Разработанная еще в середине прошлого века в СССР, стеклопластиковая арматура (сокращенно АСП или СПА) начала масштабно использоваться сравнительно недавно. Популярность стеклотекстолитовые изделия приобрели благодаря снижению стоимости их производства. Малый вес, высокая прочность, широкие возможности применения и легкость монтажа сделали арматуру СПА хорошей альтернативой стальным пруткам. Материал прекрасно подходит для малоэтажного строительства, сооружения береговых укреплений, несущих конструкций искусственных водоемов, элементов мостов, ЛЭП.
Стеклопластиковая композитная арматура (АКС) представляет собой стержень, произведенный из стеклянного сплеточного нитевидного волокна (ровинга) прямого или скрученного, скрепленного особым составом. Обычно это синтетические эпоксидные смолы. Другой вид представляет собой стекловолоконный стержень с намоткой из углепластиковой нити. После намотки такие стекловолоконные заготовки подвергают полимеризации, превращая их в монолитный стержень. Стекловолоконная арматура имеет диаметр от 4 до 32 мм, толщиной от 4 до 8 мм упаковывается в бухты. Бухта содержит 100-150 метров арматуры. Также возможна нарезка в заводских условиях, когда размеры предоставляет заказчика. От технологии производства и связующего зависят прочностные характеристики стержня.
Варианты упаковки и транспортировки АСП.
Изготавливают материал методом протягивания. Стекловолокно, намотанное на бобинах, разматывают, пропитывают смолами и отвердителями. После этого пропускают заготовку через фильеры. Их назначение – отжим лишней смолы. Там же будущая арматура уплотняется и приобретает характерную форму с цилиндрическим сечением и заданным радиусом.
После этого еще на не отвердевшую заготовку наматывают по спирали жгут. Он необходим для лучшего сцепления с бетоном. Затем материал запекается в печи, где происходит процесс отвердения и полимеризации связующего. Из печи прутья направляется на механизм, где происходит ее протяжка. На современных заводах для полимеризации используются трубчатые печи. В них же удаляются летучие вещества. Готовую продукцию наматывают в бухты либо нарезают прутки необходимой длины (по предварительному заказу клиента). После продукция отправляется на склад. Также клиент может заказать арматуру с заданным углом изгиба.
Назначение и область применения
Стеклопластиковая арматура используется в различных отраслях промышленного и частного строительства, для обычного и предварительно напряженного армирования строительных конструкций и элементов, эксплуатация которых, проходит в средах с различной степенью агрессивного воздействия. Самые известные примеры использования.
- Армирование блочных, кирпичных стен и стен из газосиликатных блоков. Стеклопластиковая арматура показала весьма неплохие результаты при армировании данных конструкций. Основные плюсы: экономия средств и облегчение конструкций.
- В качестве связующего бетонных элементов, между которыми располагается утеплитель. СПА позволяет улучшить сцепление бетонных элементов.
- Для укрепления несущих элементов конструкций, которые подвержены воздействию факторов, вызывающих коррозию (искусственные водоемы, мосты, укрепительные сооружения береговых линий пресных и соленых естественных водоемов). В отличие от металлических прутьев, стекловолоконные не подвержены коррозии.
- Для армирования конструкций из клееной древесины. Использование арматуры из СПА позволяет в разы повысить прочность балок из клееного дерева и повысить жесткость конструкции.
- Возможно применение в строительстве ленточных заглубленных фундаментов для малоэтажных зданий, если они располагаются на твердых, неподвижных грунтах. Заглубление выполняется ниже уровня промерзания почвы.
- Для повышения жесткости полов в жилых домах и промышленных комплексах.
- Для повышения прочности и долговечности дорожек и дорожного покрытия.
Область применения стеклопластиковой арматуры.
Свойства арматуры из стеклопластика
Чтобы понять плюсы и минусы стеклопластиковой арматуры, необходимо знать ее свойства. Описание преимущества стеклопластиковой арматуры приведены ниже.
- По коррозионной стойкости прутья из стекловолокна почти в 10 раз превышают традиционные металлические. Изделия из стеклокомпозита практически не вступают в реакции с щелочами, соляными растворами и кислотами.
- Коэффициент теплопроводности 0,35 Вт/м С против 46 Вт/м С у стальных прутков, что исключает появление мостиков холода, и заметно снижает теплопотери.
- Соединение прутов из стеклокомпозита производится пластиковыми хомутами, вязальной проволокой и соответствующими фиксаторами без сварочного аппарата.
- Стеклопластиковая арматура – отличный диэлектрик. Это свойство используется еще с середины прошлого века при строительстве элементов ЛЭП, железнодорожных мостов и прочих конструкций, где электропроводящие свойства стали негативно влияют на работу приборов и целостность конструкции.
- Вес 1 метра стеклокомпозитной качественной арматуры в 4 раза меньше метрового стального прута равного диаметра при равной прочности на растяжение. Это позволяет в 7-9 раз уменьшить вес сооружения.
- Меньшая по сравнению с аналогами стоимость.
- Возможность бесшовной укладки.
- Величина коэффициента теплового расширения близка к коэффициенту теплового расширения бетона, что практические исключает возникновение трещин при перепадах температур.
- Широкий диапазон температур, при котором можно применять материал: от – 60 С до +90 С.
- Заявленный срок службы – 50-80 лет.
Арматура из стеклопластика в ряде случаев может успешно заменить стальную, но она имеет ряд недостатков, которые необходимо учитывать еще на стадии проектирования. Главные недостатки стеклопластиковой арматуры.
- Низкая термостойкость. Связующее возгорается при температуре 200 С, что не существенно в частном доме, но недопустимо в промышленных объектах, где к конструкциям предъявляют повышенные требования огнеупорности.
- Модуль упругости всего 56 000 МПА (для стальной арматурной проволоки порядка 200 000 МПа).
- Невозможность самостоятельно согнуть прут под нужным углом. Изогнутые прутья изготавливают на заводе по индивидуальному заказу.
