Fiberarmerad betong

Konceptet att använda fibrer som armering är inte nytt. Fibrer har använts som förstärkning sedan urminnes tider. Historiskt sett användes hästhår i murbruk och halm i lertegel. På 1900-talet användes asbestfibrer i betong. På 1950-talet kom begreppet kompositmaterial till stånd och fiberarmerad betong var ett av de ämnen som intresserade. När hälsoriskerna i samband med asbest upptäcktes fanns det ett behov av att hitta en ersättning för ämnet i betong och andra byggnadsmaterial. På 1960-talet användes stål-, glas- (GFRC) och syntetiska (t.ex. polypropylen) fibrer i betong. Forskningen om nya fiberförstärkta betonger fortsätter idag.

Fibrer används vanligtvis i betong för att kontrollera sprickbildning på grund av plastkrympning och torkningskrympning. De minskar också betongens genomsläpplighet och minskar därmed blödningen av vatten. Vissa typer av fibrer ger större slag-, nötnings- och splitterbeständighet i betong. Större stål- eller syntetfibrer kan ersätta armeringsjärn eller stål helt och hållet i vissa situationer. Fiberarmerad betong har nästan helt ersatt stänger i underjordisk byggnadsindustri, t.ex. i tunnelsegment där nästan alla tunnelfodringar är fiberarmerade i stället för att använda armeringsjärn. Vissa fibrer minskar faktiskt betongens tryckhållfasthet.

Mängden fibrer som tillsätts i en betongblandning uttrycks som en procentandel av kompositens totala volym (betong och fibrer), kallad ”volymfraktion” (Vf). Vf ligger vanligtvis mellan 0,1 och 3 %. Aspektförhållandet (l/d) beräknas genom att dividera fiberns längd (l) med dess diameter (d). För fibrer med icke-cirkulärt tvärsnitt används en ekvivalent diameter för beräkning av längdförhållandet. Om fiberns elasticitetsmodul är högre än matrisen (betong- eller murbruksbindemedel) hjälper de till att bära lasten genom att öka materialets draghållfasthet. En ökning av fiberns aspektförhållande segmenterar vanligtvis matrisens böjhållfasthet och seghet. Längre längd ger en bättre matris inuti betongen och finare diameter ökar antalet fibrer. För att säkerställa att varje fibersträng är effektiv rekommenderas att man använder fibrer som är längre än aggregatets maximala storlek. Normal betong innehåller aggregat med 19 mm ekvivalent diameter som utgör 35-45 % av betongen, fibrer som är längre än 20 mm är effektivare. Fibrer som är för långa och inte behandlas korrekt vid bearbetningen tenderar dock att ”bollas” i blandningen och skapa problem med bearbetningsbarheten.

Fibrer tillsätts för betongens hållbarhet på lång sikt. Glas och polyester sönderdelas i betongens alkaliska tillstånd och olika tillsatser och ytbehandling av betong.

Tunnelbeläggningarna i höghastighetstunneln 1 innehöll betong som innehöll 1 kg/m3 eller mer polypropylenfibrer med en diameter på 18 & 32 μm, vilket ger de fördelar som anges nedan. Tillsats av polypropenfibrer med fin diameter ger inte bara en förstärkning av tunnelfodret, utan förhindrar också ”avskalning” och skador på fodret i händelse av brand på grund av olyckshändelse.