Композитная арматура – аналог традиционных стальных стержней. Делается из стеклопластика. Этот материал обладает аналогичными металлу свойствами, но необходимо помнить о невозможности применения армирующих изделий в некоторых случаях. О них и не только расскажем в этой статье.
Нормативы
Арматура из стеклопластика была изобретена в 60-е годы XX века и проходила исследования в европейских странах. В 70-е годы в США началось ее массовое производство и внедрение в строительство. В России исследования были свернуты как раз в это же время, поэтому широкого распространения материал не получил.
Производство композитной арматуры в нашей стране даже на сегодняшний день не так распространено, как в Европе и за океаном. Тем не менее изделие в должной мере было постепенно изучено, разработаны нормирующие документы, регламентирующие изготовление, характеристики, применение и монтаж.
- Государственный стандарт ГОСТ 31938-2012 «Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций» содержит определение изделия, требования к составу и качеству, основные свойства, классификацию, способы применения, транспортировки и хранения.
- ТР 01-13-04 «Технические рекомендации по применению неметаллической композитной арматуры в бетонных конструкциях».
В России применение композитной арматуры не распространено широко, поэтому ее предлагают немногие производители. Но если по проекту все же принят каркас из стеклопластиковых прутков, ответственные застройщики отдают предпочтение тем поставщикам, которые предлагают арматуру, соответствующую ГОСТ 31938-2012.
Состав
Неметаллическая арматура – это многослойное изделие, которое состоит из:
- Продольных волокон, соединенных между собой пластиковой массой;
- Поперечной обмотки, придающей пруткам жесткость. Она придает изделиям ребристый рельеф, необходимый для удержания бетона при нагрузке. Недавно изобретена арматура с гладкой навивкой, о ней расскажем далее.
Материалы для изготовления арматуры используют разные, что определяет некоторые характеристики изделий:
- Стеклопластик (АСК) – это композит из стеклянных волокон и термоактивных смол. В результате получаются прутки, способные выдерживать существенные нагрузки при малом весе самого изделия.
- Углепластик (АУК) – это композит, состоящий из углерода и полимеров. Прочностные свойства изделий одни из лучших в сегменте, одновременно самые дорогие, поэтому используются при строительстве только ответственных объектов.
- Базальтопластик (АБК) не боится воздействия агрессивных веществ: щелочи, кислоты, газы и соли не разрушают структуру прутьев и не влияют на их несущую способность. Основу составляют волокна базальта, связанные сложными полимерами.
- Комбинированная арматура (АКК) – изделие, в состав которого входят волокна стекла и базальта, связанные полимерными смолами.
- Арамидокомпозит (ААК) отличается улучшенной гибкостью.
Наибольшее распространение в строительстве получила композитная арматура из стеклопластика благодаря высоким показателям прочности и несущей способности соответственно.
Для улучшения узнаваемости стержней на строительной площадке, их окрашивают в разные цвета: синий, красный, зеленый, желтый.
Характеристики
Основные свойства композитной арматуры согласно таблице №4 ГОСТ31938-2012:
| Показатель | АСК | АБК | АУК | ААК | АКК |
|---|---|---|---|---|---|
| Предел прочности на растяжение, МПа | 800 | 800 | 1400 | 1400 | 1000 |
| Модуль упругости при растяжении, ГПа | 50 | 50 | 130 | 70 | 100 |
| Предел прочности на сжатие, МПа | 300 | 300 | 300 | 300 | 300 |
| Предел прочности при поперечном срезе, МПа | 150 | 150 | 350 | 190 | 190 |
Чтобы оценить основные преимущества композитов для бетонных каркасов, рассмотрим характеристики неметаллической арматуры в таблице относительно стольных стержней аналогичной прочности:
| Характеристики | Композит стеклопластик АСК | Сталь А-III (по ГОСТ 5781-82*) |
|---|---|---|
| Плотность, кг/м3 | 1900 | 7850 |
| Относительное удлинение, % | 2,2 | 14-25 |
| Предел прочности на растяжение, МПа | 800 | 355-365 |
| Модуль упругости, МПа | 5 000 | 200 000 |
| Диаметр, мм | 4…40 | 6…80 |
| Теплопроводность, Вт/мК | 0,48 | 45 |
| Длина стержней, м | 6…12 | |
Арматура композитная полимерная в сравнении со стальной в равнопрочной замене:
| Сталь А-III | Стеклопластик | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Диаметр, мм | Вес 1 метра, кг | Метров в тонне | Диаметр, мм | Вес 1 метра, кг | Метров в тонне |
| 6 | 0,222 | 4504 | 4 | 0,02 | 50000 |
| 8 | 0,395 | 2531 | 6 | 0,04 | 25000 |
| 10 | 0,617 | 1620 | 8 | 0,08 | 12500 |
| 12 | 0,888 | 1126 | 8 | 0,08 | 12500 |
| 14 | 1,21 | 826 | 10 | 0,14 | 7142 |
| 16 | 1,58 | 633 | 12 | 0,2 | 5000 |
| 18 | 2 | 500 | 14 | 0,26 | 3846 |
| 20 | 2,47 | 405 | 16 | 0,32 | 3125 |
Плюсы и минусы
В сравнении с металлической, преимущества композитной арматуры таковы:
- Малый вес при той же прочности на изгиб.