- Прочность текстолитовых изделий со временем снижается.
- Арматура стеклопластиковая обладает низкой прочностью на излом, которая со временем только усугубляется.
- Невозможность создания твердого, жесткого каркаса.
Разновидности арматуры
Использование в строительстве стеклопластиковой арматуры требует ознакомления с видами данного материала. По назначению, материал делится на изделия:
- для монтажных работ;
- рабочую;
- распределительную;
- для армирования конструктивных элементов из бетона.
По способу применения АСП подразделяется на:
- нарезанные прутки;
- армирующие сетки;
- арматурные каркасы.
По форме профиля:
- гладкая;
- рифленая.
Форма профиля стеклопластиковой арматуры.
Сравнительные характеристики СПА и стальной арматуры
Для того чтобы выбрать стекловолоконную арматуру либо стальную, необходимо наглядно сравнить два вида. Сравнительные характеристики стальной и стеклопластиковой арматуры приведены в таблице.
| Материал | СПА | Сталь |
|---|---|---|
| Прочность на разрыв, МПа | 480-1600 | 480 -690 |
| Относительное удлинение, % | 2,2 | 25 |
| Модуль упругости, МПа | 56 000 | 200 000 |
| Коррозионная стойкость | Неподвержен коррозии | В зависимость от сорта стали подвержен коррозии в большей или меньшей степени |
| Коэффициент теплопроводности Вт/м С | 0,35 | 46 |
| Коэффициент теплового расширения в продольном направлении, х10 -6/С | 6-10 | 11,7 |
| Коэффициент теплового расширения в поперечном направлении, х10-6/С | 21-23 | 11,7 |
| Электропроводность | Диэлектрик | Проводник |
| Прочность на излом | Низкая | Высокая |
| Оптимальный температурный диапазон | от -60 С до +90 С | Нижний предел от -196 С до -40 С; верхний предел от 350 С до 750 С |
| Срок службы, лет | до 50 | 80-100 |
| Способ соединения | хомуты, фиксаторы, вязальная проволока | вязальная проволока, сварка |
| Возможность изгиба прутьев в условиях стройки | нет | есть |
| Радиопрозрачность | да | нет |
| Экологичность | Малотоксичный материал, класс безопасности 4 | Нетоксичен |
Особенности монтажа СПА
Свойства и технические характеристики СПА, делают материал практически идеальным для строительства дома своими руками. Для того, чтобы дом был прочным и прослужил нескольким поколениям семьи, важно грамотно выполнить монтаж стеклопластиковой арматуры, учитывая ее недостатки.
Горизонтальное армирование фундамента
Укладка СПА для армирования фундамента выполняется после установки опалубки и подготовки площади. После этого укладывают продольный слой прутьев. Для этого берут прутки диаметром 8 мм. На него укладывают поперечный. Для этого берут 6-ти миллиметровую СПА. Эти слои образуют сетку. Узлы соединения фиксируются затяжными хомутами либо вязальной проволокой, диаметр которой 1 мм, в 2 пояса. Соединения выполняют с помощью , который можно купить либо изготовить самостоятельно используя толстую проволоку. Для больших объемов работ рекомендуется пользоваться аппаратом для вязки с электроприводом.
Края сетки из прутков должны быть в 5 см от опалубки. Добиться необходимого расположения можно посредством фиксаторов либо обычных кирпичей. Когда сетка готова и расположена правильно, заливают бетонную смесь. Здесь необходимо соблюдать осторожность. Арматура для фундамента АСП не обладает такой твердостью, как стальная. При неосторожной заливке, она может прогнуться или сместиться с заданного положения. Если прутки сместятся, исправить ситуацию после заливки будет крайне сложно.
Для получения прочного фундамента без пустот, залитую бетонную смесь утрамбовывают строительным вибратором.
Как избежать проблем?
Основные проблемы, которые связаны с использованием прутков из волокон стекла, заключатся в некачественном/бракованном материале и неграмотном инженерном расчете конструкции. Проблемы могут возникнуть в строительстве дома, если не учтены характеристики используемой стеклопластиковой арматуры.
Избежать проблем во время и после строительства помогут точные расчеты, аккуратность выполнения работ, строгое соблюдение рекомендаций производителя по выбору и монтажу материала.
Проверить качество товара до приобретения возможно лишь визуально. Для этого следует обращать внимание на следующие моменты.
- Производитель. Если товар приобретается не на заводе, необходимо запросить документацию на товар, подтверждающий его качество и заводской (не кустарный) вид производства.
- Цвет. Однородный по всему прутку цвет говорит о качестве. Неравномерно окрашенное изделие означает, что была нарушена технология производства.
- Коричневый цвет указывает на выгорание вещества.
- Зеленый – о недостаточной термообработке.
- Поверхность стержня должна быть без сколов, выемок, раковин и прочих дефектов, спиральная навивка – ровной, непрерывной, с постоянным шагом.
- Несмотря на желание сэкономить, нужно помнить, что качественную стеклопластиковую арматуру не продают дешево. Слишком низкая стоимость говорит о малой прочности и недолговечности.
Применение стеклопластиковой арматуры в ряде случаев целесообразно вместо металлической арматуры. Иногда допустимо комбинировать металлические и стеклопластиковые прутки при сооружении одной конструкции. Чтобы впоследствии не сожалеть об использовании АКС, следует тщательно проводить расчеты будущих построек на стадии проектирования. Подбирают композитную арматуру аналогично стальной, учитывая ключевые параметры: прочность на изгиб, показатель прочности на разрыв и пр.
Возможность использования стекловолоконных прутков оценивается исходя из подвижности и типа грунта, требований пожарной безопасности, продольных и поперечных нагрузок, которые будут воздействовать на конструкцию. Например, на болотистых и подвижных почвах для армирования применяют металлическую арматуру. Стеклопластиковую арматуру просто сломают подвижки грунта ввиду ее малой прочности на излом.
