Базальтовое и стекловолокно могут выглядеть одинаково в техническом паспорте. Оба представляют собой неорганические нити, которые можно нарезать, сплести или смешать со смолой. Оба материала способствуют повышению трещиностойкости готового изделия. Однако само по себе название мало что говорит покупателю об эксплуатационных характеристиках в цементе, асфальте или полимерном композите.
На сайте Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd., нам часто задают один и тот же вопрос: “Базальтовое волокно лучше стекловолокна?” Чтобы дать исчерпывающий ответ, нужно учитывать марку волокна и конечный продукт. Рубленое волокно, диспергированное в бетоне, выполняет иную функцию, чем тканая сетка в тонкой фасадной панели. Стекловолокно, предназначенное для электроизоляции, отличается от щелочестойкого стекловолокна, изготовленного для цемента.
В данном руководстве проводится сравнение материалов по ключевым для закупки и проектирования параметрам: сырье, производство, прочностные характеристики, воздействие щелочей, температура, форма изделия, стоимость и испытания. Кроме того, в нем объясняется, как оценивать Базальтовое волокно Ecocretefiber™ и Ecocretefiber™ — щелочестойкое стекловолокно в реальном проекте.
Из чего изготовлены эти волокна?
Непрерывное базальтовое волокно получается путем вытяжки из расплавленной базальтовой породы. Эта порода содержит кремнезем, оксид алюминия, оксиды железа, кальций, магний и другие оксиды. Исходная порода и условия плавления могут влиять на конечные свойства нити. Поэтому производитель выбирает подходящие месторождения и контролирует процессы плавления и вытяжки. Формулировка “изготовлено из горной породы” не означает, что каждое базальтовое волокно имеет один и тот же химический состав или прочность.
Стекловолокно производится из специально подобранной партии минерального сырья. Основным компонентом является кварцевый песок, а остальные компоненты подбираются с учетом требуемого химического состава стекла. Эта возможность создавать стекла различного состава имеет большое значение. E-стекло широко используется в полимерных композитах и электротехнике. AR-стекло имеет иной состав, разработанный специально для цементных систем. Содержание диоксида циркония в его составе является ключевым фактором, обеспечивающим его устойчивость к воздействию щелочей. Существуют также другие семейства стекол, каждое из которых предназначено для определённых целей.
Оба вида волокон изготавливаются путем плавления исходного сырья и вытягивания расплава через небольшие отверстия в виде нитей. На конечный продукт влияют условия производства, диаметр нитей, нанесение прокладочного состава, а также этапы резки или ткачества. Сравнение, в котором базальт рассматривается как единый природный сорт, а стекло — как единый общий сорт, не учитывает основной технический аспект.
Форма волокна меняет область применения
A рубленное волокно добавляется в бетон, строительный раствор или асфальт. А кочевой или текстильный может быть помещен в заданный слой. A арматурный стержень из полимера, армированного волокном (FRP) представляет собой отдельный композитный материал, в котором волокна удерживаются смолой. Данные, относящиеся к одной форме, не могут быть перенесены на другую. Прочность на растяжение отдельного сухого волокна не свидетельствует об остаточной прочности на изгиб волокнистого бетона, прочности арматурной сетки или прочности готового стержня из стеклопластика.
Сравнение прочности и жесткости по классам
Прочность волокна на разрыв и модуль упругости определяют реакцию нити на деформацию. Тем не менее, указание диапазона значений для всех “базальтовых” или всех “стеклянных” изделий редко бывает полезным. Для отдельных нитей, пучков, тканых материалов и готовых бетонных образцов применяются разные методы испытаний и наблюдаются разные виды разрушения. Диаметр волокна, повреждения при обращении, влажность, проклейка и контрольная длина также могут влиять на результаты измерений.
