Фибробетон. Технологии будущего на службе настоящего

То, что фибробетон — новый строительный материал, верно только отчасти. Его история насчитывает несколько тысячелетий. Еще древние египтяне заметили, что если в глину, предназначенную для постройки жилья, предварительно добавить солому, камыш или овечью шерсть, то стены приобретают повышенную прочность и меньше трескаются. Так появился саман — далекий предок современного фибробетона.

В 1874 г. английский строитель А. Берард запатентовал добавку к бетону, представляющую собой неоднородную смесь различных материалов. В 1918 г. во Франции некий X. Альфсен изобрел метод армирования при помощи стальных или деревянных волокон. Через 25 лет в Великобритании был получен первый фибробетон. В 1976 г. его впервые применили в России при строительстве взлетно-посадочной полосы аэродрома. Но тогда этот материал не получил у нас в стране широкого развития, главным образом потому что и технологии его изготовления, и сама фибра были далеки от совершенства.

Бетон последнего поколения

Отличительными признаками фибробетонов являются высокая ударная прочность, прочность на растяжение и срез, а также морозостойкость и водонепроницаемость, что позволяет выделить их в самостоятельную и очень ценную группу конструкционных материалов с присущими только им особенностями структуры и свойств.

Итак, фибробетон — это разновидность мелкозернистого бетона с добавлением фибры. В качестве фибры могут быть использованы стеклянные, синтетические или стальные волокна длинной от 5 до 150 мм и диаметром примерно от 0,2 мм до 1,0 мм. В результате получается фибровое армирование, которое и придает фибробетону уникальные в сравнении с обычным бетоном свойства. Фибра — это не просто кусочки металла или стекла, а специально разработанный и неоднократно испытанный материал, который на отечественном рынке соответствует российским техническим условиям, имеет лицензию и сертификат, выданный Госстроем, и защищен патентами ведущих мировых производителей.

Основной задачей при производстве фибробетона является равномерное распределение фибры по всему объему смеси. Для достижения этой цели производители используют специальное оборудование. В основе работы механизмов для производства сталефибробетона лежит электромагнит, который в процессе перемешивания равномерно «растягивает» фибру по всей массе смеси. Эти установки бывают разных размеров и мощности для приготовления фибробетона как в миксере, так и на большом растворо-бетонном узле. Для равномерного распределения в растворе стеклянной фибры используют так называемый метод пневмонабрызга. Он заключается в синхронном напылении под давлением мелкозернистой бетонной смеси и рубленого стекловолокна. Преимуществом этой технологии является возможность изготовления крупногабаритных изделий.

Характер: устойчивый

Существенный недостаток бетона — его низкая прочность на растяжение и изгиб. В фибробетоне же растягивающее напряжение принимают на себя волокна фибры, что повышает его сопротивление к растяжению при изгибе на 250%, а прочность при сжатии — на 25%. Фиброволокно обладает отличной гидратацией, контролируя равномерное распределение воды в структуре бетона. Таким образом, внутренние нагрузки снижаются, и, как следствие, трещиностойкость бетона возрастает в 2 раза, а ударная прочность — в 12 раз!

Фиброволокно устойчиво к щелочам и большинству химических веществ, что делает его материалом, хорошо переносящим химическую агрессию. Кроме того, бетон, армированный строительным волокном, содержит гораздо меньшее количество водных каналов и капилляров, чем обычный бетон, что обуславливает его устойчивость к воздействию низких температур.

Для строителя: скорость, надежность, качество

Область применения фибробетона весьма широка. Бетон, армированный стальной фиброй, идеален для заливки промышленных полов, облицовки тоннелей, строительства резервуаров большого размера. Из сталефибробетона можно отливать прочные шпалы, фундаменты под оборудование ударного и динамического действия, монолитные и сборные покрытия дорог, настилы мостов, берегозащитные элементы. Плиты из фибробетона хорошо зарекомендовали себя в дорожном строительстве. Так, их применение в качестве несъемной опалубки при сооружении мостов позволяет значительно ускорить и упростить процедуру заливки конструкций. Этот метод использовался при строительстве вантового моста через р. Неву в Петербурге. Опалубка, изготовленная из ФБ, может служить опорным элементом для плит мостового настила разной толщины и разной пролетной длины между главными балочными фермами. При этом благодаря своей отличной совместимости с бетоном она является составной частью монолитной бетонной конструкции.

В домостроении фибробетон может с успехом заменять привычный бетон, а также использоваться там, где последний по своим прочностным характеристикам не удовлетворяет решению поставленных задач.

Благодаря звукоотражающим свойствам и высокой прочности стеклофибробетон незаменим при устройстве шумозащитных экранов вдоль оживленных автомагистралей и железнодорожных путей, предназначенных для высокоскоростного движения поездов. Высокая степень прочности к воздействию химических веществ дает возможность использовать этот материал при сооружении канализационных коллекторов, водоотводных лотков и гидроизоляционных покрытий.

