Kuitubetoni on komposiittimateriaali, joka koostuu kuitumaisesta materiaalista, joka lisää sen rakenteellista kestävyyttä. Se sisältää sementin, laastin tai betonin ja epäjatkuvien, erillisten, tasaisesti hajallaan olevien sopivien kuitujen seoksia. Kuituja käytetään yleensä betonissa hallitsemaan plastisesta kutistumisesta ja kuivumiskutistumisesta johtuvaa halkeilua. Ne myös vähentävät betonin läpäisevyyttä ja siten vähentävät veden vuotamista.

Kuituvahvisteisen betonin edut

• Kuituvahvisteinen betoni voi olla käyttökelpoinen silloin, kun halutaan korkeaa vetolujuutta ja vähäisempää halkeilua tai kun tavanomaista raudoitusta ei voida sijoittaa
• Se parantaa betonin iskunkestävyyttä, rajoittaa halkeamakasvua ja johtaa komposiittimateriaalin suurempaan rasituskapasiteettiin
• Teollisissa rakennushankkeissa makrosynteettisiä kuituja käytetään parantamaan betonien kestävyyttä. Nämä synteettisistä materiaaleista valmistetut kuidut ovat pitkiä ja paksuja, ja niitä voidaan käyttää tanko- tai kangasraudoituksen korvikkeena
• Kuitujen lisääminen betoniin parantaa sen pakkasenkestävyyttä ja auttaa pitämään betonin vahvana ja houkuttelevana pitkiä aikoja.
• Lisää seoksen koheesiota, mikä parantaa pumpattavuutta pitkillä matkoilla
• Lisää plastisen kutistumisen kestävyyttä kovettumisen aikana
• Minimoi teräsraudoitustarpeen
• Hallitsee halkeamaleveyksiä tiukasti, mikä parantaa kestävyyttä
• Vähentää segregaatiota ja vuotovettä
• FRC, sitkeys on noin 10-40-kertainen tavalliseen betoniin verrattuna
• Kuitujen lisääminen lisää väsymislujuutta
• Kuidut lisäävät teräsbetonipalkkien leikkauskapasiteettia

Erilaisia kuitubetonityyppejä

Betoniin käytettäviä kuituja on saatavana erikokoisia ja -muotoisia. Tärkeimmät kuitubetonin ominaisuuksiin vaikuttavat tekijät ovat vesi-sementtisuhde, kuituprosentti, kuitujen halkaisija ja pituus. Alla on esitetty erilaisia rakentamisessa käytettäviä kuituvahvisteisen betonin tyyppejä.

Teräskuituvahvisteinen betoni

Teräskuitu on metallivahviste. Tietty määrä teräskuitua betonissa voi aiheuttaa laadullisia muutoksia betonin fysikaalisiin ominaisuuksiin. Se voi lisätä huomattavasti halkeilun-, iskunkestävyyttä, väsymiskestävyyttä ja taivutuskestävyyttä, sitkeyttä, kestävyyttä ja muita ominaisuuksia. SFRC:tä käytetään pitkäaikaiskäyttäytymisen parantamiseksi, lujuuden, sitkeyden ja rasituskestävyyden lisäämiseksi rakenteissa, kuten lattiapäällysteissä, asunnoissa, betonielementeissä, silloissa, tunneleissa, raskaissa päällysteissä ja kaivostoiminnassa. Teräskuitujen tyypit määritellään ASTM A820:ssa seuraavasti: tyyppi I: kylmävedetty lanka, tyyppi II; leikattu levy, tyyppi III: sulatettu, tyyppi IV: myllyssä leikattu ja tyyppi V: modifioitu kylmävedetty lanka

Polypropyleenikuituvahvisteinen (PFR) betoni

Polypropyleenikuituvahvisteinen (PFR) betonista käytetään myös nimitystä polypropeeni tai PP. Se on synteettinen kuitu, joka on muunnettu propeenista ja jota käytetään monissa eri sovelluksissa. Näitä kuituja käytetään yleensä betonissa hallitsemaan plastisesta kutistumisesta ja kuivumiskutistumisesta johtuvaa halkeilua. Ne myös vähentävät betonin läpäisevyyttä ja siten vähentävät veden vuotamista. Polypropeenikuitu kuuluu polyolefiinien ryhmään, ja se on osittain kiteinen ja pooliton. Sillä on samanlaiset ominaisuudet kuin polyeteenillä, mutta se on kovempaa ja lämmönkestävämpää. Se on valkoinen kestävä materiaali, jolla on korkea kemiallinen kestävyys. Polypropeeni valmistetaan propyleenikaasusta katalyytin, kuten titaanikloridin, läsnäollessa. Polypropeenikuidulla on hyvät lämmöneristysominaisuudet ja se kestää hyvin happoja, emäksiä ja orgaanisia liuottimia.

