчивость против холодов, огнеупорность, устойчивость к резкому изменению температур;
• применение фибры помогает экономить на строительных материалах – расход цемента ниже на 10%.

Сфера применения фибры не ограничена, ее используют в следующих отраслях:

1. Строительство дорог, бетонных площадок, мостов, аэродромных полос, водостоков, бассейнов, при заливке фундамента, строительстве монолитных сооружений разного значения.
2. Производство монолитных фигурных конструкций для фасадов зданий – волокно делает поверхность бетона более гладким и ровным.
3. Заливка пола, оформление фасадов.
4. В горной промышленности с помощью бетонного состава с фиброй создают тоннели – они способны выдерживать высокие нагрузки.

В каждой отрасли используется свой вид фиброволокна. Например, стеклофибра – применяется в отделке фасадов и иных поверхностей.

Базальтовая фибра придает конструкции свойства огнеупорности, обеспечивает высокую степень адгезии всех компонентов. Ее используют в разных направлениях строительства, где важно получить монолитную конструкцию без трещин, высокой прочности и эластичности.

Пенопропиленовая фибра используется при заливки полов, закладке фундаментов, строительстве ненагруженных стен и конструкций. Волокно обладает гидроизоляционными свойствами, поэтому с его помощью возводят бассейны, водохранилища и аналогичные сооружения.

Металлическое фиброволокно используют для строительства объектов с высокой нагрузкой и минимальными требованиями по качеству поверхности.

Применение фиброволокон четко регламентируется ГОСТ, в соответствии с которым и определяется количество, технологический процесс приготовления смеси. При необходимости к составу могут добавляться пластификаторы.

Выбор размера фибры

Фибра классифицируется как по составу, так и по размеру волокон. Размеры волокон напрямую влияют на физико-механические свойства готовой конструкции. Предусмотрены нормы, которых необходимо придерживаться:

1. Не более 6 мм. Повышение прочности конструкции, обеспечивается точность геометрических форм, гладкость поверхности. Волокна можно добавлять при возведение фигурных конструкций с высокими требованиями к качеству поверхности.
2. Волокно 12 мм. Повышает прочность и общие физико-механические характеристики. Волокно используют при строительстве ответственных перекрытий, возводят сваи, гидротехнические конструкции, формируют фундамент или наливной пол.
3. Волокно 18-20 мм используется при возведение объектов с особо высокими степенями нагрузки. Используется при прокладки мостов, тоннелей, покрытия дорожного полотна с высокой нагрузкой (горная промышленность, аэродром), при возведение крупногабаритных сооружений.

Следует четко соблюдать инструкции и пропорции. Если смесь получится слишком густой, ее тяжело будет использовать, жидкая масса окажется чрезмерно хрупкой, даст большую усадку и может деформироваться.

Опыт от использования в строительных конструкциях и сооружениях

Если смесь готовится не на площадке, а подвозится с помощью специализированного транспорта, то фибра укладывается перед отгрузкой. При приготовлении на стационарной площадке время замеса определяется самостоятельно – для этого берут время приготовления стандартного раствора и добавляют к нему 15%.

Подавать раствор с фиброй лучше с помощью насоса – это особенно актуально при заливки фундамента или при возведение крупногабаритных монолитных конструкций.

Норма расхода фибры при приготовление смеси, как правило, указана на упаковке фиброволокна. Также можно ориентироваться на нагрузки, которым будет подвержена готовая конструкция. Например, для приготовления смеси при отделке фасадов достаточно будет использовать 600 гр. на 1м³, при строительстве монолитных сооружений берут 0,8-1 кг на 1м³, а вот взлетные полосы и дорожное полотно под высокую нагрузку потребуют не менее 2-2,5 кг на 1м³ смеси.

Опыт использования в горной промышленности

Долгое время в горной промышленности использовалось фиброволокно с металлической основой. С его помощью создавали прочные тоннели, прокладывали дороги при подземной разработке полезных ископаемых.

Но металлическое фиброволокно имело свои недостатки – оно давало чрезмерно большую нагрузку в силу большой массы, возникали проблемы с подачей смеси на глубину.

С появлением синтетических волокон ситуация в горной промышленности изменилась. Теперь металлическая фибра практически не используется. Применение синтетических волокон позволило решить сразу ряд проблем:

• снижение веса конструкций;
• получение ровной, гладкой поверхности;
• устранение проблемы деформации конструкций (за счет небольшого веса волокна не сползают вниз);
• сокращение трудозатрат на изготовление смеси и формовку;
• длительный срок эксплуатации – материал устойчив к коррозии, влагостоек, противостоит щелочам и прочим агрессивным составам.

При всех прочих преимуществах сохраняется высокая прочность материала, устойчивость к истиранию, продлевается общий ресурс конструкций.

Фиброволокно стало уникальным материалом, который помог повысить прочность бетонных конструкций с минимальными затратами. Сегодня фиброволокно используется повсеместно, позволяет строить прочные сооружения, элементы, дороги, при этом технология приготовления смесей практически не изменилась. Стоит отметить, что в ряде случаев фиброволокно не может полностью заменить арматуру или стальную сетку, но при этом его можно использовать для увеличения прочностных параметров и продления ресурса здания.