На страницах, посвящённых нашей продукции Ecocretefiber™, в настоящее время представлен следующий перечень прочность на разрыв не менее 1 200 МПа и модуль упругости не менее 75 ГПа для перечисленных щебень базальтового сорта. На странице, посвящённой очкам дополненной реальности, перечислены Прочность на разрыв 1 000–1 700 МПа и модуль упругости более 72 ГПа для указанного в списке продукта. Речь идет о технических характеристиках продукта на уровне конкретной страницы, а не об универсальном сравнении базальта со стеклом. Перед использованием приведенных данных в конструкции необходимо подтвердить выбранный артикул (SKU), сертификат партии, метод испытаний и условия испытаний. Другие марки стекла могут иметь иные характеристики прочности на разрыв.
В бетонной смеси волокно должно достигать трещины и передавать нагрузку через неё. Его эффективный вклад зависит от количества волокон, соотношения длины к ширине, сцепления, ориентации, дозировки и прочности матрицы. Более низкий показатель растяжения, указанный в техническом паспорте продукта, всё же может сопровождаться полезным результатом для композита, тогда как более высокий показатель не сможет компенсировать плохую дисперсию. Когда поведение после трещины если это необходимо, установите целевой показатель производительности для готовой смеси и проведите её тестирование.
| Точка сравнения | Базальтовое волокно | Стекловолокно AR для цемента |
| Исходное сырье | Отборная базальтовая порода, расплавленная и вытянутая | Смесь минеральных компонентов с добавлением диоксида циркония, расплавленная и вытянутая |
| Распространенные формы цементной продукции | Нарезанные волокна, отборные текстильные материалы и композитное армирование | Нарезанные волокна, ровинги, сетки и системы из стекловолокна, армированного цементом (GFRC) |
| Квалификация щелочей | Проверить точный сорт и провести испытание на воздействие цемента | Проверить состав AR, применимые технические условия и испытание цемента на воздействие окружающей среды |
| Вопрос для отбора | Соответствует ли данный сорт требуемому составу и проходит ли испытание на долговечность? | Соответствует ли продукт AR техническим требованиям к панельной или бетонной системе? |
В данной таблице приведены рекомендации по выбору материалов, а не оценка «прошел/не прошел». Сертификат поставщика и репрезентативные результаты комплексных испытаний позволяют сделать это сравнение значимым.
Устойчивость к воздействию щелочей — ключевой вопрос при производстве цемента
Свежая цементная паста из портландского цемента содержит сильнощелочной поровый раствор. Такая среда оказывает разрушающее воздействие на многие силикатные волокна. Распространенной ошибкой является описание E-стекло как щелочестойкое, поскольку его название иногда переводят как “стекло без щелочи”. Это название обозначает семейство стекол; оно не гарантирует долговечную стойкость при использовании в цементе. Это Отчет Американского института бетона по GFRC описывает снижение прочности ранних цементных композитов на основе стекла E-glass и A-glass и определяет стекло AR для систем GFRC, рассматриваемых в данном отчете.
Стекло AR специально разработано для использования в таких условиях. ASTM C1666/C1666M-08(2023) определяет минимальные требования к стекловолокну AR, предназначенному для GFRC и других цементных изделий, включая физические свойства и минимальное содержание диоксида циркония. В перечне Ecocretefiber™ указаны 16,71 TP3T ZrO₂ для своей продукции — очков с технологией AR. Покупателям следует проверить сертификат на соответствие конкретной партии и любым более строгим требованиям проекта.
Базальтовое волокно также требует тщательного изучения. Его химический состав и обработка поверхности могут различаться. Исследование щелочного вяжущего было установлено, что базальт и E-стекло могут терять прочность в большей степени, чем AR-стекло, при определенных условиях воздействия щелочей. Этот результат не означает, что все марки базальта выходят из строя в любой смеси портландцемента. Однако он демонстрирует, почему безоговорочное утверждение о том, что базальт от природы устойчив к щелочности цемента, не может служить надёжным основанием для проектирования конструкций с длительным сроком службы. Запрашивайте данные об остаточной прочности или долговечности композита при соответствующих значениях pH, температуры, времени и влажности. Кратковременное испытание на погружение в кислоту не может дать ответа на вопрос об щелочности цемента.
