Главная » Статьи » Стеклофибробетон технология

Стеклофибробетон технология

Технология производства стеклофибробетона

Свойства стеклофибробетона.

Стеклофибробетон (СФБ) – является разновидностью фибробетона и изготавливается из цементно-песчаного раствора и армирующих его отрезков стекловолокна (фибр), равномерно распределенных по объему бетона изделия или отдельных его частей. СФБ применяется в тонкостенных элементах и конструкциях зданий и сооружений, для которых существенно важным является: снижение собственного веса, повышение трещиностойкости, обеспечение водонепроницаемости бетона и его долговечности (в том числе в агрессивных средах), повышение ударной вязкости и сопротивления истиранию, а также повышение архитектурной выразительности и экологической чистоты. СФБ рекомендуется для изготовления конструкций, в которых могут быть наиболее эффективно использованы следующие его технические преимущества по сравнению с бетоном и железобетоном:

  • Повышенные трещиностойкость, ударная вязкость, износостойкость, морозостойкость и атмосферостойкость;
  • Возможность использования более эффективных конструктивных решений, чем при обычном армировании, например, применение тонкостенных конструкций, конструкций без стержневой арматуры и др.;
  • Возможность снижения или полного исключения расхода стальной арматуры;
  • Снижение трудозатрат и энергозатрат на арматурные работы, повышение степени механизации и автоматизации при производстве фибробетонных конструкций, например, сборных тонкостенных оболочек, складок, ребристых плит покрытий, монолитных и сборных полов промышленных и общественных зданий, конструкций несъемной опалубки и др.
СФБ-элементы с фибровым армированием рекомендуется применять в конструкциях, работающих:
  1. На изгиб;
  2. На сжатие при эксцентриситетах приложения продольной силы, например, в элементах пространственных перекрытий;
  3. Преимущественно на ударные нагрузки, истирание и атмосферные воздействия.

Свойства СФБ в марочном возрасте.

Плотность по ГОСТ 12730.1-78 1700-1900 кг/м3
Ударная вязкость (по Шарпи) 110-250 Дж/м2
Прочность при сжатии по ГОСТ 10180-90 490-840 кг/см2
Предел прочности на растяжение при изгибе по ГОСТ 10180-90 210-320 кг/см2
Модуль упругости по ГОСТ 10180-90 (1.0-2.5)•104 МПа
Прочность на осевое растяжение по ГОСТ 10180-90: условный предел упругости / предел прочности 28-70 кг/см2 / 70-112 кг/см2
Относительное удлинение при разрушении (600-1200)•10-5 или 0.6-1.2%
Сопротивление срезу: между слоями / поперек слоев 35-54 кг/см2 / 70-102 кг/см2
Коэффициент температурного расширения (8-12)•10-6 ºС-1
Теплопроводность по ГОСТ 7076-90 0.52-0.75 Вт/см2•ºС
Водопоглощение по весу по ГОСТ 12730.3-78 11-16%
Водонепроницаемость по ГОСТ 12730.5-78 W6-W12
Морозостойкость по ГОСТ 10060.0-95 F150-F300
Сгораемость по ГОСТ 12.1.044-89 Несгораемый материал, скорость распространения огня 0
Огнестойкость по ГОСТ 30247.1-94 Выше огнестойкости бетона (лучше сохраняет прочностные свойства при пожаре 1000..1100 ºС)

Сырьё для стеклофибробетона.

Исходными материалами для производства СФБ являются: цемент, песок, вода, щелочестойкое стекловолокно и химические добавки. Для получения каких-либо особых свойств СФБ вместе с этими основными материалами могут также использоваться полимеры, пигменты и другие химические добавки.

