Современные материалы-стеклофибробетон

1.      Стеклофибробетон

 Стеклофибробетон (СФБ) - современный материал с широким диапазоном свойств и областей эффективного применения в строительстве. Новые более высокие требования к проектированию и строительству современного жилья, объектов инфраструктуры, благоустройству территорий городов предопределяет повышение архитектурной выразительности и привлекательности фасадов строящихся и реконструируемых зданий, улучшение комфортности и функциональности среды обитания с учетом экологических, климатических, экономических и других факторов. 
      Решение этих задач в значительной степени связано с широким использованием прогрессивных материалов и изделий на их основе. К числу таких эффективных материалов относится  стеклофибробетон (стеклофиброцемент - по терминологии зарубежных источников). Стеклофибробетон  (СФБ) выгодно отличается от своих традиционных аналогов (прежде всего железобетона) удачным сочетанием в материале защитных, архитектурно-декоративных, эксплуатационных, конструкционных, технологичных и др. свойств. СФБ не подвержен коррозии, не горюч, обладает достаточно высокой огнестойкостью. Он может быть использован в качестве как конструкционного, так и защитноотделочного материала. 

Стеклофибробетон (СФБ) - композиционный материал на основе мелкозернисто бетонной или цементной матрицы, которая  армирована отрезками (фибрами) комплексной нити высокопрочного стекловолокна. Совместная работа бетона и фибр обеспечивается за счет сцепления по их поверхности, благодаря чему работает огромная площадь перекрытия бетона и фибр (от 10000 до 50000 кв.м., в зависимости от назначения получаемого материала), формируя качественно новые свойства нового материала - стеклофибробетона.

 Дисперсионное армирование повышает не только прочностные свойства бетона, но, что особенно важно, улучшает эксплуатационные характеристики конструкций, например, устойчивость к динамическим температурно-влажностным воздействиям, износу и т. д.

 Все конструкции из стеклофибробетона высоко противодейственны химической агрессии, что очень важно в городских условиях с повышенной степенью загрязнения окружающей среды, чрезвычайно долговечны и устойчивы к солевым растворам.

Химические добавки широко применяются при изготовлении стеклофибробетона с целью воздействия на производственный процесс и улучшения ряда конечных свойств изделий. Пластификатор следует использовать для поддержания подвижности смеси при снижении водоцементного отношения. С помощью добавок можно также ускорять, замедлять или снижать водоотделение, регулировать водостойкость материала, снижать расслаивание смеси. Подбор наиболее подходящей добавки зависит и от некоторых местных факторов, в частности, используемых цемента и песка, а также климатических условий. Пигменты могут применяться для окрашивания либо белого, либо серого цементов. С целью получения равномерного цвета и постоянной окраски поверхности пигменты применяются для лицевого (т.н. пленочного) слоя, который затем подвергается дополнительной обработке, обычно с помощью кислотного травления, пескоструйной обработки или полирования.

 Стеклофибробетон позволяет повысить технические и эксплуатационные характеристики конструкций за счет увеличения в несколько раз, в сравнении с железобетоном, динамических, прочностных, а также эксплуатационных характеристик материала; облегчить конструктивные части зданий и сооружений, снизить материалоемкость, сэкономив при этом металл, в сравнении с железобетоном, вплоть до 80 - 100%, уменьшить вес до 60 - 80 %. При необходимости, по желанию заказчика, возможно придание наружной поверхности изделий из стеклофибробетона эффекта полного водоотталкивания.

Будучи композитом, стеклофибробетон сочетает в себе положительные свойства бетонной матрицы, касающиеся высокой прочности на сжатие, и, вместе с тем, благодаря включению в работу стеклофибры, он имеет повышенные, в сравнении с обычным бетоном, показатели трещиностойкости, водонепроницаемости, эксплуатационной стойкости. В то время как бетон слабо сопротивляется растягивающим усилиям (что достаточно известно), фибробетон аналогичной марки может иметь в сравнении с бетоном предел прочности на растяжение при изгибе (Rpи) выше в 4-5 раз, на осевое растяжение (Rp) выше в 3-4 раза, ударную вязкость больше в 15-20 раз, а это важно для эксплуатации значительной части конструктивных элементов.  

      Несомненное достоинство изделий из стеклофибробетона (СФБ) - их повышенная декоративность, архитектурная выразительность и пластичность, что существенно для улучшения облика современных домов. Все это способствовало заметному возрастанию интереса к стеклофибробетону и расширению областей его эффективного использования в строительстве. Примеры применения СФБ в различных областях строительства приведены ниже.