Lasikuitubetoni

Lasikuitubetoni on materiaali, joka koostuu lukuisista erittäin hienoista lasikuiduista. Lasikuidulla on suunnilleen vastaavat mekaaniset ominaisuudet kuin muilla kuiduilla, kuten polymeereillä ja hiilikuidulla. Vaikka se ei ole yhtä jäykkää kuin hiilikuitu, se on paljon halvempaa ja huomattavasti vähemmän haurasta, kun sitä käytetään komposiiteissa. Lasikuituja käytetäänkin monien polymeerituotteiden vahvistusaineena; niistä muodostuu erittäin vahva ja suhteellisen kevyt kuituvahvisteinen polymeerikomposiittimateriaali, jota kutsutaan lasivahvisteiseksi muoviksi (glass-reinforced plastic, GRP), joka tunnetaan yleisesti myös nimellä ”lasikuitu”. Tämä materiaali sisältää vain vähän tai ei lainkaan ilmaa tai kaasua, on tiheämpää ja paljon huonompi lämmöneriste kuin lasivilla.

Polyesterikuituja

Polyesterikuituja käytetään kuituvahvisteisessa betonissa teollisuus- ja varastojen lattioissa, päällysteissä ja päällysrakenteissa sekä tehdasvalmisteisissa tuotteissa. Polyesterimikro- ja -makrokuituja käytetään betonissa, koska ne kestävät paremmin plastisten kutistumishalkeamien muodostumista kuin hitsattu lankakangas ja koska ne parantavat sitkeyttä ja rakennekapasiteettia, kun ne suunnitellaan oikein. Polyesteristä valmistettuja mikro- ja makrokuituja käytetään betonissa parantamaan muovisten kutistumishalkeamien muodostumisen kestävyyttä verrattuna hitsattuun lankakangasrakenteeseen ja parantamaan sitkeyttä ja rakennekapasiteettia oikein suunniteltuna.

Hiilikuidut

Hiilikuidut ovat halkaisijaltaan noin 5 – 10 mikrometrin kokoisia kuituja, jotka koostuvat enimmäkseen hiiliatomeista. Hiilikuiduilla on useita etuja, kuten suuri jäykkyys, suuri vetolujuus, alhainen paino, korkea kemiallinen kestävyys, korkean lämpötilan sietokyky ja alhainen lämpölaajeneminen. Hiilikuidut yhdistetään yleensä muihin materiaaleihin komposiitiksi. Kun se kyllästetään muovihartsilla ja poltetaan, syntyy hiilikuituvahvisteinen polymeeri (usein hiilikuitu), jolla on erittäin korkea lujuus-painosuhde ja joka on erittäin jäykkä, vaikkakin hieman hauras. Hiilikuituja yhdistetään myös muihin materiaaleihin, kuten grafiittiin, muodostaen hiilikuituvahvisteisia komposiitteja, joiden lämmönkestävyys on erittäin korkea.

Makrosynteettiset kuidut

Makrosynteettiset kuidut valmistetaan polymeerien sekoituksesta, ja ne kehitettiin alunperin vaihtoehtona teräksisille kuiduille joihinkin sovelluksiin. Aluksi ne tunnistettiin mahdolliseksi vaihtoehdoksi teräskuiduille ruiskubetonissa, mutta lisääntyvä tutkimus- ja kehitystyö osoitti, että niillä on merkitystä maata tukevien laattojen suunnittelussa ja rakentamisessa sekä monissa muissa sovelluksissa. Ne soveltuvat erityisen hyvin nimellisen raudoituksen antamiseen aggressiivisissa ympäristöissä, kuten meri- ja rannikkorakenteissa, koska ne eivät kärsi värjäytymis- ja lohkeamisongelmista, jotka voivat johtua teräksen korroosiosta. Lisäksi, koska ne eivät ole johtavia, niitä on käytetty raitiovaunujen ja kevytrautatieverkkojen kehitystyössä.

