При добавлении фибры

Микродисперсное армирование
конструкций
Введение
История развития фибробетона
Античные времена:
глиняные кирпичи обожженные
на солнце, раствор упрочнялся
соломой и звериным ворсом
Современность:
Высокопрочный бетон хрупок и требует
дополнительной защиты
Введение
Влияние фибры на распределение трещин
При добавлении фибры:
- предотвращение распространения трещин;
- появление многочисленных, но очень узких и обычно
безвредных трещин.
 при растяжении:
- увеличение прочности на растяжение;
 при сжатии и ударных нагрузках: - улучшение контроля над трещинами,
поглощение энергии за счет развития более мелких трещин, деформации
фибр и т.д.
Введение
Влияние фибры на распределение трещин
Влияние полимерной фибры на пластическую
усадку:
• Фибра начинает работать с появлением трещин;
• Мостики из фибры противодействую росту
трещин;
• С ростом трещины фибра вытягивается, но не
разрывается;
• Вытягивание сопровождается сопротивлением за
счет трения и адгезии;
Введение
Влияние фибры на распределение трещин
Армирование фиброй для сопротивления местным повреждениям
Местное повреждение железобетона
Фиброармирование – универсальный контроль над развитием трещин
Введение
Влияние фибры на распределение трещин
Влияние пластичности / дуктильности на долговечность
• Ограничение ширины раскрытия трещин в
результате вынужденных и остаточных
напряжений а так же при воздействии
внешних нагрузок
Типичное повреждение
 ограничение проникновения жидкостей и
газов (агрессивных сред)
 «Самоисцеление» мелких трещин
• Ограничение повреждений конструкций в результате коррозионных процессов
 позитивное влияние на несущую способность, эксплуатационную
пригодность и внешний вид
Введение
Влияние фибры на распределение трещин
Влияние пластичности / дуктильности на работу конструкции
• Повышение несущей способности при
статической нагрузке
 перегруппировка сил;
 перераспределение напряжений;
 нет ослабления из-за откалывания
бетона
• Повышение уровня безопасности из-за
раннего «уведомления» о предстоящем
отказе
• Высокое сопротивление при ударной
нагрузке
 безопасность во время работы;
 сокращение затрат на ремонт
фото: Yoshimine (2001)
Введение
Влияние фибры на распределение трещин
Бетонная опора под действием циклических нагрузок
Fischer (2004)
Железобетон
Железобетон с фиброй
Введение
Влияние фибры на распределение трещин
Использование в армированных элементах
железобетон
армированный
железобетон
железобетон
армированный
железобетон
ПАН и углеродная фибра
Полиакрилонитрильная фибра специальной обработки для бетонов
FibARM Fiber WB СТО 61664530-024-2012
Волокно
FibARM
Fiber WB
Плотность,
г/см3
Диаметр,
мкм
Модуль
упругости,
МПа
Прочность на
растяжение,
Мпа
Удлинение при
разрыве,
%
Щелоч
естойкость
1,0-1,17
14-31
6000
>500
26
++
Длина резки волокна, мм 6; 12; 18; 28; 36; 60; - 150.
Температура плавления – свыше 1800С
Температура размягчения с одновременной деструкцией — свыше 2200
Преимущества:
 повышается прочность бетона на сжатие от 5% до 10%;
 повышается прочность бетона на растяжение при изгибе от 20 до 80%
 повышается прочность на растяжение при раскалывании до 20%;
 усадочные процессы уменьшаются до 80%;
 повышается ударная прочность от 150 - 200%;
 трещиностойкость по удельным энергозатратам на статическое
разрушение увеличивается с 20-260 %;
 увеличивается износостойкость, устойчивость к истиранию и пылению
до 30%;
повышается морозостойкость до 40%.
ПАН и углеродная фибра
Полиакрилонитрильная фибра специальной обработки для бетонов
FibARM Fiber С СТО 75969440-020-2011
Волокно
FibARM
Fiber С
Плотность,
г/см3
Диаметр,
мкм
Модуль
упругости,
МПа
Прочность на
растяжение,
Мпа
Удлинение при
разрыве,
%
Щелоч
естойкость
1,7-1,8
6-9
180-230
2500-2850
0,8
++
Длина резки волокна, мм 6; 12; 18; 28; 36; 60; - 150.
Не плавится, не разлагается, температура воспламенения 30000С
Преимущества:
 эффективный микронаполнитель в опасных производствах для снятия электростатического электричества;
повышается прочность бетона на сжатие от 40 до 60%;
 повышается прочность бетона на растяжение при изгибе от 100 до 200%;
 прочность бетона на растяжение при раскалывании от 250-400;
 повышается ударная прочность до 500%;
 увеличивается износостойкость, устойчивость к истиранию и пылению до 100%;
 трещиностойкость по удельным энергозатратам на статическое разрушение увеличивается до 800%;
 увеличивается водонепроницаемость до 100%;
 повышается морозостойкость до 200%.