Стеклопластиковое или композитное армирование является альтернативой стальным изделиям и используется для укрепления бетона в случаях, когда к их физическим и химическим свойствам предъявляются особые требования. Стеклопластик не портится от влаги, его масса в 9 раз меньше массы стали той же прочности. Показатели теплопроводности позволяют снизить потери тепла, а температурный диапазон составляет от -70 до 120 градусов. Этот материал используют для армирования бетонных емкостей на химических предприятиях, опор мостов и фундаментов. Он подходит для связки многослойных кладок стен и укрепления полов и стяжек. Стеклопластик применяют в дорожном строительстве при сооружении насыпей и покрытий.
Технология изготовления
Основными составляющими стеклопластиковых стержней являются стекловолокно и эпоксидная смола. Сначала нити пропитываются клеящим веществом, а затем проходят процесс полимеризации. Для этого их протягивают через фильеры нужного диаметра. На заключительном этапе на гладкую поверхность наносят рельеф с помощью прокатки между вальцами, которые имеют соответствующее рифление. Таким образом, получают стержни светло-желтого цвета, обладающие оптимальным сцеплением с бетоном. Продукция имеет диаметр от 4 мм до 2 см. Помимо стекловолокна в производстве используют базальтовые, углеродные и арамидные волокна. В этом случае изделия отличаются по цвету и могут иметь продольное оребрение. Для получения конструкций из арматуры стеклопластик связывают с помощью пластиковых элементов.
Преимущества и недостатки стеклопластиковой продукции
Стеклопластиковая продукция отличается повышенной прочностью на разрыв и по этому показателю превосходит стальную арматуру в три раза. Плотность стеклопластика значительно меньше, чем у металла, соответственно вес также намного легче, что позволяет облегчить бетонную конструкцию. Существенным преимуществом является и то, что пластик не поддается ржавлению, даже если контактирует с водой, в том числе, и с морской водой. Материал не реагирует на воздействие щелочей, кислот и других активных химических веществ. Он не разрушается на морозе и может перенести неограниченное количество циклов замерзания/оттаивания. Стеклопластики имеют низкую теплопроводность, что способствует улучшению этой характеристики у бетонных изделий с композитным армированием. Помимо этого композиты и бетон имеют примерно одинаковый коэффициент теплового расширения, поэтому такие конструкции не подвержены растрескиванию. Арматура является диэлектриком и не создает помех радиоволнам. Она может производиться любой мерной длины. Благодаря особенным свойствам эпоксидной смолы длинномерные изделия могут сматываться в бухты, а после восстанавливать первоначальное прямое состояние, сохраняя при этом целостность и все свои прочностные характеристики.
Стеклопластик значительно уступает стали в упругости, то есть довольно легко изгибается. По этой причине использование ее в перекрытиях должно сопровождаться тщательными расчетами. Материал является пожаробезопасным, но при температуре около 600 градусов размягчается и теряет свои механические свойства. На опасных производствах необходимо обеспечивать теплозащиту конструкций с таким армированием. Прочность соединений композитов при создании решетки оставляет желать лучшего. Как вариант, на концы стеклопластика крепят стальные стержни и сваривают их. При изготовлении конструкций особой формы приходится заказывать арматуру с определенным изгибом, так как придать ей необходимый вид на месте не получится.
Композитная арматура настойчиво, хотя и не так быстро, как хотелось бы ее производителям, завоевывает свою долю российского строительного рынка. Уже сегодня она применяется в жилищном строительстве, при возведении промышленных зданий и гражданских объектов. Ее активно используют при создании бетонных конструкций, выполнении ремонтных работ, при реставрации кирпичных и железобетонных поверхностей, для выполнения кирпичной кладки, создания трехслойных стен с укреплением гиб-кой связью, при сооружении наливных полов… Арматура из композита экономически выгоднее, чем из металла, при сооружении дорожного полотна, где высоки динамические нагрузки. В ряде случаев композитная арматура является единственным вариантом: когда требуется непроницаемость для магнитных волн и, при этом – радиопрозрачность (в военных объектах и медицинских центрах), при соприкосновении с веществами, стимулирующими ускоренную коррозию (мосты и постоянно «влажный» бетон с высоким содержанием щелочи, пирсы, волнорезы, портовые сооружения и морская вода; парковки и противогололедные реагенты; площадки и здания химпроизводств и выпускаемые здесь агрессивные вещества). Интерес к данному материалу несомненен, а информации о нем недостаточно, что всегда порождает домыслы. ООО «ПолиКомпозит» предлагает разобраться, что здесь правда, а что не соответствует действительности.
Утверждение №1: «Композитная арматура – инновационный материал».
Если исходить из определения, что инновационные материалы – это результат интеллектуальной деятельности человека, выраженный в производстве более совершенных с точки зрения научно-технических и потребительских характеристик продуктов и услуг, то это, несомненно, так. Доля знаний в производстве данного строительного материала, действительно, велика. Его качество невозможно обеспечить и поддерживать без собственной лаборатории с дорогостоящими приборами. К сожалению, сей-час в России еще можно приобрести сертификат качества с «липовым» протоколом испытаний за символическую сумму, но так будет не всегда, и ответственные заказчики умеют отличать подлинные доку-менты качества от подделок.
С другой стороны, композитная арматура – еще одно доказательство истинности утверждения, что все новое – это хорошо забытое старое. Разработки в этой области велись в нашей стране еще в сороковых годах прошлого века, а затем – более масштабно – в семидесятых годах. Серийное производство композитов в СССР оказалось экономически не выгодно. Однако исследование сооруженных тогда с применением композитной арматуры объектов через четыре и даже пять десятилетий их эксплуатации доказывает, что показатели материала остались неизмененными. В Европе же и Америке за эти годы накоплен огромный опыт, который снимает опасения скептиков, утверждающих, что инновации – это всегда «кот в мешке». Не так уж новы, с этой точки зрения, композитные новации.