Среда воздействия имеет такое же значение, как и маркировка. Морская вода, окружающая композитный материал на основе смолы, щелочной поровый раствор внутри бетона и горячая кислая технологическая вода представляют собой разные среды. Выбор смолы, покрытие, конструкция матрицы и воздействие трещин могут изменить поведение готовой системы. Сначала определите условия воздействия, а затем сравните рассматриваемые системы в рамках одного и того же протокола испытаний.
Для оценки тепловых и противопожарных характеристик необходимы системные испытания
И базальт, и стекло являются неорганическими материалами и не горят, как органические полимеры. Однако термин “негорючие волокна” не означает, что композитный материал на основе смолы, покрытие, сетчатая отделка или сборочный узел сохранят свою расчетную прочность при пожаре. При повышенных температурах волокно может потерять прочность ещё до того, как размягчится, а полимерная матрица или просмолка могут разрушиться ещё раньше. Важную роль играют также продолжительность испытания и нагрузка.
Базальт рассматривается в качестве компонента горячей асфальтобетонной смеси, поскольку при выборе подходящего сорта его можно смешивать при температурах переработки асфальта. Стекло AR рассматривается для использования в цементных панелях и других указанных изделиях. Ни одно из этих применений не подтверждает универсальное утверждение о том, что какое-либо волокно сохраняет точный процент своей прочности при 600 °C или что обычное стекло разрушается при фиксированной температуре. Для таких утверждений необходимо указать конкретную марку, метод испытаний, время воздействия и результаты измерения сохраняемых свойств.
Если к проекту предъявляются требования по огнестойкости или термостойкости, необходимо заказать испытания реальной сборки. Технический паспорт волокна может помочь в отборе вариантов, тогда как сертифицированные испытания компонентов позволяют оценить их эксплуатационные характеристики в условиях конкретного проекта. Это особенно важно для фасадных панелей, систем теплоизоляции, тормозных компонентов и конструкционных композитных материалов.
Где использование каждого волокна оправдано с практической точки зрения
Стекло AR для тонких цементных изделий
Фасады из стекловолокнистого армированного бетона (GFRC), декоративные формы, тонкие сборные облицовочные элементы и многие цементные плиты требуют использования волокнистой системы, которую можно распределить или уложить в тонком слое. Компания AR Glass имеет многолетний опыт в выполнении подобных работ. Этот материал может поставляться в виде рубленого волокна для предварительного смешивания, непрерывных волокон для напыления или текстиля для проектируемого армирующего слоя. В отчете ACI эти процессы описываются как отдельные производственные технологии. Выбирайте форму и содержание волокон для проектирования панелей, а не копируйте рецептуру бетона со страницы продукта.
Стеклянная сетка, используемая в настенной штукатурке, также должна иметь совместимое покрытие, соответствующую геометрию и систему укладки. Само по себе название “стекловолоконная сетка” не позволяет определить, подходит ли она для цементной или известковой матрицы. Попросите предоставить соответствующие протоколы испытаний сетки и системы.
Базальт для определенных бетонных и асфальтовых смесей
Короткие базальтовые волокна могут оцениваться в растворах, бетоне и асфальтовых смесях с целью предотвращения растрескивания и повышения вязкости. В асфальте влияние волокон зависит от содержания вяжущего, гранулометрического состава заполнителя, процесса смешивания и уплотнения. В цементе необходимо проверять щелочную среду и долгосрочные эксплуатационные характеристики. Компания Ecocretefiber™ перечисляет 3, 6, 9 и 12 мм стандартные длины отрезков для своей базальтовой продукции с ориентировочными рекомендациями по применению в асфальте и бетоне. Окончательная длина и дозировка должны определяться по результатам испытаний на конкретном заводе с учетом целевых показателей производительности.
