Włókna polimerowe do betonu

Włókna polimerowe stanowią nowoczesny dodatek do betonu, który coraz częściej zastępuje lub uzupełnia tradycyjne zbrojenie stalowe. Dzięki swoim właściwościom poprawiają trwałość i wytrzymałość konstrukcji, a także zwiększają odporność betonu na pęknięcia, ścieranie czy działanie mrozu. Ich zastosowanie staje się szczególnie popularne w budownictwie przemysłowym oraz w realizacjach wymagających dużej trwałości i niezawodności. Wprowadzenie włókien polimerowych do mieszanki betonowej to prosty sposób na uzyskanie materiału o lepszych parametrach użytkowych i dłuższej żywotności.

Rodzaje włókien polimerowych

Włókna polimerowe stosowane w budownictwie, w tym do wzmacniania betonu, mogą mieć różne rodzaje w zależności od materiału, z którego zostały wykonane. Do najczęściej używanych zalicza się:

• włókna polipropylenowe (PP) – najpopularniejsze, lekkie i odporne na działanie chemikaliów, poprawiają urabialność betonu i redukują mikropęknięcia skurczowe
• włókna polietylenowe (PE) – charakteryzują się dużą wytrzymałością na rozciąganie oraz elastycznością, zwiększają odporność betonu na obciążenia dynamiczne
• włókna poliakrylonitrylowe (PAN) – wyróżniają się wysoką odpornością na czynniki atmosferyczne i ścieranie, stosowane w konstrukcjach wymagających długiej trwałości
• włókna aramidowe (np. Kevlar) – bardzo wytrzymałe i lekkie, odporne na rozciąganie i wysokie temperatury, choć stosowane rzadziej ze względu na wyższą cenę
• włókna poliestrowe (PET) – dobre w zastosowaniach, gdzie wymagana jest odporność na wilgoć i promieniowanie UV, poprawiają trwałość konstrukcji.

Charakterystyka włókien polimerowych do betonu

Włókna polimerowe mają właściwości i parametry techniczne takie jak:

• odpowiednia długość – wyróżnia się włókna mikro i makro, pierwsze z nich mają zaledwie kilka milimetrów, a drugie osiągają nawet kilka centymetrów długości
• średnica – włókna mikro mają średnicę około 20–35 mikrometrów, a makro – od 0,3 do 1,5 mm
• temperatura topnienia – w przypadku włókien PP sięga ona 160–170℃
• wytrzymałość na rozciąganie – jest niższa niż w przypadku stali zbrojeniowej, ale wystarczająca do skutecznego kontrolowania mikropęknięć i poprawy innych właściwości mechanicznych betonu
• odporność na pękanie – włókna polimerowe znacząco poprawiają odporność betonu na pękanie
• odporność na działanie ognia – włókna polimerowe są niepalne, zwiększają odporność betonu na działanie ognia
• ścieralność – włókna polimerowe poprawiają odporność betonu na ścieranie
• mrozoodporność – beton wzbogacony włóknami polimerowymi wykazuje większą odporność na cykliczne zamarzanie i rozmrażanie
• wodoszczelność – włókna polimerowe istotnie wpływają na poprawę parametru wodoszczelności betonu.

Warto wybierać włókna do betonu, które są zgodne z normą dla włókien do betonu: PN-EN 14889-1:2007 – Włókna do betonu – Część 1: Włókna stalowe – Definicje wymagania i zgodność oraz PN-EN 14889-2:2007 – Włókna do betonu – Część 2: Włókna polimerowe – Definicje, wymagania i zgodność. Potwierdza jakość takich materiałów, a więc także ich właściwości.

Dlaczego stosuje się włókna polimerowe w betonie?

Włókna polimerowe działają jak mikrozbrojenia. Po zmieszaniu z betonem włókna rozkładają się równomiernie, tworząc przestrzenną sieć wzmacniającą całą strukturę. Stanowią one nowoczesne rozwiązanie alternatywne do klasycznego zbrojenia stalowego.

Ich zastosowane powoduje:

• redukcję rys i spękań skurczowych – włókna ograniczają powstawanie mikropęknięć podczas wiązania i wysychania betonu
• poprawę odporności na uderzenia i ścieranie – włókna rozpraszają naprężenia w betonie i zwiększają jego trwałość
• zwiększenie szczelności – zmniejszają penetrację wody i substancji agresywnych chemicznie
• odporność na korozję – w przeciwieństwie do włókien stalowych, polimerowe nie rdzewieją
• łatwe dozowanie i mieszanie – dodaje się je bezpośrednio do mieszanki betonowej.

Włókna polimerowe nie zastępują tradycyjnego zbrojenia stalowego w konstrukcjach nośnych, ale stanowią mikrozbrojenie rozproszone, które znacząco poprawia trwałość i odporność betonu.

Zastosowania betonu z włóknami polimerowymi

Wzmocniony włóknami polimerowymi beton doskonale nadaje się na:

• posadzki przemysłowe i parkingowe,
• nawierzchnie drogowe i lotniskowe,
• elementy prefabrykowane (belki, słupy, ściany),
• płyty fundamentowe,
• fundamenty i konstrukcje narażone na pękanie,
• cienkościenne elementy betonowe,
• betonowe elementy dekoracyjne.

Zalety stosowania włókien polimerowych

Zdecydowanie warto stosować włókna polimerowe, ponieważ rozwiązanie to niesie wiele korzyści. Dodatek włókien polimerowych może obniżyć koszty zbrojenia i późniejszej eksploatacji konstrukcji, a także poprawia urabialność mieszanki, ułatwiając jej formowanie i zapewniając lepszą jednorodność.

Beton z włóknami cechuje się większą odpornością na mróz, co wydłuża trwałość elementów w trudnych warunkach klimatycznych. Włókna ograniczają też ryzyko powstawania mikropęknięć skurczowych i zwiększają odporność na ścieranie, co ma szczególne znaczenie w przypadku posadzek przemysłowych.

Włókna z tworzywa sztucznego są odporne na korozję, dzięki czemu eliminują ryzyko powstawania nieestetycznych plam rdzy na powierzchni betonu, co często zdarza się przy zastosowaniu włókien stalowych.

Jak dodawać włókna do betonu?

Włókna do betonu należy wprowadzać w ściśle określonych proporcjach i odpowiedniej kolejności, zgodnie z zaleceniami producenta umieszczonymi na opakowaniu. Standardowo na 1 m³ mieszanki dodaje się około 0,9 kg włókien, bez zmiany proporcji pozostałych składników.

Włókna polimerowe wsypuje się po dodaniu kruszywa, a przed wprowadzeniem cementu i wody – w przeciwnym razie mogą się nierównomiernie rozproszyć. Po ich dodaniu masa powinna być intensywnie mieszana przez kilka minut, aby zapewnić równą dystrybucję włókien.

Przygotowana mieszanka nadaje się do użycia od razu, a proces jej wytwarzania jest taki sam jak w przypadku tradycyjnego betonu – jedyną różnicą jest dodatkowy etap polegający na wsypaniu włókien.

Fot. master-builders-solutions.com