Утверждение №2: «Композитная арматура – вечный материал».
Это, скорее, метафора, хотя, смотря с чем сравнивать. Если бетонные конструкции набережных, армированные металлической арматурой, даже с применением антикоррозийного покрытия приходят в негодность через десять лет, дорожное покрытие требует замены уже через пять, то, согласно исследованиям и испытаниям физико-механических свойств, производимых Московским НИИЖБ, конструкции с использованием неметаллической арматуры могут служить в разных условиях на протяжении 50-80 лет, а то и целого столетия.
Утверждение №3: «Свойства композитной арматуры определяются ее цветом».
Данное утверждение, как и первое, содержит в себе и правду, и вымысел. В зависимости от использованного сырья и методики производства, композитную арматуру делят на следующие виды:
- изготовленная из смеси смолы и стекловолокон - стеклокомпозитная арматура;
- изготовленная из базальтовых волокон и смолы - базальтокомпозитная арматура;
- изготовленная из углеводородного волокна – углекомпозитная арматура;
В отношении данной классификации вышеприведенное утверждение отчасти верно: желтоватая стекло-композитная арматура имеет свойства, отличные от черной базальтовой или углекомпозитной. Однако и черная базальтовая арматура отличается от черной углекомпозитной. Скажем больше: на сегодняшний день на рынке можно встретить радугу цветов арматуры, но все разнообразие свойств можно свести к трем группам, поскольку определяется оно не цветом, а основой: стекло в основе, базальт или уголь.
Утверждение №4: «Композитная арматура дороже металлической».
Там, где композит однозначно выигрывает по сравнению с металлом (при работе с агрессивными средами, где требуется пропускать радиоволны и не проводить электро- и магнитное излучение) вопрос о цене даже не обсуждается. Там же, где возможен выбор, данное мнение часто вводит в заблуждение покупателей. Заметим, что страдают от этого, главным образом, частные застройщики, которые пытаются сравнить стоимость необходимого им небольшого количества арматуры, выполненной из металла и из композита. Действительно, один погонный метр композитной арматуры пока стоит дороже метра арматуры металлической. «Пока», поскольку цены на металл постоянно растут. Экономия же в другом. Во-первых, металл значительно тяжелее композита (в 5-10 раз), и арматура из него имеет вид двенадцати-метровых прутов, для доставки которых, независимо от необходимого количества, частнику придется заказывать грузовик с соответствующими параметрами. Погрузка и разгрузка металлической арматуры, а также ее применение в строительной конструкции – процесс трудозатратный.
В то же время, композитная арматура – материал легкий и, к тому же, до двенадцатого диаметра ее лег-ко скрутить в бухту, которая умещается в багажнике легкового автомобиля, а после раскручивания она принимает ровную форму (не деформируется). Экономия на доставке, погрузке и разгрузке становится еще более значимой при снабжении больших объектов. Отдел продаж ООО «ПолиКомпозит» заметил эту тенденцию по числу запросов на сравнение стоимости композитной и металлической арматуры одно-го объема. Как правило, запрос приходит в виде: «Требуется заменить композитной столько-то машин арматуры металлической». Так снабженцы крупных строек отвечают на вопрос: что выгоднее?
Вторым фактором экономии является то, что в силу прочностных характеристик, при замене требуется композитная арматура меньшего диаметра, чем металлическая (ссылка на таблицу равнопрочностной замены). Замена производится на основании конструкторских расчетов. Для простых конструкций (фундаменты частных и котеджных домов, промышленных площадок и полов, заборов, временных строений и других) разработаны таблицы равнопрочной замены, которые легко найти в сети Интернет. Здесь же приведем только один пример: для замены стальной арматуры класса A-III (А400) с диаметром 14 мм. нужно брать композитную арматуру, внутренний диаметр (измеренный по телу прутка) которой должен быть не менее 8,34 мм, то есть, так называемую, «девятку», а ее цена существенно ниже металлической арматуры с диаметром 14 мм. ООО «ПолиКомпозит» постоянно отслеживает цены на металлическую арматуру. Результаты мониторинга лета 2016 г. – ниже.
Сравнение цен на металлическую и композитную арматуру
|
Компания |
Цена А3 А500С-10 мм за 1 т. | Стоимость 10 т. А3 А500С-10 мм | Стоимость того же погонажа (16210 м.п.) АСК-10 |
Стоимость того же погонажа (16210 м.п.) АСК-8 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 43 900,00 | 439 000,00 | 301 830,00 | 196 952,00 |
| 2 | 40 800,00 | 408 000,00 | 301 830,00 | 196 952,00 |
| 3 | 47 900,00 | 479 000,00 | 301 830,00 | 196 952,00 |
| 4 | 39 000,00 | 390 000,00 | 301 830,00 | 196 952,00 |
Таким образом, при различных колебаниях цен на металл композитная арматура обходится дешевле в 1,4, а то и 2,2 раза.
Утверждение №5: «Композитная арматура заменит металлическую везде».
Нормативы не запрещают применение композитного армирования для возведения какого-либо вида конструкций. Их задача – обеспечить необходимую прочность и другие значимые свойства конструкции. Если композитный материал дает такую возможность, то он может быть применен. Для тех, кто желает построить коттедж, баню, гараж, забор на бетонном фундаменте, этот материал будет экономически вы-годен и удобен в использовании, поскольку позволит создать прочные и надежные бетонные и кирпичные конструкции, слоистую кладку с гибкими связями, бетонные фундаменты и полы на основе сетки из композитной арматуры, армированную кладку из газо- и пеноблоков. Ответ на вопрос «Могут ли применяться композитные материалы при строительстве многоэтажек?» то-же положительный, но где и как конкретно – решают проектанты, производящие расчеты. Они оценивают композитную арматуру очень высоко. Помимо выше охарактеризованных диэлектрических свойств, долговечности и легкости:
- композитный материал практически не проводит тепло (показатель в 130 раз ниже, чем у металла), предотвращая «мостики холода»;
- близкий к бетону коэффициент теплового расширения позволяет избежать образования трещин при температурных колебаниях, что делает данный материал применимым в интервале температур от -70°до +100°С.
