Армированный бетон против армированного волокном бетона: сравнение конструктивных решений

Бетон, краеугольный камень современного строительства, славится своей доступностью и универсальностью. Однако даже самые прочные бетонные конструкции со временем могут покрываться трещинами. Эта уязвимость обусловлена относительно низкой прочностью бетона на растяжение, которая составляет всего 10–15% от его прочности на сжатие. При воздействии растягивающих усилий бетон имеет тенденцию к растрескиванию, что потенциально ставит под угрозу структурную целостность зданий.

Почему бетон нуждается в армировании?

Хотя бетон превосходно работает при сжимающих нагрузках, его характеристики при растяжении значительно слабее. Это присущее ему ограничение делает бетонные конструкции подверженными растрескиванию и даже разрушению, что угрожает как безопасности, так и долговечности. Чтобы устранить этот недостаток, инженеры обычно включают в бетон армирующие материалы, такие как стальные стержни, сетка или волокна. Эти армирующие элементы работают синергетически с бетоном, чтобы повысить прочность на растяжение и обеспечить структурную устойчивость.

Железобетон: традиционный выбор

Железобетон сочетает в себе стальные стержни и бетон для создания композитного материала. Стальное армирование, обычно расположенное в виде сетки перед заливкой бетона, сцепляется с бетоном для совместного распределения структурных нагрузок. В то время как бетон сопротивляется силам сжатия, сталь выдерживает растяжение. Аналогичные коэффициенты теплового расширения стали и бетона предотвращают концентрацию напряжений из-за колебаний температуры.

Преимущества железобетона:

• Повышенная несущая способность: Стальное армирование значительно улучшает прочность бетона на растяжение и общую несущую способность.
• Точный контроль армирования: Размещение стали может быть стратегически спроектировано для оптимального распределения усилий.
• Система раннего предупреждения: Трещины обычно появляются до разрушения конструкции, обеспечивая видимые предупреждающие знаки.
• Экономическая эффективность: Сталь предлагает выгодное соотношение цены и производительности по сравнению с альтернативными армирующими материалами.

Ограничения железобетона:

• Подверженность коррозии: Стальное армирование уязвимо для коррозии во влажной или соленой среде.
• Распространение трещин: Трещины могут углубляться со временем, ускоряя разрушение.
• Деградация конструкции: Подвергшееся коррозии армирование быстро снижает структурную целостность.
• Сложность строительства: Стальное армирование требует тщательного планирования и трудоемкой установки.

Фибробетон: инновационная альтернатива

Фибробетон включает в себя короткие волокна в бетонную смесь для повышения прочности и трещиностойкости, а не для значительного увеличения прочности на растяжение. Доступные из различных материалов, включая сталь, пластик, стекло, базальт и целлюлозу, волокна классифицируются по размеру:

• Микроволокна: Обычно синтетические и длиной менее 0,5 дюйма, они предотвращают образование усадочных трещин при первоначальном отверждении.
• Макроволокна: Обычно стальные или стеклянные волокна длиной более 0,5 дюйма, они улучшают прочность затвердевшего бетона, перекрывая трещины.

Преимущества фибробетона:

• Контроль трещин: Эффективно ограничивает ширину и распространение трещин.
• Снижение коррозии: Меньшие трещины минимизируют проникновение коррозионных веществ.
• Повышенная прочность: Улучшает способность к деформации конструкции без разрушения.

Ограничения фибробетона:

• Неравномерное распределение: Случайная ориентация волокон может создавать непоследовательное армирование.
• Более высокие затраты на материалы: Волокнистые материалы, как правило, дороже по удельному весу, чем сталь.
• Обработка поверхности: Волокна могут выступать, требуя дополнительной обработки поверхности.

Сравнительный анализ

Выбор оптимального армирования

Для конструкций с большими нагрузками, таких как высотные здания или фундаменты, железобетон остается лучшим выбором из-за его доказанного повышения прочности. Волокнистое армирование превосходно в тонких бетонных конструкциях и архитектурных элементах, где контроль трещин имеет первостепенное значение. Наиболее эффективное решение часто сочетает оба метода — сталь для основного армирования на растяжение и волокна для контроля трещин — создавая прочные, долговечные конструкции.