Волокно PAN (Бренд Michem) превосходит стальную сетку в качестве арматуры при нанесении торкрет-бетона, поскольку позволяет исключить потери от отскока, характерные для стальных волокон — при использовании стальной сетки показатель отскока составляет 15–30%, тогда как при использовании PAN-волокна он не превышает 5% — обеспечивает равномерный трехмерный контроль растрескивания без трудоемкого процесса установки сварной проволочной сетки и сохраняет целостность конструкции при температурах, превышающих 200 °C. Это имеет решающее значение в случае пожара в туннеле, когда стальная сетка подвергается коррозии под воздействием тепловой нагрузки, а полипропиленовое волокно, плавящееся уже при 160 °C, катастрофически теряет свои армирующие свойства.
Волокно PAN (полиакрилонитрил) выполняет функцию системы микроармирования, равномерно распределяясь по всей матрице торкрет-бетона в процессе смешивания и нанесения. В отличие от стальных волокон, которые имеют склонность к комкованию и требуют специального дозирующего оборудования, волокно PAN беспрепятственно проходит через стандартные системы подачи и распыления торкрет-бетона. Миллионы отдельных волокон на кубический метр создают трехмерную сеть, сдерживающую растрескивание, которая начинает действовать уже на стадии микротрещин — задолго до того, как трещины станут видимыми или значимыми с точки зрения конструкции. Такое раннее сдерживание растрескивания особенно ценно при нанесении торкрет-бетона, где пластическая усадка и термические напряжения возникают в течение первых 24 часов после укладки. Кроме того, присущая волокну PAN щелочестойкость — особенно в случае щелочестойкого сорта с покрытием от компании Michem — обеспечивает долговечность в условиях влажных туннелей, где химический состав грунтовых вод может привести к разрушению традиционной арматуры в течение десятилетий эксплуатации.
Тонкослойный бетон является одним из наиболее широко используемых строительных материалов для укрепления грунта в туннелях, стабилизации откосов, ведения горных работ и строительства подземной инфраструктуры. Ежегодные мировые расходы на строительство туннелей превышают $130 миллиардов, и качество волоконного армирования напрямую определяет безопасность конструкции, периодичность технического обслуживания и общие затраты на протяжении всего жизненного цикла проекта. Неправильный выбор системы армирования приводит к преждевременному растрескиванию, проникновению воды, отколу под воздействием коррозии и — в худшем случае — к катастрофическому разрушению облицовки.
Традиционный подход к армированию с использованием сварной проволочной сетки создает принципиальную проблему: сетка представляет собой двумерную армирующую плоскость, которая оставляет неармированные зоны между слоями, требует значительных трудозатрат при укладке на изогнутых профилях туннеля и создает «теневой эффект» во время напыления, приводящий к образованию пустот за армированием. Для решения некоторых из этих проблем было внедрено использование стальных волокон, однако это привело к появлению собственного набора проблем — высокий процент отскока, приводящий к потере 15–30% материала, износ насоса и сопла из-за абразивных стальных волокон, а также риск долгосрочной коррозии в агрессивных условиях грунтовых вод.
Волокно PAN от компании Michem одновременно решает все эти проблемы. Обеспечивая трехмерное микроармирование, равномерно распределенное по всей матрице торкрет-бетона, оно устраняет ограничения, связанные с плоскостным характером арматурной сетки, а также отходы стального волокна, возникающие при отскоке. Для заказчиков, инженеров-консультантов и подрядчиков, определяющих требования к армированию торкрет-бетона при строительстве туннелей, стабилизации откосов и подземных работах, выбор волокна напрямую влияет на скорость строительства, стоимость материалов, долговечность конструкции и — что наиболее важно — на показатели пожарной безопасности на этапе эксплуатации.