Эти и другие свойства, действительно, дают простор для применения композитных материалов.
Утверждение № 6: «Композитная арматура не может применяться в строительстве из-за малого модуля упругости».
Данный показатель, действительно, используется при расчете ряда бетонных конструкций. Но его значение важно только в конструкциях, работающих на прогиб (СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения») - для предотвращения раскрытия микротрещин.
В соответствии с расчетами, производимыми по вышеуказанному СНиП, композитная арматура также может использоваться в данных конструкциях, но ввиду меньшего модуля упругости необходимо закладывать большие диаметры по отношению к металлической, что выгодно только в условиях строительства специальных объектов (строительство в зонах повышенной щелочности, кислотности, влажности, действий агрессивных вод и других) в связи с быстрым разрушением металлической.
В то же время, в элементах, находящихся на упругом основании значимость характеристики – модуля упругости почти равна нулю, т.к. само основание не дает конструкции прогнуться, обеспечивая равно-мерную поддержку. В данном случае расчет ведется по основному показателю – предел прочности на растяжение, который у композитной арматуры в 2,5 раза выше, чем у металлической, поэтому использование композитной арматуры в таких конструкциях будет экономически выгоднее, а надежность конструкций значительно выше, по сравнению с армированием стандартной железной арматурой. Это, прежде всего, все фундаменты и их отдельные части (блоки, плиты) и другие.
Ленточный фундамент, принимая на себя нагрузки от стен и, частично, от всего строения передает их на несущее основание - землю. Основание в данном случае противодействует образованию прогиба.
Монолитный плитный фундамент, принимая распределенную нагрузку от всего строения, также опирается на основание, противодействующее прогибу. Таким образом, применение композитной арматуры не целесообразно только в конструкциях, работающих на прогиб, однако это небольшая часть бетонных изделий. В остальных же случаях использование такой арматуры выгодно повышает характеристики надежности изделия.
В любом случае, армируемую конструкцию необходимо рассчитывать согласно СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»; СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции»; СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции» и т.д., и только вследствие полученных результатов делать вы-воды о применимости того или иного материала.
Утверждение № 7: «Композитная арматура снижает огнестойкость сооружений».
Под огнестойкостью (СП 2.13130.2009 «Обеспечение огнестойкости объектов защиты») понимают способность строительной конструкции сохранять несущие и (или) ограждающие функции в условиях пожара положенное количество времени.
Действующие государственные нормы – СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений», НПБ 244-97 «Материалы строительные. Декоративно-отделочные и облицовочные материалы. Матери-алы для покрытия полов. Кровельные, гидроизоляционные и теплоизоляционные материалы. Показатели пожарной опасности». В настоящих нормах приведены противопожарные требования, подлежащие обязательному соблюдению.
Для подтверждения соответствия композитной арматуры ООО «ПолиКомпозит» существующим нормам компания передала образцы продукции в аккредитованный лабораторный центр ООО «ПожСтандарт» для проведения необходимых испытаний. В соответствии с ГОСТ 30244-94, ГОСТ 30402-96 и ГОСТ 12.1.044-89 специалисты «ПожСтандарта» подтвердили соответствие композитной арматуры АСК требованиям пожарной безопасности НПБ 244-97 по СниП 21-01-97.
На основании проведенных испытаний ООО «ПолиКомпозит» выдан сертификат соответствия нормам пожарной безопасности, удостоверяющий возможность использования композитной арматуры в строи-тельных конструкциях без ограничений.
Утверждение № 8: «Невозможность скрепления полимерной арматуры методом сварки».
Это – факт, как и то, что жидкости нельзя резать, а квадратное – сложно катать». Но является ли это их не-достатком? Данное мнение в отношении композитной арматуры имеет налет ущербности в угоду традиции, ведь ее предшественницу – металлическую арматуру – десятилетиями именно сваривали, чтобы получать прочные пространственные конструкции. Композитную арматуру сваривать нельзя, но и не требуется. В статье «Вязка композитной арматуры» (ссылка) уже сообщалось о множестве других методов скрепления арматуры.
При этом именно сварка на сегодняшний день является самым проблемным способом крепления ввиду ослабления прочностных характеристик от температурных воздействий, ускоренной коррозии металла из-за нарушения его структуры в месте сварного соединения, необходимости держать на стройке сварочные аппараты с опытными сварщиками и невозможности безопасного выполнения работ при наличии атмосферных осадков.
Утверждение № 9: «Создавать гнутые элементы из композитной арматуры невозможно».
При создании объёмных арматурных каркасов для ответственных конструкций необходимо применять гнутые элементы. Традиционно строители на месте изгибают отрезки металлических стержней для придания им необходимой формы. Действительно, композитную арматуру нельзя качественно согнуть на строительном объекте. При этом есть, как минимум, два выхода: использовать смешанное армирование (стержни композитной арматуры скрепляются металлическими угловыми элементами. Данное армирование значительно упрощает и удешевляет строительство без снижения прочностных характеристик) или заказывать изготовление гнутых элементов производителю. Утверждение № 10: «Для применения композитной арматуры нормативная база недостаточна».
На сегодняшний день применение композитной арматуры в строительных объектах РФ предусмотрено ГОСТ и, соответственно, разрешено. Если расчеты нагрузки в проекте проходят проверку экспертизы, то никто не в праве запретить реализовать такой проект. А вот программ и готовых моделей расчета конструкций с применением не металлической, а композитной арматуры, на самом деле, нет или недостаточно, но тем интереснее задача для проектировщиков, смотрящих в будущее.
Утверждение № 10: «Для применения композитной арматуры нормативная база недостаточна».
