Применение СФБ при реставрации

Появление бетонов нового поколения — высококачественных и высокопрочных — стало возможным благодаря возможности достижения низких значений водо-цементного отношения на основе применения современных эффективных пластифицирующих добавок. Высокие эксплуатационные характеристики подобных бетонов могут быть значительно улучшены в части повышения предела прочности на изгиб (в 4-5 раз), что открывает совершенно новые области применения цементных систем. В этой связи особого внимания заслуживает технология фибробетонов и стеклофибробетона, в частности. 

Сочетание низкого водо-цементного отношения, высокомодульного щелочестойкого стеклянного волокна, ориентированного в матрице в одной плоскости за счет применения усовершенствованной технологии пневмонабрызга, а также комплекса химических и минеральных добавок, влияющих на удобоукладываемость смеси и повышающих долговечность бетона, является путем получения стеклофибробетона (СФБ) нового уровня свойств. Соотношение прочностей на растяжение при изгибе и сжатии такого бетона достигает 0,8 (у неармированного материала эта величина не превышает 0,2). При этом бетон относится к категории высокопрочных; он обладает высокой ударной вязкостью, а также морозостойкостью и водонепроницаемостью.

image002Подобное сочетание характеристик мы привыкли обобществлять с материалами совершенно другой природы, например, металлом или полимерными композициями. Однако стеклофибробетон выгодно отличается в плане долговечности и соотношения цена-качество. Кроме этого, хорошая совместимость стеклофибробетона с минеральными строительными материалами делает его весьма привлекательным, а в ряде случаев и незаменимым для реставрационных работ.Использование метода пневмонабрызга придает СФБ исключительно высокие технологические свойства при формовании изделий практически любой формы, сложности рельефа и фактуры поверхности.

К преимуществам стеклофибробетона также относится малый вес: высокая прочность на изгиб позволяет изготавливать тонкостенные конструкции (толщиной 12-25 мм) без армирования сталью. Кроме этого, немаловажным является возможность монтажа при любых погодных условиях (учитывая участившиеся «аномальные» погодные явления); гарантированный уровень прочностных характеристик элементов обеспечивается при твердении в стационарных условиях.

Наиболее важными вопросами в технологии стеклофибробетона являются величина оптимальной длины фибры, ее долговечность в структуре цементного камня, а также усадочные деформации.
image003В графическом виде представлены данные, отражающие зависимость между прочностными показателями СФБ и расхода фибры. Количество фибры, ее длина и ориентация в первую очередь влияют на предел прочности при растяжении в раннем возрасте (Rp), предел прочности при изгибе в раннем возрасте (Rизг) и ударную вязкость.

Длина волокон также играет важную роль в формировании прочности стеклофибробетона. Для СФБ пневмонабрызга оптимальная длина волокон составляет 1-3 см. Более короткие фибры, хотя и облегчают набрызг, но не дают максимальной эффективности, и увеличение длины может служить препятствием нанесению смеси раствора с фиброй и привести к проблемам, аналогичным тем, которые встречаются при большом содержании фибр.

Механизм воздействия дисперсного армирования цементной матрицы демонстрируют результаты испытания СФБ на осевое растяжение или изгиб.

На начальном участке зависимости напряжений и деформаций изгиб кривой практически не проявляется, указывая, что СФБ ведет себя упруго в этой области. В действительности, имеет место образование микротрещин в матрице, а зависимость нелинейная. Наличие волокон ограничивает рост микротрещин, что препятствует деструкции матрицы и увеличивает среднюю прочность матрицы. Точка, в которой зависимость напряжение-деформация отклоняется от линейной формы, называется пределом текучести. Это точка, в которой образуется первая крупная трещина.

image004Требуется значительное количество энергии для распространения трещины через поверхности раздела и волокна, которые лежат в устье трещины. Энергии необходимо больше, чем требуется для появления новой трещины в матрице. Как результат, вместо развития трещины и разрушения, образуются новые трещины на некотором расстоянии от первой. По мере увеличения трещин на поверхности, напряженно-деформированная кривая постепенно становится пологой, что указывает на уменьшение жесткости.

Далее изгиб или расширение образца влечет появление «участка вязко­пластичности» на кривой из-за многочисленных трещин. В конце этого участка развитие системы трещин достигает максимума и весь образец по длине покрыт тонкими поперечными трещинами. Нагрузка передается на систему армирующих волокон и образец разламывается так как разрушаются волокна. Образец разрушается, когда дисперсное армирование системы больше не может воспринимать увеличение нагрузки. Таким образом, описанный механизм разрушения способствует увеличению прочности СФБ при растяжении и изгибе в 5-10 раз в сравнении с неармированным бетоном.

Другой важной проблемой, требующей учета при производстве изделий из СФБ, является усадка. Высокое содержание вяжущего в матричной составляющей стеклофибробетона способно повлечь значительные усадочные деформации. Поэтому способность сопротивляться развитию усадочных деформаций во многом определяет практическую ценность подобных материалов.

Влажностная усадка зависит от нескольких факторов: водоцементного отношения, соотношения песка и цемента, условий твердения и возраста бетона.