Цемент: Для производства СФБ используется портландцемент марки не ниже М400. Выбор конкретного вида портландцемента – обычного (без добавок), быстротвердеющего, цветного — диктуется назначением СФБ-изделия. Используемый цемент должен соответствовать общепринятым строительным нормам. В России портландцемент должен соответствовать ГОСТ 31108-2003 (настоящий стандарт идентичен стандарту EN 197-1:2000, разработанным Европейским комитетом по стандартизации). Портландцемент по  ГОСТ 10178-85 тоже используется при производстве СФБ, поскольку ГОСТ 31108-2003 не отменяет ГОСТ 10178-85, который можно применять во всех случаях, когда это технически и экономически целесообразно.

Песок: Выбор заполнителя (песок), имеет очень большое значение для производства качественного СФБ. Песок должен быть предварительно просеян и промыт. Попадание отдельных частиц более 3 мм не допускается (при эксплуатации оборудования для производства СФБ работа без сита не допускается). Для ручного пневмонабрызга СФБ модуль крупности не должен превышать 2,5 мм (измерения проводятся согласно ГОСТ 8735-88). Песок должен отвечать требованиям ГОСТ 8736-93 по зерновому составу, наличию примесей и загрязнений (измерения проводятся согласно ГОСТ 8735-88). Кварцевые пески наиболее широко применяются в производстве СФБ. Кварцевый песок должен отвечать требованиям ГОСТ 22551-77. В составе кварцевого песка фракция менее 150 мкм не должна превышать 10% (измерения проводятся согласно ГОСТ 8735-88). Просушенный песок позволяет облегчить контроль за приготовлением смеси (это относится к водоцементному соотношению) и обычно уже приобретается сухим и далее хранится в сухом состоянии либо в мешках, либо в бункерах.

Стекловолокно: Для фибрового армирования СФБ-конструкций применяется фибра в виде отрезков стекловолокна длиной от 10 мм до 37 мм (длина фибры принимается в зависимости от размеров и армирования конструкций согласно ВСН 56-97), изготавливаемая путем рубки ровинга из щелочестойкого стекловолокна – это стекловолокно с добавками оксида циркония ZrO2. Можно использовать следующее стекловолокно, например, компаний Fibre Technologies International Ltd. (Бристоль, Англия), L’Industrielle De Prefabrication (Прист, Франция), Cem-Fil (Чикаго, США), NEG (Nippon Electric Glass, Токио, Япония), ARC-15 или ARC-30 (Китай) и другие. Стеклянный ровинг должен соответствовать ГОСТ 17139-2003. Стеклоровинг при хранении и в процессе проведения работ не должен подвергаться увлажнению. Бухту влажного стеклоровинга перед началом использования необходимо просушить при температуре 50-60°С в течение 0.5-1.5 часов до весовой влажности не более 1%.

Вода: Для производства СФБ используется вода по ГОСТ 23732-79. В условиях крайних температур могут быть необходимы подогрев, или, наоборот, охлаждение воды.

Химические добавки: широко применяются при изготовлении СФБ с целью воздействия на производственный процесс и улучшения ряда конечных свойств изделий. Пластификатор следует использовать для поддержания подвижности смеси при снижении водоцементного отношения. С помощью добавок можно также ускорять, замедлять или снижать водоотделение, регулировать водостойкость материала, снижать расслаивание смеси. Подбор наиболее подходящей добавки зависит и от некоторых местных факторов, в частности, используемых цемента и песка, а также климатических условий. Химические добавки должны удовлетворять ГОСТ 24211-2003. Химические добавки классифицируются по группам:

  1. Суперпластификаторы – это высокоэффективные разжижители бетонных и растворных смесей, который позволяют в несколько раз повысить их подвижность, не вызывая при этом снижения прочности бетона или раствора. При введении суперпластификаторов значительно снижается содержание воды в цементно-песчаной смеси;
  2. Воздухововлекающие добавки – повышают морозостойкость СФБ и долговечность, увеличивают подвижность, солестойкость;
  3. Противоморозные добавки – обеспечивают сохранение в цементно-песчаных смесях жидкой фазы необходимой для твердения цементного теста;
  4. Ускорители схватывания – вводятся при температурах ниже +10ºС, для сокращения режима тепловой обработки, ускорения схватывания и твердения СФБ;
  5. Замедлители схватывания – вводятся для увеличения времени загустевания в условиях сухого и жаркого климата;
  6. Гидрофобизаторы – придают СФБ гидрофобные свойства, сильнее проявляется водоотталкивающий эффект.

