Beton armat cu fibre

Conceptul de utilizare a fibrelor ca armătură nu este nou. Fibrele au fost folosite ca armătură încă din cele mai vechi timpuri. Din punct de vedere istoric, părul de cal a fost folosit în mortar și paiele în cărămizile de lut. În anii 1900, fibrele de azbest au fost folosite în beton. În anii 1950, a apărut conceptul de materiale compozite, iar betonul armat cu fibre a fost unul dintre subiectele de interes. Odată ce au fost descoperite riscurile pentru sănătate asociate cu azbestul, a apărut necesitatea de a găsi un înlocuitor pentru această substanță în beton și în alte materiale de construcție. Până în anii 1960, în beton au fost folosite fibre de oțel, de sticlă (GFRC) și sintetice (cum ar fi polipropilena). Cercetările pentru noi betoane ranforsate cu fibre continuă și astăzi.

Fibrele sunt de obicei folosite în beton pentru a controla fisurarea datorată contracției plastice și contracției de uscare. De asemenea, ele reduc permeabilitatea betonului și astfel reduc sângerarea apei. Unele tipuri de fibre produc o rezistență mai mare la impact, abraziune și spargere în beton. Fibrele mai mari din oțel sau sintetice pot înlocui complet armătura sau oțelul în anumite situații. Betonul armat cu fibre a înlocuit aproape complet bara în industria construcțiilor subterane, cum ar fi segmentele de tuneluri, unde aproape toate căptușelile tunelurilor sunt armate cu fibre în loc să folosească armături. Într-adevăr, unele fibre reduc de fapt rezistența la compresiune a betonului.

Cantitatea de fibre adăugate la un amestec de beton este exprimată ca procent din volumul total al compozitului (beton și fibre), numit „fracțiune de volum” (Vf). Vf variază de obicei între 0,1 și 3%. Raportul de aspect (l/d) se calculează prin împărțirea lungimii fibrelor (l) la diametrul acestora (d). Fibrele cu o secțiune transversală necirculară utilizează un diametru echivalent pentru calcularea raportului de aspect. În cazul în care modulul de elasticitate al fibrelor este mai mare decât cel al matricei (beton sau liant de mortar), acestea ajută la suportarea sarcinii prin creșterea rezistenței la tracțiune a materialului. Creșterea raportului de aspect al fibrelor segmentează, de obicei, rezistența la flexiune și tenacitatea matricei. O lungime mai mare are ca rezultat o matrice mai bună în interiorul betonului, iar un diametru mai fin crește numărul de fibre. Pentru a se asigura că fiecare fir de fibre este eficient, se recomandă utilizarea fibrelor mai lungi decât dimensiunea maximă a agregatului. Betonul normal conține agregate cu diametrul echivalent de 19 mm, ceea ce reprezintă 35-45% din beton, fibrele mai lungi de 20 mm sunt mai eficiente. Cu toate acestea, fibrele prea lungi și care nu sunt tratate corespunzător în momentul prelucrării au tendința de a se „balona” în amestec și de a crea probleme de prelucrabilitate.

Fibrele sunt adăugate pentru durabilitatea pe termen lung a betonului. Sticla și poliesterul se descompun în condiții alcaline ale betonului și diferiți aditivi și în tratamentul de suprafață al betonului.

În căptușelile tunelului High Speed 1 au încorporat beton care conținea 1 kg/m3 sau mai mult de fibre de polipropilenă, cu diametrul de 18 & 32 μm, conferind beneficiile menționate mai jos. Adăugarea de fibre de polipropilenă cu diametrul fin, nu numai că asigură o armare în căptușeala tunelului, dar previne și „spargerea” și deteriorarea căptușelii în caz de incendiu din cauza unui accident.