Сверхпрочный фибробетон ЦЕМЕНТАЛЬ: инновационный материал для инфраструктуры, дорог, мостов и метро

Инфраструктурное и дорожное строительство ― один из приоритетов нашей страны. В федеральных программах и национальных проектах большое внимание уделено развитию дорог и связанной с ними инженерной инфраструктуры. Между тем, один из главных параметров дорожного полотна ― износостойкость. И отвечает за нее ― материал.

Сверхпрочный фибробетон ― инновационный продукт, который сможет повысить износостойкость полотна мостовых сооружений, а также защитит любые железобетонные конструкции искусственных сооружений в дорожном и инфраструктурном строительстве, и сохранит их в рабочем состоянии долгие годы.

Уникальный, сверхпрочный

Международное патентованное обозначение класса материалов ― UHPFRC (Ultra-high-performance fiber-reinforced concrete), в России применяется термин «сверхпрочный фибробетон» (СПФБ), а единственный официальный производитель и поставщик компонентов данной технологии, компания Цементум, реализует его под брендом ЦЕМЕНТАЛЬ.

В чем уникальность материала? В первую очередь в составе ― кроме сухой смеси, воды и химических добавок в него входит большое количество высокопрочных тонких стальных волокон ― фибры. Именно она способна придавать СПФБ такие потребительские характеристики.

ЦЕМЕНТАЛЬ имеет высокую прочность не только на сжатие, но и на растяжение. И в этом его преимущество перед обычным фибробетоном. В основе выдающихся возможностей ― высококачественная бетон-матрица, которая рационально интегрирует и задействует в работе большое количество фибры.

Формально материал может быть отнесен к сверхпрочному фибробетону, если соответствует следующим высоким требованиям в части прочностных характеристик:

Во-первых, нормативное значение прочности на сжатие должно достигать не менее 120 Мпа.

Во-вторых, нормативное значение прочности на растяжение до образования трещин должно быть не менее 6 МПа.

Ну и в-третьих, материал должен демонстрировать так называемое квази-упрочнение, или дуктильность, в своей работе под растягивающей нагрузкой, то есть способность к деформированию при работе на растяжение после образования микротрещины с дальнейшем восприятием нагрузки.

Если говорить о технической стороне вопроса, то применяется UHPFRC с высоким содержанием фибры от 2% и более. И только составы с содержанием фибры 3% и более демонстрируют существенную зону упрочнения. Распределенная по всему объему стальная фибра, имея достаточную собственную прочность, при заделке в матрицу полностью воспринимает растяжение в полости зародившейся трещины, не позволяя ей резко увеличиваться.

Простые же фибробетоны с процентом дисперсного армирования (фиброй) не более 1,0%, могут воспринять некоторые растягивающие напряжения и после начала трещинообразования. Но в таком количестве фибра позволяет лишь несколько снизить хрупкость материала, обеспечить возможность значительных деформаций, чтобы избежать мгновенного разрушения.

За счет своей впечатляющей бетон-матрицы и закрытой пористости сверхпрочный фибробетон водонепроницаем, морозостоек, обладает устойчивостью к агрессивным средам, проникновению хлоридов, сульфатов, а также к истиранию.

Добавленный слой

Мост ― одно из основных инфраструктурных и транспортных сооружений в нашей стране. От него зависит логистический поток и транспортная связанность разных регионов. Между тем нагрузки на мосты могут быть колоссальными. Вот почему как при строительстве самого моста, так и в период его обслуживания на первый план выходит повышение прочности мостовой конструкции и ее эксплуатационных характеристик.

СПФБ способен помочь в этом, используя специфическое техническое решение в виде технологии добавленного слоя.

Добавленный слой используется при реконструкции или ремонте объектов транспортной инфраструктуры, а также в новом строительстве. Концепция представляет собой композитный материал из двух слоев ― ремонтируемого железобетонного или металлического основания и наложенного сверху слоя сверхпрочного фибробетона.

Подобные слои могут наноситься для усиления опор, консольных элементов, балок пролетного строения, а также повышения сейсмостойкости сооружений. И все же эксплуатация показала, что наиболее полно возможности сверхпрочного фибробетона раскрываются при наложении на бетонные плиты проезжей части.

Цель укладки слоя может быть разной ― усиление конструкций, ремонт, восстановление целостности, а также, что немаловажно для нашего климата, создание надежного и долговечного влагонепроницаемого слоя.