       Следует выделить одну существенную деталь. Стеклофибробетон и конструкции на его основе имеют более высокую стоимость (в 1,2-2,5 раза выше) в расчете на один куб. м изделия в сравнении с традиционным бетоном и железобетоном. Однако этого не стоит пугаться. Благодаря высокому показателю конструкционного качества самого материала, изделия из СФБ обычно имеют незначительную толщину - 6-30 мм. И при равной несущей способности с толстенными бетонными изделиями стоимостные показатели СФБ изделий в пересчете на один кв. м изделия сопоставимы или в большинстве случаев предпочтительны в сравнении с бетонными. Кроме того, более низкая материалоемкость СФБ изделий позволяет снижать расходы на транспортировку, погрузочно-разгрузочные, монтажные работы. Становится возможным использование подъемно-транспортных средств малой грузоподъемности, что также немаловажно. 
      Реализация прогрессивных и экономичных конструктивных решений СФБизделий (при значительном уменьшении как толщины, так и всего сечения конструкции), создание принципиально новых строительных систем повышенного качества, основанных на благоприятных эксплуатационных и улучшенных физико-технических свойствах стеклофибробетона, позволяют ему успешно конкурировать с традиционными материалами. Это подтверждается, прежде всего, мировым опытом, а также более чем семилетним отечественным опытом становления и развития производства и применения стеклофибробетонных изделий в Москве, Казани, Дзержинске (Нижегородской области), номенклатура которых имеет постоянную и устойчивую тенденцию к обновлению и расширению. 
      Развитию производства и применения стеклофибробетонных изделий в отечественной практике во многом способствовала разработка с участием автора и ведущих специалистов НИИЖБ и МНИИТЭП, и введение в действие Ведомственных строительных норм "Проектирование и основные положения технологий производства фибробетонных конструкций" ВСН 56-97, Москва 1997 г. Была создана официальная нормативная база для расширенного применения СФБ конструкций в строительстве России, а также подготовлена технологическая основа для развития производства этого вида строительных конструкций.

 За истекший период накоплен положительный отечественный опыт изготовления и применения СФБ изделий. Технологические нормы, базирующиеся на разработанных регламентах, позволили выбрать и оптимизировать технологию с учетом вида, назначения и области применения тех или иных типов СФБ изделий и конструкций. Использование импортной техники позволило обеспечить стабильные высокие показатели качества изделий.
      Эффективность стеклофибробетона подтверждена обширным зарубежным и определенным отечественным опытом его применения в различных областях строительства.

      В облицовочных изделиях и накладных элементах стеклофибробетон помогает архитекторам придать зданиям большую индивидуальность и архитектурную выразительность. Это также касается случаев использования СФБ в типовых несущих конструкциях. Имеется возможность получения различных видов фактуры и цвета с учетом использования естественных окрашенных заполнителей и широкой гаммы пигментов, красителей, цветных цементов. Помимо применения объемного окрашивания используется прием имитации лицевой поверхности изделий под колотый камень, гранит, кирпич, мелкий рельеф, рваный камень и т.д.
      В особенности эффективны изделия из стеклофибробетона для архитектурного оформления фасадов, рельефные экраны для оформления стен, козырьков входа, тонкостенные рельефные ограждения лоджий, балконов, балюстрады, тонкостенные плитные изделия, элементы архитектурно-декоративного назначения. Примером последнего может быть применение из стеклофибробетона сборного навесного стенового карниза, состоящего из 800 рельефных элементов в построенном здании Правительства Москвы - Департаменте комплексного развития столицы.
      Использование формообразующих эластичных матриц на основе специальных видов полиуретана, относительно несложный процесс набрызга СФБ композиций в изделии позволяют получать конструктивные элементы различных пространственных конфигураций и форм. Все это дает возможность создавать качественно новый уровень фасадов зданий.
      Изделия из стеклофибробетона являются экологически чистыми, эстетичными, долговечными. Незаменимым качеством стеклофибробетонакасательно жизнедеятельности человека является отсутствие экранирующей способности материала, то есть его электромагнитная прозрачность. Это является несомненно ценным применительно к жилищу. В жилищном строительстве зарубежом СФБ используется в навесных стеновых панелях, для разделительных перегородок многоэтажных зданий, в межоконных вставках, самонесущих стеновых панелях.
      Отечественный опыт характеризуется эффективным применениемстеклофибробетонных цокольных плит и панелей с различным рельефом: имитация колотого камня, гранита, булыжника. В коттеджном строительстве применялись большеразмерные панели совмещенной кровли с рельефом классической черепицы. Эффективно использована московскими строителямистеклофибробетонная декоративная плитка на супербелом датском цементе для устройства навесных вентилируемых фасадов многоэтажных зданий. Для малоэтажного строительства перспективно применение изделий с листовойстеклофибробетонной обшивкой, в т.ч. и в многослойных панелях с легкой теплоизоляцией.
      В монолитном домостроении и при реконструкции существующих зданий оптимальным решением является применение стеклофибробетонных навесных панелей, в результате чего становится возможным обновлять фасады и кардинальным образом изменить архитектурный облик реконструируемых зданий за счет пластичности и разнообразия колористических решений.
      Использование стеклофибробетона в деле реставрации исторических зданий и комплексов, в строительстве культовых объектов обусловлено как высокими эксплуатационными свойствами и декоративностью материала, так и способностью СФБ композиций точно копировать практически любую форму матриц, на которых формуется изделие, и получать точные копии архитектурного орнамента, рисунка и рельефа, в том числе и взамен гипсовых накладных элементов. Примером применения СФБ при строительстве культовых сооружений является изготовление и монтаж стеклофибробетонных элементов двоякой кривизны сложного очертания для облицовки монолитных минаретов строящейся мечети.