Волокно PAN Интеграция начинается на этапе дозирования, где низкая плотность (~1,18 г/см³) и геометрия волокон обеспечивают равномерное распределение без проблем с образованием комков, характерных для стальных волокон. Соотношение сторон — от 200:1 до 1200:1 в зависимости от длины — обеспечивает баланс между качеством дисперсии и механической фиксацией в цементной матрице. Во время перекачки нити PAN частично выравниваются по направлению потока, что снижает трение в трубах по сравнению с жесткими стальными волокнами, которые образуют мостики поперек сечения шлангов и вызывают засоры. Гибкие нити проходят через турбулентный поток с высокой скоростью, не вызывая абразивного износа насоса, который стальные волокна наносят роторам, статорам и нагнетательным трубам.
В зоне сопла физика удара принципиально отличает волокна PAN от стальных волокон. Стальные волокна, обладая высокой плотностью (7,85 г/см³) и жесткостью, при скорости вылета из сопла 30–40 м/с передают в зону удара значительную кинетическую энергию. Значительная часть этой энергии возвращается упруго — волокно отскакивает, а не заделывается в бетон, — что приводит к коэффициенту отскока 15–30%, характерному для торкрет-бетона со стальным волокном. Нити волокна PAN, вес каждой из которых составляет доли миллиграмма, несут на несколько порядков меньшую кинетическую энергию. В сочетании с гибкостью нитей, позволяющей им принимать форму текстуры свежего торкрет-бетона, вероятность встраивания превышает 95%. Коэффициент отскока менее 5% обеспечивает прямую экономию на стоимости материалов, трудозатратах на очистку и утилизации отходов на строительной площадке.
Пожарная безопасность туннелей регулируется такими стандартами, как кривая пожара Rijkswaterstaat (RWS), которая предусматривает быстрый рост температуры до 1 200 °C в течение нескольких минут и поддержание этой температуры в течение двух часов. В таких условиях традиционные арматурные материалы подвержены следующим типам разрушения:
Недвижимость | PAN Fiber (Michem) | Стальное волокно | Полипропиленовое волокно (TenaBrix®) |
Плотность (г/см³) | ~1.18 | 7.85 | ~0.91 |
Прочность на разрыв (МПа) | ≥500 (HM: ≥800) | 800–1,200 | ≥500 |
Модуль упругости (МПа) | ≥4 000 (HM: ≥8 000) | 200,000 | 3,500–4,000 |
Коэффициент отказов | <5% | 15–30% | <5% |
Термостойкость | ≥200 °C | ~1 400 °C (плавится) | 160 °C (плавится) |
Коррозионная стойкость | Инертный (щелочестойкий) | Подверженный коррозии | Инертный |
Износ насоса | Низкий | Высокий | Низкий |
3D-распределение | Превосходно | Хорошо (при условии бережного обращения) | Превосходно |
Дозировка (кг/м³) | 0.9–1.8 | 25–40 | 0.9–1.8 |
Сравнение показывает, что волокно PAN занимает уникальное положение: оно сочетает в себе простоту обработки и низкий отскок, характерные для полипропиленового волокна, при этом значительно превосходя его по тепловым характеристикам, а также приближается по механическим свойствам к стальному волокну, устраняя при этом риск коррозии и сложность монтажа. При нанесении торкрет-бетона в туннелях, где пожарная безопасность является обязательным требованием, волокно PAN обеспечивает оптимальный баланс между механическими характеристиками, долговечностью и пассивной противопожарной защитой.
Подземные облицовки из торкрет-бетона подвергаются воздействию грунтовых вод, содержащих сульфаты, хлориды и характеризующихся изменяющимся значением pH. Коррозия стали происходит по электрохимическому механизму, при этом продукты коррозии занимают объем, в 2–6 раз превышающий исходный, что приводит к образованию внутреннего давления, вызывающего отслоение бетонного покрытия. Волокно PAN, являясь химически инертным полимером, не подвержено электрохимической коррозии. Щелочестойкий сорт волокна PAN от компании Michem имеет запатентованное покрытие, устойчивое к цементному поровому раствору с высоким pH (pH 12,5–13,5), что позволяет сохранить свойства волокна в течение всего расчетного срока службы сооружения.