Необходимость усиления строительных конструкций

Применять СПФБ ЦЕМЕНТАЛЬ можно для защиты и усиления любых конструкций, в том числе железобетонных балок.

СПФБ позволяет комфортно управлять прочностными характеристиками и параметрами долговечности уже имеющихся в эксплуатации объектов дорожной и транспортной инфраструктуры.

Проблему усугубляет интенсивное воздействие окружающей среды, включая химикаты (например, хлориды от противогололедной соли) ― они также понижают прочность.

Чем больше конструкция находится в работе, тем больше она требует поддерживающих мероприятий со стороны эксплуатирующей организации,

К тому же традиционная «реконструкция» может занять не только большее количество времени и финансовых ресурсов, но и оказаться недостаточно эффективной.

Современные реалии требуют от подрядчика проведение ремонтных и восстановительных работ в кратчайшие сроки. Проводимые в быстром темпе работы, которые в итоге не нужно будет переделывать через пару лет, ― подход, ставший возможным благодаря СПФБ ЦЕМЕНТАЛЬ.

«Концепция улучшения характеристик железобетонных мостов состоит в целенаправленном добавлении к элементу из железобетона достаточно тонкого слоя UHPFRC (в российской терминологии СПФБ), обладающего свойством квази-упрочнения, устраиваемого обычно поверх плиты проезжей части моста, ― пишет в своей статье профессор из Швейцарии О. Брювиллер. ― Такой добавленный слой повышает несущую способность образовавшегося объединенного конструктивного элемента. Кроме того, поскольку слой UHPFRC в определенном диапазоне деформаций не имеет трещин и является водонепроницаемым в режиме нормальной эксплуатации, долговечность железобетонных мостов будет восстановлена и даже увеличена, а межремонтный период продлен».

Но как достичь адгезии между слоем СПФБ и бетоном? Поверхность бетонного основания предварительно обрабатывается с применением водоструйной или пескоструйной технологии. Такая подготовка поверхности обеспечивает полную совместность работы между СПФБ и бетонным основанием.

Испытания методом вырыва показывают, что разрушение никогда не происходит по зоне контакта (тем более не в слое СПФБ). Оно всегда происходит по телу бетона и носит когезионный характер. Таким образом, комбинированное сечение СПФБ и железобетона рассматривается как единое целое.

Должным образом подготовленное основание позволяет пролетному строению с нанесенным добавленным слоем Цементаль работать совместно даже под циклическими нагрузками, что подтверждено большой научно-исследовательской работой, выполненной в компании Цементум.

ЦЕМЕНТАЛЬ против предубеждений

СПФБ ― технология будущего. И возможности его внедрения ― вопрос стратегический.

Производит материал в России на сегодня только одна компания ― ЦЕМЕНТУМ. Поскольку на сегодня в России еще не создано исчерпывающей нормативной базы по применению сверхпрочного фибробетона, компания самостоятельно ведет большую научно- исследовательскую работу по изучению условий эффективного применения СПФБ в России.

С 2019 года ЦЕМЕНТУМ (ранее «Лафарж Холсим») проводит комплексную НИОКР с целью разработки необходимого научно-исследовательского и нормативного обоснования применения сверхпрочного фибробетона для несущих конструкций в России.

Направления НИОКР самые разные. Прежде всего они касаются самого материала: это и изготовление смеси в производственных условиях, и методические вопросы испытаний стандартных образцов. Кроме того, проводятся испытания образцов конструкций с добавленным слоем.

Хотя в мире накоплен достаточно большой опыт по применению сверхпрочного фибробетона, тем не менее российские условия имеют свою специфику. Это прежде всего касается традиционных массовых конструктивных и технологических решений, применяемых в мостостроении.

Важно отметить, что 01 мая 2025 года был выпущен ГОСТ Р 72000-2025. «Дороги автомобильные общего пользования. Фибробетон сверхпрочный со стальной фиброй для мостовых конструкций. Технические условия». Это первый важный шаг на государственном уровне на пути развития нормативной базы в России и он уже сделан.

Учитывая вышесказанное, в России важно продолжать вести полноценные собственные исследования. Компания «Цементум» продолжит масштабные научные работы, включая испытания СПФБ в различных типах конструкций, чтобы оценить их прочность, долговечность и эффективность применения.

Автор: Михаил Забродин