Специальные бетоны
Фибробетон. Одним из способов повышения прочности бетона на растяжение и улучшения ряда других его характеристик является фибровое или дисперсное армирование. Армирующие элементы — «фибр» или «волокон», а бетон чаще называют «фибробетоном».
В качестве фибр могут использо ваться изделия из многих материалов, однако чаще применяют стальные, стеклянные или синтетические волокна типа полипропилена, нейлона и др. Стальная фибровая арматура обычно имеет диаметр 0,1... 1,5 мм и длину 6.. .70 мм. Оптимальным считается отношение длины к диаметру в пределах 50. ..100 Для повышения прочности сцепления с бетоном применяют стальные волокна периодического профиля с искривленной осью и с анкерами по концам. Для снижения стоимости и повышения эффективности металлической фибровой арматуры наряду с обычными способами изготовления путем нарезки проволоки или листа, разработаны способы изготовления фибры непосредственно из расплавов металла. Стеклянные и синтетические волокна, стоимость которых выше стоимости металлических, могут иметь весьма малый диаметр, измеряемый микронами, поэтому их расход по массе сухой смеси обычно на порядок меньше, чем при использовании стальных фибр, что делает их применение конкурентноспособным.
На современном этапе развития технологии изготовления фибробетонов определенные трудности возникают при введении достаточного количества фибр в смесь при одновременном обеспечении однородности ее распределения по всему объему изделия. С целью предотвращения комкования смеси повышают пластичность смеси, создают новое смесительное оборудование, а также разрабатывают новые технологические приемы укладки и уплотнения фибробетонной смеси. Так, например, создано специальное оборудование для равномерной подачи фибровой арматуры в смесительные устройства с помощью ленточных транспортеров или пневмотранспорта, создана стальная фибровая арматура с отгибами на концах, которая поставляется в склеенном виде по 18...20 шт. в пакете. За счет искусственного увеличения диаметра волокон путем склеивания удалось ликвидировать их комкование на всех технологических переделах. Разработана и применяется также технология раздельного формования, при которой укладка фибры осуществляется до укладки мелкозернистой бетонной смеси послойно или, наоборот, фибровая арматура вдавливается в заранее уложенную бетонную смесь. Находит применение также метод набрызга, при котором в форму одновременно подают бетонную смесь и фибры по двум разным каналам. Созданы новые типы бетоносмесителей, в том числе безлопастные смесители с гибким корпусом, бетоносмесители, оборудованные импульсным механизмом и дополнительным двигателем и, кроме того, используются серийные смесители с некоторыми конструктивными изменениями.
Установлено, что по сравнению с неармированными образцами ударная прочность фибробетона повышается в 3...10 раз, сопротивление термическому воздействию — в 3...7 раз, сопротивление замораживанию — оттаиванию — в 2 раза, сопротивление истиранию и прочность на растяжение при изгибе — в 2 раза. При этом прочность на сжатие растет незначительно — на 20...30%. Перечисленные свойства фибробетонов дают возможность применения в тех областях, где они проявляются с максимальным эффектом. Среди сборных конструкций — это трубы, лестничные марши, стеновые ограждения, плиты проезжих частей дорог и мостов; среди монолитных — дорожные и аэродромные покрытия, полы промышленных зданий, отделка туннелей и ирригационных сооружений, конструкции специального назначения и т. д. Весьма эффективным является применение фибробетона для целей ремонта и восстановления конструкций.
Дальнейшее расширение объемов применения фибробетонов неразрывно связано с вопросами экономики. При существующих ценах на стальную фибровую арматуру, например, конструкции из фибробетона могут быть конкурентоспособными только при уменьшении их толщины на 30...50%, или существенном повышении долговечности, или улучшении каких-либо других характеристик, в том числе при снижении эксплуатационных расходов. Поэтому главной задачей на ближайшее время является всемерное снижение стоимости фибровой арматуры. Кроме того, требуют своего решения вопросы надежного расчета и проектирования конструкций из фибробетона, установление расчетных характеристик материала, разработка и принятие единых методов испытаний фибробетона и т. д.
Бетоны на основе полимеров. Переход от обычных бетонных и железобетонных строительных конструкций, эксплуатируемых в сильноагрессивной среде, на химически стойкие специальные бетоны с применением полимеров имеет большое значение для предприятий химической промышленности, цветной металлургии и многих других отраслей народного хозяйства.
В группу бетонов с применением полимеров входят: полимербетоны на связующих синтетических смолах (фурановых, полиэфирных, фенолоформальдегидных, карбамидных, эпоксидных, метил метакрилата и др.), содержащие в своем составе три фракции химически стойких наполнителей и заполнителей; полимерсиликатные бетоны на водорастворимом жидком стекле (натриевом или калиевом) с добавкой фурановых полимеров; полимерно-серные бетоны на минеральном вяжущем, которые после окончательного твердения подогревают до 150 °С и пропитывают в расплаве серы с дальнейшим охлаждением; бетонополимеры на минеральном вяжущем, которые после завершения твердения подвергают сушке при температуре 150...170 °С и пропитке мономерами (стиролом или метилметакрилатом) с последующей полимеризацией мономеров в поровой структуре бетона.
Важным качеством полимербетононов и полимерсиликатных бетонов является высокая химическая стойкость во многих агрессивных средах. Основное преимущество полимерносерных бетонов и бетонополимеров — морозостойкость. Кроме того, они обладают высокой прочностью на сжатие — 80...100 МПа и более при плотности до 2400 кг/м3.
Конструкции из полимербетонов, полимерно-серного бетона и бетонополимеров предусмотрены в проектах предприятий цветной металлургии для эксплуатации в условиях вечной мерзлоты, при строительстве ряда горно-обогатительных комбинатов.
Бетоны на основе напрягающего цемента. Предварительное напряжение в самонапряженном бетоне достигается в результате расширения бетона, приготовленного на специальном расширяющем вяжущем, без применения механических устройств или электронагрева для натяжения арматуры. Это существенно упрощает технологию предварительного напряжения железобетона, снижает его трудоемкость и стоимость. Для самонапряжения железобетона разработано специальное расширяющее вяжущее напрягающий цемент (НЦ). По своей природе НЦ является портландцементом и приготавливается совместным помолом портландцементного клинкера (около 70%) с добавлением гипса и алюминатных соединений (глиноземного или сталерафинировочного шлака, сульфоалюмината клинкера, обожженных алунитовых пород и т. п.).
Важным свойством бетонов на НЦ является их высокая степень водо-, газо- и бензинонепроницаемости. Стальная арматура в среде бетона на НЦ не подвергается коррозии и получает предварительное напряжение, независимо от направления своего расположения. Таким образом, автоматически достигается двух- и трехосное напряженное состояние конструкций. Поэтому самонапряжение железобетона особенно целесообразно для конструкций криволинейного очертания, а также где необходимо двух- и трехосное предварительное напряжение, что механическим путем трудно осуществимо и часто практически невозможно.