Beton vyztužený vlákny

Koncepce použití vláken jako výztuže není nová. Vlákna se jako výztuž používají již od starověku. Historicky se do malty používaly koňské žíně a do hliněných cihel sláma. V roce 1900 se v betonu používala azbestová vlákna. V 50. letech 20. století vznikl koncept kompozitních materiálů a beton vyztužený vlákny byl jedním z témat zájmu. Po zjištění zdravotních rizik spojených s azbestem vznikla potřeba najít náhradu za tuto látku v betonu a dalších stavebních materiálech. V 60. letech 20. století se v betonu začala používat ocelová, skleněná (GFRC) a syntetická (např. polypropylenová) vlákna. Výzkum nových betonů vyztužených vlákny pokračuje dodnes.

Vlákna se v betonu obvykle používají k regulaci vzniku trhlin v důsledku plastického smršťování a smršťování při vysychání. Snižují také propustnost betonu, a tím omezují krvácení vody. Některé typy vláken vytvářejí v betonu větší odolnost proti nárazu, otěru a roztříštění. Větší ocelová nebo syntetická vlákna mohou v určitých situacích zcela nahradit výztuž nebo ocel. Beton vyztužený vlákny téměř zcela nahradil pruty v podzemním stavebnictví, například v tunelových úsecích, kde jsou téměř všechna tunelová ostění vyztužena vlákny namísto použití výztuže. Některá vlákna skutečně snižují pevnost betonu v tlaku.

Množství vláken přidaných do betonové směsi se vyjadřuje v procentech celkového objemu kompozitu (betonu a vláken) a označuje se jako „objemový podíl“ (Vf). Vf se obvykle pohybuje od 0,1 do 3 %. Poměr stran (l/d) se vypočítá vydělením délky vlákna (l) jeho průměrem (d). U vláken s nekruhovým průřezem se pro výpočet poměru stran používá ekvivalentní průměr. Pokud je modul pružnosti vláken vyšší než modul pružnosti matrice (betonového nebo maltového pojiva), pomáhají vlákna přenášet zatížení tím, že zvyšují pevnost materiálu v tahu. Zvýšení poměru stran vláken obvykle segmentuje pevnost v ohybu a houževnatost matrice. Větší délka má za následek lepší matrici uvnitř betonu a jemnější průměr zvyšuje počet vláken. Pro zajištění účinnosti každého vlákna se doporučuje použít vlákna delší, než je maximální velikost kameniva. Běžný beton obsahuje kamenivo o ekvivalentním průměru 19 mm, což je 35-45 % betonu, vlákna delší než 20 mm jsou účinnější. Příliš dlouhá vlákna, která nejsou v době zpracování řádně ošetřena, však mají tendenci se ve směsi „zakulacovat“ a způsobují problémy se zpracovatelností.

Vlákna se přidávají kvůli dlouhodobé trvanlivosti betonu. Sklo a polyester se rozkládají v alkalickém stavu betonu a různých přísadách a povrchové úpravě betonu.

Vyzdívky tunelů High Speed 1 obsahovaly beton obsahující 1 kg/m3 nebo více polypropylenových vláken o průměru 18 & 32 μm, což přináší níže uvedené výhody. Přidání polypropylenových vláken o jemném průměru nejenže poskytuje výztuž v ostění tunelu, ale také zabraňuje „rozsypání“ a poškození ostění v případě požáru v důsledku nehody.