В статье представлен обзор истории появления и дальнейшего применения фибробетона, начиная с первых патентов XIX века, когда были предложены методы добавления волокон в бетон для повышения его прочности и трещиностойкости. Рассмотрены ключевые этапы изобретения фибробетона, включая исследования в СССР, а также современные разработки, начавшиеся с 1960-х годов.
Ключевые слова: фибробетон, история строительства, армирование бетона, стальные волокна, патенты, научные исследования.
Еще в Древнем Египте при строительстве жилья в глину подмешивали солому, шерсть, что придавало стенам дополнительную прочность и трещиностойкость. Одно из названий этого материала — саман, и его можно считать предком фибробетона [1]. Уже в то время люди поняли, что добавление различных волокон в смесь увеличивает ее жесткость.
Первый патент на материал, который мы сейчас называем фибробетоном, был выдан в 1874 году А. Берарду из Калифорнии, США. Он предложил добавлять гранулированные железные отходы в бетонную смесь для создания искусственного камня. Похожая идея принадлежит Д. С. Сейлу из Франции, в 1920 году запатентовавшему использование стальной стружки и металлолома при приготовлении бетонной смеси [2].
В России первое применение фибробетонов связывают с именем инженера В. П. Некрасова. Он выполнил исследования, посвященные бетону, косвенно армированному «железным волосом» и «железной соломой». Результаты исследований он публиковал в журнале «Зодчий» с 1907 по 1908 год. Более подробно свои идеи Некрасов изложил в монографии «Метод косвенного вооружения бетона», изданной в 1925 году [3].
В 1910 году американец Х. Ф. Портер провел серию тестов по улучшению прочности бетона, в результате которых сделал вывод, что наличие коротких волокон в бетоне повышает его прочность при сжатии и растяжении.
Во французском патенте Х. Альфонсена от 1918 года описывается процесс повышения прочности бетона на растяжение путем добавления небольших волокон из железа, дерева и других материалов.
В 1912 году Р. Викли (Миссури, США) получил патент на использование стальных волокон, представленных в виде двух проволок, у которых есть петли для надежного сцепления с бетоном (рис. 1).
Рис. 1. Патент Р. Викли от 1912 года, США
В 1920 году в Калифорнии, США, был выдан патент У. Мейшке-Смиту, в котором он описал применение скрученных плоских отрезков проволоки в качестве армирующих волокон (рис. 2).
Рис. 2. Патент У. Мейшке-Смита от 1920 года, США
В 1931 году Г. Этеридж предложил добавлять кольцевидные волокна разных размеров и диаметров для улучшения показателей трещиностойкости и усталости бетонных элементов, например железнодорожных шпал, получив соответствующий патент в 1933 году (рис. 3).
Рис. 3. Патент Г. Этериджа от 1933 года, США
В последующие годы были выданы многочисленные патенты. Однако у всех патентов до 1960 года был недостаток. У их авторов отсутствовали глубокие научные и инженерные знания, что не позволяло лучше понять роль волокна, матрицы, связей, производственного процесса и необходимых типов испытаний и измерений, которые могли бы выявить различные свойства самой фибры и фибробетона, и, соответственно, не способствовали массовому использованию.
Связано это прежде всего с отсутствием на тот момент оборудования, которое позволяло бы выявлять различные свойства фибр и фибробетона. Высокая стоимость волокон также не способствовала массовому использованию фибробетона.
С 1960-х годов начались современные исследования и разработки фибробетона. Американские исследователи Дж. П. Ромуальди, Дж. А. Мандель и Г. П. Бэтсон предположили, что предел прочности бетона можно значительно увеличить за счет добавления волокон.
Также с этого времени началось широкое производство фиброволокон, выпускались они различных типов. Активно подавались по всему миру заявки на патенты [2].
В 1960 году японская ассоциация по цементу учредила комитет по изучению фибробетона, основной задачей которого является подготовка нормативной документации, руководящих материалов.
