Бетон, армированный полипропиленовыми волокнами
В процессе чистки н уборки отходов бетона на зеркале поддона появились царапины, крупные риски, канавки. Смазка ни поддоны наносилась напылением форсунками по время передвижения поддонов на очередной пост.
При таком методе нанесения смазка распределялась по поверхности неравномерно, в местах, покрытых слоем ныли, сворачивалась, на увлажненных участках поддона на металл не попадала.
Вес это крайне неблагоприятно сказывалось на плитах, ухудшая внешний вид и снижая их качество. На лицевой поверхности перекрытий появлялись срывы глубиной 3—5 мм на площади I — 3 л2.
Увеличение содержания эмульсола в смазке, уменьшая величину оцепления с металлом, вызывало появление на лицевой поверхности трудноустранимых масляных пятен.
Долголетней практикой работы завода ЖБИ-1 установлено, что наилучшим вариантом нанесения смазки является его механическое втирание. Чтобы улучшить качество изделий и сохранить поддоны от износа, было предложено устройство, в качестве рабочих органов которого применены гибкие стержни- тросы, шарнирно закрепленные на барабане (см. рисунок).
При вращении барабана с определенной скоростью концы тросов ударяют по зеркалу поддона, сбивая с него остатки бетона и растирая смазку, которая подается перед барабаном. Тросы, сгоняя излишки смазки, оставляют топкий равномерный слой, устраняющий масляные пятна и срывы.
В последнее время большой интерес (вызвало армирование бетона мелко нарезанными органическими волокнами или стальной проволокой, добавляемыми в бетонную смесь в процессе перемешивания.
Зарубежный опыт
Фирма«Ваттель»(США) приступила недавно к производству железобетона, армированного стальными проволочками длиной 25 мм, диаметром 0,(25 мм. В результате бетон (по данным фирмы) приобретает однородные механические свойства, повышаются его прочность и трещиностойкость.
В настоящее время многие железобетонные элементы армируются, как правило, стальной арматурой исключительно для восприятия транспортных имонтажных нагрузок. И хотя в дальнейшем эта арматура не воспринимает эксплуатационные нагрузки, однако в целях устранения влияния коррозии ее приходится защищать слоем ‘бетона толщиной от 15 до 50 мм, что в свою очередь увеличивает общую толщину элементов.
Чтобы избежать перерасхода материалов, в бетон вводятся волокна полипропилена. В результате упрощается и производственный процесс, так как отпадает операция по изготовлению арматурной сетки и укладке ее ш форму. Уменьшение толщины панелей позволяет снизить стоимость их транспортирования, монтажа, а также облегчить поддерживающие конструкции н соответственно уменьшить размеры фундамента.
Бетон с полипропиленовыми волокнами получил название кэрикрит (Caricrete). Волокна для кэрикрита в настоящее время производит фирма «British Rope Ltd».
Полипропилен в виде моноволокна поступил на рынок намного раньше волокнистых полипропиленовых прядей, применяемых в кэрикрите; применение ею в бетоне в виде обрезков различной длины было предложено в США еще в 1965 р. Однако моноволокна значительно дороже, чем волокнистые пряди, и имеют значительно меньшее сцепление с бетоном из-за меньшей поверхности. Полипропиленовые волокнистые пряди получаются путем выдавливания полипропиленовой пленки, продольной ее резки и вытягивания с последующим скручиванием (рис. б). Для дисперсного рассеяния в бетоне длина волокон ограничивается 10—100 мм обычно применяемая длина составляет 70 мм.
Так как полипропилен не смачивается и обладает водоотталкивающими свойствами, между волокнами и бетоном отсутствует физико-химическая связь, даже при добавлении веществ, увеличивающих смачивающую способность. Так как связь между волокнами и окружающим бетоном носит чисто механический характер, то не нужен и длительный контакт между ними в процессе смешивания; необходимо только хорошо дисперсировать волокна в бетонной смеси, для чего обычно достаточно добавить их в бетон за 30 сек до окончания приготовления замеса. Не следует увеличивать общее время замеса, так как это приведет к значительному расщеплению волокон. При применении обычных бетономешалок с вращающимся барабаном добавление волокна не вызывает осложнений.
В процессе приготовления смеси должно быть принято во -внимание увеличение ее сопротивления перемешиванию из-за введения волокон. Бункер должен иметь широкое дно, через которое смесь будет вытекать беспрепятственно. Уменьшение длины волокон н процента их содержания в смеси увеличит удобоукладываемость смеси.
