Применение волокон в сухих строительных смесях

Василик П.Г., специалист по продажам ССС
АО "ЕвроХим-1", Москва

Хорошо известно, что цементное вяжущее, обладая высокой прочностью на сжатие, имеет сравнительно низкую прочность на растяжение и на изгиб. Для исправления этого недостатка используется много различных способов, одним из которых является армирование цементного камня различными волокнистыми материалами, как органического, так и неорганического происхождения [1].

С давних пор в строительных материалах применяли асбестовое и древесное волокно. В прошлом веке распространение получили стеклянные, стальные, целлюлозные, полиэтиленовые, полипропиленовые, полиамидные, полиакриловые (ПАН), полиэфирные, углеродные и арамидные (кевларовые) волокна. Все эти типы отличаются не только своими физико-механическими свойствами, стойкостью к воздействию на них агрессивных сред, температур, свето и атмосфероустойчивостью, но и, что немаловажно, ценой и экологической безопасностью.

Цели армирования сухих строительных смесей волокнами (ССС) можно сформулировать следующим образом:
- увеличение прочности при растяжении и изгибе;
- увеличение ударной вязкости;
- компенсация недостатков фракционного состава;
- снижение усадки, которая возникает при затвердевании строительного раствора;
- как следствие, увеличение трещиностойкости (за счет релаксации напряжений в цементном и гипсовом камне, как при процессах кристаллообразования, так и при эксплуатации);
- улучшение тиксотропных свойств и фиксирующей способности (например, в случае плиточного клея противодействие сползанию плитки);
- увеличение морозостойкости;
- увеличение деформационной способности цементного (гипсового) камня;
- облегчение процесса шлифовки (при использовании целлюлозных волокон);
- увеличение износостойкости (при использовании полиакрилового волокна).

Эффективность волокон в композициях возрастает с увеличением их длины. Существует понятие критической длины волокна Lкр, до которой напряжение, воспринимаемое собственно волокном в композиции, возрастает и при L = Lкр становится равным прочности волокна. При разрушении композиции, наполненной волокном с L < Lкр, наблюдается выдёргивание коротких волокон из матрицы, т.е. композиция разрушается на границе волокно / цементный (или гипсовый) камень (рис.1). Волокна с L > Lкр сами разрушаются и полностью реализуют всю прочность. Поэтому композиции, армированные волокном с L > Lкр, намного прочнее, чем волокна с L < Lкр. Чем меньше значение Lкр волокна, тем эффективнее волокно упрочняет матрицу. Теоретически показано, что при L > 10Lкр волокно в композиции воспринимает на себя до 90% внешней нагрузки, на практике же это значение возрастает примерно до 100 Lкр. Увеличение длины волокна приводит к упрочнению композиции, однако одновременно с этим увеличивается вязкость раствора, ухудшается перерабатываемость, технологичность, затрудняется процесс ввода в сухую смесь.

Существует ещё один немаловажный фактор, о котором не следует забывать, когда ведётся речь о полимерном волокне - относительное удлинение волокна при разрыве. Как известно, в определённых условиях стеклообразные полимеры могут выдерживать без разрушения значительные деформации (до 800% у ПЭ). Если величина удлинения при разрыве слишком велика, то мы можем наблюдать разрушение цементного (гипсового) камня без разрушения волокон (рис.2). Это говорит о том, что волокно в такой системе действует максимально эффективно.

Рис. 1	Рис. 2