Необратимая усадка при высыхании происходит на этапе твердения, и во многом зависит от песчано-цементного и водоцементного отношения. Миграция влаги вызывает обратимое изменение объема в течение чередующихся циклов увлажнения и высушивания. Увеличение содержания песка уменьшает деформации усадки стеклофибробетона, но абсолютная величина усадки СФБ выше, чем у сборного железобетона из-за повышенного содержание цемента.

image005Тут представлена взаимосвязь между содержанием песка и усадкой. Усадка вызывает внутренние напряжения, которые могут привести к растрескиванию, особенно в изделиях переменной толщины, сложной геометрии и содержащих включения из других материалов.

Трещинообразование, вызванное усадкой, можно уменьшить путем увеличения содержания фибры и случайной ее ориентацией. Усадочные трещины развиваются в направлении преимущественной ориентации волокон из-за недостаточности количества фибр, расположенных перпендикулярно направлению развития трещин. Хотя введение стекловолокна в цементную матрицу существенно не уменьшает влажностную усадку, но дисперсное армирование снижает риск распространения усадочных трещин.

Традиционные составы для матрицы СФБ предполагают соотношение цемента и песка равное 1:1. Увеличение доли песка приводит к ухудшению реологических свойств раствора и, соответственно, «формуемости», снижению прочностных характеристик стеклофибробетона. Однако снижение доли цемента в бетоне является приоритетным направлением повышения экономической и технической эффективности СФБ.

Долговечность фибры в составе цементных бетонов определятся их щелочестойкостью, поэтому для дисперсного армирования используют стекловолокно на основе циркония. Дополнительной мерой повышения стойкости стекловолокна является использование активных минеральных добавок, связывающих известь и понижающих щелочность среды. Кроме этого, указанные добавки повышают коррозионную стойкость матричной составляющей стеклофибробетона.

Системный подход, учитывающий вышеобозначенные аспекты при проектировании состава и наладке технологического процесса производства стеклофибробетона, позволил нам получить материал, отвечающий высоким эксплуатационным требованиям.

Практическое применение технология стеклофибробетона, наносимого методом пневмонабрызга, получила при реставрации подвесного потолка перронного зала станции Петербургского метрополитена ст. м. «Автово».

Исторический подвесной потолок украшен лепными декоративными элементами. Основу композиции составляют декоративные кессоны, структурировано расположенные по поверхности потолка станции. Между декоративными кессонами под продольными и поперечными балками покрытия размещены плоские вставки, украшенные гирляндами из листьев и венками в угловых зонах. Орнаментальный мотив декоративных кессонов представлен многократно повторяющимися стилизованными природными формами (листовая прорезка, розетки), разделенными декоративными поясками. В угловых зонах декоративных кессонов расположены треугольные штукатурные тяги.

image006В процессе многолетней эксплуатации под действие динамических нагрузок и протечек, а также ввиду недостаточной надежности крепления значительная часть декоративных элементов потолка разрушилось, что потребовало проведения реставрационных работ с обеспечением эксплуатационной надежности объекта на длительный период времени. Обязательным условием работы явилось сохранение существующего архитектурного облика станции.

Исходя из этого был разработан проект, предусматривающий выполнение конструкций подвесного потолка (декоративные кессоны и панели) из стеклофибробетона.

Тонкостенный потолочный элемент — кессонная или плоская панель изготавливается в полиуретановой форме методом набрызга стклофибробетоновой смеси с замоноличиванием металлического каркаса из нержавеющей стали, обеспечивающего пространственную жесткость панелей при монтаже и эксплуатации. Размеры кессона в плане 4800x4800 мм, глубина 350 мм.

При достижении стеклофибробетоном отпускной прочности, каркас панели монтируется при помощи талрепов к потолочным балкам.

Технологический процесс изготовления панели включает три последовательных этапа процедуры беспрерывного набрызга.

image007На первом этапе набрызга с целью создания гладкой лицевой поверхности панели в качестве первого слоя используется состав без стеклофибрьт. Эта смесь наносится с помощью пистолета-распылителя толщиной 2-3 мм.

На втором этапе набрызга также с помощью пистолета-распылителя наносится основной конструкционный слой из стеклофибробетона толщиной 5—10 мм. Толщина укладываемого слоя при производстве работ контролируется щупом. Набрызг стеклофибробетона производится непрерывно по всей плоскости панели. После нанесения слоя стеклофибробетона производится его тщательное уплотнение специальными структурными валиками для удаления воздуха и обеспечения монолитности материала изготовленной панели (первого и второго слоев). На третьем этапе производится соединение свежеизготовленной панели из стеклофибробетона с пространственным каркасом в единое изделие путем набрызга. По истечению не менее 48 часов нормально-влажностного твердения потолочные конструкции могут монтироваться по месту. К этому возрасту достигается не менее 70% марочной прочности бетона.

Таким образом, использование стеклофибробетона при производстве подвесных болыдеразмерных конструкций является новым направлением его использования. При этом задействованы все положительные особенности этого материала: малый вес, высокая прочность на изгиб, а также высокая динамическая прочность.

Компания «Гранко» производит архитектурный декор и любые изделия из стеклофибробетона. Работаем во всех регионах России: проектируем, производим и монтируем. Наш завод имеет два цеха: в Москве и Санкт-Петербурге.

Москва: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

+7 (499) 110-34-52

Санкт-Петербург: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

+7 (812) 385-51-89