Главное заключается в том, чтобы волокна равномерно распределялись при заполнении форм и разравнивании бетонкой смеси. При этом волокна должны располагаться в плоскости будущего изделия, что повышает их эффективность. Полипропиленовые волокна успешно смешиваются с цементными растворами и бетонами при широком диапазоне отношения цемента к заполнителю. Если высок процент содержания заполнителя. затрудняющего равномерное распределение волоком в процессе уплотнения смеси, желательно уменьшить размер зерен заполнителя до 10 мм.
Если волокнистые пряди имеют тенденцию к сегрегации, то внимание должно быть обращено на то, чтобы липший воздух был удален из с меси, содержащей волокна; необходимо периодически проводить испытания, чтобы убедиться, что оптимальная плотность (н соответственно прочность) достигнуты. Испытания должны показать, влияет дд уменьшение плотности па потерю прочности при изгибе, а также ведет ли недостаточное уплотнение вибрацией к увеличению пористости, влияющей на увеличение абсорбции воды. На это следует обращать особо внимательно. Степень уплотнения смеси зависит от типа вибратора, продолжительности и частоты вибрирования. Любые испытания образцов кэрикрита могут производиться только после его уплотнения, когда контроль покажет, что нормальная плотность достигнута. Наряду с распространением результатов, полученных при испытании образцов, на всю продукцию, необходимо вести дальнейший контроль, методы которого могут видоизменяться. Необходимо производить испытания образцов на сопротивление удару и последующее трещинообразование, определять их прочность иа изгиб и сжатие. При этом надо помнить, что хороших результатов можно достичь и при небольшом содержании волокон в бетонной смеси — ниже 0,15%.
Плиты толщиной 20 мм из раствора 1: 3с содержанием 0,8% волокон, разрубленных на куски в 70 мм, были испытаны ударом стального шара массой в 1 кг. Трещина начала формироваться от удара шара, брошенного с высоты 70 см, и хотя она и увеличилась при падении шара с высоты 250 см и на месте удара образовалась вмятина, образец не разрушился. Аналогичный по размерам, но неармированный образец был полностью разрушен при падении шара с высоты 50 см. При испытании плиты толщиной 40 мм на удар мешка с песком массой 25 кг с высоты 1 м армированный волокном образец противостоял четырехкратному воздействию, а затем дал трещину (рис. 2), тогда как неармированный образец сразу же разбился. Дальнейшие испытания армированного образца при высоте падения 3 м привели к его полному разрушению.
Неармированный образец разрушился внезапно от среднего давления и 1,32 и/мм2. тогда как у армированных волокнами образцов (0,5%) при нагрузке, на 8% превышающей эту величину, имело место лишь начало трещинообразоваиия, а окончательное разрушение имело место при нагрузке на 32% большей, чему контрольного образца. Аналогичные испытания балочек из раствора, армированных 0.8 и 1 % волокна, показали увеличение прочности иа 143 н 177% соответственно.
Бетонные балочки состава 1 :4,5, армированные 0,8% волокна (по весу), достигли 125% прочности неармированных образцов. Прочность образцов на сжатие от армирования волокнами увеличилась.
Испытания плит толщиной 40 мм показали, что, несмотря на трещины п деформации от нагрузки, прогиб у них полностью исчезал после снятия нагрузки.
Впоследствии плиты были уложены в качестве настила для изучения влияния на них атмосферных воздействий в течение зимы. Несмотря на то что время от времени по ним проезжали автобусы, плиты не пострадали.
При испытании на огнестойкость плит толщиной 50 мм, поверхностью 900 мм2, армированных 0,5% полипропиленового волокна (в течение получаса), были получены удовлетворительные результаты.
Так как добавка 0,1% (по весу) полипропиленовых волокон увеличивает стоимость смеси на 15%, использование полипропиленовых волокон оправдано только тогда, когда вопрос стоимости металлической арматуры имеет второстепенное значение, а главной целью является снижение веса готовой продукции (рис. в).
Содержание волокон в кэрикрите должно быть возможно минимальным.
Практически содержание 0,2% волокон (по весу) является компромиссным для стоимости, эффективности и технологичности процесса перемешивания смеси.
По данным недавно законченного строительства в графстве Суррей (Англия), применение полипропиленового волокна позволило снизить массу панели размером 1J6XI0,43 м на 40 кг, а стоимость материалов (по грубым подсчетам) на 60 пенсов.
Дальнейшее увеличение ударной прочности по сравнению с обычным бетоном даст возможность получить материал для изготовления бетонных свай (рис. 4) и возведения морских защитных сооружений.