Преимущества ПАН и УВ армирования
Преимущества:
 абсолютная стойкость к воздействию различных агрессивных сред, совместимы
с любыми химическими добавками в бетоны;
 за счет малого диаметра УВ волокон достигается объемное армирование
цементной матрицы более чем на 6 порядков по сравнению с армированием
стальной фиброй. Таким образом, УВ фибра быстрее включается в работу
конструкции;
 специально подобранные ПАВ для фибры позволяют ее использование как при
сухом, так и при мокром замешивании, обеспечивая ее равномерное
распределение в цементной матрице;
 получаемые конструкции с синтетическим армированием имеют малую массу,
при высоких физико-механических показателях, что снижает трудозатраты при
изготовлении, монтаже и транспортировке;
 гарантированное стабильное качество продукта.
Физико-механические характеристики
Тяжелый бетон
Изменение физико-механических свойств армированных бетонов в %, по сравнению с
неармированным составом В35 F200 П3*
Наименование фибры
Плотность
Fiber WB, 12 мм 0.33 текс
1,2
-1,3
24,5
1,0
-11,8
Fiber WB, 18 мм 0.33 текс
Fiber WB, 24 мм 0.33 текс
Fiber WB, 12 мм 0.56 текс
Fiber WB, 18 мм 0.56 текс
1,2
1,2
1,2
1,2
0,8
-0,4
-0,4
1,7
12,2
38,8
20,4
34,7
13,3
2,7
13,2
11,9
-29,4
11,8
-35,3
-11,8
Наименование фибры
Процент
армирования,
%
Плотность,
кг/м3
-
2400
Контрольный состав тяжелого бетона
без армирования
Прочность на
Прочность при
растяжение
сжатии,
при изгибе
Водопоглощение
Доля
армирования,
кг/м3
Прочность на
растяжение Прочность при
сжатии, мПа
при изгибе,
МПа
4,9
Водопоглощение, %
47,7
1,7
повышается прочность бетона на сжатие до 10%;
повышается прочность бетона на растяжение при изгибе от 15 до
40% ( в зависимости от длины волокна);
повышается морозостойкость до 40% (повышает марку по
морозостойкости).
Результаты совместных исследований МГСУ
Физико-механические характеристики
Ячеистый бетон
Изменение физико-механических свойств армированных ячеистых бетонов в %, по сравнению с
неармированным составом разных плотностей
Вид ячеистого бетона
Дозировка фибры, кг/м3
смеси
Предел прочности
на сжатие Rсж
МПа
D200
D500
D800
D300
D500
D800
%
Предел прочности на
растяжение при изгибе
Rизг
МПа
%
Газобетон автоклавного твердения с углеродной фиброй 12мм
1,35
6,3
0,32
0,1
3,18
7,4
0,71
0,75
11,15
2,3
1,45
1,6
Пенобетон после ТВО с ПАН фиброй 12мм
0,91
9,0
0,15
0,25
1,68
10,5
0,42
0,7
3,9
5,1
0,94
1,5
60
61
18
88
58
25
Физико-механические характеристики
Технология торкрет-бетонирования
Преимущества ПАН армирования (12мм) при мокром торкретировании:
 увеличивается кубиковая и призменная прочности при сжатии от 5-20%;
 увеличивается прочность на растяжение при изгибе от 5% до 25%;
 прочность при растяжении при раскалывании до 8%;
 уменьшается водопоглощение до 10%;
 уменьшается истираемость до 10%;
 трещиностойкость по показателю удельных энергозатрат и статическому джей-интегралу
увеличивается в 1,5 раз, статическому коэфф. интенсивности напряжений в 1,2 раза ( при
дозировке фибры 1,2кг/м3), а так же 2,57/3,87 соответственно ( при дозировке 3,6кг/м3).
Преимущества УВ армирования (12мм) при мокром торкретировании:
 прочность при растяжении при изгибе увеличивается до 40%;
 трещиностойкость по показателю удельных энергозатрат и статическому джей-интегралу
увеличивается в 9-11 раз, статическому коэфф. интенсивности напряжений в 1,6 раза ( при
дозировке фибры 5,4кг/м3).
