2. Повышение ударной вязкости

Повышенное сопротивление удару и устойчивость к раскалыванию бетона с ПАН и углеродной фиброй является следствием поглощения большого количества энергии, при натяжении волокон, в результате различных внешних физических воздействий. Благодаря этому добавление фибры в бетон повышает его пластичность, способность к деформациям, обеспечивая устойчивость к раскалыванию, к разрушению краев соединений бетонных конструкций и ударам.

3. Повышение устойчивости к трещинообразованию

Фибра, в составе бетонной смеси, контролирует образование микротрещин уже на начальном этапе, в течение первых часов после укладки. Происходит перераспределение напряжений между цементной матрицей и волокном. Этот эффект оказывает стабилизирующее действие на тенденцию к образованию трещин и увеличивает срок службы изделия.

4. Повышение морозостойкости

В структуре бетона, в процессе его укладки и твердения, образовываются капилляры. Они могут изначально быть заполнены водой или заполнятся со временем эксплуатации бетона. При замораживании вода расширяется и создает внутренние разрушающие напряжения. В этом случае работает тот же механизм воздействия волокна, что и при снижении трещинообразования — происходит перераспределение напряжений. ПАН и углеродное волокно обладают более высоким модулем упругости, чем бетон, благодаря этому фибробетон имеет более высокую морозостойкость, в сравнении с обычным бетоном.

5. Повышение водонепроницаемость и химической стойкости

ПАН и углеродное волокна устойчивы к щелочам, кислотам и большинству химических веществ. Кроме того, бетон, армированный волокнами, содержит меньшее количество капилляров, чем обычный бетон. Это делает его более устойчивым к проникновению воды и химических веществ.

6. Повышение устойчивости к истиранию

Волокна равномерно распределяются по всему объему бетона. Поэтому бетон, армированный синтетический фиброй, имеет одинаковую прочность как внутри, так и снаружи. Поверхности конструкций из фибробетона более долговечны и более устойчивы к истиранию.

О производстве

Технология производства углеродных волокон основана на термической обработке различных органических волокон — полиакрилонитрильных (далее ПАН).

В зависимости от режима термообработки углеродные волокна подразделяются на карбонизованные и графитизированные. Вследствие различия их кристаллического состояния первые называют карбоновыми или углеродными, а вторые — графитовыми.

По физическим характеристикам они подразделяются на высококачественные и низкокачественные (низкосортные) углеродные волокна. К высококачественным волокнам относятся: 1) высокопрочные углеродные и высокомодульные графитовые волокна, углеродные волокна с повышенной прочностью и удлинением (на основе полиакрилонитрила (ПАН)); 2) высокомодульные графитовые волокна (на основе жидкокристаллических (мезофазных) пеков). К низкосортным волокнам или волокнам общего назначения относятся: 1) низкографитизированные углеродные и графитовые волокна и материалы (на основе ПАН); 2) низкографитизированные углеродные и графитовые волокна и материалы. Многие производители называют оба этих вида волокон одним термином «углеродное волокно».

Высококачественные волокна могут изготавливаться в виде нитей или жгутов, состоящих из 1000, 3000,6000, 10000 и большего числа элементарных непрерывных волокон (соответственно приняты обозначения 1К, 3К, 6К, 10К и т. п., где буква «К» обозначает тысячу элементарных волокон).

Кроме того, выпускаются ткани из этих волокон, а также жгуты, состоящие из еще большего числа элементарных волокон. При использовании углеродных волокон для армирования пластмасс проводят обработку их поверхности с целью улучшения взаимодействия волокон и матрицы. С этой же целью, а также для улучшения технологических свойств нитей и жгутов и эксплуатационных характеристик углепластиков поверхность волокон подвергается шлихтованию или аппретированию.

В производственном процессе прежде всего изготавливаются исходные волокна, которые затем нагревают в воздушной среде до температуры 200 — 300 °С. Этот процесс для волокон из ПАН называют предварительной обработкой или обработкой для придания огнестойкости, а для пековых волокон — обработкой для придания неплавкости. В ходе такого процесса происходит частичное окисление углеродных волокон. Затем окисленные волокна подвергаются высокотемпературному прогреву. Процесс прогрева в зависимости от режима может привести к карбонизации или графитизации волокон. На заключительной стадии процесса осуществляют обработку поверхности карбонизованных или графитизированных волокон, после чего поверхность подвергают аппретированию или шлихтованию.