Для реставратора: пригодность плюс незаменимость

«Дедовский» метод реставрации архитектурных элементов и фасадов исторических зданий предполагает использование гипса и штукатурки. Это не самые прочные материалы, но благодаря армированию конским волосом удается достичь не только их прочности, но и пластичности. Однако задачи современной реставрационной практики предполагают использование более долговечных и износостойких материалов, ведь, потратив немалые средства на реставрацию архитектурного памятника, не хочется буквально через несколько лет начинать всю работу заново.

Стеклофибробетон открывает перед реставраторами широчайшие возможности. Он позволяет получать декоративные элементы различных форм и размеров: барельефы, плоские панели, имитирующие по фактуре и цвету натуральный камень, объемные элементы любой конфигурации, криволинейные пространственные конструкции. Благодаря прокрашиванию в объеме обеспечивается долговечное и стойкое цветовое оформление фасадов зданий, исключающее шелушение, царапины и дефекты цветового слоя. Фасад, выполненный с применением стеклофибробетона, легко моется, не поддается воздействию техногенных и климатических факторов. К его несомненным преимуществам относятся малый вес и возможность монтажа при любых погодных условиях, ведь изделие формируется и набирает прочность в помещении, а на объекте производится только его установка.

Не секрет, что прежде чем материал будет допущен в «святая святых» — реставрацию, он должен пройти многоступенчатый контроль и доказать не только свою пригодность для применения в этой области, но и незаменимость. Ведь от добра, как говорится, добра не ищут, и без причины менять обкатанные технологии на малоизученные особого смысла нет. Именно поэтому, несмотря на очевидные преимущества фибробетона, его первые шаги в реставрацию были тяжелыми. Однако на нескольких значимых объектах альтернативы ему просто не нашлось.

Например, когда для реставрации Смольного собора в Петербурге потребовалось отлить валюты, представляющие собой полые неразрезанные конструкции с габаритными размерами 780*1220*2680 мм, толщиной стенки 2–3 см и общей массой 500 кг, ни один из традиционных материалов не сумел удовлетворить этим требованиям. Конструкции такой величины были изготовлены из стеклофибробетона методом пневмонабрызга и закреплены на фасаде здания.

С применением ФБ была проведена и реставрация скульптурной группы «Россия со щитом», установленной в 1912 г. скульптором М. Я. Харламовым на парапетной стенке здания Северо-Западного пароходства в Санкт-Петербурге. Только благодаря применению фибробетона удалось создать полую конструкцию, средняя толщина бетонной оболочки которой составила 3–4 см, в результате чего суммарный вес обновленной скульптурной группы не превысил предшествующего.

Сегодня стеклофибробетон проходит испытания как материал, пригодный для нанесения позолоты, и показывает очень неплохие результаты: он лучший после металла и пластмассы, которые по разным причинам нежелательны для использования в реставрации таких архитектурных элементов, как капители колонн. Благодаря возможности создания тонкостенных полых конструкций фибробетон с успехом используется для маскировки инженерных коммуникаций с помощью декоративных колонн и других архитектурных элементов.

По мнению экспертов, большим минусом является тот факт, что пока в должной мере не проведены исследования на предмет сочетаемости стеклофибробетона с другими фасадными материалами и не разработан четкий регламент его применения в реставрации памятников.

Для архитектора: разнообразие форм

Возможность изготавливать детали практически любой формы, в том числе плавно изогнутой и сферической, позволяет использовать фибробетон для нестандартных архитектурных решений в области индивидуального жилищного строительства и оформления парковых зон.

В европейских зоопарках фибробетон давно стал традиционным материалом при создании имитации природных камней, скал и магматических образований. Цветовая гамма ФБ настолько разнообразна, что отличить от природного искусственный «камень» очень трудно. Причем в отличие от натуральных камней он обладает двумя большими преимуществами: благодаря гладкой поверхности прекрасно моется (что в условиях зоопарка жизненно необходимо) и дает возможность использовать его внутреннюю полость под хозяйственные нужды. Прочностные характеристики фибробетона позволяют создавать тонкостенные бесшовные конструкции большого размера, наружная часть которых используется для прогулок крупных животных, а внутренняя — для хранения хозяйственного инвентаря или маскировки механизмов.

Как уже говорилось, помимо исключительных функциональных свойств стеклофибробетон отличают повышенная архитектурная выразительность и необыкновенная пластичность. Отсутствие в теле изделий жесткого арматурного каркаса дает неограниченный диапазон формообразования. ФБ способен приобретать сложные пространственные формы и воссоздавать самые неожиданные для каменного материала очертания. Таким образом, и фигура Арнольда Шварценеггера, поддерживающая в качестве атланта балкон загородного дома, и легкая кружевная решетка беседки, и балюстрада, балясины которой, на первый взгляд, выполнены из натурального камня, — все это может быть легко отлито из фибробетона.

Фибробетон еще достаточно молодой, но, без сомнения, очень перспективный материал. Он активно производится и успешно используется в более чем ста странах мира. С каждым годом ФБ находит себе применение все в новых областях строительства. Объем и номенклатура выпускаемой на сегодняшний день в России продукции из ФБ все еще невелики. Но опыт зарубежных коллег без сомнения вдохновит отечественных специалистов на развитие устоявшихся и поиск новых областей применения фибробетона.