На сегодняшний день качество арматуры, выполненной из композита, подтверждено ГОСТ, что позволяет ее применять в строительных объектах РФ. Имеются СНиПы. Таким образом, если расчеты нагрузки в проекте проходят проверку экспертизы, то никто не в праве запретить реализовать такой проект. А вот программ и готовых моделей расчета конструкций с применением не металлической, а композитной арматуры, на самом деле, пока недостаточно, но тем интереснее задача для проектировщиков, смотрящих в будущее.
Неметаллическая композитная арматура представляет собой армирующее средство в виде стержней из стекловолокна, имеющих ребристую поверхность. В профиле такая арматура имеет спиралевидную форму, а ее диаметр может составлять от 4 до 18 миллиметров. Длина этого строительного материала может достигать 12 метров.
Внешний вид полимерных стержней.
Стеклопластиковая арматура перед массовым внедрением на рынок прошла множество серьезных испытаний. В итоге подобные исследования установили, что этот строительный материал отличается рядом преимуществ таких, как:
- Малая масса, которая в 9 раз ниже массы классической металлической арматуры;
- Высокая стойкость к коррозии и воздействию кислот;
- Отличные показатели с точки зрения энергоэффективности;
- Экономичность в доставке;
- Инертность к электромагнитному и радиовоздействию;
- Стеклопластиковая арматура относится к диэлектрикам.
Безусловно, помимо преимуществ, данный строительный материал обладает определенными недостатками. Такие недостатки нельзя отнести к критическим, но их важно учитывать при возведении тех или иных видов зданий.
Недостатки композитной арматуры:
- Низкие показатели упругости;
- Невысокие параметры термостойкости.
При этом такие недостатки материала никак не отражаются на его использовании при строительстве дорог и фундаментов зданий.
Использование этой технологии при строительстве фундамента (преимущества, недостатки, способ применения)
В процессе закладки фундамента композитная арматура применяется аналогично металлической. Из этого материала на первом этапе собирается каркас будущего фундамента, который в последствие стягивается специальными стяжками.
Сами производители стеклопластиковой арматуры не накладывают никаких ограничений по ее использованию для определенных видов фундаментов. Иначе говоря, такой материал может свободно использоваться для строительства любых малоэтажных построек.
По минимальным подсчетам срок службы таких полимерных элементов составляет минимум 80 лет. Нельзя не отметить, что этот строительный материал стоит немного дороже привычных металлических прутов при этом определенные средства можно сэкономить при его доставке, за счет намного меньшего веса.
Существуют различные методы и условия строительства. Если место строительства предполагает постоянное пребывание металлических частей в условиях агрессивной для них среды есть смысл применять композитную арматуру.
При правильном подборе пластиковой арматуры, она обеспечит аналогичную прочность, что и металлическая.
Стержни перед заливкой бетона.
Основные сферы использования
Существует две основные формы выпуска композитной арматуры:
- Гладкие пластиковые пруты, дополненные стеклянной спиралью для повышения качества фиксации;
- Арматура привычной формы, повторяющая структуру металлической.
Большинство специалистов советуют отдавать предпочтение второму типу.
Основной сферой применения стеклопластиковой арматуры является возведение фундаментов для малоэтажных зданий. При возведении фундамента в каждом индивидуальном случае используется арматура конкретного диаметра.
Кроме того, такой материал часто используется для связывания кирпичной кладки. В этом случае можно избежать появления мостиков холода, что повышает общую эффективность здания.
Мнение строителей
Сейчас наблюдается устойчивая тенденция популяризации среди строителей и крупных застройщиков композитной арматуры. В большинстве случаев можно встретить положительные мнения об этом материале. Специалисты отмечают, что такие стержни фактически безотходны при проведении строительных работ. Также немаловажным фактором является простота их применения.
Большинство экспертов сходятся во мнение, что в определенных строительных сферах такой материал имеет существенные преимущества перед металлическими армирующими стержнями. Основным достоинством данных пластиковых прутьев является возможность их использования почти любой длины.
Использование композитных материалов для армирования мостовых настильных плит
Одним из основных факторов, подтверждающих высокие параметры прочности и надежности композитной арматуры, является ее широкое применение в строительных сферах, противостоящим постоянным серьезным нагрузкам (мосты, конструкции береговой линии, дороги).
Это связано с тем, что такой материал обладает прекрасными параметрами стойкости к сейсмологической активности земли. Экспериментально было доказано, что стеклопластиковая арматура не теряет свои основные технические характеристики даже при 10 балльном землетрясении, что делает ее лучшим выбором для армирования бетонных мостовых настильных плит.
Кроме того, нельзя не отметить, что пластик в отличие от металла не подвержен коррозии, что является немаловажным фактором при строительстве мостов, постоянно контактирующих с водой и влажной средой.
Отличия характеристик полимерных и металлических армирующих прутов
Основным конкурентом для пластиковых армирующих стержней является традиционная металлическая арматура, использующаяся в бетонных плитах и перекрытиях. В целом два этих строительных материала очень схожи друг с другом. При этом по некоторым параметрам арматура из стеклопластика демонстрирует заметно более впечатляющие показатели, нежели металлическое армирующее оборудование. В таких условиях стоит провести небольшое сравнение технических характеристик металлической и полимерной арматуры:
- Показатели деформации. Пруты из стали является упругопластическим материалом в то время, как композитная арматура - это идеально-упругий стройматериал;
- Показатели предельной прочности. Металл демонстрирует следующие параметры 390 МПа, а стеклопластик 1300 Мпа;
- Размер коэффициента теплопроводности. Для металлической этот параметр равен 46 Вт/мОС, а для композитной 0,35 Вт/мОС;
- Показатели структурной плотности. Для стальной этот параметр равен 7850 кг/м3, а для стеклопластиковой 1900 кг/м3;
- Параметры теплопроводности. В отличие от стальных конструкций, стеклопластик абсолютно не проводит тепло;
- Стойкость к коррозии. Стеклопластиковая арматура абсолютно не ржавеет. При этом сталь относится к относительно быстро ржавеющему материалу;
- Электропроводимость изделия. Композитный армирующий стройматериал по сути является диэлектриком. Одновременно с этим, одним из недостатков металлической арматуры является возможность проводить электрически ток.