В 1973 году на мировом рынке впервые появились стальные волокна для промышленного армирования.
В СССР развитие фибробетона шло также активно. К примеру, в середине 1970-х годов при строительстве очистных сооружений на острове Белом (Ленинград) возникли трудности с устройством свайного основания цеха. Проблема заключалась в том, что при забивке сваи разрушались и лишь одна из шести свай смогла дойти до проектной отметки. В результате трест «Леноргинжстрой» и ЛенЗНИИЭП разработали ударостойкие сваи со сталефибробетонным оголовком, что позволило решить данную проблему. После этого ведущие институты страны ЦНИИПромзданий, ЛенЗНИИЭП, «Фундаментпроект» на основе полученного опыта разработали альбом чертежей «Сваи с применением сталефибробетона» [4].
В 1980–1990-х годах произошел настоящий прорыв в технологии производства фибробетона. Появились новые типы волокон, такие как стеклянные, полимерные и углеродные, которые расширили возможности применения материала. Например, стекловолоконный бетон стал популярен в создании декоративных элементов фасадов и тонкостенных конструкций благодаря своей легкости и высокой прочности. Полимерные волокна, такие как полипропиленовые, начали активно использоваться для повышения трещиностойкости бетона в условиях агрессивных сред.
Современные исследования фибробетона сосредоточены на оптимизации состава материала, улучшении адгезии волокон с бетонной матрицей и разработке новых методов испытаний. Благодаря развитию компьютерного моделирования и цифровых технологий стало возможным более точно прогнозировать поведение фибробетона под различными нагрузками, что значительно упрощает проектирование сложных конструкций.
Сегодня фибробетон широко применяется в различных областях строительства. Он используется при возведении мостов, тоннелей, аэропортов, промышленных объектов и даже в жилищном строительстве. Одним из ключевых преимуществ фибробетона является его устойчивость к образованию трещин, что особенно важно в условиях динамических нагрузок и агрессивных сред. Кроме того, фибробетон находит применение в ремонте и усилении существующих конструкций, что делает его универсальным материалом для решения широкого круга задач.
В последние годы также наблюдается рост интереса к экологически устойчивым решениям в строительстве. Фибробетон благодаря возможности использования вторичных материалов и снижению расхода традиционного армирования становится все более востребованным в контексте «зеленого» строительства. Например, исследователи активно изучают возможность использования натуральных волокон, таких как бамбук и конопля, для создания экологически чистых композитов.
Таким образом, фибробетон продолжает развиваться, сочетая в себе многовековой опыт и современные научные достижения. Его дальнейшее совершенствование открывает новые горизонты для строительной индустрии, позволяя создавать более надежные, долговечные и экологически устойчивые конструкции.
Литература:
- Чалов, Д. Л. Исследование применения фибробетона при строительстве в Беларуси / Д. Л. Чалов, В. Н. Слепухо // Актуальные проблемы технологии бетона и строительных материалов: материалы 67-й студенческой научно-технической конференции, Минск, 6 мая 2011 года. — Минск: БНТУ, 2011. — С. 108–111. — Текст: непосредственный.
- Antoine, E. N. Fiber reinforced concrete: five decades of progress / E. N. Antoine // 4th Brazilian Conference on Composite Materials. — Rio de Janeiro, 2018. — P. 1–22. — Текст: непосредственный.
- Маркович, А. С. Свойства дисперсных волокон для эффективного армирования бетонов / А. С. Маркович, Д. А. Милосердова // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. — 2022. — № 18 (2). — С. 182–192. — Текст: непосредственный.
- Ивлев, М. А. Конструктивные особенности фибробетонных перемычек стен зданий: специальность 05.23.01 «Строительные конструкции, здания и сооружения»: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / М. А. Ивлев // Уфимский государственный нефтяной технический университет. — Уфа, 2013. — 261 c. — Текст: непосредственный.