Базальтовые текстильные материалы и базальтовые стержни из стеклопластика относятся к разным категориям конструкций. Их можно учитывать при разработке схемы армирования, однако их квалификация как продукции отличается от квалификации коротковолокнистых материалов. ASTM D8448/D8448M-22 касается базальтовых волокон, включая ровинги и рубленые волокна. ASTM D8505/D8505M касается арматурных стержней из базальтового и стеклянного стеклопластика. Стандарт, применимый к арматурному стержню, не может служить доказательством эксплуатационных характеристик бетона с использованием рубленого волокна.
Полимерные композиты и их применение в электротехнике
Стекловолокно широко используется во многих полимерных композитах, теплоизоляционных системах и электроизоляционных ламинатах, однако от его состава, просмолки, смолы и конструкции ламината зависят эксплуатационные характеристики. Базальтовое волокно также можно рассматривать в качестве материала для смоляных композитов, если производитель стремится к определенному балансу жесткости, температурной чувствительности и технологичности. Сравнивайте готовые ламинаты при одинаковой толщине, объемной доле волокон, системе смол и условиях испытаний. Не следует делать выводы об экономии веса или электрических преимуществах, основываясь исключительно на названии волокна.
Ценовые и экологические заявления должны иметь четко обоснованную основу
Производство стекла опирается на обширную и хорошо налаженную цепочку поставок. Цены на базальтовое и антирефлекторное стекло могут варьироваться в зависимости от марки, региона, формы, объема заказа и пакета сертификатов. Историческая цена за тонну не отражает сегодняшнюю стоимость с доставкой. Стоимость за тонну также не учитывает такие факторы, как требуемая дозировка, обработка, отходы, затраты на рабочую силу, транспорт, контроль качества и срок службы.
Сравнить себестоимость одной готовой единицы продукции, соответствующей требованиям. В случае панели из стекловолокнистого армированного бетона (GFRC) такой единицей измерения может быть один квадратный метр при заданной толщине и прочности. Для бетона единицей измерения может служить один кубический метр, отвечающий требуемым свойствам как в свежем, так и в затвердевшем состоянии. Для асфальта единицей измерения может служить одна тонна, уложенная в соответствии с целевой рецептурой смеси. Если для одной марки требуется больше волокон или другой технологический процесс для выполнения тех же требований, исходная цена волокон может составлять лишь небольшую часть разницы.
Сам по себе базальтовый каменный сырьевой материал и минеральные компоненты стеклянной смеси не являются доказательством более низкого углеродного следа или практически полной перерабатываемости. В обоих процессах для плавки требуется энергия. Важную роль играют добыча полезных ископаемых, источник топлива или электроэнергии, сортировка, переработка отходов, транспортировка и срок службы готового продукта. Прежде чем делать количественные заявления об экологической устойчивости, запросите экологическую декларацию конкретного продукта или прозрачную оценку жизненного цикла с использованием единого функционального показателя.
Контрольный список для покупателя, позволяющий избежать некорректного сравнения
Отправьте обоим поставщикам одинаковую техническую задание. Укажите, будет ли волокно измельчаться для добавления в бетон, вводиться в асфальт, вплетаться в сетку или использоваться для изготовления изделий из стеклопластика. Укажите связующее вещество или смолу, условия эксплуатации, метод укладки, предполагаемый срок службы и применимые методы испытаний.
1. Укажите точный класс и форму. Регистрируйте состав, длину или геометрические параметры текстиля, диаметр, размеры и отслеживаемость партии.
2. Выберите подходящий тест на долговечность. В случае цемента следует уточнить условия воздействия щелочей и сохранность свойств. В случае композитных материалов на основе смолы необходимо провести испытания выбранной системы «смола-волокно» в условиях реального воздействия.
3. Проведите репрезентативное производственное испытание. С помощью запланированного оборудования измерьте дисперсию, расход, характеристики перекачки или распыления, а также качество конечной обработки.
4. Проведите испытание готового материала. Определите критерии изгиба, растяжения, ударопрочности или другие критерии в рамках одного и того же метода для обоих вариантов. ASTM C1609/C1609M-24 является одним из общепризнанных методов расчета на изгиб балок из армированного волокном бетона.
5. Сравните стоимость всего проекта. Укажите количество, необходимое для прохождения проверки, а также допущения относительно производственных потерь, контроля качества и технического обслуживания, подкрепленные доказательствами.
В случае, если волокно предлагается в качестве замены конструкционной сетки, арматуры или другой системы армирования, инженер проекта должен утвердить проект и план его проверки. Один лишь показатель прочности материала на растяжение не может служить основанием для установления эквивалентности.
Сотрудничайте с Ecocretefiber™ в поиске подходящего кандидата
Компания «Шандун Цзяньбан» поставляет как базальтовое волокно и Стекловолокно AR из линейки Ecocretefiber™. Это позволяет нам обсудить функциональные требования перед выбором материала. Тонкий цементный фасад, дорожно-строительная смесь с рубленым волокном и композитный материал, подверженный коррозии, — для каждого из них требуется своя техническая спецификация.
Сообщите нам информацию о конечном продукте, химическом составе матрицы, форме волокон, размерах, целевой дозировке, технологическом оборудовании, условиях воздействия и стандарте испытаний. Мы можем предоставить актуальную информацию о марках материала и предложить вариант для испытаний. Окончательный выбор должен основываться на поддающейся проверке спецификации продукта и результатах испытаний реальной смеси или компонента.
Часто задаваемые вопросы
Базальт всегда прочнее стекловолокна? Нет. Прочность зависит от марки и метода испытания. Стекло AR, стекло E и специальное стекло нельзя объединять под одним номером. Сравнивайте сертифицированные изделия, используя один и тот же метод, и оценивайте готовый композитный материал.
Можно ли добавлять обычное E-стекло в портландцемент? Его стойкость к воздействию щелочей требует тщательной оценки. Стекло AR является общепринятым материалом для GFRC, и его состав и результаты испытаний должны быть проверены в рамках данного проекта.
Является ли базальт автоматически устойчивым к воздействию щелочей только потому, что он происходит из горной породы? Нет. На долговечность влияют химический состав исходного материала, обработка поверхности и среда, в которой находится цемент. Попросите предоставить соответствующие данные об испытаниях на сохранение свойств и испытаниях композитных материалов.
Можно ли использовать техническое описание стержня из стеклопластика (FRP) для указания рубленых волокон? Нет. Стержень представляет собой композитный материал из волокон и смолы, имеющий различную геометрию и проходящий различные испытания. Укажите отдельно рубленые волокна и их конкретные эксплуатационные характеристики.
Какой материал дешевле? Это зависит от конкретного сорта, формы, заказа, места поставки и количества, необходимого для соответствия техническим требованиям к готовой продукции. Попросите предоставить сопоставимые предложения с доставкой и результаты испытаний.
Выберите проверенную систему
Базальт и стекло производятся из разных исходных материалов и могут использоваться в пересекающихся областях применения. Наиболее значимое различие для цемента заключается в том, что существует определенная марка базальта и Стекло AR, предназначенное для щелочного цемента, тогда как обычное E-стекло предназначено для другого круга применений. Форма, покрытие, матрица и метод испытаний определяют, какой из вариантов подойдет для готового изделия.
Связаться с компанией «Шаньдун Цзяньбан» с учетом конечного назначения и требуемых эксплуатационных характеристик. Ecocretefiber™ поможет сузить круг вариантов и организовать испытания, которые позволят вашей команде сделать обоснованный выбор материала.