      Успешно используется стеклофибробетон в специальных областях строительства и при благоустройстве. Долговечность и стойкость СФБ в условиях воздействия внешней среды позволили применить стеклофибробетонные изделия в инженерных сооружениях на МКАД, на третьем транспортном кольце г. Москвы в качестве несъемной опалубки-облицовки путепроводов в пролетных строениях, системах водостоков на скоростных автомагистралях, для облицовки тоннелей.
      Эффективно используется СФБ в компактных очистных сооружениях: емкостях-отстойниках, корпусах коалесцентных отделителей легких жидкостей (масло, бензин), резервуарах грязеотделителей, емкостях для комплектации очистных сооружений автомоек, обустраиваемых при строящихся многоэтажных гаражах и автопаркингах. При строительстве последних успешно используются вентилируемые стеклофибробетонные жалюзи-решетки.
      Эффективен по функциональным свойствам стеклофибробетон в работах по благоустройству - это малые архитектурные формы, контейнеры озеленения, быстромонтируемые павильоны, малые торговые залы.
      Стеклофибробетон используется в зарубежной практике при изготовлении чаш современных бассейнов для коттеджей и загородных домов с гарантией их долговременной эксплуатации. Высокие технические и эксплуатационные показатели, пластичность и декоративность этого материала обеспечили значительный ежегодный прирост его эффективного применения в зарубежном строительстве.
      Стеклофибробетон рекомендуется применять в тонкостенных элементах и конструкциях зданий и сооружений, для которых существенно важным является: 
 снижение собственного веса, повышение трещиностойкости, обеспечение водонепроницаемости бетона и его долговечности (в т.ч., в агрессивных средах), повышение ударной вязкости и сопротивления истиранию, наличие радиопрозрачности, а также повышение архитектурной выразительности и экологической чистоты. 
      Стеклофибробетон рекомендуется для изготовления конструкций, в которых могут быть наиболее эффектно использованы следующие его технические преимущества по сравнению с бетоном и железобетоном:
- повышенные трещиностойкость, ударная вязкость, износостойкость, морозостойкость и атмосферостойкость;
- возможность использования более эффективных конструктивных решений, чем при обычном армировании, например: применение тонкостенных конструкций, конструкций без стержневой или сетчатой распределительной и поперечной арматуры и др.;
- возможность снижения или полного исключения расхода стальной арматуры, например, в конструкциях с экономической ответственностью;
- снижение трудозатрат и энергозатрат на арматурные работы, повышение степени механизации и автоматизации при производстве фибробетонных конструкций, например, сборных тонкостенных оболочек, складок, ребристых плит покрытий и перекрытий, дорожных покрытий, монолитных и сборных полов промышленных и общественных зданий, конструкций несъемной опалубки и др.;
- возможность применения новых, более производительных приемов формования армированных конструкций, например, пневмонабрызга, погиба свежеотформованных листовых изделий и др.
   Размеры сечений элементов и конструкции назначаются исходя из следующих условий :
а) толщина плоских плит или полок ребристых плит сборных конструкций - не менее 15 мм;
б) толщина элементов несъемной опалубки и слоев стеновых панелей - не менее 10 мм;
в) толщина элементов ограждений балконов, лоджий и архитектурной отделки фасадов - по условиям эксплуатации, но не менее 15 мм;
г) толщина монолитных оболочек и складок покрытий - не менее 20 мм.