Физико-механические характеристики
Трещиностойкость ячеистого бетона
D800 без фибры
D800 с фиброй
Экономический расчет
Экономическая эффективность
Наименование фибры
Контрольный состав тяжелого
бетона класса В35 без
армирования
Состав тяжелого бетона класса
В40 за счет армирования ПАН, 18
мм
1
Экономия
Прочность на Прочность ВодопоглоПрямое
за счет
Процент
при
Плотность, растяжение
щение,
%
армирования,
удорожание повышени
кг/м3
при изгибе,
сжатии,
кг/м3
бетона,*%
я класса
МПа
мПа
бетона, %
2400
4,9
47,7
1,7
6%
1,2
2380
5,5
54,1
1,2
7%
-
2
3
4
5
6
7
Газобетон**
0,75
477
0,71
3,18
-
14%
Снижение
брака
50%
Пенобетон
0,7
495
0,42
1,68
-
8,5%
60%
* при цене фибры 207 руб/кг;
цены на бетон приняты усредненные по Москве
Прямое удорожание бетона может составить от 1% до 7% (без учета трудозатрат), но и иногда может быть
дешевле на 10% в зависимости от цен конкретного поставщика бетона.
** при цене за УВ 500 руб/кг.
Нормативно-техническая документация
Среди основных действующих нормативных документов на фибробетоны можно выделить
следующие:
•СТБ EN 14889-1-2009 Фибра для бетонов часть 2. Полимерные волокна. Определения,
технические требования и соответствие;
•СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции;
•СНиП 2.03.03-85 Армоцементные конструкции;
•ВСН 56-97 Проектирование и основные положения технологий производства фибробетонных
конструкций;
•DIN EN 14888-7 Содержание фибры в торкрет бетоне, DIN EN 512 Напорные трубы из
фиброцемента
•и др.
Наиболее близким нормативным документом для сравнения можно выделить ВСН 56-97,
который регламентирует основные требования к проектированию, технологии бетонирования.
Мировой опыт применения дисперсного армирования
Интенсивность землетрясений
1 балл (незаметное)
2 балла (очень слабое)
3 балла (слабое)
4 балла (умеренное)
5 баллов (довольно сильное)
6 баллов (сильное)
Контролируемое
сопротивление
трещинообразованию
7 баллов (очень сильное)
8 баллов (разрушительное)
9 баллов (опустошительное)
Прогнозирование сопротивления
трещинообразованию/возможная ремонтопригодность
10 баллов (уничтожающее)
11 баллов (катастрофа)
12 баллов (сильная катастрофа)
Вязкое разрушение конструкций / уменьшение количества
жертв от обрушений
Опыт применения дисперсного армирования
Фундаменты объектов ЛАЭС-2 в г. Сосновый Бор
Мировой опыт применения дисперсного армирования
Восстановление бетонных конструкций
Мировой опыт применения дисперсного армирования
Восстановление бетонных конструкций
Ремонт бетонного резервуара насосной гидроэлектростанции, Тюрингия
Мировой опыт применения дисперсного армирования
Повышение пластичности и энергопоглощения отдельных сильно нагружаемых
участков
Мировой опыт применения дисперсного армирования
Демпфирующие элементы для железобетонного здания. Токио
Мировой опыт применения дисперсного армирования
Долговечные стыковые плиты мостового настила, Мичиган
Опоры моста под швом
Шов перед ремонтом
Фибра в асфальт
27
ПАН фибра
Нормативные документы
1. Стандарт организации СТО 2272-007-2011;
2. Санитарно-эпидемиологическое заключение;
3. СТО по методике применения на АБЗ;
4. ОДМ по применению синтетического волокна;
5. Отчеты ведущих НИИ (РосДорНИИ, НИИМострой, Дортехпроект);
6. Отчеты 9 региональных лабораторий (Тверскя обл., Калужская обл.,
Чувашия, Башкортостан, Тюменская обл., Ульяновская обл., Саратовская
обл., Красноярский край, Московская обл.)
7. Официальные подтверждения об укладке 11 участков с применением
фибры
28
Физико-технические характеристики
Сводные результаты ДАБС
Преимущества:
•Повышается предел прочности при сжатии при температуре
20°С от 40% - 100%;
•Повышается предел прочности при сжатии при температуре
50°С от 30% - 80%;
•Повышается водостойкость до 15%;
•Улучшается сдвигоустойчивость по коэффициенту внутреннего
трения до 15%;
•Улучшается сцепление при сдвиге при температуре 50°С до
30%;
•Улучшается предел прочности при растяжении при расколе
при температуре 0°С и скорости деформирования 50 мм/мин
до 30%;
*сравнительные результаты представлены для асфальтобетонов марок типа Б и ЩМА для II
климатической зоны согласно требованиям ГОСТ 9128-97
ТР 103-07 «Технические рекомендации по устройству дорожных
конструкций с применением асфальтобетона», п.6.12 Асфальтобетонные
смеси с армирующими волокнистыми наполнителями
Асфальтобетонные смеси с волокнистыми наполнителями позволяют
получить армированные асфальтобетоны, обладающие повышенной
трещиностойкостью при пониженных температурах и устойчивостью в
отношении образования пластических деформаций при высоких
температурах.