PAN Fiber — торговая марка Michem
Параметр | Технические характеристики |
Материал | Полиакрилонитрил (PAN) |
Диаметр | 14–18 мкм |
Доступные длины | 3 мм, 6 мм, 12 мм, 18 мм |
Прочность на разрыв | ≥500 МПа |
Модуль упругости | ≥4 000 МПа |
Плотность | ~1,18 г/см³ |
Термостойкость | ≥200 °C |
Устойчивость к воздействию щелочей | Высокий (марка с покрытием: сохранение прочности ≥95%) |
Сертификаты | ASTM C1116, EN 14889-2, ISO 9001:2015, GB/T 21120 |
Три класса продукции:
Класс | Прочность на разрыв | Ключевая особенность |
Высокомодульное ПАН-волокно | ≥800 МПа | Максимальный контроль растрескивания для конструкционного торкрет-бетона |
Щелочестойкое волокно PAN | ≥750 МПа | Покрытие поверхности, предназначенное для использования в условиях влажных туннелей и воздействия грунтовых вод |
Короткое волокно PAN | ≥700 МПа | Оптимизировано для нанесения тонкослойного торкрет-бетона и ремонтных растворов |
Полипропиленовое волокно (TenaBrix®) — только для справки
Параметр | Технические характеристики |
Диаметр | 30–32 мкм |
Прочность на разрыв | ≥500 МПа |
Температура плавления | 160 °C |
Приложение | Обычный торкрет-бетон (без огнестойкости) |
Включение волокон PAN в состав торкрет-бетона требует минимальной корректировки стандартных рецептур. Волокна добавляются на этапе дозирования — либо в сухую смесь перед смесителем, либо в жидкую смесь на бетонозаводе. В отличие от стальных волокон, для этого не требуется специального дозирующего оборудования. Обычно волокно PAN добавляют в качестве последнего компонента после смешивания заполнителей и цементных материалов, при этом перемешивание продолжают еще 30–60 секунд для обеспечения равномерного распределения.
Рекомендуемая дозировка в зависимости от области применения:
Приложение | Тип оптоволокна PAN | Рекомендуемая длина | Дозировка (кг/м³) |
Первичная облицовка туннеля | С высоким модулем упругости | 12–18 мм | 1.2–1.8 |
Вторичная облицовка туннеля (огнестойкая) | Устойчивый к воздействию щелочей | 12 мм | 1.0–1.5 |
Стабилизация склонов | С высоким модулем упругости | 6–12 мм | 0.9–1.2 |
Горные работы с использованием торкрет-бетона | С высоким модулем упругости | 12–18 мм | 1.2–1.8 |
Ремонт влажного туннеля | Устойчивый к воздействию щелочей | 6–12 мм | 1.0–1.5 |
Тонкослойный ремонтный раствор | Ярлык | 3-6 мм | 0.6–0.9 |
Волокнистый торкрет-бетон PAN следует проверять на содержание волокон с помощью испытания на вымывание в соответствии с EN 14488-7: свежий образец промывают через сито для отделения и взвешивания волокон, сверяя фактическую дозировку с указанной в технических условиях (допуск ±10%). Испытания на осадку и обрабатываемость должны подтвердить, что добавление волокон не оказало негативного влияния на реологические свойства — при дозе 0,9–1,8 кг/м³ снижение осадки, как правило, составляет менее 10 мм. Если требуется корректировка, достаточно добавки суперпластификатора в количестве 0,2–0,5% от массы цементного материала.
Используется стандартное оборудование для сухого или мокрого смешивания без каких-либо модификаций. Расстояние от сопла до поверхности должно составлять 1,0–1,5 м, сопло следует держать перпендикулярно к обрабатываемой поверхности. Толщина наносимого слоя не должна превышать 50–75 мм за один проход, чтобы предотвратить отслоение. Низкий уровень отскока значительно сокращает объем работ по очистке от избыточного распыления — что имеет решающее значение в туннелях, где накопление отскока препятствует проведению последующих операций.
