5.9 Сталеве волокно

Сталева фібра є відрізками сталевих волокон спеціальної форми і довжини, в певних дозуваннях (від 20 кг/м³), що додаються в бетонну матрицю для здійснення об'ємного армування.

В результаті фібрового армування створюється композитний матеріал — сталефібробетон, що володіє рядом переваг перед неармованим бетоном і бетоном з традиційними видами армування. Підвищується:

— міцність на розтягування при вигині — в 2–3 рази;

— міцність на стиснення — до 10–50 %;

— міцність на осьове розтягування — до 10–40 %;

— ударна міцність — в 8–12 разів;

— опір стиранню — до 2 разів;

— тріщиностійкость — в 2–3 рази;

— морозостійкість і водонепроникність — не менше чим на клас.

Використання технології фібрового армування дозволяє істотно понизити час виконання і трудомісткість робіт за рахунок відмови від в'язки арматури і укладання сіток, а у ряді випадків — заощадити будівельні матеріали за рахунок досягнення проектних характеристик при меншій товщині і/або металоємності конструкцій.

Перспективні напрями застосування сталевої фібри.

У разі застосування в бетонних підлогах. Зниження трудомісткості і часу виконання робіт, істотне підвищення довговічності і міжремонтних інтервалів.

У дорожньому будівництві. Підвищена стійкість тріщиноутворенню, утворенню ям і вибоїн, рівніша поверхня, менша кількість швів і стиків, підвищене шумопоглинання, істотна економія на ремонті.

Злітно-посадочні смуги. Підвищення довговічності, рівніша поверхня, менша кількість швів і стиків, підвищення безпеки зльотів і посадок, пониження зносу деталей шасі літаків, стійкість до дій зовнішнього середовища і складних умов експлуатації.

У мостобудуванні. Підвищення експлуатаційної надійності, зниження трудомісткості за рахунок часткової або повної відмови від традиційного армування, поліпшення гідроізоляційних властивостей, армування труднодоступних ділянок.

У гідротехнічних спорудах. Підвищення міцністних характеристик, водонепроникності і термінів експлуатації, зниження трудомісткості будівництва.

Виготовлення паль і шпунтів. Застосування паль з оголовком із сталефібробетону забезпечує можливість забивання паль до проектної відмітки без пошкоджень, відпадає необхідність забивання паль-дублерів.

Виготовлення збірних залізобетонних конструкцій. Застосування сталефібробетону в кільцях стінних колодязів, водовідпускних і колекторних трубах, плитах перекриттів дозволяє збільшити термін експлуатації виробів при істотному зниженні трудовитрат і економії матеріалів.

Інші області застосування: вибухо- і зламостійкі споруди, елементи фундаментів, трубопроводи, тонкостінні і декоративні конструкції, ємкості для води і інших рідин.

5.10 Вуглецеве волокно

Вуглецеве волокно (міжнародна назва Carbon Fiber) - це полімерне, «графітоподібне», неорганічне волокно, що складається в основному з атомів вуглецю. Форма вуглецю у вигляді волокна виникає в ході термічної обробки (за ретельно контрольованих умов) органічних полімерів. При температурі обробки біля 900 ^оС вміст вуглецю у волокні складає 85-90%, при 900-1500^оС зміст вуглецю зростає до 95-99%, а при температурах 1500-3000^оС зміст вуглецю збільшується до 99% і більш. Вуглецеві волокна (Carbon Fiber) отримують в основному з поліакрилонитрильних (ПАН) волокон, волокон з гідратцеллюлози (ГЦ), а також з пекових волокон (на основі ізотропних і рідкокристалічних кам'яновугільних і нафтових пеків).

Чорні волокна не можна перефарбувати в інший колір.

Переваги вуглецевих волокон:

1. Не горять (інші волокна вимагають спеціальної обробки). 2. Не деформується унаслідок механічного навантаження при температурах до 400^оC.

