Szybki rozwój m.in. superplastyfikatorów, domieszek, dodatków i metod projektowania betonu pozwolił na polepszenie się urabialności – beton samozagęszczalny (Self-Compacting Concrete), zmniejszenie masy – beton lekki (Lightweight Concrete) czy wzrost wytrzymałości na ściskanie – beton wysokowytrzymałościowy (High Strenght Concrete). Należy jednak pamiętać, że wraz ze wzrostem wytrzymałości beton staje się materiałem bardziej kruchym, który nie pracuje w zakresie plastycznym.
W celu uniknięcia kruchego pękania, polepszenia właściwości mechanicznych oraz fizycznych możliwe jest dodanie do mieszanki betonowej włókien. W ten sposób powstaje fibrobeton (Fibre Reinforced Concrete), czyli kompozyt cementowy ze zbrojeniem rozproszonym w postaci włókien stalowych, polimerowych, polipropylenowych, szklanych, węglowych i innych [1]. W niniejszym artykule przedstawiono wpływ rozproszonego zbrojenia niemetalicznego na właściwości betonu.
Rodzaje włókien niemetalicznych
Charakteryzując włókna zbrojenia rozproszonego, należy zwrócić uwagę na:
- materiał,
- kształt,
- wymiary (długość l, średnicę d i smukłość l/d),
- objętość w mieszance betonowej Vf.
Efektywność włókien zależy głównie od powyższych parametrów, a także od ich przyczepności do stwardniałego zaczynu cementowego [2]. W celu zwiększenia powierzchni kontaktowej z zaczynem włókna mają falisty kształt lub są fibrylowane (podczas mieszania dochodzi do rozszczepienia ich końcówek).
Ze względu na materiał, z którego są wykonane, włókna do modyfikacji betonu można podzielić na metaliczne i niemetaliczne. Do tych pierwszych zaliczamy na przykład włókna stalowe, grupa druga jest natomiast bardzo zróżnicowana. Należą do niej: włókna syntetyczne (polimerowe, polipropylenowe), szklane, węglowe, bazaltowe i naturalne.
Włókna do zbrojenia betonu dzieli się ponadto na makrowłókna i mikrowłókna. Różnią się one przede wszystkim długością, ale również funkcją, jaką spełniają w betonie.
![]() |
![]() |
RYS. 1. Wpływ mikrowłókien na mostkowanie mikropęknięć i zwiększenie wytrzymałości na rozciąganie. Objaśnienia: 1 – makrowłókno, 2 – mikropęknięcie, 3 – mikrowłókna mostkują mikropęknięcia; rys.: [3] |
RYS. 2. Wpływ makrowłókien na mostkowanie makropęknięć i wzrost ciągliwości. Objaśnienia: 1 – makropęknięcie, 2 – makrowłókna mostkują makropęknięcie; rys.: [3] |
Makrowłókna nazywane są czasami włóknami konstrukcyjnymi, ponieważ mogą zastępować tradycyjne zbrojenie w postaci prętów stalowych. Mają zatem zdolność do przenoszenia obciążeń działających na konstrukcję. Zaletą stosowania fibrobetonu jest więc oszczędność czasu potrzebnego do wykonania zbrojenia stalowego, a tym samym kosztów realizacji inwestycji. Zazwyczaj długość makrowłókien waha się od 30 do 50 mm.
Mikrowłókna są krótsze i nie pełnią funkcji nośnej. Minimalizują skurcz plastyczny i ograniczają powstawanie rys w betonie. Pomagają zatem poprawić trwałość konstrukcji i zmniejszyć koszty jej utrzymania.
Ideę łączenia w mieszance betonowej włókien krótszych i dłuższych (Hybrid-Fibre Reinforced Concrete) pokazano na RYS. 1 i RYS. 2.
Mikrowłókna mostkują mikropęknięcia, kiedy te pojawiają się w betonie. Są bardziej efektywne od makrowłókien, ponieważ przy tej samej objętości ich liczba jest większa. W związku z tym już w początkowej fazie rozciągania zwiększa się wytrzymałość betonu.
![]() |
RYS. 3. Wpływ zawartości makrowłókien syntetycznych na wytrzymałość na ściskanie; rys.: [4] |
Kiedy dojdzie do połączenia się mikropęknięć i powstania makropękniecia włókna dłuższe włączają się do współpracy i zaczynają przeciwdziałać zwiększaniu się rysy. W ten sposób, mimo ciągle zwiększających się odkształceń, beton jest w stanie przenosić znaczące obciążenie, polepsza się zatem ciągliwość betonu [3].
Efektywność łączenia tych dwóch rodzajów włókien potwierdzono m.in. w badaniach [4], gdzie po dodaniu mikrowłókien do mieszanki betonowej z makrowłóknami poprawiła się wytrzymałość na ściskanie (RYS. 3), rozciąganie i zginanie oraz rysoodporność.
Tosun-Felekoglu i in. w swoich badaniach [5] udowodnili, że dzięki mieszance typów włókien możliwe jest uzyskanie betonu o lepszej wytrzymałości na zginanie i zwiększonej udarności. Z kolei w pracy Silvy i in. [6] zanotowano wzrost wytrzymałości na ściskanie i zginanie.
Czytaj też: Fibrobeton jako materiał konstrukcyjny >>>
O czym przeczytasz w artykule? | Abstrakt |
---|---|
Rodzaje i właściwości niemetalicznych włókienWókna polimeroweWłókna polipropylenoweWłókna szklaneWłókna węgloweWpływ włókien na parametry betonu |
Fibrobeton jest to kompozyt cementowy ze zbrojeniem
rozproszonym w postaci włókien metalicznych bądź niemetalicznych. Ze
względu na długość rozróżnia się mikro- i makrowłókna. Włókna dłuższe
mają zdolność przenoszenia obciążeń działających na konstrukcje, dzięki
czemu mogą pełnić funkcję konstrukcyjną, a tym samym zastępować
tradycyjne zbrojenie prętowe. Włókna krótsze, w wyniku ich dużej liczby
nawet przy małym dozowaniu, są o wiele bardziej efektywne w wiązaniu
mikropęknięć i ograniczaniu powstawania rys skurczowych. Popularna jest
także idea łączenia mikro- i makrowłókien.
|
DOŁĄCZ DO NEWSLETTERA – kliknij tutaj » |