Beton zbrojony włóknami coraz częściej podbija branżę budowlaną

Beton zbrojony włóknami. We wcześniejszych specjalistycznych tekstach dotyczących betonu wspominaliśmy już kilkakrotnie o stosunkowo niskiej wytrzymałości na rozciąganie sztucznego kamienia. Wiele prób ulepszenia materiału budowlanego poprzez modyfikacje skutkuje jak największym zaradzeniem tej słabości. Dotyczy to również tak zwanego betonu zbrojonego włóknami, który jest znacznie bardziej rozciągliwy niż zwykły beton. Ale mają też kilka innych zalet.

Beton włóknisty jest mniej podatny na pękanie niż zwykły beton, ponieważ jest wzmocniony dodatkami – zwykle stalowymi lub szklanymi. W ten sam sposób można również zwiększyć wytrzymałość betonu zbrojonego. Oczywiście odporność na naprężenia rozciągające ma swoje granice. Przy bardzo dużych obciążeniach w końcu pojawią się pęknięcia. Ale nawet wtedy beton zbrojony włóknami ma zalety. W porównaniu ze zwykłym betonem pęknięcia są zwykle krótsze, a zatem mniej niebezpieczne dla stabilności elementu.

Aby uniknąć nieporozumień: włókna działają jak „mikrozbrojenie”, ale w przypadku silnie obciążonych elementów o funkcji nośnej nie zastępują w pełni konwencjonalnego zbrojenia stalowego. Ale możesz do nich dodać. Komponenty, które są mniej obciążone, mogą być również wykonane z „czystego” betonu włóknistego.

Nawiasem mówiąc, wzmocnienie włóknem zapewnia nie tylko wyższą wytrzymałość na rozciąganie, ale także poprawę odporności na uderzenia i jeszcze lepszą wytrzymałość betonu na ściskanie. Ponadto zwiększa się elastyczność materiału budowlanego. Dzięki temu (utwardzony!) Materiał może być w większym stopniu odkształcany bez powodowania uszkodzeń.

Beton zbrojony włóknami. Włókna stalowe

Podczas gdy historia żelbetu sięga połowy XIX wieku, beton zbrojony włóknami jest wciąż bardzo młody. Dopiero od lat 70. XX wieku rozwój tych produktów był przyspieszony. Na początku były to betony z włóknami stalowymi, które są już w dużej mierze dojrzałe i są używane głównie do posadzek przemysłowych i do budowy tuneli, a coraz częściej również do prefabrykatów betonowych.

Stosunkowo kruchy zwykły beton staje się znacznie twardszym materiałem kompozytowym dzięki dodaniu włókien stalowych. W zależności od zastosowania może to całkowicie zastąpić stalowe zbrojenie konstrukcyjne lub być stosowane tylko jako uzupełnienie. Oprócz wyżej wymienionych obszarów zastosowań, materiał ten można również znaleźć w budownictwie drogowym i coraz częściej w budownictwie mieszkaniowym, gdzie beton z włóknami stalowymi jest używany do płyt podłogowych lub ścian piwnic. Jeśli materiał całkowicie zastępuje klasyczne zbrojenie, jest to korzystne w obróbce, ponieważ betonowanie odbywa się za pomocą gotowego do użycia produktu i dlatego jest mniej pracochłonne niż montaż żelbetu.

Stopień działania stabilizującego włókien zależy ostatecznie od ilości, w jakiej są one dodawane do betonu i od tego, jakie rodzaje włókien stalowych są używane. Należy zauważyć, że bardzo wysoka zawartość włókien może powodować problemy podczas przetwarzania: utrudnia się nie tylko pompowanie świeżego betonu, ale także jego zagęszczanie. Dlatego ilość błonnika musi być rozważnie zważona. Zbyt wiele włókien niesie ze sobą ryzyko, że wytrzymałość, którą chciałeś wzmocnić dodatkami, zostanie faktycznie osłabiona, ponieważ beton nie może już być wystarczająco zagęszczony.

Nawiasem mówiąc, i tak już stosunkowo słaba izolacja termiczna betonu jest dodatkowo zmniejszana przez włókna stalowe. Ale to nie musi być wadą: szczególnie w obszarze jastrychu często pożądana jest wysoka przewodność cieplna, przynajmniej jeśli chodzi o ogrzewanie podłogowe.