Внешние отличия металлических и композитных стержней.
Физические параметры армирующего материала из стеклопластика
Согласно сегодняшним требованиям композитные пруты должны характеризоваться по трем основным физическим параметрам, а именно:
- Масса элементов;
- Дистанция навивки;
- Внешний, а также внутренний диаметр.
Для каждого отдельного номера профиля соответствуют свои физические показатели. Единственным неизменным параметром является дистанция навивки, равняющийся 15 миллиметрам. Действующее ТУ регламентирует, что отличающиеся по размеру профиля композитные пруты имеют следующие цифровые обозначения: 4, 5, 5.5, 6, 7, 8, 10, 12, 14, 16 и 18. Этим цифровым значениям соответствуют параметры наружного диаметра. Масса армирующих стержней может варьироваться от 0,02 до 0,42 кг/1 п. м.
Процедура расчета строительных конструкций с композитными армирующими материалами
Процесс расчета конструкций, в которых применяется композитная арматура можно продемонстрировать на примере расчета работы балки, где используется стальная арматура Д12 мм.
Такие армирующие прутья А500С, имеющие диаметр в 12 миллиметров, обладают такими характеристиками, как:
- Значение модуля упругости на уровне 200 Гпа;
- Показатели нормативного сопротивления 500 МПа, что немного меньше параметров текучести стали, применяемой при изготовлении этих прутов.
Исходя из этих данных ориентировочная максимальная нагрузка на прут составляет 4.5 тонны. При такой нагрузке параметры растяжения арматуры достигнут 2,5 мм/м
В документации, идущей вместе со стеклопластиковой арматурой, всегда есть табличка ее соответствия стальным армирующим стержням.
Так, арматура из стеклопластика, для соответствия параметрам стальной А500С диаметром 12 мм, должна иметь диаметр 10 мм.
Иначе говоря, процесс расчета строений с пластиковых прутьев полностью аналогичен расчетам со стальными, единственным отличием является применение таблицы соответствия.
Как производится композитная арматура
Вся композитная арматура изготовляется в формате стержней, имеющих толщину от 4 до 32 миллиметров. Подобные стройматериалы могут продаваться как в виде стержней, так и в бухтах, длиной более 100 метров.
Существует два основных вида пластиковых армирующих прутов:
- Периодическая, которая получается путем использования спирального обматывания;
- Гладкая, обсыпающаяся кварцевым песком, для повышения качества сцепления.
Методика соединения
Одним из дополнительных преимуществ композитных стройматериалов является отсутствие необходимости проведения сварочных работ. Все прутья формируются в единый каркас с помощью технологии связывания.
Зачастую в строительной практике применяется специальная вязальная проволока, реже пластиковые стяжки.
Существуют следующие способы использования вязальной проволоки:
- Использование специального автоматического пистолета;
- Применение строительного крючка для вязания;
- Применение механизированного строительного вязального крючка.
Два последних варианта чаще всего используются в строительстве. Это связано с их доступностью, ведь далеко не каждый может себе позволить приобрести специальный автоматический пистолет для связки.
Соединение с помощью пластиковых стяжек.
Диаметр пластиковой арматуры
Из-за определенных конструктивных особенностей, стеклопластиковая арматура имеет несколько параметров, которые характеризуют ее диаметр:
- Размер внешнего диаметра композитного стержня определяется согласно расположению выступающих по профилю ребер;
- Внутренний диаметр относится конкретно к самому стержню;
- Номинальный диаметр относится к цифровому обозначению конкретного профиля.
Все эти параметры не совпадают между собой. Номинальный диаметр меньше внешнего, измеряемого по выступающим ребрам. Следует с особой ответственностью обращать внимание на эти параметры. Это поможет избежать покупки меньших чем необходимо армирующих прутьев.
Существуют некоторые нюансы определения этих размеров стеклопластиковой арматуры. Внешний диаметр изделия определяется также, как и для стальной. Что же касается внутреннего диаметра, то его определить сложнее из-за не идеально круглого сечения стержня.
Изобретение композитной арматуры знатоки строительного дела относят к 60-м годам прошлого столетия. В этот период в США и в Советском Союзе были начаты активные исследования ее свойств.
Однако, несмотря на достаточно солидный возраст, данный материал до сих пор не знаком большинству застройщиков. Восполнить пробел знаний о стеклопластиковой арматуре, ее свойствах, достоинствах и недостатках вам поможет эта статья.
Попутно отметим, что материал этот весьма спорный. Производители хвалят его на все лады, а строители-практики относятся с недоверием. Простые граждане смотрят на тех и на других, не зная кому верить.
Что такое композитная арматура, как она производится и где применяется?
Коротко структуру композитной арматуры можно охарактеризовать как «волокно в пластике». Ее основа – стойкие к разрыву нити из углерода, стекла или базальта. Жесткость композитному стержню придает эпоксидная смола, обволакивающая волокна.
Для лучшего сцепления с бетоном на прутья наматывается тонкий шнур. Он сделан из того же самого материала, что и основной стержень. Шнур создает винтовой рельеф, как у стальной. Твердение эпоксидной смолы происходит в сушильной камере. На выходе из нее композитную арматуру немного вытягивают и нарезают. Некоторые производители до момента твердения полимера обсыпают пластиковые стержни песком для улучшения сцепления с бетоном гладких участков.
Область применения стеклопластиковой арматуры нельзя назвать очень широкой. Ее используют в качестве гибких связей между облицовкой фасада и несущей стеной, а также укладывают в дорожные плиты и опалубку резервуаров. В каркасах, усиливающих ленточные фундаменты и бетонные полы, пластиковую арматуру применяют не так часто.