Пигменты: могут применяться для окрашивания либо белого, либо серого цементов. С целью получения равномерного цвета и постоянной окраски поверхности пигменты применяются для лицевого (т.н. пленочного) слоя, который затем подвергается дополнительной обработке, обычно с помощью пескоструйной обработки или полирования.

Формы для изделий из стеклофибробетона.

Формы могут быть изготовлены из целого ряда материалов, которые должны обеспечивать требуемую оборачиваемость, выдерживать размерную точность и качество отделки поверхности. Материалом для форм могут служить сталь, фанера, стеклопластик, резина, полиуретан, силикон, а также в отдельных случаях и сам СФБ. Формы могут быть изготовлены из целого ряда материалов, которые должны обеспечивать требуемую оборачиваемость формы, выдерживать точность и качество отделки поверхности изделий. Наиболее распространенными материалами для форм являются:

  1. Формы из полиуретана (ПУ). Одни из самых популярных форм для производства СФБ-изделий. Благодаря гибким формам из полиуретана компенсируется начальная усадка стеклофибробетона. Изделия могут быть распалублены без повреждения как самих форм, так и непосредственно изделий. Преимуществами гибких форм являются их высокая оборачиваемость и долговечность, быстрота расформовки СФБ-изделий, а также улучшенное качество поверхности отформованных изделий и меньший процент брака. Полиуретановые формы позволяют получать СФБ-изделия с «отрицательными» углами. Полиуретановые формы обладают способностью сохранять заданные размеры и изначальную геометрию, выдерживать все нагрузки, вызываемые ежедневным процессом формования, распалубки изделий, а также перемещениями самой формы. Полиуретан производится путем смешивания соответствующих полиуретановых компонентов А и Б. Обычно компоненты А и Б для полиуретановых форм имеют простое соотношение компонентов при смешивании (1:1). Простая процедура переработки двух компонентов (перемешивание компонентов производится с помощью ручного миксера). Имеется возможность переработки при комнатной температуре. Полиуретановые формы отличает длительный срок эксплуатации (большое число циклов оборачиваемости), высокая влагоустойчивость, оптимальное сочетание эластичности с прочностными характеристиками с высокой прочностью на разрыв, химическая стойкость к щелочной среде цементно-песчаных смесей и абразивостойкость, а также высокое качество воспроизведения мельчайших деталей модели с минимальной усадкой. Для получения поверхности СФБ-изделий, соответствующих профилю формы, последние необходимо смазывать специальными составами. Для этого подготавливают консистентную разделительную смазку. Например, вазелино-стеариновую, расплавляя стеарин и технический вазелин на водяной бане с последующим добавлением солярового масла, перемешиванием и остыванием смазки, после чего она готова к употреблению. Еще для смазки рекомендуется применять: стеарино-парафиновую пасту (состав в процентах-% по массе: парафин — 19, стеариновая кислота — 15, крахмал — 1, росин — 65); водомасляные эмульсионные смазки на основе эмульсола ЭКС; водоэмульсионные смазки ОЭ-2 или ЭСО; машинное или трансформаторное масло. Разрешается применять и другие смазки, обеспечивающие сохранение высококачественной поверхности материала, например, превосходно себя в этом качестве зарекомендовала смазка — веретенное масло. Консистенция смазки должна обеспечивать возможность ее механизированного нанесения СФБ на поверхность форм. Все виды смазок должны соответствовать ГОСТ 26191-84.
  2. Стеклопластик. Формы из стеклопластика обладают большой долговечностью, чем полиуретановые формы, позволяют передать любую текстуру изделия. К недостаткам форм из стеклопластика можно отнести невозможность их использования для производства декоративных изделий с текстурой, содержащей отрицательные углы;
  3. Сталь. Используется в тех случаях, когда требуется многократное повторное использование формы при производстве, в большей части, стандартных СФБ-изделий. Например, массивные панели без сложной текстуры (облицовка, элементы несъемной опалубки), несложные изделия поточного типа;
  4. Дерево. Это самый простейший материал для форм. Естественно, качество поверхности такой формы необходимо отслеживать и постоянно контролировать. К недостаткам форм из древесины можно отнести недолговечное сохранение своей правильной геометрии при многократном использовании (циклы термокамеры с повышенной влажностью в купе с сушкой могут деревянную форму «повести»). Конечно, с помощью специальных обрабатывающих составов можно защитить форму – и это тоже нужно иметь в виду;
  5. Резина (каучук, силиконы). Это универсальные формы. Похожи на формы из полиуретана. Отличительной особенностью таких форма является необходимость использования жесткой основы – «обвязки» для фиксации. Лучше всего было бы сказать, что резиновые формы используются как вкладыши в жесткую основу. Жесткой основой резиновых форм может служить деревянная обвязка, стеклопластиковая основа, реже — металлическая основа. Формовочные резины могут быть в виде достаточно упругих листов или блоков, в пастообразном виде, в жидком виде. Диапазон материалов, которые могут использоваться в качестве прототипа — очень разнообразен: металлы, воск, стекло, дерево, пластмассы, модельная глина и любые другие материалы. Резины подразделяются на твердые и мягкие. Твердые резины хороши для изготовления плоских изделий. Мягкие резины позволяют изготавливать очень объемные, сложные и филигранные изделия, извлекать их из формы без повреждений. Однако, слишком мягкие резины не в состоянии противостоять давлению СФБ-смеси, что может привести к деформации самого СФБ-изделия. В таких случаях, для получения качественного изделия, резиновую форму закрепляют в жестком металлическом корпусе. Чем выше удлинение материала, тем легче растянуть резиновую форму для извлечения СФБ-изделия без повреждений. Для качественных жестких резин — эта величина около 200%, для мягких — от 300% до 850%.
  6. Другие материалы для форм. Вышеприведенный перечень не является исчерпывающим, и многие другие материалы, включая полипропилен, строительный гипс, а также и сам СФБ, могут успешно применяться для изготовления форм.

