Эффективность волокон в композициях возрастает с увеличением их длины. Существует понятие критической длины волокна Lкр, до которой напряжение, воспринимаемое собственно волокном в композиции, возрастает и при L = Lкр становится равным прочности волокна. При разрушении композиции, наполненной волокном с L < Lкр, наблюдается выдёргивание коротких волокон из матрицы, т.е. композиция разрушается на границе волокно / цементный (или гипсовый) камень (рис.1). Волокна с L > Lкр сами разрушаются и полностью реализуют всю прочность. Поэтому композиции, армированные волокном с L > Lкр, намного прочнее, чем волокна с Lкр. Чем меньше значение Lкр волокна, тем эффективнее волокно упрочняет матрицу. Теоретически показано, что при L ? 10Lкр волокно в композиции восприни-мает на себя до 90% внешней нагрузки, на практике же это значение возрастает примерно до 100 Lкр. Увеличение длины волокна приводит к упрочнению композиции, однако одновременно с этим увеличивается вязкость раствора, ухудшается перерабатываемость, технологичность, затрудняется процесс ввода в сухую смесь.

Существует ещё один немаловажный фактор, о котором не следует забывать, когда ведётся речь о полимерном волокне - относительное удлинение волокна при разрыве. Как известно, в определённых условиях стеклообразные полимеры могут выдерживать без разрушения значительные деформации (до 800% у ПЭ). Если величина удлинения при разрыве слишком велика, то мы можем наблюдать разрушение цементного (гипсового) камня без разрушения волокон (рис.2). Это говорит о том, что волокно в такой системе действует максимально эффективно.

Для каждого вида волокон и для каждой композиции Lкр индивидуальна. Существуют оценочные формулы, позволяющие определить Lкр, одна из них имеет следующий вид:
Lкр = 0,5 уf dср / фм

Где:
Lкр - критическая длина волокна
у_f – усреднённая прочность волокна
d_ср - средний диаметр волокна
ф_м – адгезионная прочность на границе волокно / матрица

Расчеты показывают, что критическая длина волокна (в зависимости от его природы и природы матрицы) обычно находится в диапазоне от 50 мкм до 1000 мкм, так, например, для стеклянных волокон с dср ? 10 мкм в эпоксидных полах Lкр составляет порядка 150 мкм. Как видно из уравнения, наиболее простым решением проблемы эффективности волокна является увеличение адгезионной прочности на границе волокно / матрица фм. Одним из способов повышения этого показателя для цементных и гипсовых систем является использование редиспергируемых сополимерных порошков Neolith® , которые образуют полимерные пленки внутри композиционного материала и увеличивают таким образом адгезию как к внешней основе, так и на границе волокно / матрица. При этом значительно увеличиваются такие показатели строительного материала, как водостойкость, морозостойкость, атмосферостойкость и т.д. В совокупности с редиспергируемыми порошками полимерные волокна прекрасно себя проявляют и в системах скреплённой теплоизоляции, и в шпатлёвках и штукатурках, и в системах для устройства полов.

Для увеличения эффективности (для снижения Lкр) поверхность некоторых волокон, например, полиакриловых волокон Ricem® , подвергают специальной обработке. В результате такой обработки поверхность становится рифлёной с выемкой вдоль волокна (рис.3), что оптимизирует взаимодействие с вяжущим. Но, несмотря на это, ввиду высокой разрывной прочности полиакрилового волокна (до 1 ГПа) по сравнению с цементным камнем (около 0.0037 ГПа), использование данного вида волокна длиной менее 0,5 мм неэффективно.

Рис. 3. Полиакрилонитриловое волокно Ricem®

Основными проблемами использования волокон являются их заметное влияние на вязкость и технологичность строительного раствора, а также сложности при введении в состав ССС. Короткие и средние целлюлозные волокна длиной до 500 мкм достаточно легко перемешиваются в смесителях любого типа. Длинные волокна (более 500 мкм) рекомендуется смешивать в смесителях с высокими скоростями смешения и деагломераторами, при этом достигается равномерное распределение волокон в ССС. Производителями ССС часто практикуется предварительное смешивание некоторых компонентов сухих смесей. В первую очередь это касается так называемых премиксов песка с армирующими волокнами. Применяя, таким образом, двухстадийное смешение можно добиться достаточно равномерного перемешивания даже самых длинных волокон.