Применяются стандартные методы отверждения торкрет-бетона: влажное отверждение в течение не менее 7 дней или нанесение отверждающей мембраны сразу после окончательного схватывания. Вклад волокон PAN в предотвращение трещин, вызванных пластической усадкой, наиболее эффективен в течение первых 24 часов, когда бетонная матрица еще не приобрела значительную прочность на растяжение. Обеспечение надлежащего увлажнения гарантирует, что цементная матрица достигнет расчетной прочности, что позволит волокну PAN функционировать в качестве арматурной системы, перекрывающей трещины, на протяжении всего срока службы конструкции.
Да, при облицовке туннелей, стабилизации откосов и в горнодобывающей промышленности, где торкрет-бетон в основном работает на сжатие и выступает в качестве укрепляющего слоя грунта. Для конструктивных элементов, подверженных значительным изгибающим моментам, волокно PAN можно сочетать с традиционной арматурой из арматурных стержней или стальными ребрами жесткости. По вопросам конкретных проектных требований всегда следует обращаться к инженеру-проектировщику.
Волокно PAN значительно улучшает насососпособность. Его гибкие нити с низкой плотностью не создают сопротивления бетонной матрице, а плавно перемещаются вместе с ней, что позволяет снизить давление в насосе и уменьшить износ его деталей. Засоры — частая проблема при использовании стального волокна — при применении волокна PAN возникают крайне редко.
Да. Щелочестойкий сорт PAN компании Michem имеет запатентованное покрытие, которое выдерживает воздействие цементного порового раствора с высоким значением pH и обеспечивает долговременную устойчивость к воздействию грунтовых вод. Данный сорт рекомендуется для всех видов проходки туннелей во влажных условиях.
Волокно ПП плавится при температуре 160 °C и не обеспечивает остаточного армирования — его роль сводится к формированию сетей пор, обеспечивающих сброс давления паров. Волокно ПАН сохраняет целостность при температуре ≥200 °C, продолжая выполнять функцию армирования, перекрывающего трещины, на критических ранних стадиях пожара, что способствует предотвращению отколов и сохранению целостности облицовки.
Волокно Michem PAN сертифицировано в соответствии со стандартом ASTM C1116 («Стандартные технические условия на волокноармированный бетон»), EN 14889-2 («Волокна для бетона — полимерные волокна»), ISO 9001:2015 («Системы менеджмента качества») и GB/T 21120 («Синтетические волокна для композитов на цементной основе»).
Волокно PAN от компании Michem представляет собой технологию армирования торкрет-бетона нового поколения, сочетающую в себе простоту в обращении и низкий уровень отскока синтетических волокон с тепловыми характеристиками, превосходящими показатели полипропиленовых волокон, а также коррозионную стойкость, устраняющую наиболее серьезный недостаток стали. Для инженеров-туннелестроителей, подрядчиков в горнодобывающей отрасли и специалистов по стабилизации откосов, которым требуется огнестойкое, долговечное и экономичное армирование торкрет-бетона, волокно PAN обеспечивает ощутимые преимущества на протяжении всего жизненного цикла проекта: более быстрое нанесение с меньшими трудозатратами, меньшие отходы материала за счет снижения отскока, увеличенный срок службы в агрессивных средах и повышенные показатели пожарной безопасности там, где это наиболее важно.
Чтобы обсудить конкретные требования к вашему проекту по нанесению торкрет-бетона, запросить технические паспорта или организовать поставку образцов материала для пробного замеса, обратитесь к технической службе компании Michem.
Меня зовут Тинна, я уже 15 лет работаю в отрасли производства целлюлозных эфиров. Буду рада поделиться с вами своим постом. Если у вас есть интересные идеи, пожалуйста, дайте мне знать.
Пожалуйста, свяжитесь со мной, чтобы получить актуальную цену или запросить пробный тест (наши образцы бесплатны и включают доставку).
Мы ответим на ваши вопросы в течение 6 часов. Для получения индивидуального предложения укажите тип вашего завода и ежемесячный объем производства.
Мы оперативно предоставим вам профессиональные решения!
Ответы на запросы из Индии предоставляются в течение 4 часов. Пожалуйста, укажите тип вашего завода и ежемесячный объем производства, чтобы мы могли подготовить для вас индивидуальное предложение.