Ставить композитные стержни в плиты перекрытия, перемычки и другие конструкции, работающие на растяжение, не рекомендуется. Причина – повышенная гибкость данного материала.
Физические свойства композитной арматуры
Модуль упругости у полимерного композита существенно ниже, чем у стали (от 60 до 130 против 200 ГПа). Это значит, что там, где металл вступает в работу, предохраняя бетон от образования трещин, пластик еще продолжает сгибаться. Прочность на разрыв у стеклопластикового стержня в 2,5 раза выше, чем у стального.
Основные прочностные параметры композитной арматуры содержатся в таблице №4 ГОСТ 31938-2012
Здесь мы видим основные классы композитного материала: АСК (стеклопластиковая композитная), АБК (базальтовое волокно), АУК (углеродная), ААК (арамидокомпозитная) и АКК (комбинированная – стекло + базальт).
Наименее прочная, но самая дешевая — арматура из стекловолокна и базальтовый композит. Самый надежный и вместе с тем самый дорогой материал делают на основе углеродного волокна (АУК).
К прочностным свойствам материала мы еще вернемся, когда будем сравнивать его с металлом.
А пока рассмотрим другие характеристики данного материала:
- К положительным качествам композита относится его химическая инертность. Он не боится коррозии и воздействия агрессивных веществ (щелочной среды бетона, морской воды, дорожных химреагентов и кислот).
- Вес пластиковой арматуры в 3-4 раза меньше, чем стальной. Это дает экономию при транспортировке.
- Низкая теплопроводность материала улучшает энергосберегающие характеристики конструкции (нет мостиков холода).
- Композитная арматура не проводит электричества. В конструкциях, где она используется, не возникает коротких замыканий электропроводки и блуждающих токов.
- Композитный пластик магнитноинертен и радиопрозрачен. Это позволяет использовать его в строительстве сооружений, где должен быть исключен фактор экранирования электромагнитных волн.
Стеклопластиковый стержень под 90 градусов на стройке не согнешь
Недостатки композитной арматуры:
- Невозможность гибки с малым радиусом в условиях стройки. Гнутый стержень нужно заранее заказывать у производителя.
- Невозможность сваривать каркас (минус относительный, поскольку даже для стальной арматуры лучший способ соединения – вязка, а не сварка).
- Низкая термостойкость. При сильном нагреве и пожаре бетонная конструкция, армированная композитными стержнями, разрушается. Стекловолокно не боится высокой температуры, но связующий ее пластик теряет прочность при нагреве выше +200 С.
- Старение. Общий минус всех полимеров. Неметаллическая арматура не исключение. Ее производители завышают срок эксплуатации до 80-100 лет.
Вязка пластиковыми хомутами или стальной проволокой – единственный возможный метод сборки каркаса
Какая арматура лучше металлическая или стеклопластиковая?
Один из главных аргументов, приводимых в пользу стеклопластиковой при сравнении с , – более низкая цена. Однако, заглянув в ценники металлобаз, вы увидите, что это не так. Стоимость металла в среднем на 20-25% ниже композита.
Причина путаницы состоит в том, что продавцы пластика берут в расчет так называемый «эквивалент» диаметра. Логика здесь такая: неметаллическая арматура на разрыв прочнее строительной стали. Поэтому полимерный стержень меньшего диаметра выдержит такую же нагрузку, как и более толстая стальная арматура. На основании этого делается вывод: для армирования конструкции пластика нужно меньше, чем металла. Отсюда и появляется более «низкая» цена.
Для аргументированного сравнения композита с металлом необходим нормативный документ. Сегодня такое руководство уже имеется. Это приложение «Л» к приказу Минстроя России № 493/пр от 08.07. 2016 г.
В пункте Л.2.3. малопонятном для рядовых застройщиков, но весьма интересном для профессионалов содержатся два понижающих коэффициента для всех видов композитной арматуры.
Для примера рассмотрим самую распространенную стеклопластиковую (АСК):
- При действии продолжительной нагрузки предел ее прочности на растяжение должен умножаться на 0,3. То есть, вместо 800 МПа мы получаем 240 МПа (800х0,3=240).
- Если конструкция работает на открытом воздухе, то полученный результат нужно умножить еще на 0,7 (240 МПа х 0,7 = 168 МПа).
Таблица с понижающим коэффициентом для композитной арматуры
Таблица с коэффициентами, учитывающими условия эксплуатации
Теперь можно корректно сравнивать прочность пластиковой арматуры с металлической. Для примера возьмем строительную сталь марки А500. У нее предельное сопротивление растяжению с учетом запаса прочности составляет 378 МПа. У стеклопластикового композита мы получили всего 112 МПа.
Наше маленькое исследование наглядно иллюстрирует таблица реальной, а не теоретической равнопрочной замены стальной арматуры на композитную. Ей можно пользоваться при выборе и покупке.
Просмотрев данную таблицу, нетрудно заметить, что пластика для равноценной замены металла требуется не меньше, а больше металла. Только самый дорогой углеродоволоконный материал (АУК) превосходит сталь равного с ним диаметра.
Сортамент и цена композитной арматуры
Самая востребованная на стройке – арматура из стеклопластикового композита. Ее сортамент и средние цены мы свели в одну таблицу.
О том, сколько весит пластиковая арматура разных диаметров вы можете получить информацию из таблицы ниже.
Продают материал в бухтах по 200, 100 и 50 метров и в виде стержней любой длины.
Принимая во внимание ценовой фактор (равнопрочный со сталью композит обойдется дороже) мы не можем рекомендовать композитную арматуру для повсеместного применения в частном строительстве.
Для армирования ригелей, плит перекрытия, несущих балок, колонн и диафрагм жесткости специалисты настойчиво советуют не ставить ее. Как конструктивную такую арматуру использовать можно. Для армирования плитных фундаментов она может использоваться.
Плитный фундамент с каркасом из стеклопластиковой арматуры
Для усиления свайных ростверков и ленточных фундаментов лучше купить стальные прутья.