Mikrosynteettiset kuidut

Mikrosynteettiset kuidut kestävät paremmin plastisten kutistumishalkeamien muodostumista kuin hitsattu lankavahvistus, mutta ne eivät pysty vastustamaan kuivumiskutistuman, rakennekuormituksen tai muunlaisten rasitusten aiheuttamia halkeamien leveyden lisäaukkoja. Näitä tuotteita olisi kuitenkin säännöllisesti määriteltävä mihin tahansa betonityyppiin halkeilunkestävyyden, roiskesuojan, jäätymis-sulatuskestävyyden parantamiseksi ja betonin homogeenisuuden parantamiseksi betonointihetkellä.

Luonnonkuidut

Luonnonkuitu on suoraan saatavissa eläin-, kasvi- tai mineraalilähteestä ja se on muokattavissa kuitukankaiksi, kuten huovaksi tai paperiksi, tai langoiksi kehräämisen jälkeen kudotuksi kankaaksi. Luonnonkuitu voidaan lisäksi määritellä solujen kasautumaksi, jossa läpimitta on häviävän pieni pituuteen nähden. Vaikka luonnossa on runsaasti kuitumateriaaleja, erityisesti selluloosatyyppejä, kuten puuvillaa, puuta, jyviä ja olkea. Luonnonkuitujen käyttö betonin valmistuksessa on suositeltavaa, koska useita tällaisia kuituja on saatavilla paikallisesti ja niitä on runsaasti. Ajatus tällaisten kuitujen käytöstä hauraiden materiaalien lujuuden ja kestävyyden parantamiseen ei ole uusi; esimerkiksi olkea ja hevosen hiuksia käytetään tiilien ja kipsin valmistukseen. Luonnonkuidut soveltuvat betonin lujittamiseen, ja niitä on helposti saatavilla kehitysmaissa.

Selluloosakuidut

Selluloosakuidut valmistetaan selluloosan eettereistä tai estereistä, joita saadaan kasvien kuoresta, puusta tai lehdistä tai muusta kasviperäisestä materiaalista. Selluloosan lisäksi kuidut voivat sisältää myös hemiselluloosaa ja ligniiniä, ja näiden komponenttien eri prosenttiosuudet muuttavat kuitujen mekaanisia ominaisuuksia. Selluloosakuitujen tärkeimmät käyttökohteet ovat tekstiiliteollisuudessa, kemiallisina suodattimina ja kuituvahvisteisina komposiitteina, koska ne ovat ominaisuuksiltaan samankaltaisia kuin tekniset kuidut, ja ne ovat toinen vaihtoehto biokomposiiteille ja polymeerikomposiiteille.

Kuitubetonin käyttökohteet

>Kuitubetonin käyttökohteet ovat riippuvaisia siitä, mikä taho on soveltanut kuitua ja mikä on rakentaja, kun se haluaa hyödyntää materiaalin staattisia ja dynaamisia ominaisuuksia. Osa sen käyttöalueista on-

• Runway
• Lentokoneiden pysäköintialueet
• Päällysteet
• Tunnelien vuoraukset
• Rinteen vakauttaminen
• Ohutlevyt
• Seinät
• Putket
• Kanavakaivot
• Padot
• Hydrauliset rakenteet
• Korotetut kannet
• Radat
• Sillat
• Varastojen lattiat

Johtopäätökset

Kestävyydeltään ja estetiikaltaan kuitu-raudoitettu betoni voi lisätä hyötyjä hankkeeseen. Kuitubetoni on kasvanut nopeasti koko rakennusalalla siitä lähtien, kun urakoitsijat ja kodinomistajat alkoivat tunnistaa sen monet edut. Kuitubetoni herättää yhä enemmän kiinnostusta betoniyhteisön keskuudessa, koska se lyhentää rakennusaikaa ja työvoimakustannuksia. Kustannuskysymysten lisäksi laatukysymykset ovat rakentamisessa ensiarvoisen tärkeitä, ja kuitubetoni täyttää myös nämä vaatimukset.