Вуглецеві волокна можуть мати різноманітну текстильну форму: джгути, стрічки, повсть, тканини і ін. Вони володіють рядом унікальних властивостей, що забезпечують їх широке застосування в різних галузях промисловості. Зокрема, володіючи низькою щільністю (1,7 г/см3 проти 2,8 г/см3 у алюмінію і 7,8 г/см3 у сталі) і високими пружно-міцностними властивостями (модуль пружності у деяких марок досягає 700 ГПа, а межа міцності до 4000 МПа і вище), вуглецеві волокна не мають конкурентів при створенні жорстких і жароміцних конструкцій з вуглеволокнистих композиційних матеріалів з різними типами матриць. Колективи учених і інженерів розробляють спеціальні конструкційні матеріали, в яких поєднуються еластичність і механічна міцність, легкість і теплостійкість. Вони не бояться радіації. Волокна з вуглецю кращі, ніж будь-які інші, задовольняють цим вимогам. Тепер все частіше користуються замість металевих конструкціями з вуглецевого волокна, зв'язаного термостійкими синтетичними смолами. З таких вуглепластиків виготовляють космічні кораблі і надзвукові літаки, сучасні легкові автомобілі і спортивні вироби.

Вуглецеві волокна  мають виняткову високу теплостійкість: при тепловій дії аж до 1600-2000^оС у відсутності кисню механічні показники волокна не змінюються, що дозволяє створити на їх основі унікальні теплозахисні і теплоізоляційні матеріали.

Вуглецеві волокна володіють високою атмосферостійкістю, стійкі до агресивних хімічних середовищ, проте окислюються при нагріванні у присутності кисню. На повітрі температура експлуатації не перевищує 300-400^оС.

Вуглецеві волокна (Carbon Fiber), залежно від умов термообробки, володіють різними електрофізичними властивостями, що дозволяє їх використовувати як різноманітні за призначенням електронагрівальних елементів.

Високотемпературна активація вуглецевих волокон в середовищі водяної пари або вуглекислого газу дозволяє значно розвинути активну поверхню волокна і створити унікальні сорбційні матеріали.

Дискретні вуглецеві волокна є різаним волокном з довжиною різу від 10±5 мм, або подрібнене волокно з розміром фракції від 2 до 20 мм отримане при різних температурах обробки. По окремому замовленню можуть поставлятися розмолоті на кульовому млині волокна з розміром фракції до 350 мкм. Щільність вуглецевого волокна складає не менше 1,64 г/см³. Дискретні волокна використовуються як армуючі елементи в вуглерод-вуглеродних, керамічних і полімерних композиційних матеріалах. Широкий діапазон електропровідності вуглецевих волокон обумовлений відмінністю температури обробки дозволяє їх використовувати як наповнювачів паперів спеціального призначення. Відносно невелика щільність дискретних волокон, висока температура експлуатації, стійкість до термічного удару і стійкість до зношування в різних атмосферних умовах дозволяє їх використовувати у фрикційних матеріалах нового покоління.

Мікроармування вогнетривів дисперсними вуглецевими волокнами дозволяє створити необхідний запас міцності, зберігаючи цілісність конструкції, забезпечуючи додатковий комплекс властивостей композиту: підвищення довговічності, зниження усадкової деформації, підвищення тріщиностійкості і ударній в'язкості.

Таблиця 5.2 – Характеристика вуглецевих волокон

№ п/п	Найменування	Щільність волокна г/см3, не менше	Розміри фракцій (довжина реза)	Кількість і тип апрету,   не більш
1.	Дрібно різане	1,64	5 – 20 мм	0,5% Алкамон ОС-2
2.	Подрібнене	1,64	0,5 – 2 мм	0,1% ПВС
3.	Розмолоте	1,64	до 650 мкм	0,1% ПВС

Промислове використання вуглецевого волокна вимагає спеціальних дозуючих пристроїв. Значного промислового застосування це волокно не має, але оскільки мова йде про нові розробки, звичайно ж, вивчені не всі переваги цього виду волокна.

Поєднання у вуглецевих волокнах вищенаведених і інших унікальних властивостей дозволяє їх віднести до сучасних матеріалів, таких, що володіють великим потенціалом застосування, - матеріалам 21 століття.