2.      Технические характеристики стеклофибробетона:

        Высокий предел прочности на сжатие, изгиб и растяжение (в 4-5 раз больше, чем у обычного бетона)

        Ударная прочность (выше, чем у обычного бетона в 10-15 раз)

        Водонепроницаемость

        Высокая стойкость к трещинообразованию (растрескиванию и отслаиванию)

        Устойчив к химической агрессии, не подвержен коррозии и гниению

        Устойчив к экстремальным климатическим воздействиям (морозостойкость - более 300 циклов)

        Теплоизоляция (повышает тепловые характеристики)

        Шумоизоляция (рассеивает и поглощает звуки)

        Изделия и конструкции из стеклофибробетона имеют относительно малый вес, легко и быстро монтируются

        Экологически чистый и безопасный материал, не содержит вредных компонентов

        Относится к категории несгораемых материалов

        Декоративные элементы, придающие индивидуальность и архитектурную выразительность

        Самые разнообразные цвета и фактуры лицевой поверхности

3.      Технические характеристики стеклофибробетона с пределами значений:

        Плотность (сухая) - 1700-2250 кг/м3

        Ударная вязкость по Шарпи - 1,1 - 2,5 кгхмм/мм2

        Прочность при сжатии - 490 - 840 кг/см2

        Предел прочности на растяжение при изгибе - 210 - 320 кг/см2

        Модуль упругости - (1,0 - 2,5) х 104 МПа

        Прочность на осевое растяжение: условный предел упругости - 28 - 70 кг/см2 предел прочности - 70 - 112 кг/см2

        Удлинение при разрушении - (600 - 1200) х 10-5 или 0,6 - 1,2%

        Сопротивление срезу: между слоями - 35 - 54 кг/см2; поперек слоев - 70 - 102 кг/см2

        Коэффициент температурного расширения - (8 - 12) х 10 - 6 С-1

        Теплопроводность - 0,52 - 0,75 Вт/см2 х С

        Водонепроницаемость по ГОСТ 12730 - W6 - W20

        Коэффициент фильтрации - 10-8-10-10

        Морозостойкость по ГОСТ 100600 - F150 - F300

        Сгораемость – несгораемый

        Огнестойкость - выше огнестойкости бетона

        Звукопоглощение при толщине 15 мм: 125 Гц - 27 дБ; 250 Гц - 30 дБ, 500 Гц - 35 дБ, 1000 Гц - 39 дБ,2000 Гц - 40 дБ.

Одним из наиболее прогрессивных видов армирования бетона является фибровое армирование, таким образом, фибровое армирование бетона дает начало материалу  - фибробетон. Соответственно по типу используемых фибровых отрезков различают классы фибробетона. Самые распространенные виды фибр для бетона следующие:
 - фибра стальная; 
 - фибра из щелочестойкого стекловолокна; 
 - фибра из обычного стекловолокна; 
 - фибра из синтетических волокон. 
     Из них экономически выгодным и одновременно технологически простым является фибровое армирование стекловолокном. 
          Расширение производства и применение конструкций изстеклофибробетона является важным резервом снижения стоимости строительства, экономии трудозатрат, повышения эксплуатационной надежности и долговечности строительных конструкций. 
По своему назначению стеклофибробетоны разделяются на конструкционные, гидроизоляционные, декоративные и специальные. Исходя из назначениястеклофибробетонов, им придаются соответствующие свойства за счет комбинации коротковолокнистых и длинноволокнистых элементов стекловолокнистой арматуры и технологии изготовления. 
           Стеклофибробетон предоставляет архитектору такое средство воплощения его замысла, с которым по пластичности, способности передавать рельеф поверхности, а также легкости не может соперничать ни один другой материал.Стеклофибробетон отличается малым весом, простотой обработки, низкими затратами на монтаж и транспортировку; создает понижение нагрузки на несущую конструкцию зданий, что дает существенное снижение затрат на сооружение фундамента и каркаса здания, что важно при реставрации и реконструкции; обладает низкой водопроницаемостью; огнестоек. Одно из направлений использования стеклофибробетона - архитектурный декор.