Организация производственного участка.

Производство СФБ предпочтительнее организовывать в цехе, а не на открытой площадке, поскольку температура должна быть не ниже +10оС. Оптимальный температурный режим — в пределах от +15оС до +30оС. Размеры цеха зависят от объема выпуска СФБ-изделий, минимально рекомендуемая площадь цеха должна составлять не менее 100 м2.

Для организации одного поста СФБ-производства требуются:
  • электроэнергия мощностью не менее 4 кВт (без учета потребления мощности компрессором), 3 фазы, заземление;
  • вода;
  • сжатый воздух (1500-2000 л/мин, давление 6-9 bar);
  • Оборудование для стеклофибробетона «ДУГА® С»;.
  • Дополнительное оборудование и приспособления (подъёмники, весы, шпатели, валики для прикатки смеси).

Если применяется выдерживание СФБ-изделий во влажной среде, в цехе следует предусмотреть участок для хранения СФБ-изделий в течение одной недели. При этом важно, чтобы на данном участке обеспечивался контроль температуры и уровня влажности. Наличие участка термовлажностной обработки на СФБ-производстве является желательным, но необязательным. Участок термовлажностной обработки только что произведенных СФБ-изделий позволит уменьшить время оборачиваемости форм, а также повысит характеристики СФБ-изделий.