Эксплуатационные характеристики армированного бетона
Лабораторные испытания
Исходная
асфальтобет
онная смесь
асфальтобет
онная смесь
с фиброй
Сдвигоустойчивость по коэфф. внутреннего трения
Средняя глубина колеи после 20000 проходов колеса,
мм по EN12697.22-:2003
Скорость образования колеи, мм/1000 циклов
нагрузки по EN12697.22-:2003
не менее - 0,87
-
0,89
5,05
0,95
2,8
-
0,095
0,0345
* Гранулометрический состав минеральной части в испытанных образцах составов № 1 и № 2 одинаков.
** Данные испытания, проводимые по методике EN12697.22-:2003, определяют восприимчивость асфальтобетонных материалов к
образованию колеи, возникающей под действием повторяющихся проходов нагруженного колеса при температуре окружающего
воздуха +60°С.
Ульяновская область (дорога Майна-Новая-Аниково-Сущевка)
Процесс укладки 2011г.
Ульяновская область (дорога Майна-Новая-Аниково-Сущевка)
Спустя 9 мес. Эксплуатации- весна 2012г.
Участок
без
фибры
Участок с
фиброй
Ульяновская область (дорога Майна-Новая-Аниково-Сущевка)
Спустя 9 мес. Эксплуатации- весна 2012г.
Участок
без
фибры
Участок с
фиброй
Ульяновская область (дорога Майна-Новая-Аниково-Сущевка)
Спустя 9 мес. Эксплуатации- весна 2012г.
Участок
без
фибры
Участок с
фиброй
Ульяновская область (дорога Майна-Новая-Аниково-Сущевка)
Спустя 12 мес. Эксплуатации- осень 2012г.
Красноярский край (а/д Красноярск-Енисейск)
Процесс укладки 2011г.
В феврале 2012 года было проведено обследование опытного участка. При этом выявлены
три поперечные трещины на всю ширину покрытия (124+480; +545 и +618). Определение
ширины раскрытия трещин производилось через каждые 0,2 м по длине трещины. В
результате статистической обработки результатов измерений выявлено, что средняя
ширина раскрытия трещин в покрытии из фиброасфальтобетона на 1,3 мм меньше чем в
покрытии из неармированного асфальтобетона на соседней полосе.
Московская область
Можайская плотина
Технология подачи
Ручной и полуавтоматический режим дозирования
Специальный
люк в смесителе
шнек
Подача в
шнек через
воронку
Возможна также пневмотическая транспортировка фибры.
Технология подачи
Схема автоматического режима дозирования
Технология подачи
Распределение волокна по «сухому» перемешиванию
Технико-экономический расчет
Расчеты ООО «Дортехпроекта»
Согласно расчетам ООО «Дортехпроект» г. Саратов дисконтированные дорожные затраты за срок
службы составляют:
- покрытие из асфальтобетона марки I типа Б (базисная технология) – 289,84 тыс. руб./1000м2 покрытия
толщиной 4 см;
- покрытие из асфальтобетона марки I типа Б с ПАН-фиброй (новая технология) – 279,95 тыс.
руб./1000м2 покрытия толщиной 4 см.
Чистый дисконтированный доход (ЧДД) в ценах на 01.01.2000г. - 9,89 тыс. руб./1000м2. В ценах 2010 г.58,05 тыс. тыс. руб./1000м2 покрытия. Индекс доходности (ИДД): 1,1.
Точка безубыточности: 8 лет 4 мес. 22 дн.
Экономия средств на 14 год эксплуатации при ремонте покрытий с использованием асфальтобетонных
смесей с фиброй, при средней ширине покрытия 7,0м, при ремонте 100 км дорог может составить:
100000 м × 7,0 м / 1000 м2 × 9,89 тыс. руб./1000м2 × 5,87 = 40,64 млн. руб
Заключение
Использование ПАН фибры в дорожном полотне позволяет:
 Добиться объемного армирования;
 Существенно увеличить деформативные характеристики;
 Увеличить звукопоглощение;
Увеличить несущую способность дороги;
 Увеличить сроки межремонтных работ;

!!!
Спасибо за внимание!
КООРДИНАТЫ
Холдинговая компания «Композит»
109316 г. Москва, Волгоградский пр-т, д. 43, корп. 3
www.hccomposite.com
+7 495 787 88 28
45