Beton zbrojony włóknami. Włókno szklane

Jeśli w betonie są zintegrowane pełne maty z włókna szklanego, mówi się o betonie tekstylnym. 

Od kilku lat rośnie też popularność betonu z włóknem szklanym. Niektóre produkty mają bardzo niską zawartość błonnika (mniej niż 0,4 procent objętości) i są używane głównie do białych wanien i jastrychów. Włókna poprawiają tylko wodoszczelność betonu, ale praktycznie nie pełnią funkcji wzmacniającej, co jest inne w przypadku produktów o stosunkowo dużej zawartości włókien (do pięciu procent objętościowo). Są one używane głównie do produkcji elementów betonowych o cienkich, filigranowych kształtach, które są jednak bardzo stabilne. Ponieważ włókna szklane nie rdzewieją, nie ma potrzeby stosowania minimalnej otuliny betonowej, jak jest to konieczne w przypadku betonu z włóknami stalowymi lub stalowymi w celu ochrony metalu. Zamiast tego możliwe są komponenty o grubości zaledwie kilku milimetrów.

Nowszym wynalazkiem jest tak zwany beton tekstylny. Nie zawiera pojedynczych włókien szklanych, ale raczej połączone maty z włókna szklanego. Zwiększa to nie tylko znacznie wytrzymałość na rozciąganie, ale przede wszystkim nośność. Testy przeprowadzone w TU Dresden wykazały na przykład, że nośność elementów żelbetowych można zwiększyć nawet o 125% poprzez dodanie dodatkowej warstwy betonu zbrojonego tkaniną.

Beton tekstylny jest wyjątkowo stabilny nawet bez klasycznego wzmocnienia stalowego. Świadczą o tym takie budynki, jak pierwszy na świecie most dla pieszych z betonu zbrojonego tkaniną, który został otwarty w 2006 roku na terenie Państwowej Wystawy Ogrodniczej w Oschatz w Saksonii (patrz zdjęcie). Ten most ma grubość zaledwie trzech centymetrów i całkowitą wagę zaledwie pięciu ton. Porównywalny most żelbetowy ważyłby około 25 ton.

Beton zbrojony włóknami. Włókna plastikowe

Betony z włóknami syntetycznymi również mają swoje zastosowania, ale są one stosunkowo ograniczone. Polipropylen służy do dalszej poprawy właściwości przeciwpożarowych betonu zbrojonego. Działa w następujący sposób: w przypadku pożaru plastik spala się, pozostawiając małe kanały. Pozwala to na łatwiejsze ujście pary wodnej powstającej w betonie w przypadku pożaru, dzięki czemu powierzchnia elementu nie odpada tak szybko. Oznacza to, że stalowe zbrojenie jest dłużej chronione przed ogniem. Włókna polipropylenowe zapewniają również mniej pęknięć, gdy świeży beton stwardnieje. Ta właściwość jest szczególnie popularna w przypadku jastrychów. Jednak w stwardniałym betonie włókna plastyczne praktycznie nie wpływają na wytrzymałość materiału na ściskanie i rozciąganie.

Beton zbrojony włóknami. Włókno węglowe

W ostatnim czasie na rynku pojawiły się również betony zbrojone włóknami węglowymi. Są one również znane jako włókna węglowe i do tej pory odgrywały rolę głównie w tworzywach sztucznych wzmacnianych włóknami w przemyśle lotniczym, a także w sektorach motoryzacyjnym i sprzętu sportowego. W przyszłości zalety włókien węglowych – wysoka elastyczność i niska waga w połączeniu z ogromną wytrzymałością – powinny znaleźć zastosowanie również w wyrobach betonowych. Według informacji producenta SGL Group, materiał, który wcześniej był bardzo drogi, ma nawet potencjał, aby w przyszłości zastąpić poprzedni żelbet. Odporne na korozję włókna węglowe umożliwiłyby tworzenie cienkościennych konstrukcji betonowych, które są co najmniej tak wytrzymałe jak żelbet, ale jednocześnie trwalsze i do 75% lżejsze. Więc możesz być ciekawy czy ten nowy rozwój przeważy w tradycyjnie raczej konserwatywnym budownictwie w ciągu najbliższych kilku lat, czy dziesięcioleci.