СФБ-изделия имеют небольшую толщину, а значит — значительно меньший вес по сравнению с аналогичными изделиями из обычного бетона (если рассматривать одинаковые показатели прочности на сжатие и изгиб), они все же являются слишком тяжелыми для их перемещения вручную, поэтому следует предусмотреть возможность использования соответствующих подъемных механизмов.

Приготовление раствора: рекомендации.

Приготовление цементно-песчаных растворов для дисперсно-армированных СФБ осуществляют в лопастных растворосмесителях принудительного действия, например, таких как СО-46Б и другие. Для приготовления и хранения рабочих растворов добавок используются емкости.

Отношение заполнителя (песка) к цементу принимается равным единице с возможностью дальнейшей корректировки и зависит, в общем случае, от типа СФБ-изделия, его габаритов, условий применения СФБ-изделий и прочее. Расчет водоцементного соотношения и его корректировка осуществляются в соответствии с ВСН 56-97. Водоцементное отношение (без применения пластифицирующих добавок) обычно находится в пределах 0.40 – 0.45. С использованием пластифицирующих добавок водоцементное соотношение изменяется до 0.28 – 0.32.

После того как выбраны исходные сырьевые материалы, подбирается состав смеси с учетом следующих рекомендаций:
  •  Водоцементное отношение. Оно должно быть как можно более низким, но при этом смесь должна оставаться достаточно подвижной для ее подачи растворонасосом и последующего пневмонабрызга. Водоцементное отношение цементного-песчаного раствора, применяемого для изготовления СФБ, должно отвечать оптимальной вязкости (подвижность П4-П5), соответствующей осадке стандартного конуса по ГОСТ 5802-86 «Растворы строительные. Методы испытания». В общем случае, водоцементное соотношение имеет сложную зависимость и зависит от активной марки цемента, коэффициента нормальной густоты цементного теста, коэффициента водопотребности песка и расчетного коэффициента стеклофибробетона на сжатие.
  • Соотношение песка и цемента. Соотношение 1:1 является наиболее широко применяемым в настоящее время. Корректировка соотношения осуществляется в соответствии с ВСН 56-97.
  • Содержание стекловолокна или коэффициент армирования. Это процентное отношение веса стекловолокна к весу всего композита — СФБ, то есть с учетом массы самого стекловолокна. Для ручного пневмонабрызга это отношение обычно составляет от 3 до 6%, иногда и выше. Расчет коэффициента армирования осуществляется в соответствии с ВСН 56-97.
Типовой состав смеси. Производитель СФБ может разработать свой состав смеси, отвечающий своим особым требованиям производства СФБ-изделия и согласующийся с ВСН 56-97.

Рассмотрим рецептуру, которая получила название «классической» как за наиболее часто используемую. «Классической» рецептурой является следующий состав на один условный замес, количество стекловолокна 5%:

Компонент СФБ-смеси масса, кг
Портланд-цемент марки М500 50
Песок 50
Вода 16
Суперпластификатор С-3 (жидкий) 0.50-0,75*

* — дозировка зависит от концентрации, поэтому для одного и того же количества используемого цемента может быть различным. Дозировка указывается производителем добавки.

Вес всего раствора составляет = 50+50+16+0.5=116.5 кг, тогда содержание 5% стекловолокна – это 6 кг.

Для получения однородной смеси необходимо произвести точное взвешивание исходных материалов и строго следовать основным требованиям при работе со смесителем. Перед тем как приступить к приготовлению смеси следует точно взвесить необходимые количества песка и цемента с помощью весов (см. раздел «Дополнительные приспособления»). Дозировка воды и жидкой добавки может быть произведена по весу, объему или, что предпочтительнее, с помощью специального дозирующего автоматического устройства.

Подробные рекомендации по нанесению стеклофибробетона, подготовке, использованию, распалубке и промывке форм, техническому обслуживанию и консервации оборудования указаны в паспорте на комплекс для стеклофибробетона «ДУГА® С» и технологической инструкции по работе со стеклофибробетоном из комплекта документации на оборудование.