лекц.№9

ТЕМА №1. СОВРЕМЕННЫЕ НЕСУЩИЕ СИСТЕМЫ ЗДАНИЙ
ЛЕКЦИЯ №9
Фибробетон – материал XXI века
1. Область применения.
2. Особенности расчета.
3. Трубобетонные конструкции.
Литература.
1. СП 52-104-2006 «Сталефибробетонные конструкции». М., ГосСтрой России.
ГУА НИИЖБ, 2006, 80 с.
2. РТМ-17-01-2002. Руководящие технические материалы по проектированию и
применению сталефибробетонных строительных конструкций. М., ГосСтрой
России. ГУП НИИЖБ, 2005, 73 с.
3. Рабинович Ф.Н. Композиты на основе дисперсно-армированных бетонов. М.,
2004.
1. Область применения
Фибробетон, как и традиционный бетон, представляет собой композиционный
материал, включающий дополнительно распределенную в объеме фибровую
арматуру.
• Главными показателями свойств у фибробетонов можно считать
следующие:
- прочность при сжатии, осевом растяжении, растяжении при изгибе;
- начальный модуль деформаций;
- морозостойкость;
- водонепроницаемость;
- истираемость;
- ударную прочность (вязкость).
- Установлены
следующие
области
рационального
применения
фибробетонов:
- монолитные конструкции и сооружения (автомобильные дороги,
перекладка покрытия, промышленные полы, выравнивающие полы,
мостовые настилы, ирригационные каналы, взрыво- и взломоустойчивые
сооружения, водоотбойные дамбы, огнезащитная штукатурка, емкости для
воды, обделки тоннелей, пространственные покрытия и сооружения,
оборонные сооружения, ремонт монолитных конструкций полов, дорог и
др.);
- сборные элементы и конструкции (железнодорожные шпалы,
трубопроводы, склепы, балки, ступени, стеновые панели, кровельные
панели и черепица, модули плавающих доков, морские сооружения, взрывои взломоустойчивые конструкции, плиты аэродромных, дорожные,
тротуарных покрытия и креплений каналов, карнизные элементы мостов,
сваи, шпунт, обогревательные элементы, элементы пространственных
покрытия и сооружений, уличная фурнитура.
- В Москве организовано опытное производство фибры из полипропилена на
Московском нефтеперерабатывающем заводе.
Стальные фибры
1 –фибра ВНИИМЕТИЗ, Магнитогорск;
2 – фибра калибровочного завода г.Магнитогорск;
3 – фибра ОАО «Диона», г.Москва;
4 – фибра НПО «Волвек Плюс», г.Челябинск;
5 – фибра Dramix, Бельгия;
6 – фибра Mannesmann Handel, Германия;
7 – фибра Harex, Германия
Фибробетон - разновидность железобетона, дисперсно-армированная
различными высокопрочными модифицированными волокнами (стальными и не
стальными).
Можно выделить три основных разновидности дисперсно-армированного
бетона:
- сталефибробетон (стальные фибры);
- фибробетон с минеральными волокнами (стекловолокно, базальт);
- фибробетон с синтетическими волокнами (полипропилен, нейлон, полиэфир,
акрил, углеводные и др.)
Дисперсно-армированные бетоны прочно и устойчиво завоевывают свое
место в различных областях строительства (табл. 1), благодаря непревзойденным
показателям
по
прочности,
долговечности,
износостойкости,
водонепроницаемости, трещиностойкости, ударной вязкости, выносливости,
морозостойкости.
Формы сечения и средняя длина основных типов стальных фибр
Область применения сталефибробетона
в строительных конструкциях зданий и сооружений
Монолитные конструкции и сооружения
Автомобильные дороги
Перекладка покрытия
Промышленные полы
Выравнивающие полы
Мостовые настилы
Ирригационные каналы
Взрыво- и взломоустойчивые сооружения
Водоотбойные дамбы
Огнезащитная штукатурка
Емкости для воды и др. жидкостей
Обделки тоннелей
Пространственные покрытия и сооружения
Оборонные сооружения
Малоэтажные жилые здания
Каркас и элемент зданий
Сборные элементы и конструкции
Железнодорожные шпалы
Элементы труб
Склепы
Балки
Ступени
Стеновые панели
Кровельные панели и черепица
Модули плавающих доков
Морские сооружения
Взрыво- и взломоустойчивые конструкции
Плиты аэродромных, дорожных,
тротуарных покрытий и креплений
каналов
Карнизные элементы мостов
Сваи, шпунт
Обогревательные элементы
Элементы пространственных покрытий и
сооружений
Уличная фурнитура
Сравнительная характеристика эксплуатационных свойств
обычного бетона и фибробетона
Сталефибробетон
Стальную фибру производят следующими способами:
- резкой из тонкой проволоки;
- резкой из тонкого стального листа;
- фрезированием слябов;
- вытяжкой из расплава.
Размеры фибры - от 0,2 мм до 2,0 мм в диаметре от 5 мм до 160 мм в длину,
наиболее употребляемые
1,7 - 63,5 мм. Прочность на растяжение стальной
фибры в зависимости от вида колеблется от 400 до 1360МПа. Расход стальной
фибры в зависимости от толщины и назначения конструкции на 1 м3 бетона
составляет от 20 до 240 кг (наиболее употребительный расход 80-120 кг, для
дорожных и аэродромных покрытий - 40-120 кг/м . Объемное рациональное
содержание 0,5 - 2%.
Для увеличения сцепления между стальными фибрами и бетоном рекомендуются
волокна периодического профиля, с рельефной и деформированной
поверхностью, различной формы сечений, гнутые волокна, с отгибами на концах,
с различными анкерами и т.д.
Сталефибробетон по сравнению с неармированным бетоном имеет ряд
преимуществ:
- повышение прочности при сжатии до 25%;
- повышение прочности на растяжение при изгибе до 250%;
- повышение прочности при осевом растяжении до 60-80%;
- повышение сопротивления удару до 10-12 раз;
- повышение модуля упругости до 20%;
- повышение долговечности конструкций и увеличение межремонтного цикла
при их эксплуатации в 1,8 - 2,0 раза;
- повышается
морозостойкость,
водонепроницаемость, сопротивление
знакопеременным температурам, сопротивление абразивному износу и др.;
- фибровое армирование придает бетонной матрице пластический
характер и повышенную трещиностойкость.
2. Особенности расчета (по СП-52-104-2006. Сталефибробетонные
конструкции)
Сталефибробетонные конструкции в зависимости от их армирования
подразделяются на конструкции:
- только с фибровым армированием;
- с комбинированным армированием фиброй в сочетании со стержневой
или проволочной арматурой.
Вид армирования следует принимать в соответствии с требованиями
нормативов. Там же приводятся методика расчета сталефибробетонных элементов
и конструкций. Приводимые расчетные схемы и подход к расчету близок к
железобетону.
Рассмотрим расчет изгибаемых элементов по I группе предельных
состояний (по прочности сечений, нормальных к продольным).
Характеристики расчетной схемы:
- геометрические характеристики b, h, x, z;
- физические характеристики Rfbt, Rfb ;
- статические
 M  0;  N  0;
 M  0; M  M
 N  0; N  N  0
x
y
x
y
ñå÷
fb
fbt
О физико-механических характеристиках материала
R fbt  f ( Rbt , 
и др. факторы)
При выборе Rfbt, рассматриваются два возможных случая разрушения материала
при растяжении.
Критерием является параметр λ, характеризующий соотношение длины фибры
(Lf) и ее заделки в бетон:
 f ,àí 
При соотношении  f ,àí 
f
 d f ,red R f , ser
Rb , ser
имеем 1-й случай: сопротивление разрушению
2
исчерпывается из-за отрыва некоторого количества фибр и выдергивается из
остальных.
Тогда
mt -

