Бетонные полы, армированные металлической фиброй

Бетон достаточно хрупкий конструкционный материал, его прочность на растяжение составляет около 10-15% от прочности на сжатие. Для повышения прочности бетона на растяжение традиционно применяется армирование стальными стержнями (арматурной сеткой), что превращает бетон в железобетон. Для того чтобы растягивающие усилия, возникающие в процессе эксплуатации, воспринимались стальной арматурой, а не бетоном она должна располагаться в нижней (верхней) трети силовой плиты. Важное значение для надежной работы системы бетон / арматура имеет защитный слой, толщина которого, согласно строительных норм, не может быть меньше размера наиболее крупного заполнителя бетонной смеси. Минимальная же толщина бетонной плиты не может быть менее 4-х размеров наиболее крупного заполнителя. Применение железобетонных конструкций с традиционными методами армирования обеспечивает повышение прочности при изгибе в 2,5-3 раза. Однако, конструкции такого типа имеют существенные технологические недостатки:
Необходимость предварительного монтажа арматуры – существенно увеличивающего продолжительность работ;
Более высокие требования к уплотнению бетонной смеси, особенно при объемном каркасе армирования;
Выбор необходимой толщины бетонной плиты обуславливается не только прочностным расчетом, но и правилами размещения армирующих элементов.
Указанные недостатки, а также ряд других причин обусловили применение так называемого метода распределенного армирования состоящего в добавлении в состав бетонной смеси высокопрочных волокон (фибры). Тем самым изменяется сама структура бетона, и бетон приобретает новые свойства.
Стальная фибра для бетонных полов обычно представляет собой стальную проволоку длиной от 30 до 80 мм, диаметром 0,5-1,2 мм, прочностью на растяжение около 1000 МРа и более, специально профилированную
Вне зависимости от формы и способа изготовления, эксплуатационные качества фибры для бетонных полов зависят как от дозировки (кг/м³) так и от параметров фибры (прочности на разрыв, длины, диаметра, анкеровки). Эффективность работы фибры повышается с увеличением отношения l/d (отношение длины к диаметру). Однако, при этом возникают проблемы при перемешивании бетона, что делает наиболее оптимальным применение стальной фибры имеющей отношение l/d = 60 - 80.
Стальные фибры, получаемые путем резки стальной проволоки при d = 0,3 - 0,5 мм и относительной длине l/d = 60 - 80 имеют свой оптимальный интервал армирования (m = 0.5 - 2% объему).
Фибра, может быть изготовлена из нержавеющей стали, с покрытием и без покрытия. Номинальный расход 20 - 40 кг/м³ бетона. Стальная фибра, будучи хорошо перемешена, представляет собой равномерно распределенную арматуру.
Преимущества стальной фибры перед традиционным армированием при устройстве бетонных полов:
Уменьшение времени, затрачиваемое на установку арматуры, так как фибра может быть добавлена на бетонном заводе или непосредственно в миксер (время перемешивания 5-15 минут).
Увеличение вибрационной стойкости бетона, так как вибрация, распространяясь по арматурной сетке, способствует разрушению бетона.
Не препятствует образованию микротрещин, но хорошо удерживает трещины от расширения и перерастания микротрещин в макротрещины.
При замене арматурной сетки на стальную фибру, возможно, существенно уменьшить толщину стяжки, при сохранении несущей способности бетонной плиты.
Повышается коррозионная стойкость. При коррозии арматуры в бетоне происходит значительное увеличение ее объема, что приводит к разрушению защитного слоя.
Возможность получения монолитных, бесшовных бетонных конструкций. При внесении стальной фибры 40 кг на 1 м³ бетона и толщине плиты 150 мм швы нарезаются с шагом 30×30 метров.