Fiberarmeret beton

Konceptet om at bruge fibre som forstærkning er ikke nyt. Fibre har været anvendt som forstærkning siden oldtiden. Historisk set blev hestehår brugt i mørtel og halm i lerklinker. I 1900-tallet blev asbestfibre anvendt i beton. I 1950’erne opstod begrebet kompositmaterialer, og fiberforstærket beton var et af de emner, der vakte interesse. Da man først opdagede de sundhedsrisici, der var forbundet med asbest, var der behov for at finde en erstatning for stoffet i beton og andre byggematerialer. I 1960’erne blev der anvendt stål-, glas- (GFRC) og syntetiske (f.eks. polypropylen) fibre i beton. Forskningen i nye fiberforstærkede betoner fortsætter i dag.

Fibre anvendes normalt i beton for at kontrollere revner som følge af plastisk svind og tørringskrumpning. De reducerer også betonens gennemtrængelighed og mindsker dermed udsivning af vand. Nogle typer fibre giver større slag-, slid- og splintresistens i beton. Større stålfibre eller syntetiske fibre kan i visse situationer erstatte armeringsjern eller stål helt og holdent. Fiberarmeret beton har næsten fuldstændigt erstattet stålstænger i den underjordiske byggeindustri, f.eks. i tunnelsegmenter, hvor næsten alle tunnelforinger er fiberarmeret i stedet for armeringsstænger. Nogle fibre reducerer faktisk betonens trykstyrke.

Mængden af fibre, der tilsættes en betonblanding, udtrykkes som en procentdel af det samlede volumen af kompositmaterialet (beton og fibre), kaldet “volumenfraktion” (Vf). Vf varierer typisk fra 0,1 til 3 %. Aspektforholdet (l/d) beregnes ved at dividere fiberlængden (l) med dens diameter (d). Fibre med et ikke-cirkulært tværsnit anvender en ækvivalent diameter til beregning af aspektforholdet. Hvis fibrenes elasticitetsmodul er højere end matrixen (beton- eller mørtelbindemiddel), hjælper de med at bære belastningen ved at øge materialets trækstyrke. En forøgelse af fiberens aspektforhold segmenterer normalt matrixens bøjningsstyrke og sejhed. Længere længde resulterer i en bedre matrix i betonen, og finere diameter øger antallet af fibre. For at sikre, at hver fiberstreng er effektiv, anbefales det at anvende fibre, der er længere end den maksimale størrelse af aggregatet. Normal beton indeholder 19 mm tilsvarende diameter tilslagsstof, som udgør 35-45 % af betonen, og fibre, der er længere end 20 mm, er mere effektive. Fibre, der er for lange og ikke behandles korrekt på forarbejdningstidspunktet, har imidlertid en tendens til at “kugle” i blandingen og skabe problemer med bearbejdeligheden.

Fibre tilsættes for at sikre betonens holdbarhed på lang sigt. Glas og polyester nedbrydes i betonens alkaliske tilstand og forskellige tilsætningsstoffer og overfladebehandling af beton.

Tunnelforingerne i High Speed 1-tunnelen indeholdt beton, der indeholdt 1 kg/m3 eller mere polypropylenfibre med en diameter på 18 & 32 μm, hvilket giver de nedenfor anførte fordele. Tilsætning af polypropylenfibre med en fin diameter giver ikke blot en forstærkning af tunnelforingen, men forhindrer også “afskalning” og beskadigelse af foringen i tilfælde af brand som følge af en ulykke.