3547344029

6. Betony z matrycą cementową wzmacnianą włóknami

6.    <■ f 4

Betony z matrycą cementową wzmacnianą włóknami

6.1 Wprowadzenie

Użycie włókien do poprawienia mechanicznych właściwości materiałów kruchych znane jest od zamierzchłych czasów. Już nasz protoplasta przenosząc się z jaskini do lepianki, używał już do jej zbudowania domieszki słomy do gliny. Podczas dalszej ewolucji tej idei zespalania dwóch materiałów wyjściowych celem wykorzystania wypadkowej ich właściwości pojawiły się takie układy materiałowe, jak glina ze słomą, zapraw y wapienne i cementowe z dodatkiem włosia końskiego, czy też dodatek mineralnego włókna azbestowego do betonu. Ćwierć wieku temu zaczęto coraz częściej stosować betony kompozytowe z włóknem stalowym i polipropylenowym, najpierw w Japonii, kraju zagrożeń sejsmicznych, a następnie w USA. Stosowanie włókna stalowego rozszerzyło się w latach osiemdziesiątych, a chcąc określić dynamikę wzrostu można przyjąć, że w ostatnich latach produkcja betonu zbrojonego włóknami stalowymi (BZWS) i betonu zbrojonego włóknami syntetycznymi (BZWSN) prawie podwaja się każdego roku [23].

Fibrobetony należą do obszernego zbioru materiałów kompozytowych powstających w wyniku dodania krótkich włókien do matryc z zapraw cementowych lub betonów, zwykle drobnoziarnistych. Na matrycę betonową stosow'ane są kruszywa naturalne łub sztuczne, przy czym największe ziarna nie przekraczają zwykle 10 mm choć znane są przypadki używania ziaren grubszych, nawet do 20 mm. Niekiedy' są wprowadzane ponadto do matrycy różnego typu domieszki czy dodatki. Jako zbrojenie rozproszone dodawane są w łókna stalowa o różnym ukształtowaniu, włókna z tworzyw sztucznych (np. polipropylenu, nylonu lub innych związków), włókna węglowe oraz pochodzenia organicznego np. z bawełny, sizalu oraz zwłaszcza w krajach azjatyckich - bambusu [60],

Stwierdzono, że dodatek włókna stalowego stosow'any w granicach 1% objętości, zasadniczo zmienia charakter betonu konwencjonalnego. Beton kompozytowy staje się ciałem ąuasi-podatnym i po przekroczeniu naprężeń pierwszej rysy, dalej wykazuje swoją nośność, nieraz nawet wzrastającą wraz z wielkością odkształcenia.

Beton zbrojony włóknem stalowym jest betonem o zbrojeniu równomiernie rozproszonym, co czyni z niego materiał jednorodny. Cienkie włókna rozproszone są w masie betonu, w ilości która zależy od potrzeb wynikających z jego zastosowania i w ymagań staw ianych przez użytkownika [24], Zawartość włókien stalowych w fibrobetonie nie przekracza na ogól 2%, licząc objętościowo. Do produkcji elementów prefabrykow'anych, głównie płyt posadzkowych opracowano metodę pozwalającą na „upakowanie” 5-i-18% włókien. Wyroby wykonywane w tej technologii, zwanej „Sifcon”, wykazują bardzo interesujące parametry', gdyż ich wytrzymałość na rozciąganie waha się od 27 MPa do 69 MPa, a na ściskanie od 103 MPaaż do 207 MPa [60],

Beton konwencjonalny jest materiałem nieelastycznym i niejednorodnym wskutek występujących w nim mikrospękań. Rolą wiókien stalowych jest uzyskanie nowej struktury połączenia składników' betonu. W efekcie powstawanie spękań skurczowych w fazie wiązania betonu zostaje rozproszone, a sama ich wielkość drastycznie zredukowana. Po związaniu betonu włókna stalowe przeciwstawiają się naprężeniom rozciągającym i powstawaniu spękań w procesie deformacji betonu pod obciążeniem, aż do pełnego zniszczenia struktury betonu [24], Tak beton zbrojony włóknem stalowym, jak i syntetycznym jest odporny na powstawanie rys skurczowych. BZWS jest ponadto idealnym materiałem na elementy pracujące przede wszystkim na ściskanie, ale także poddawanym wielokrotnym obciążeniom dynamicznym, raptownym zmianom temperatury', wielokrotnemu przemarzaniu, czy działaniu wód agresyw nych [23],

Luźne włókna stalowe stwarzają nieuniknione problemy w jednorodnym ich wymieszaniu w masie betonu. Mają bowiem tendencję do zbijania się w trudne do rozdzielenia struktury, tzw. „jeże”, które jednocześnie uniemożliwiają podawanie takiego betonu rurociągami oraz użycie włókien w betonie natry skowym. Zjawisko to leżało u podstaw' konieczności ograniczenia długości używanego włókna, co z drugiej strony pogarsza wyraźnie jego efektywność. Pewnym rozwiązaniem jest pomysł łączenia włókien stalowych, klejem rozpuszczalnym w wodzie — w pasma, co pozwala na stosowanie włókien znacznej długości i smuklości. Dzięki temu uzyskać można beton o korzystnych cechach wytrzymałościowych [24,50], Zgoła odmiennie przedstawia się sytuacja w przypadku włókien syntetycznych np. polipropylenowych. Używane są w formie fibrylowanej wiązki powiązanych splotek. Podczas dodawania ich do

Alma Mater

J.Jasiczak, P.Mikołajczak - Technologia betonu modyfikowanego domieszkami i dodatkami