R fbt  mt  KT K or2  fv R f

 l f ,àí
1 
lf




0.1
R
(0.8

2


0.005)


b
fv


коэффициент условия работы и т.д. (см. [1]).
При соотношении  f ,àí 
f
имеем 2-й случай, характеризующий исчерпание
2
сопротивления растяжению фибробетона выдергиванием условно всех фибр из
бетона.


K or2  fv l f
R fbt  m2 Rb  KT
 0.08  0.5 fv 
8 d f ,red


Сопротивление фибробетона сжатию определяется по формуле:
R fbt  Rb  ( Kn2 f  fv R f )
Анализ формулы показывает, что сопротивления фибробетона растяжению и
сжатию зависят от соответствующих прочностных характеристик бетона,
сопротивления растяжению материала фибр, коэффициента армирования и др.
параметров, формулы которых приводятся в СП, но объяснить физическую их
суть невозможно.
3. Трубобетонные конструкции
Трубобетон - разновидность железобетона, в котором в качестве арматуры
используется материал трубы, увеличивающий несущую способность
конструкции за счет сдерживания поперечных деформаций бетона (эффект
обоймы) и работы на сжатие.
Трубобетонные элементы используются в основном в конструкциях,
работающих на сжатие.
Передача сжимающих усилий может производиться как на бетон, так и на трубу.
т.е. бетон работает в условиях всестороннего сжатия
Труба, работая как обойма, в несколько ( до 5-ти)
способность бетона:
раз повышает несущую
Rb*  Rb  4.16m
Оценка несущей способности трубобетонного элемента производится по
зависимости:
N  Rb F   T Fa
где а - коэффициент использования обоймы:
  1
k 1
3
k - эффективность обоймы.
Величина не постоянная, а зависящая от толщины стенки трубы,
коэффициента армирования, диаметра и др. факторов.
Эффективность
трубобетонных
конструкций
с
использованием
в
качестве колонн многоэтажных каркасных зданий:
 отсутствие армирования стержневой арматурой как продольного, так и
поперечного направления;
 прочность бетона внутри трубы повышается;
 высокая скорость возведения элементов каркаса здания из трубобетона,
которая превосходит в 3-4 раза аналогичную с применением
классической щитовой опалубки (в итоге сроки строительства объекта
сокращаются в 1,5-2 раза, а себестоимость на 25-30%);
 стальная труба позволяет производить последующий монтаж опалубки
сразу после укладки бетонной смеси без достижения бетоном прочности,
необходимой для разопалубки. Возведение зданий с использованием
трубобетонных конструкций относят к технологии экспресс-возведения.
Безусловно, не все «безоблачно». Например, обеспечение совместной
работы бетона и опалубки ( может быть напрягают не цементы?).