Основные физико-механические характеристики неметаллических волокон

Углеродные волокна имеют уникальные свойства, не разрушаются в щелочной среде це-
ментного камня, повышают его прочность на растяжение и модуль упругости, отличаются 
повышенной стоимостью по сравнению со стальными и стеклянными волокнами. 
Стеклянные (минеральные) волокна имеют различный химический состав, разные физи-
ко-механические и конструкционные характеристики. К ним относятся плавленый кварц, си-
ликатные, фосфатные, боратные, свинцовые оксидные соединения, соединения на основе 
мышьяка, сурьмы и серы, селена, теллура (халькогенидные стекла). 
Впервые стеклофибробетон появился в 1969 г. и с тех пор получил широкое распростра-
нение. Сырьем для получения стеклянных волокон служат стекла: кварцевые, алюмосили-
катные, боросиликатные, натрий-кальциевые силикатные, цирконий-силикатные и просто 
силикатные. Неорганические волокна возможно получить из шлаков и базальта. Неорганиче-
ское стекло находится в аморфном состоянии, которое получают переохлаждением расплава 
и обратимым переходом из жидкого состояния в стеклообразное. Стеклообразное состояние 
занимает промежуточное положение между кристаллическим и жидким. Основными стекло-
образующими оксидами являются оксиды кремния, германия, фосфора и бора. В образовании 
каркаса стекла могут принимать участие и другие оксиды, например, Al
2
O
3
, FeO, TiO
2
,
Bi
2
O
3
, SeO
2
, Al
2
O
3
, 
называемые условными стеклообразователями. Эти соединения само-
стоятельно не образуют стекла, но в присутствии некоторых стеклообразующих оксидов все-
таки способствуют возникновению стеклообразных фаз. 
Стеклянные волокна превосходят по стоимости обычную стальную арматуру, однако их 
применение может быть оправдано в случае дефицита арматурной стали, а также для арми-
рования тонкостенных конструкций. 
Применение стеклянных волокон для армирования цементных композитов в недавнее 
время ограничивало их применение и представляло определенные сложности, связанные с 
недостаточной щелочестойкостью стекловолокна. Проведенные исследования в этой области 
способствовали поиску новых решений, способных устранить указанные недостатки. Так, 
английская фирма Pilkington Brothers 1970-х годов разработала и начала производство щело-
честойкого высокоциркониевого стеклянного волокна Cemfil для композитов на основе це-
ментных вяжущих. Проблема совершенствования и улучшения свойств стекла для армиро-
вания цементных композитов остается актуальной и требует поиска новых составов и техно-
логических решений. 
Химический состав стекла и способ получения оказывает решающее значение на свойст-
во конечного продукта. По химическому составу промышленные стекла и стекловолокна 
подразделяются на две основные группы: 
− 
бесщелочные — с содержанием щелочных оксидов не более 1–2 %; 
− 
щелочные — с содержанием щелочных оксидов 10–15 %. 
В промышленных масштабах освоено производство непрерывных стеклянных волокон 
в виде одиночных нитей и штапельных (дискретных) волокон ограниченной длины. 
Стекловолокно непрерывной длины производят на специальных установках вытягиванием 
из расплавленной стекломассы. Применение тугоплавких составов представляет определенные 
технологические сложности при производстве волокон. Расплавленная масса, находящаяся 
в специальной емкости с небольшими отверстиями (фильерами) определенного диаметра в дни-
ще, под давлением проходит сквозь них и кристаллизуется. Например, температура получе-
ния волокна из стекол, содержащих цирконий, находится в диапазоне 1280–1320 ℃, при 
температуре плавления 1180–1200 ℃. Полученные элементарные стеклонити объединяются 
в первичные пучки, которые далее скручиваются и наматываются на бобину. Непрерывное 
стекловолокно используется для получения ровинга (жгута), тканых или нетканых рулонных 
материалов. Штапельное стекловолокно диаметром до 20 мкм получают центрифугально-
фильерно-дутьевым способом или способом вертикального вытягивания и раздува. 
Дисперсно-армированные бетоны изготавливают с применением непрерывных в катуш-
ках (ровинга) и дискретных (рубленое стекловолокно) стеклонитей, армированием срезов 
стекловолокна, стеклохолстов, вуалей, нетканых стеклосеток (рис. 3.8). 
31 

Рис. 3.8. Стекловолокнистые материалы, используемые в качестве арматуры 
Установлено, что тонкие стеклянные нити имеют высокую прочностью, превышающую 
прочность стекла в массиве в 25–30 раз. Так, прочность при растяжении стеклянных волокон 
диаметром 10 мкм составляет 1500–2500 МПа, в то время как прочность при растяжении 
стекла в массиве находится в пределах 50–100 МПа. 
Установлено, что при дисперсном армировании бетона, необходимо отдавать предпоч-
тение стеклянным волокнам диаметром до 100 мкм, так как их прочность будет использова-
на в наибольшей степени. В табл. 3.7 представлены значения относительных удлинений 
и модуля упругости и стеклянных волокон. 
Таблица 3.7 

жүктеу/скачать 3,84 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: