Как использовать фиброволокно для стяжки

Ссылка на статью

В любых ремонтно-строительных работах мастера особое внимание уделяют качеству бетонной стяжки пола, на которую предстоит укладывать плитку, паркет или линолеум. От того, насколько качественно она выполнена, будет зависеть внешний вид финишных напольных покрытий. На срок службы плитки или паркета в большой степени влияет прочность бетонного основания. Иногда его армируют металлической сеткой для предотвращения преждевременного отслаивания и разрушения. Но сейчас появился современный и более эффективный способ укрепить основание с помощью фиброволокна. Присмотримся к новой технологии повнимательнее — она нам наверняка пригодится в деле.

Почему возникают проблемы

Бетон, несмотря на свою высокую прочность на сжатие, остается материалом довольно хрупким на изгиб и склонен к постепенному расслоению. Поэтому черновая стяжка без арматуры может постепенно разрушаться под различными нагрузками. А ведь для чистового напольного покрытия нужна надежная и долговечная опора. Но это не всегда удается начинающим строителям.

Мы даже не замечаем, как при застывании бетона из-за внутренних напряжений и выхода воды из массивной стяжки в ней сначала возникают микроскопические, а потом уже и явные трещины. Чем больше их становится, тем хуже прочность и долговечность бетонного покрытия. Даже металлическая сетка не всегда помогает остановить разрушение. А фиброволокно помогает, и нам нужно понять, что это за материал и как с ним работать.

Полипропилен — материал необыкновенно прочный и совершенно равнодушный ко всяким щелочам и кислотам. Если тонкие короткие нити этого полимера перемешать с бетоном, то они равномерно распределятся по всей толще и заметно повысят прочность стяжки после высыхания. Надо полагать, это вовсе и не новое открытие, поскольку археологи находят частицы шерсти животных даже в известковых стенах древних построек Месопотамии и Египта. Значит, еще тысячи лет назад волокно использовалось в качестве объемного армирования в строительных смесях. Другое дело, что тонкая полимерная арматура теперь производится в промышленных объемах, и многие строители уже не представляют, как можно вообще работать без этой добавки.

Бетон с новыми свойствами

Мы уже знаем, что применение полимерных волокон вместо привычной арматуры существенно повышает прочность стяжки на изгиб. Теперь усадка здания или пучение грунта, да и любая серьезная нагрузка сверху — все эти испытания цементно-песчаная смесь с фиброй выдержит вполне достойно. Главное — фиброволокно предотвращает расслаивание и не позволяет появляться множеству микротрещин в первые часы схватывания бетонной смеси. Снижается и вероятность появления более глубоких и крупных трещин на поверхности стяжки.

Выяснилось, что с фиброй для цементно-песчаной смеси требуется меньшее количество воды, и стяжка набирает свою прочность гораздо быстрее. Появляется даже особая стойкость бетона к истиранию, что может очень даже пригодиться вам при самостоятельном устройстве садовых дорожек и тротуарной плитки. К тому же у такого бетона существенно возрастает и морозостойкость к сезонным циклам заморозки-разморозки.

Чья фибра лучше?

Производители предлагают сейчас несколько видов армирующего фиброволокна. Наиболее популярным и дешевым видом стал полипропилен. Он чаще всего применяется в частном строительстве, особенно при создании черновой стяжки пола. Армирующие нити пробовали делать из расплавленного горного базальта, что дало вполне положительный результат — повысилась термостойкость бетона. Можно использовать даже фибру из нержавеющей стали. Она применяется, когда требуется особая прочность в объемных конструкциях. Мы все же сделаем выбор в пользу полипропилена как наиболее доступного по цене материала и попробуем с ним поработать.

Советы эксперта

Вы можете добавлять фиброволокно не только в бетонные смеси но и в штукатурные составы и даже в шпатлевочные материалы. Фибру длиной 3-6 мм можно использовать для штукатурных и шпатлевочных работ или замешивания кладочного раствора. Для заливки стяжки подойдет размер в 12 мм, а 18 мм уже можно использовать для фундамента, полусухой стяжки и в качестве ремонтного состава бетонных оснований.

Готовим смесь в бетономешалке

Используя бетономешалку, мы традиционно вначале засыпаем песок с цементом и добавляем воду в нужном количестве. В этой воде и будет содержаться взвесь микрофибры. В сухом виде она крайне неохотно расслаивается — полипропилен поставляется в виде довольно плотных чипсов, и его не всегда удается довести до состояния тополиного пуха. Остаются комки, которые проявляются при разглаживании раствора. Еще неохотнее полипропиленовые чипсы расслаиваются в ведре с цементом и песком, как бы тщательно мы ни работали миксером. Поэтому полимерную добавку нужно предварительно распушить перемешиванием в воде, и эту водную композицию уже добавлять в сухую смесь.

Количество фиброволокна зависит от назначения строительной смеси и для частного домостроения обычно составляет от 0,5 до 1 килограмма на кубометр готового раствора. Цена полимерной добавки только на первый взгляд может показаться высокой, но при нормативном расходе материала фибра обойдется примерно в 8-10 рублей на квадратный метр стяжки при ее толщине в 50 мм.

Вытягиваем стяжку по маякам

Если вы уже вручную разравнивали бетонную смесь, пытаясь добиться ее идеальной гладкости, то знаете, как сложно это сделать правилом и мастерком. Жидкий раствор имеет свойство навязчиво прилипать и тянуться за инструментом, что бесконечно нарушает геометрию создаваемой плоскости. Но добавка полипропиленового фиброволокна привнесет в этот процесс значительное облегчение. Вязкий раствор при разглаживании становится удивительно послушным и удобоукладываемым, как говорят профессиональные бетонщики. Пластичность раствора заметно повышается, и теперь создать идеально гладкую поверхность по маякам вам будет значительно проще. Впрочем, для этого можно еще использовать специальные добавки, называемые пластификаторами.

Сколько фибры добавлять в стяжку

Фибра для стяжки пола изготавливается из пропилена в виде волокна полупрозрачного белого оттенка, имеет диаметр 15—25 микрон. Для лучшей адгезии со строительными материалами его пропитывают масляным веществом.

За счет использования материала, усиленного фиброй, увеличивается устойчивость основания к истиранию, поверхность выдерживает больше циклов замораживания/ оттаивания, исключается возникновения трещин и проникновение влаги.

Характеристики фибры

Полипропиленовая фибра для стяжки является полноценной заменой металлического армирования.

Она имеет много достоинств по сравнению с металлической фиброй.

Сравнительная характеристика фиброволокна и металла для армирования приведена в таблице:

Фибра
Показатели	Полипропиленовая	Металлическая	Базальтовая
Разрушение под воздействием влажности, коррозия	Не подвержена	Подвержен	Не подвержена
Электростатика	Не электризуется	Электризуется	Не электризуется
Стоимость	Средняя	Низкая	Высокая
Прочность	Достаточная (0.9—0.95 г/ куб м), ниже, чем у металла	Высокая	Целостность основания сохранится даже при сквозном растрескивании бетонного раствора
Использование в помещениях с высокими нагрузками тяжести, с вибрацией и высокой проходимостью	Не рекомендуется	Подходит	Возможно применение в сейсмически активных районах, на севере, и в помещениях с повышенной влажностью

Чем длиннее волокно, тем больше нагрузок выдержит бетон

Фибру выпускают в виде рассыпчатого материала, длина ее волокна составляет от 6 до 20 см.
Длина волокон влияет на сферу применения:

для облицовки и кладки применяют волокна длиной 6 мм;
фибра для бетонной стяжки и возведения монолитных объектов должна иметь длину 12 мм;
при строительстве дамб и других конструкций, используемых в условиях агрессивной среды, понадобится материал длиной 18 мм.

При покупке нужно уточнить, имеется ли на продукцию сертификат. Если купить некачественный материал, он не будет выполнять требуемые функции, может выделять в воздух вредные вещества.

Преимущества фиброволокна

Волокна равномерно распределяются в цементном растворе путем тщательного их перемешивания, выполняют функцию армирования.

Фибра улучшает качества смеси, ускоряет застывание

Преимущества при добавлении волокон в цементный раствор:

придает прочность, пластичность;
увеличивает срок эксплуатации основания;
морозоустойчивость;
не горит, не поддерживает горение;
защита от проникновения влаги за счет уменьшения пор в бетоне;
исключается усадка;
уменьшается срок застывания бетона.

Применяется для улучшения свойств бетонного раствора и приготовления штукатурных составов. Используется при строительстве конструкций в сейсмически активных и эксплуатируемых в агрессивной среде районах.

Технология монтажа стяжки с фиброволокном

Как и при монтаже обычной стяжки, нужно подготовить поверхность, сделать разметку уровня расположения чернового пола, правильно приготовить бетонный раствор и выполнить монтаж, согласно описанной технологии выполнения работ.

Подготовка поверхности

Снимаем старое напольное покрытие, осматриваем плиту на наличие дефектов, выступающей арматуры.

Последовательность выполнения подготовительных работ:

Трещины расширяем с помощью болгарки, зачищаем их края, заделываем цементно-песчаным раствором, смешанным в пропорции 3:1. Чтобы бетон лучше схватился, поверхность обильно смачиваем.
Убираем пыль с плиты пылесосом.

По периметру стен наклеиваем демпферную ленту. Она будет выполнять функцию температурного шва при расширении бетона во время высыхания.

Разметка уровня стяжки

Толщина стяжки с фиброй и пропорции смешиваемых материалов зависят от перепадов высоты пола и функционального назначения помещения.

Находим низшую и наивысшую точки на полу с использованием лазерного или водяного уровня. Делаем отметку на стене, чертим горизонтальную линию по высоте будущей стяжки.

Согласно разметке устанавливаем направляющие параллельно друг другу с шагом 15—20 см. Учитываем, что расстояние между маяками должно быть меньше, чем ширина инструмента для распределения раствора. Подробнее о том, как сделать это с помощью лазерного уровня, смотрите в этом видео:

В качестве маяков используем ровные профили, выставляем их в горизонтальную плоскость. Для фиксации определенной высоты применяем бруски или фиксируем маяки на цементный раствор.

Проверяем с помощью лазерного или пузырькового уровня правильность установки маяков.

Подготавливаем раствор

Готовим раствор с добавлением фибры для стяжки.

Существует несколько способов смешивания компонентов:

Хорошо перемешивают сухие составляющие: цемент, песок, фиброволокно. Затем добавляют их в воду и тщательно перемешивают до образования однородной массы сметанообразной консистенции.
Волокно добавляют в цементное молоко, затем вводят в подготовленный цементный раствор и хорошо перемешивают.
Забрасывают в бетономешалку с готовым раствором. Все тонкости процесса замеса смотрите в этом видео:

Приготовление качественного бетонного раствора с фиброй:

Хорошо перемешиваем между собой сухие компоненты: 3 части песка, одна часть цемента. Добавляем половину объема фиброволокна. Перемешиваем все составляющие.
Доливаем воду 400—500 мл на 1 кг цемента.
Небольшими частями добавляем оставшееся волокно и тщательно перемешиваем.

Раствор должен получиться однородной консистенции, как густая сметана.

Выбираем марку цемента согласно классификации в таблице:

Марка бетона	Применение	Расход цемента в кг на 1 куб бетона
М 100	Самая маленькая прочность, используют для бетонирования бордюров, ограждений	165
М 200	Применяется при монтаже стяжки, фундаментов	240
М 300	Обладает высокой прочностью, используется для монтажа фундаментов, перекрытий и др.	320
М 400	Имеет наивысшую прочность, выдерживает несущие мостов и эстакад	417

Расход фибры

Количество добавляемых в цементный раствор волокон зависит от требований к стяжке.

№	Расход фибры	Характеристика стяжки
1	300 гр на куб. м	Незначительно повышает связующую функцию и облегчает работу с материалом. Такая пропорция работает, как добавка, незначительно повышающая качество стяжки.
2	600 гр на куб. м	Значительно повысится пластичность, устойчивость к проникновению влаги, прочность и срок эксплуатации покрытия.
3	800 до 1500 г на куб. м	Достигается максимальная эффективность.

Минимальный расход должен быть не менее, чем 300 гр. на кубический метр,

Соотношение количества волокон на определенный объем цемента указан на упаковке или в инструкции к фибре для стяжки.

Если добавить слишком много волокон, то они могут спровоцировать образование трещин и расколов стяжки.

Заливаем стяжку

Рассмотрим, как правильно сделать стяжку с добавлением фибры. Подробнее о заливке полусухой стяжки с волокном из фибры смотрите в этом видео:

Работы начинаем от дальнего угла комнаты. Пол нужно залить в один заход без перерывов.

Цементный раствор с фиброй выливаем на пол между направляющими, разравниваем правилом на длинной ручке.
Уплотняем смесь, чтобы вышли пузырьки воздуха и не осталось пустот, с помощью игольчатого валика.
Через сутки вынимаем направляющие, заливаем раствором места, где они находились.

Исключаем сквозняки и пересушивание поверхности. Накрываем стяжку полиэтиленом, каждый день увлажняем бетон, чтобы покрытие не растрескалось.

Нюансы стяжки под теплый пол

При монтаже теплых полов нужно во избежание потерь тепла уложить тепло- и гидроизоляционный материал до заливки бетонного основания.

Фибра для стяжки теплого пола применяется в тех же пропорциях, как при устройстве обычной стяжки.

Кроме армирующих добавок нужно добавить пластификаторы, которые способствуют получению эластичной стяжки, устойчивой к воздействию высоких температур.

Фибра не утяжеляет бетонную смесь

Преимущества использования фиброволокна при монтаже теплого пола:

невысокая стоимость и легкость транспортировки;
устойчивость к воздействию влаги и других агрессивных веществ;
фиброволокно защищает бетон от воздействия внешних негативных факторов и от происходящих внутри физико-химических процессов;
повышение устойчивости к ударным и вибрационным нагрузкам;
высокая устойчивость к минусовым температурам и воздействию огня.

Добавление фибры в бетонный раствор помогает получить качественное, долговечное основание пола без значительных финансовых и трудовых затрат.

Фиброволокно для стяжки пола: назначение и расход

Особенности: плюсы и минусы
Характеристика
Назначение
Виды фибры
- Базальтовые волокна
- Полипропиленовая фибра
- Металлические волокна
- Стекловолокно
Пропорции
Расход
Производители
Отзывы

Одним из этапов строительства пола является формирование выравнивающих и армирующих стяжек. Бетон, применяемый при этом, не всегда обладает нужными техническими параметрами или требует особого ухода на начальных стадиях. Для устранения таких недостатков применяют фиброволокно для стяжки пола, назначение и расход которых зависит от предназначения поверхности.

Особенности: плюсы и минусы

Фиброволокно представляет собой искусственный наполнитель для цементных растворов. Выпускают его в виде небольших хлопьев, которые легко смешивать с другими компонентами смеси.

Растворы на основе фибры имеют несколько весомых преимуществ перед классической продукцией:

Стяжка с фиброволокном отличается повышенной прочностью на изгиб. Основание из таких материалов прекрасно переносит усадку зданий, пучение грунтов и многие другие нагрузки.
Цементные растворы после застывания практически никогда не расслаиваются. Это достигается за счет волокон, которые хаотически располагаются в структуре вещества.
Фиброволокно не позволяет трескаться стяжке. Но такой эффект достигается только при соблюдении точных пропорций, рекомендованных производителем.
Цементный раствор на основе фибры можно приготовить с использованием небольшого количества воды. Это же в свою очередь ускоряет застывание смеси и не позволяет внутри структуры формироваться микропустотам и другим негативным компонентам.

Фиброволокна получают из материалов, которые не гниют и не разрушаются под воздействием внешних факторов.
После застывания цемент не так просто стереть, что влияет на срок службы как оснований, так и декоративных материалов.
Добавление в состав бетона волокон фибры влияет на качество гидроизоляции материала. Застывшее основание плохо пропускает и впитывает влагу.
Поверхности на основе фиброволокна могут выдерживать низкие минусовые температуры, при которых чистый бетон эксплуатировать не рекомендовано.

Что касается недостатков, то у фиброволокна и продукции на его основе их практически нет.

Но следует отметить, что некачественное сырье может после монтажа выделять вредные вещества в воздух. Поэтому важно при покупке проверять качественные характеристики продукции, а также ее соответствие экологическим нормам.

Характеристика

Фиброволокно производят из различных веществ, что позволяет придать ему нужные технические параметры.

Эта продукция характеризуется несколькими оригинальными свойствами:

Стойкость к коррозии. Подвергается быстрому разрушению под воздействием влаги только металлическая фибра. Волокна быстро начинают ржаветь, но все это зависит от способа укладки материала.
Стоимость. Самым дешевым материалом считается продукция на основе металла. Пропиленовые аналоги находятся в среднем ценовом диапазоне, что и привело к такой популярности вещества.
Прочность. Здесь преимущество имеет базальтовая фибра. Следует отметить, что она способна сохранить целостность поверхности, даже если цемент пустит сквозные трещины. Самая низкая прочность у полипропилена, волокна которого выдерживают нагрузку 0,9-0,95 г/м.

Длина волокна. Данное значение может варьироваться в зависимости от предназначения фибры. На рынке представлены нити длиной от 6 до 20 мм. Самые маленькие из них используются в облицовочных растворах. Когда же нужно строить монолитные объекты, используют волокна большей длины.
Вес упаковки. Данный параметр сегодня ничем не ограничивается. Для небольшого строительства можно найти упаковку 600 гр. Если же вам нужен большой объем продукции, то производители выпускают волокно и в мешках массой до 10 кг. Практически все объемные упаковки внутри себя вмещают кратное количество емкостей по 600 или 900 г в зависимости от модификации.

Покупая фиброволокно, обязательно следует требовать сертификат соответствия. Это гарантирует, что при производстве не было использовано вредных веществ, негативно влияющих на человека и окружающую среду.

Назначение

Фиброволокно – это универсальный строительный наполнитель, который используют только в качестве добавок.

Основным назначением фибры является создание прочных бетонных поверхностей, способных противостоять определенным видам нагрузок. Применять вещества можно с несколькими видами цементных смесей, в том числе газобетоном, пенобетоном и пескобетоном.

В бытовом строительстве фиброволокна можно добавить в стяжку с целью ее дополнительного армирования. Некоторые разновидности добавляют в штукатурки. Но технически волокно не дает результата без связующего компонента, в качестве которого выступает цемент.

Виды фибры

Фиброволокно получают искусственным путем из различных материалов. В зависимости от этого данную продукцию можно разделить на несколько видов.

Базальтовые волокна

Основными компонентами являются природные породы базальта, которые вытягивают и измельчают. Фибра такого типа практически не повреждается внешними климатическими факторами.

Вещество переносит очень низкие температуры, также придает стяжке максимальную прочность на изгиб. Поэтому базальтовые волокна используют при возведении зданий, находящихся в сейсмически активных зонах.

Полипропиленовая фибра

Вещество сегодня более популярно, та как немного дешевле, чем базальтовые наполнители. При этом полипропилен также неплохо связывает бетон, увеличивая прочностные характеристики.

Универсальность данной фибры в том, что ее можно применять не только при обустройстве стяжек, но и в качестве штукатурки вместе со специальными растворами.

Срок службы полипропилена намного меньше, чем у базальта, но это не мешает использовать его в современном строительстве.

Металлические волокна

Выпускают их в виде небольшой стружки. Оптимальным вариантом для их использования является сооружение бетонных конструкций со значительными габаритами и весом.

Стекловолокно

Специалисты рекомендуют использовать данный вид фибры в тех местах, где нужно поверхности придать значительную пластичность.

Пропорции

Бетонные основания сегодня пользуются огромной популярностью. При их строительстве многие специалисты рекомендуют добавлять фиброволокно для стяжки пола. Это позволяет получить прочную и ровную поверхность.

Армированная фиброцементная стяжка готовится довольно просто и в несколько шагов:

В первую очередь нам следует приготовить чистый песок и цемент. Оптимальным вариантом будет продукция марки М500, которая обладает уникальными адгезионными свойствами. После этого компоненты тщательно перемешиваются до однородной массы.
Затем в структуру вводится фиброволокно. Объем вещества должен быть равен половине объема ранее использовавшихся продуктов. Чтобы получить качественную продукцию, измерять волокна нужно теми же емкостями, которыми насыпались цемент и песок.
На данном шаге выполняется добавление воды. Ее количество зависит от объема песка и цемента. Оптимальным соотношением является 0,5 л жидкости на 1 кг раствора.
Завершается процедура тщательным смешиванием компонентов. Это приводит к образованию прочной фиброцементной смеси.

Когда раствор готов, выполняют монтаж базовой усиленной стяжки. Наносится фиброслой так же, как и обычный цементный раствор. Для выравнивания используют маяки и лазерный уровень.

Расход

Фиброволокно не является основным компонентом бетона или бетонной стяжки, но при этом присутствие материалов может кардинально изменить свойства вещества. На этот показатель влияет расход волокна.

В расчете на 1 м3 смеси можно использовать несколько весовых пропорций:

300 г/м3. Такое количество волокна только немного изменяет связь между компонентами раствора. Применяют довольно редко, так как кардинальное изменение технических параметров не происходит.
600 г/м3. Данное количество продукта повышает пластичность и устойчивость к влаге. Также срок службы поверхности увеличивается в несколько раз.
800-1500 г/м. Этот расход является нормой и позволяет достичь максимальных показателей прочности, упругости и стойкости к истиранию.

Если нужно рассчитать количество фиброволокна на 1 м2 стяжки, тогда нужно пропорционально учитывать толщину бетона.

К примеру, если раствор на этой площади уложить толщиной 50 мм, то коэффициент будет равняться 0,05. То есть, если вы планируете добавлять 800 г на 1 м3 раствора, тогда для этой площади нужно только всего 40 г. Здесь все рассчитывается пропорционально относительно стандартного расхода на 1 м3.

Производители

Фиброволокна – довольно популярный строительный материал, который можно приобрести практически повсеместно. Сегодня эту продукцию выпускает несколько фирм, среди которых выделяют:

Propex;
Fibrin;
«Фиброволокно»;
«Фибрин»;
«Фиброволокно ВСМ» и множество других.

Товары эти марок отличаются высоким качеством и безопасностью.

Перед их покупкой обязательно следует ознакомиться с техническими параметрами волокон, чтобы подобрать оптимальный вариант для решения конкретных задач.

Отзывы

Бетон с добавлением фибры прекрасно подходит для бытовых строительных нужд. Согласно отзывам покупателей, этот материал позволяет в некотором роде исключить использование арматуры в стяжках. Но при этом многие отмечают, что качество продукции зависит от вида применяемых волокон и производителя.

Некоторые с помощью фиброволокна формируют стяжки, тогда как большие предприятия строят промышленные полы, не поддающиеся растрескиванию.

Волокна из фибры – прекрасная возможность продлить срок службы полов, минимизировав толщину слоя бетона.

О том, как выполняется стяжка пола с добавлением фиброволокна, смотрите в следующем видео

Все фибры. бетона!

Бетон — очень прочный строительный материал. Благодаря своей прочности он так широко распространен в строительных и ремонтных работах.

Но и у бетона есть свои слабые места:

невысокая прочность на растяжение при изгибе;
склонность к усадке;
образование трещин;
низкая ударная вязкость, из-за чего он раскалывается и покрывается трещинами при ударной нагрузке;
пористая структура, которая может впитывать воду, что делает бетон подверженным заражению грибком и плесенью.

Существуют различные способы сделать бетон безупречным: особые присадки, добавляющиеся в состав раствора, придают ему плотность, вязкость, водоотталкивающие свойства. В зависимости от того, какая добавка применена, можно получить бетоны с различными характеристиками.

Чтобы увеличить прочность бетонных конструкций, в том числе и прочность на изгиб и разрыв, используют армирование при помощи противоусадочной сетки или арматурного каркаса.

Но армирование бетона таким способом — дорогостоящее и затратное по времени мероприятие.

Современная альтернатива армированию — применение специальной фибры для бетона, которую добавляют в бетонный раствор. Благодаря ее свойствам, фибру называют микроарматурой и рассматривают как альтернативу традиционному армированию.

Общие свойства фибры для бетона. Для чего используется фиброволокно

Фиброй называют волокна, выполненные из стали, базальта, стекла, полимеров, полипропилена. Эти волокна могут иметь различную длину (от 2—3 мм до нескольких сантиметров), толщину, конфигурацию, форму сечения, текстуру поверхности.

Фибру добавляют в бетонные растворы любого назначения для придания прочности, ударной вязкости, устранения усадки и предотвращения растрескивания, повышения долговечности и устойчивости к истиранию. Бетон с добавлением фибры становится водостойким, устойчивым к морозам (морозоустойчивость может повышаться до 100 циклов), жаростойким.

Выбор вида и размера фибры зависит от назначения бетона.

В штукатурные растворы добавляют фибру малой длины (3-6 мм) для обеспечения гладкости оштукатуренной поверхности. В тяжелые бетоны добавляют фибру большой длины волокон.

Бетоны с добавлением фиброволокна называются фибробетонами.

Виды фиброволокна

«Фибра» в переводе с английского означает «волокно». Действительно, на вид это нити определенного диаметра и длины, изготовленные из различных материалов.

В зависимости от материала, фибра для бетона делится на пять основных разновидностей:

стальная;
полимерная;
базальтовая;
полипропиленовая;
стеклянная.

В современном строительстве добавка фибры в бетонные растворы желательна даже в тех случаях, когда в конструкции используется арматура, но особенно важно укрепить таким способом бетон, предназначенный для заливки конструкций, которые будут подвергаться повышенным нагрузкам (фундаменты, стяжки пола, дорожные покрытия).

Стальная фибра

Основное преимущество этого вида фибры — низкая стоимость. Она много лет используется в странах Европы, а в России появилась не так давно.

Форма и свойства

Стальная фибра для бетона представляет собой отрезки проволоки из низкоуглеродистой стали диаметром 0,7—1,2 мм и длиной от 25 до 60 мм.

В сечении она может быть круглой или треугольной, а по конфигурации напоминать дугу или скобку, либо иметь волнообразную форму. Для улучшения сцепления с бетоном фибра имеет шероховатую поверхность.

Дозировка и метод добавления

Стальная фибра дозируется в зависимости от назначения бетона и тех нагрузок, которые конструкция будет испытывать в процессе эксплуатации:

при незначительных нагрузках достаточно 15—30 кг фибры на 1 куб бетона;
при средних нагрузках добавляют до 40 кг материала на 1 кубометр раствора;
при высоких нагрузках расход стальной фибры увеличивается до 75, а в отдельных случаях до 150 кг на кубический метр раствора.

Стальная фибра добавляется в раствор при замешивании или после, в готовую бетонную смесь. Ее засыпают небольшими порциями и тщательно перемешивают.

Добавление фибры увеличивает время замеса раствора на 15%.

Преимущества и недостатки стальной фибры

Благодаря добавлению стальной фибры, которая образует в бетоне трехмерный каркас, конструкция приобретает дополнительные характеристики:

прочность на растяжение при изгибе возрастает в 2 раза;
предельная деформация увеличивается в 20 раз;
повышается устойчивость к ударным нагрузкам;
возрастают морозостойкость и водонепроницаемость.

Стальная фибра применяется в гражданском строительстве при заливке фундаментов, стяжек и может заменить арматуру. Добавление стальной фибры по сравнению с армированием — простой и удобный процесс. Не нужно раскладывать арматуру и устанавливать крепежи; экономятся время и затраты труда.

Недостатки стальной фибры:

высокий вес;
сцепление с бетоном менее прочное, чем у других видов фибры;
подверженность коррозии;
вследствие эрозии бетона стальная фибра может со временем выходить наружу.

Полимерная фибра (ПАН-фибра)

Полимерная фибра — это волокна из полимерного материала длиной от 3, 6, 12, 18, 24 мм и выше.

Область применения фибры в бетоне

Полимерная фибра применяется в следующих типах бетонных конструкций:

самонивелирующиеся полы;
аэродромные плиты;
гидротехнические сооружения;

а также добавляется в строительные, ремонтные и штукатурные растворы.

Свойства

Преимущества полимерной фибры:

не подвержена коррозии;
легкая;
увеличивает прочность бетонна;
обладает высокой стойкостью к повышенным температурам, солям, щелочам, кислотам;
безопасна для окружающей среды и человека.

Основное преимущество полимерной фибры — она придает бетону пластичность.

Как использовать фиброволокно

Полимерную фибру можно добавлять прямо в сухой цемент перед замешиванием раствора.

Сколько фибры добавить в бетонный раствор

Пропорции добавления и выбор длины фибры зависят от назначения бетона:

в тяжелых бетонах используется фибра длиной 12—40 мм, в армированных бетонах в количестве 2—2,7 кг на куб, в неармированных — 0,7—1 кг на куб;
в ячеистых бетонах применяется фибра длиной 12 мм в дозировке 0,1% от массы пенобетона;
в шукатурки добавляют фибру длиной 4 мм в количестве 0,9 кг на кубометр раствора.

Стеклянная фибра

Стеклянная фибра изготавливается из стойкого к щелочам стеклянного волокна диаметром 10—15 микрон и прочностью до 2000 МПа.

Попадая в раствор, во время перемешивания стеклофибра распадается на отдельные волокна

Свойства стеклянной фибры

Стеклофибра придает бетону следующие качества:

уменьшение растрескивания;
снижение усадки;
увеличение прочности и упругости.

Стеклянная фибра устойчива к агрессивным средам (кроме щелочной среды).

Где применяется

в стяжках любой толщины;
в сборных бетонных конструкциях;
в строительных смесях.

Бетон с добавлением стеклянной фибры схватывается и застывает быстрее, это необходимо учесть при работе. Продлить срок жизни раствора поможет добавление пластификатора.

Базальтовая фибра

Базальтовой фиброй называют отрезки базальтового волокна, которые могут иметь длину от 1 до 150 мм. Волокно имеет диаметр 16—18 мкм, оно устойчиво к воде, кислотам, щелочам, прочное, упругое.

Базальтовое волокно, в отличие от металлической фибры, не подвергается коррозии, в 3 раза легче и имеет площадь поверхности в 25 раз больше. Базальтовая фибра обладает высокой адгезией и одинаковым с бетоном коэффициентом температурного расширения.

Качества бетона с базальтовой фиброй

Добавление фибры сообщает бетонам следующие характеристики:

ударная прочность повышается в 5 раз;
устойчивость к образованию трещин возрастает в 3 раза;
прочность на раскалывание увеличивается в 2 раза;
повышается стойкость к истиранию (до 300%) и долговечность;
прочность на растяжение при изгибе увеличивается до 300%;
морозостойкость повышается в 2 раза;
благодаря отсутствию трещин устойчивость к коррозии повышается до 500%;
водонепроницаемость увеличивается до 150%;
уменьшается усадка;
повышается ударная вязкость .

Где применяется

Базальтовую фибру используют для изготовления сейсмостойких конструкций, взрывобезопасных объектов, военных сооружений, сложных радиопрозрачных конструкций.

В связи с непревзойденной стойкостью к истиранию, которую получает бетон при добавлении базальтовой фибры, он широко применяется для изготовления стяжек.

Метод добавления

Базальтовое волокно замачивают в воде и затем добавляют в раствор при замешивании.

Добавление любых видов фибры делает бетонный раствор более вязким и менее текучим, поэтому важно совмещать использование фибры с применением пластификатора, который позволяет экономить цемент, воду, затраты на уплотнение бетона и увеличивает текучесть раствора.

Полипропиленовая фибра

Полипропиленовая фибра — это армирующее микроволокно, применяемое как альтернатива армированию бетона. Это самый распространенный вид армирующих волокон.

Форма и свойства

Этот вид фибры изготавливается из синтетического вещества — полипропилена.

Волокна из полипропилена формируют экструзией или вытягиванием и нарезают на отрезки разной длины.

Длина волокон полипропиленовой фибры от 6 до 40 мм.

Фибра обладает значительной прочностью и упругостью, устойчива к агрессивным, в том числе, щелочным, средам и коррозии, а также огнеустойчива.

Весомое преимущество полипропиленовой фибры — ее легкость и большая площадь поверхности (в 1 кг полипропиленовой фибры около 1 миллиона волокон).

Фибра в бетонных смесях сочетается с любыми другими добавками:

пластификаторами и суперпластификаторами;
ускорителями;
гидрофобизирующими добавками;
противоморозными добавками.

Полипропиленовая фибра может изготавливаться из первичного или вторичного сырья. В первом случае качество фибры выше.

Для чего применяется полипропиленовая фибра

Добавление фиброволокна в раствор компенсирует растягивающие напряжения его нижнего слоя и разрывные напряжения вследствие нагрузок и обеспечивает следующие преимущества фибробетонов перед обычными бетонами:

предотвращение расслаивания смеси;
увеличение прочности на сжатие и на растяжение при изгибе;
повышение долговечности бетона;
снижение истираемости поверхности бетона;
повышение ударной вязкости (при ударах бетон не раскалывается, а только появляется вмятина);
устранение усадки;
предупреждение образования трещин;
повышение устойчивости к морозу;
увеличение водостойкости бетона.

Дополнительные свойства полипропиленовой фибры

Раствор с фиброй становится более густым, держит форму и не течет, поэтому позволяет наносить штукатурку более толстым слоем.

В каких случаях применяют полипропиленовую фибру

Полипропиленовая фибра образует в бетоне трехмерный армирующий каркас, поэтому ее применение оправдано при изготовлении:

промышленных полов;
напольных покрытий;
стяжек;
бетонных полов;
бетонных дорог;
тротуаров;
фундаментов.

Расход полипропиленового фиброволокна

Фибра очень легкая и очень экономичная. В общем случае соотношение фибры к бетону составляет 900 г на 1 кубометр смеси. В зависимости от области применения дозировка фибры может меняться:

Для изготовления промышленных полов и бетонных дорожных покрытий применяют фибру размером 12, 20 или 40 мм от 1 кг на 1 м3.
Для стяжек и теплых полов используется от 0,9 до 1,5 кг фибры длиной 12 или 20 мм на 1 куб смеси.
В железобетонных конструкциях используют бетон с добавлением от 0,9 кг на 1 кубометр бетона фибры длиной 12 или 20 мм.
Для ячеистых бетонов количество фиброволокна размером 12, 20 или 40 мм от 0,9 кг на куб бетона.
Для наливных полов, штукатурных и ремонтных растворов применяют полипропиленовую фибру размером 6 или 12 мм из расчета 1 кг на кубометр раствора.
Для мелкоштучных изделий сложной формы нужна фибра длиной 6 или 12 мм в дозировке от 0,9 кг на 1 м3 смеси.
При изготовлении тротуарной плитки в раствор добавляют от 0,9 до 1,5 кг фибры длиной 6—12 мм на 1 куб цементного раствора.

Как применять фиброволокно из полипропилена

Фибра проста в применении.

Как добавлять фиброволокно в бетонный раствор?

Существуют три способа:

Фибру добавляют к сухим компонентам раствора (цементу и наполнителям), тщательно смешивают строительным миксером или в бетономешалке, затем доливают воду.
Фибру добавляют в часть воды затворения, хорошо перемешивают, чтобы волокна распределились и добавляют в бетонную смесь в процессе замешивания.
Фибру засыпают в раствор во время замешивания небольшими порциями. После добавления каждой порции смешивают 5 минут, прежде чем добавить еще фибры.

Эффективность фибры непосредственно зависит от того, насколько хороша она распределилась в бетонном растворе, поэтому следует увеличить время замешивания на 15%.

Видео: Замес раствора с фиброй

На что обращать внимание при покупке фибры

Покупка некачественной фибры — не только напрасная трата денег, но и риск испортить конструкцию. Бетонные сооружения изготавливаются с расчетом на прочность и долгий срок службы. Использование некачественных материалов может привести к значительным убытками.

Например, на рынке встречается полипропиленовая фибра кустарного производства. На вид она мало отличается от заводской фибры, но изготавливается с нарушением технологии. В качественной фибре есть такой компонент, как замасливатель. Он препятствует комкованию волокон и способствует их равномерному распределению в растворе. Поддельная фибра скомкуется, и образования трехмерного каркаса в толще бетона не произойдет, а значит, бетон не получит тех свойств, которые ожидались при добавлении фибры. «Сэкономив» несколько рублей, можно понести существенные убытки.

Чтобы избежать таких ситуаций, приобретайте фибру проверенных производителей у надежных поставщиков.

Нужна ли фибра для стяжки, и какую использовать

При изготовлении стяжки важно соблюсти баланс между двумя взаимоисключающими задачами:

обеспечение высокой прочности (что прямо пропорционально толщине стяжки);
минимальная толщина стяжки (чтобы сэкономить материалы и максимально сохранить высоту потолка).

Решить это противоречие помогает добавление полипропиленового фиброволокна. Его рекомендуется добавлять как в раствор для мокрой стяжки, так и в смесь для полусухой стяжки независимо от того, используется ли армирование сеткой.

Фиброволокно не только повышает прочность стяжки и снижает ее истираемость, но и предотвращает усадку и появление трещин, увеличивает ударную вязкость поверхности, предотвращая растрескивание и сколы в процессе эксплуатации. Стяжка с добавлением фиброволокна отличается прочностью и долговечностью.

Видео: Стяжка с фиброй крепче, чем с арматурой!

Советы по выбору армирующего волокна

Каждый из видов армирующих волокон обладает своими преимуществами и недостатками. Выбор армирующего волокна напрямую зависит от назначения конструкций, которые будут изготовлены из бетона.

Большое значение имеет качество материала, поэтому следует внимательно отнестись к выбору производителя и продавца армирующих волокон.

Полипропиленовое фиброволокно — современная альтернатива армирования бетона, которая экономит деньги, затраты времени и труда и обеспечивает бетону повышенную прочность, долговечность, устойчивость к внешним факторам и другие важные характеристики. На сегодняшний день рекомендуется использовать фибру практически в любых конструкциях. Эффективность работы добавок зависит от их правильного выбора и применения.

Применяем фиброволокно для стяжки – особенности

Фибра полипропиленовая, но больше известная под названием фиброволокно – это материал для армирования, который используется при выполнении строительных работ с применением бетона. С ее помощью цемент не оседает, не впитывает влагу и на его поверхности не образуются трещины. Довольно часто используется фиброволокно для стяжки пола.

Содержащий фибру бетон меньше истирается, выдерживает большее число периодов замораживания и оттаивания. На данный момент этот материал является самым используемым для армирования в строительной сфере.

Применение фиброволокна

Изготавливается фибра для стяжки из полипропилена, который является искусственным материалом. На вид волокна полупрозрачные белого цвета, длина которых доходит до 18 мм, диаметр равен 20 мкм. Данный материал обладает низкой электропроводностью, для улучшения адгезии со строительной смесью его обрабатывают масляным веществом.

Благодаря этой добавке существенно улучшаются характеристики цемента:

раствор застывает быстрее;
увеличивается прочность и срок службы;
становится более устойчивым к резким изменениям температур;
степень влагопоглощения снижается;
не возникают трещины, сколы и расслаивания;
сопротивляемость к механическим воздействиям возрастает;
повышается устойчивость к истиранию.

Явные недостатки у фиброволокна отсутствуют. С таким материалом проблем не возникнет, если имеется сертификат, и он изготовлен проверенным производителем. Проблемы в период эксплуатации могут возникнуть только в том случае, если использовать некачественную фибру. Когда материал будет стареть, он может начать выделять вредные химические вещества, что при непрерывном воздействии отрицательно сказывается на здоровье человека.

Фиброволокно используется, когда производятся ремонтные работы, при возведении домов и производственных сооружений:

наиболее часто применяется фиброволокно для армирования стяжки;
добавляется в смеси, предназначенные для заливки свай, дорожного покрытия и фундамента зданий;
добавляется фиброволокно в штукатурку для повышения ее прочности.

Фиброволокно равномерно распределяется по всему цементному раствору, поэтому вязкость и несущая способность бетона становятся лучше.

Особенности фиброволокна

Использование фибры повышает надежность сооружения на 90%, при условии добавления в состав еще и пластификаторов хорошего качества.

При ее использовании в заливаемом слое абсолютно на всех этапах застывания трещины не образуются:

на первой стадии заливки бетона в течение первых 6 часов фиброволокно для стяжки препятствует появлению трещин благодаря тому, что вещество равномерно распределяется по пустотам раствора;
на второй стадии, когда бетон начинает усаживаться и появляются мелкие трещины, волокна фибры их связывают и не дают им увеличиться;
на последней стадии, фиброволокно способствует равномерному высыханию и уменьшает напряжение бетона.

Фиброволокно способно снизить влагопоглощающие свойства бетона. Это возможно, потому что поры становятся меньше. Воде труднее находить проходы и она проникает намного медленнее. Благодаря этому свойству фиброволокно применяется при возведении отстойников для вод, сооружений в морях и реках.

К тому же полипропиленовая фибра обладает и обратным эффектом, то есть практически не отдает имеющуюся в бетоне воду наружу. Благодаря такому свойству она будет немного снижать его распространение, и понижать взрывное откалывание строительных сооружений.

Благодаря полипропиленовой фибре пластичность бетона становится в несколько раз больше. Такая характеристика присуща не только лишь раствору, а также готовой затвердевшей конструкции из него, она может выдерживать удары и подавлять колебания. Данная характеристика материала используется на объектах военного значения и в тяжелой промышленности. Сооружения, возведенные с применением фиброволокна, отлично выдерживают землетрясения и имеют высокую сопротивляемость к взрывам.

Очень важной характеристикой является истираемость поверхностей. Присущ очень быстрый износ тем конструкциям из бетона, которые используются в довольно агрессивной среде. По этой причине дамбы, водохранилища и водные заграждения зачастую возводятся с применением смеси цемента и фиброволокна.

Также этот материал обладает высокой морозоустойчивостью, и это качество перенимает бетон. При этом его устойчивость к минусовым температурам становится выше в несколько раз.

Если раствор с добавлением полипропиленовой фибры замешивать в соответствии с технологией, то адгезия полученного бетона с поверхностью намного улучшится и производить его выравнивание на ней будет легче.

Когда применяется полипропиленовая фибра для стяжки, расслаивания не происходит, к тому же бетон застывает гораздо быстрее, при сравнении с армированной сеткой (прочитайте: “Сетка армирующая для стяжки пола – виды и способы использования”)

Что представляет собой стяжка с фиброй

Цементная стяжка не является надежной и через некоторое время из-за влияния разнообразных факторов начинает крошиться и растрескиваться. Чтобы получить идеально ровную поверхность необходимо приложить немало усилий. Для облегчения достижения этой цели на обрабатываемый участок сначала укладывается армированный слой, чаще всего в качестве него используется стальная сетка.

Однако если заливаемая площадь значительных размеров, то она не поможет сделать поверхность ровной. В этом случае применяется фиброволокно. Стоимость этого материала ниже, чем стальной сетки. Замешивается вместе с цементом. Фиброволокно на структурном уровне совместимо абсолютно со всеми добавками, которые используются для приготовления бетона.

Все составляющие раствора должны быть тщательно перемешаны, именно от того однородная получилась смесь или нет зависит ее качество. Чтобы этого добиться, необходимо постепенно добавлять в состав полипропиленовую фибру. Лучше всего сначала перемешать добавку с сухим цементом, а затем в эту смесь вливать воду и доводить раствор до необходимой густоты. Благодаря свойству фибры заполнять все пустоты, цементный раствор не застывает кусками.

От того какое количество фиброволокна используется, будет зависеть качество готовой стяжки.

Расход фибры

Цемент с фиброй можно замешивать по различным рецептам. Разница заключается в том, сколько фибры добавлять в стяжку. Специалисты говорят, что чем больше данной добавки в растворе, тем более лучшими качествами он будет наделен. Когда применяется фиброволокно для стяжки расход зависит от того какими характеристиками необходимо наделить бетон.

Рассчитывается расход фибры для стяжки на 1м 3 раствора:

300 гр. – работает как добавка, бетонный раствор становится более пластичным и способным заполнить все неровности;
500-600 гр. – при добавлении такого количества прочность бетона увеличивается;
800 гр. и более – при данных пропорциях можно получить наилучший результат, цементный раствор получает одинаковые с фиброй характеристики.

Стоимость

Средняя цена полипропиленовой фибры 250 рублей за 1 кг, а на 1м 3 придется приобрести материала примерно на 120 рублей. Реализуется в полипропиленовых мешках, объем которых равен 10 кг. Также продается фасовка по 900 гр, в одной партии 20 пакетов. Они уложены в один мешок, который весит 18 кг. Средняя цена за один пакет равна 220 рублям. Пакет, весящий 600 гр., будет стоить 142 рубля, таких пакетов в одном мешке 30 штук. Независимо от того, какой размер волокон фибры, цена будет одинаковой.

В зависимости от того в какой сфере будет применяться материал выбирается длина волокон:

для кладки и облицовки подходит волокно размером 6 мм;
фибра для стяжки пола и сооружения монолитных бетонных конструкций должна иметь волокно длиной 12 мм;
При сооружении дамб и выполнении полусухой стяжки, а также для смесей, используемых в ремонтных работах необходима фибра с длиной волокон 18 мм.

Технология выполнения армирования стяжки фиброй

Перед выполнением облицовки пола его сначала нужно выровнять и сделать более прочным, в этом поможет цементная стяжка. Для приготовления раствора необходимы цемент, песок, фиброволокно и вода.

Также для работы потребуются такие инструменты, как:

уровень строительный;
алюминиевый профиль;
линейка;
мастерок;
шпатель;
металлическое правило;
рулетка;
дрель с насадкой «миксер»;
отвертка;
саморезы.

Сначала подготавливается основание: удаляется весь мусор, трещины и ямки заделываются шпатлевкой. Затем его следует вымыть и дать ему полностью высохнуть. Далее выставляются уровни и делаются соответствующие пометки на стенах. Это необходимо делать, начиная с углов помещения. В качестве маяков могут использоваться деревянные бруски или саморезы имеющие пластмассовые наконечники из пробок. Они фиксируются цементом.

Закончив подготовительные работы, можно замешивать раствор. Сначала необходимо смешать сухие составляющие – песок и портландцемент в соотношении 3:1. Затем к смеси добавляется половина от необходимого количества фиброволокна. Все очень хорошо перемешивается и заливается водой. Постепенно добавляется оставшаяся часть фибры.

Если используется фибра для стяжки теплого пола, то необходимо выполнить термоизоляцию. Ее следует укладывать на полностью сухое основание, а уже затем заливать подготовленный раствор. Толщина слоя должна быть в пределах 30-50 мм. Поверхность выравнивается правилом. Следует помнить, что следующий слой необходимо заливать лишь после полного высыхания предыдущего.

Выровненную поверхность нужно затереть шлифовальной машинкой, которая сделает ее более прочной. Эта процедура выполняется через 20 минут после заливки бетона. Чтобы оградить полученную стяжку от сквозняков, ее накрывают полиэтиленовой пленкой. Чтобы стяжка армированная фиброволокном застыла правильно, ее необходимо выдержать минимум 12 часов. Выбранное финишное покрытие на ее поверхность можно будет укладывать через 4 дня.

Полипропиленовая фибра является прекрасной альтернативой армированной сетки. Ее стоимость ниже, а бетонная стяжка получает отличные характеристики, которыми не способна наделить последняя. На выполнение такой работы много времени не потребуется.

Единственное от чего зависит качество получаемой в итоге стяжки – это правильное замешивание раствора и его заливка. Выполнить ее можно своими руками, а если кто-то сомневается в себе, работу лучше доверить специалистам. Все равно кто бы ни выполнял данную стяжку, основание получится ровным, морозоустойчивым, влагостойким и теплопроводным.

Принцип работы и устройство синхронного генератора переменного тока

Электричество – единственный вид энергии, которую легко можно передать на большие расстояния, а затем преобразовать её в механическую, тепловую или превратить в световое излучение. Саму же электроэнергию также можно получить разными способами: химическим, тепловым, механическим, фотоэлектрическим и др. Но именно механический способ, который основан на применении генераторов, оказался самым эффективным. Среди этих источников электроэнергии широкое применение нашёл синхронный генератор переменного тока.

Практически вся электроэнергия, используемая в быту и на производстве, вырабатывается генераторами этого типа. Они заслуживают того, чтобы более подробно рассмотреть их устройство и разобраться в принципе работы этих удивительных синхронных машин.

Устройство

В конструкции синхронных генераторов используются две основные рабочие детали – вращающийся ротор и неподвижный статор. На валу ротора располагаются постоянные магниты либо обмотки возбуждения. Магниты имеют зубчатую форму, с противоположно направленными полюсами.

Бесщёточные генераторы.

Обмотки статора размещают таким образом, чтобы их сердечники совпадали с выступами магнитных полюсов ротора, или с сердечниками катушек ротора. Количество зубцов магнита, обычно, не превышает 6. При такой конструкции вырабатываемый ток снимается непосредственно с обмоток статоров. Другими словами, статор выступает в роли якоря.

В принципе, постоянные магниты можно расположить на статоре, а рабочие обмотки, в которых будет индуцироваться ЭДС, — на роторе. Работоспособность генератора от этого не изменится, однако потребуются кольца и щётки для снятия напряжения с обмоток якоря, а это, чаще всего, не рационально.

Схематическое изображение бесщеточного генератора без обмоток возбуждения изображено на рис. 1.

Рис. 1. Модель генератора с магнитным ротором

Пояснение:

схема устройства;
схема расположения магнитных полюсов на якоре. Здесь буквами NS обозначено коаксиальный магнит с полюсами, а литерой R – стальной магнитопровод ротора в виде когтеобразных наконечников.
модель генератора в разрезе. Выводы фазных обмоток статора соединены «звездой».

Синхронные машины с индукторами.

Заметим, что постоянные магниты в качестве ротора используются в альтернаторах небольшой мощности. В мощных электрических машинах всегда применяются обмотки индуктора с независимым возбуждением. Независимым источником питания является маломощный генератор постоянного тока, смонтированный на валу синхронного двигателя.

Существуют конструкции синхронных генераторов малой и средней мощности, с самовозбуждающимися обмотками. Для возбуждения индуктора выпрямленный ток фазных обмоток подаётся через щётки на кольца, расположенные на валу статора. Строение такого альтернатора показано на рис. 2.

Рис. 2. Строение синхронного генератора средней мощности

Обратите внимание на наличие щёток, на которые подаётся питания от независимого источника.

По количеству фаз синхронные генераторы делятся на:

однофазные;
двухфазные;
трёхфазные.

По конструкции ротора можно выделить генераторы с явновыраженными полюсами и с неявновыраженными. В неявнополюсном роторе отсутствуют выступы, а катушки провода якоря спрятаны в пазы статора.

По способу соединения фазных обмоток различают трёхфазные генераторы:

соединённые по шестипроводной системе Тесла (не нашли практического применения);
«звезда»;
«треугольник»;
сочетание шести обмоток, соединённых в виде одной «звезды» и «треугольника». Это соединение ещё называют «Славянка».

Самое распространённое соединение – «звезда» с нейтральным проводом.

Принцип работы

Рассмотрим принцип генерации тока на примере контурной рамки, помещённой между магнитными полюсами. (Рис. 3)

Рис. 3. Схема, объясняющая принцип работы генератора

Если заставить рамку вращаться (по направлению стрелок), то она будет пересекать магнитные силовые линии. При этом, по закону электромагнитной индукции, в рамке индуцируется электрический ток, который проявляется при подключении нагрузки к щёткам. Его направление можно определить по правилу буравчика. На схеме направление тока показано чёрными стрелками.

Обратите внимание на то, что на участках рамки ab и cd ток движется в противоположных направлениях. Эти направления меняются при переходе участков рамки от одного полюса к другому полюсу магнита. Если каждый вывод рамки подключить к отдельному кольцу (на рисунке они подключены к коллектору!), то на выходе мы получим переменный ток.

Величина тока пропорциональна скорости вращения ротора. Кроме того, переменный ток характеризуется ещё одним параметром – частотой. Эта величина напрямую зависит от частоты вращения вала.

Частота тока в электросетях строго соблюдается. В России и в ряде других стран она составляет 50 Гц, то есть 50 колебаний в секунду.

Этот параметр довольно легко вычислить из таких соображений: за один оборот рамки (или двухполюсного магнита) происходит одно изменение направления тока. Если вал синхронного генератора делает 1 оборот в секунду, то частота переменного тока составит 1 Гц. Для получения частоты 50 Гц необходимо обеспечить 50 оборотов статора в секунду или 3000 об./мин.

При возрастании числа полюсов заданная частота удерживается путём снижения скорости вращения статора. (обратно пропорциональная зависимость). Так, для четерёхполюсного статора (число полюсов в два раза больше) для поддержания частоты 50 Гц скорость вращения вала необходимо снизить в два раза. Соответственно если используется 6 полюсов, то частота вращения вала должна уменьшиться в три раза – до 1000 об./мин.

Заметим, что в некоторых странах, таких как США, Япония и др. существуют другие стандарты – 60 Гц, а переменный 400 Гц используется, например, в бортовой сети современных самолётов.

Регулирование частоты

Достигнуть требуемых параметров частоты можно 2 путями:

Сконструировать генератор с определённым количеством полюсов электромагнитов.
Обеспечить соответствующую расчётную частоту вращения вала.

Например, в тихоходных гидротурбинах, вращающихся со скоростью 150 об./мин. для регулирования частоты число полюсов синхронных генераторов увеличивают до 40. На дизельных электростанциях, при скоростях вращения 750 об./мин., оптимальное число полюсов – 8.

Регулирование ЭДС

В связи с изменениями параметров активных нагрузок возникает необходимость в выравнивании номинальных напряжений. Несмотря на то, что ЭДС индукции синхронного генератора связана со скоростью вращения ротора, однако, из-за требований по соблюдению стабильной частоты, этим способом нельзя изменять указанный параметр. Но параметры магнитной индукции можно изменить путём снижения или увеличения магнитного потока, который зависит от количества витков обмотки индуктора и величины тока возбуждения.

Регулирование осуществляется путём включения в цепь катушек возбуждения дополнительных реостатов, электронных схем или регулировкой тока генератора-возбудителя (Рис. 4). В случае использования альтернаторов с постоянными магнитами, в таких устройствах напряжение регулируется внешними стабилизаторами.

Рис. 4. Схема регулировки напряжения

Благодаря малому весу и отличным токовым характеристикам синхронные генераторы переменного тока нашли применение во всех современных автомобилях. Поскольку бортовая сеть авто использует постоянный ток, конструкции автомобильных генераторов оборудованы трехфазным выпрямителем. Для выпрямляемых переменных токов частота не имеет значения, а вот напряжение должно быть стабильно. Этого добиваются с помощью внешних электронных устройств. На рисунке 5 представлена электрическая схема подключения генератора к бортовой сети современного автомобиля.

Рис. 5. Схема подключения генератора к бортовой сети авто

Применение

У синхронных генераторов переменного тока есть одна важная особенность: они поддаются синхронизации с другими подобными электрическими машинами. При этом синхронные скорости и ЭДС параллельно включенных альтернаторов совпадают, а фазовый сдвиг равен нулю. Данное обстоятельство позволяет применять устройства в промышленной энергетике и подключать резервные генераторы при превышении номинальных мощностей в часы пиковых нагрузок.

Трёхфазные тяговые генераторы применяют на тепловозах. Переменные токи для питания двигателей выпрямляются полупроводниковыми устройствами. Сегодня в России уже выпускаются тепловозы на базе асинхронных электродвигателей, не требующих выпрямления тока. В режиме торможения они работают в качестве асинхронных генераторов.

Синхронные генераторы устанавливают на гибридных автомобилях с целью совмещения тяги ДВС и мощности тяговых электродвигателей. Развивая активную мощность при номинальных нагрузках, они позволяют экономить дорогое топливо.

Существует много других сфер применения. Например, мобильные мини-электростанции, бытовые генераторы тока, как однофазный двигатель и т. п.

Синхронный генератор: устройство, виды и применение

История создания
Устройство и назначение
Характеристики
Принцип действия
Виды
Область применения
Как выбрать?
Эксплуатация

Синхронный генератор – специальное устройство, посредством которого удается преобразовать любую энергию в электрическую. В роли таких устройств выступают мобильные станции, термические или солнечные батареи, специальная техника. В зависимости от вида генератора определяется возможность его использования, поэтому стоит подробнее разобраться с тем, что представляет собой устройство.

История создания

В конце XIX века компания Роберта Боша впервые разработала нечто похожее на генератор. Устройство было способно зажечь двигатель. В процессе испытаний было выявлено, что машина не подходит для постоянного использования, однако разработчики смогли усовершенствовать аппарата.

В 1890 году фирма практически полностью перешла на производство данного оборудования, так как оно приобрело большую популярность. В 1902 ученик Боша создал зажигание, задействуя высокое напряжение. Устройство было способно добыть искру между двумя электродами свечи, что сделало систему более универсальной.

Начало 60-х годов XX века стало эпохой распространения генераторов по всему миру. И если раньше устройства были востребованы только в автомобилестроении, то сейчас подобные агрегаты способны обеспечить электроэнергией целые дома.

Устройство и назначение

Конструкция подобных агрегатов задействует только два главных элемента:

ротор;
статор.

При этом на валу ротора предусмотрены дополнительные элементы. Это могут быть магниты или обмотка возбуждения. У магнитов зубчатая форма, полюса для получения и передачи тока направлены в разные стороны.

Главная задача генератора заключается в преобразовании одного вида энергии в электрическую. С его помощью удается обеспечить необходимым количеством тока зависимые устройства, чтобы можно было ими воспользоваться.

Характеристики

Чтобы оценить работоспособность генератора, необходимо посмотреть на его характеристики. В принципе они такие же, как у станции, вырабатывающей постоянный ток. Главными параметрами оценки являются несколько факторов.

Холостой ход. Представляет собой зависимость ЭДС от силы движущихся токов, отвечающих за возбуждение демпферной катушки. С его помощью удается определить способность цепей намагнититься.
Внешняя характеристика. Подразумевает параллельную связь между напряжением катушки и нагрузочным током. Величина зависит от типа прикладываемой к устройству нагрузки. Среди причин, способных вызвать изменения, выделяют увеличение или уменьшение ЭДС агрегата, а также падение напряжения на обмотках установленной катушки, которая помещена внутрь устройства.
Регулировка. Представляет зависимость, которая образуется между токами возбуждения и нагрузочным током. Обеспечение работоспособности и защиты синхронных агрегатов достигается за счет отслеживания данного показателя. Достичь этого несложно, если постоянно проводить настройку ЭДС.

Еще один важный параметр – это мощность. Определить значение можно посредством показателей ЭДС, напряжения и углового сопротивления.

Принцип действия

С принципом работы устройства разобраться не так уж сложно. Он заключается во вращении магнитной рамки с целью создания электрического поля. В процессе вращения рамки возникают магнитные линии, начинающие пересекать ее контур. Пересечение способствует образованию электрического тока.

Чтобы определить, куда движутся потоки электрической энергии, необходимо воспользоваться правилом буравчика. При этом стоит отметить, что на некоторых участках движение тока противоположное. Направления постоянно меняются при достижении очередного полюса, который расположен на магните. Такое явление называется переменным током, и доказать это условие способно подключение рамки к отдельному магнитному кольцу.

Зависимость между величиной тока в рамке и скоростью вращения ротора системы пропорциональная. Таким образом, чем сильнее будет вращаться рамка, тем больше электричества сможет поставить генератор. Такой показатель характеризуется частотой вращения.

Согласно установленным нормам, оптимальный показатель частоты вращения в большинстве стран не должен превышать 50 Гц. Это значит, что ротор должен выполнять 50 колебаний в секунду. Для вычисления параметра необходимо условиться, что один поворот рамки приводит к изменению направления тока.

Если вал успевает повернуться 1 раз за секунду, это означает, что частота электрического тока составляет 1 Гц. Таким образом, для достижения показателя в 50 Гц потребуется обеспечить правильное количество вращений рамки за секунду.

В процессе эксплуатации нередко происходит возрастание числа полюсов электромагнита. Их удается задержать посредством уменьшения скорости, с которой вращается ротор.

Зависимость в этом случае обратно пропорциональная. Таким образом, чтобы обеспечить частоту в 50 Гц, потребуется снизить скорость примерно в 2 раза.

Дополнительно стоит отметить, что в некоторых странах установлены другие нормы вращения ротора. Стандартным показателем частоты является показатель в 60 Гц.

Сегодня производители выпускают несколько видов синхронных генераторов. Среди существующих классификаций особого внимания заслуживают несколько. В первую очередь стоит рассмотреть деление агрегатов по конструктивному устройству. Генераторы бывают двух видов.

Бесщеточный. Конструкция электрогенератора подразумевает использование обмоток статора. Они размещены так, чтобы сердечники элементов совпадали с направлением либо магнитных полюсов, либо сердечников, которые предусмотрены на катушке. Максимальное количество зубьев магнита не должно превышать 6 штук.

Синхронный, оборудованный индуктором. Если речь идет о регулировочных машинах, работающих на небольшой мощности, то в качестве ротора используют магниты постоянного тока. В противном случае ротором является обмотка индуктора.

Следующая классификация подразумевает деление мобильных станций на отдельные виды.

Гидрогенераторы. Отличительная черта устройства – ротор с выраженными полюсами. Такие агрегаты используют для производства электроэнергии там, где нет необходимости в обеспечении большого количества оборотов устройства.

Турбогенераторы. Отличие – отсутствие выраженных полюсов. Устройство собирают из различных турбин, оно способно в несколько раз повысить количество оборотов ротора.

Синхронные компенсаторы. Используется для достижения реактивной мощности – важного показателя на промышленных объектах. С его помощью удается повысить качество подаваемого тока и стабилизировать показатели напряжения.

Выделяют несколько распространенных моделей подобных устройств.

Шаговые. Их используют для обеспечения работоспособности приводов, установленных в механизмах, которые имеют цикл работы старт-стоп.

Безредукторные. В основном используются в автономных системах.

Бесконтактные. Востребованы в качестве основных или резервных мобильных станций на судах.

Гистерезисные. Такие генераторы задействуют для счетчиков времени.

Индукторные. Обеспечивают работу электроустановок.

Еще один вид деления агрегатов – тип используемого ротора. В этой категории генераторы делятся на устройства с явнополюсным ротором и неявнополюсным.

Первые представляют собой устройства, в которых четко просматриваются полюса. Они отличаются небольшой скоростью вращения ротора. Вторая категория имеет в своей конструкции цилиндрический ротор, у которого отсутствуют выступающие полюса.

Область применения

Синхронные генераторы – устройства, предназначенные для добычи переменного тока. Встретить такие устройства можно на различных станциях:

атомных;
тепловых;
гидроэлектростанциях.

А также агрегаты активно используются в транспортных системах. Их применяют в различных автомобилях, в судовых системах. Синхронный генератор способен работать как в автономном режиме, отдельно от электрической сети, так и одновременно с ней. При этом удается подключить сразу несколько агрегатов.

Преимуществом станций, вырабатывающих переменный ток, является возможность обеспечить выделенное пространство электроэнергией. Удобно, если объект находится далеко от центральной сети. Поэтому агрегаты пользуются спросом у владельцев ферм, отдаленных от города населенных пунктов.

Как выбрать?

При выборе генератора важно найти подходящее и надежное устройство, которое сможет обеспечить электроэнергией отведенную площадь. Для начала необходимо определиться с техническими параметрами будущего устройства. Специалисты советуют обратить внимание на:

массу электрогенератора;
габариты устройства;
мощность;
расход топлива;
показатель шума;
продолжительность работы.

А также важным параметром является возможность организации автоматической работы. Чтобы понять, сколько фаз требуется будущему генератору, необходимо определиться с типом и количеством электроприборов, которые будут к нему подключаться.

Например, к однофазному электрогенератору могут подключиться только потребители с одной фазой. Трехфазная заметно расширяет этот показатель.

Однако не всегда покупка подобной мобильной электростанции становится лучшим решением.

Перед покупкой дополнительно рекомендуется учесть нагрузку, которая будет оказана на устройство во время его работы. На каждую фазу должна приходиться нагрузка максимум в 30% от общего количества. Таким образом, если мощность генератора составляет 6 кВт, то в случае использования розеток с напряжением в 220 В удастся задействовать только 2 кВт.

Покупка трехфазного генератора востребована только тогда, когда в доме много трехфазных потребителей. Если большинство приборов однофазные, лучше приобрести соответствующий агрегат.

Эксплуатация

Перед запуском электрогенератора необходимо сначала провести его регулировку. В первую очередь настраивают частоту работы устройства. Сделать это можно двумя способами:

поменять конструкцию агрегата, заранее предусмотрев, какое количество полюсов необходимо для работы электромагнита;
обеспечить требуемую частоту вращения вала без каких-либо изменений в конструкции.

Яркий пример – тихоходные турбины. Они обеспечивают вращение ротора в 150 оборотов в минуту. Для настройки частоты используют первый способ, увеличивая количество полюсов до 40 штук.

Следующим параметром, который необходимо настроить, является ЭДС. Возникает необходимость регулировки из-за изменений характеристик поступающих нагрузок, действующих на мобильную станцию.

Несмотря на то что ЭДС индукции устройства связана с ротором и его вращениями, из-за требований безопасности нельзя разбирать конструкцию, чтобы поменять параметр.

Изменить величину ЭДС можно посредством регулировки образующегося магнитного потока. Его необходимо будет увеличить или уменьшить. За величину показателя отвечают витки обмотки, а точнее, их количество. А также повлиять на мощность магнитного потока можно посредством тока, который образует катушка.

Наладка подразумевает включение в цепь нескольких катушек. Для этого необходимо воспользоваться дополнительными реостатами или электронными схемами. Второй вариант требует настройки параметра за счет внешних стабилизаторов. Это обеспечивает надежное обслуживание.

Преимущество синхронной мобильной станции – это возможность синхронизации с другими электромашинами подобного типа. При этом во время подключения удается сопоставить скорости вращения и обеспечить нулевой фазовый сдвиг. В связи с этим мобильные электростанции востребованы в промышленной энергетике, где очень удобно их использовать в качестве резервного источника тока для повышения производственных мощностей в случае больших нагрузок.

О синхронном и асинхронном генераторе смотрите далее.