- Предел прочности на изгиб у стеклопластика почти в 3 раза выше, чем у арматуры аналогичного диаметра.
- Композит имеет низкий коэффициент теплопроводности по сравнению с металлом, что исключает риск возникновения мостиков холода.
- Арматура из композитных материалов устойчива к агрессивным средам в отличие от металла.
- Стержни диэлектрические. На практике это снижает риск гашения и искажения радиоволн связи (спутниковое ТВ, сотовая связь), а также отсутствуют короткие замыкания и блуждающие токи, вызванные посторонними проводниками.
- Отсутствие коррозии.
Недостатки использование композитной арматуры:
- Низкая термостойкость – стержни теряют несущие свойства при воздействии огня, поэтому применять их следует только в гражданском строительстве с низким риском возгорания (жилые дома и общественные здания);
- Сравнительно низкий модуль упругости – в 40 раз меньше, чем у стали! При этом изделие из стеклопластика обладает большей прочностью на растяжение, чем металл той же прочностной категории, что является достоинством композита;
- Невозможность сделать сварное соединение при изготовлении армирующего каркаса.
Минусы композитной арматуры ограничивают ее применение: перед принятием необходимо проведение точных расчетов прочности на растяжение и несущей способности конструкции, чтобы избежать неблагоприятных последствий.
Применение композитной арматуры в строительстве
Неметаллическая арматура обладает хорошими эксплуатационными характеристиками, поэтому широко применяется там, где можно заменить традиционный стальной каркас:
- Композитная арматура для фундамента, в том числе для подземной его части – идеальное решение. Она не боится влаги, которая может попасть в бетон, соответственно, исключены процессы коррозии.
- В конструкциях, подвергаемых воздействиям агрессивных сред (кроме изгибаемых, например, перекрытий и перемычек);
- При строительстве частных домов для армирования всех конструкций, кроме перекрытий;
- Для ремонта или изготовления конструкций, в которых невозможно устройство достаточного защитного слоя бетона;
- Обустройство поперечных связей в стеновых и фасадных конструкциях;
- В конструктивных элементах, где возможна химическая коррозия из-за хождения блуждающих токов;
- В дорожном строительстве для укрепления откосов, армирования полотна на участках любой загруженности.
Армирование композитной арматурой возможно везде, где используется традиционный стальной каркас – во многих случаях его можно заменить стеклопластиком или его аналогами. Однако, по разным причинам такие изделия не распространены так широко, как металлические – их популярность только набирает обороты.
Как гнуть композитную арматуру
Стекловолоконные арматурные изделия выходят с завода в виде скрученных бухт. Для этого стержни предварительно напрягают особым образом, но лишь на короткое время – на строительной площадке перед резкой высвобожденные из бухты изделия расправляются.
Как согнуть прутки для сложного каркаса? Повторное сгибание невозможно – попытка согнуть стержень приведет к его поломке, а воздействие через нагревание снижает несущую способность изделия.
При необходимости изготовить арочный каркас можно пойти двумя путями:
- Сделать комбинированный каркас из композита и стали – изогнуть металлические прутья и добавить к ним стеклопластик.
- Заказать конструкцию у производителя – в некоторых случаях изготовление изогнутых стержней происходит непосредственно на строительной площадке.
Особенности армирования конструкций композитной арматурой
Работать с композитными стержнями несложно, достаточно соблюдать несколько несложных правил:
- Резать арматуру лучше всего болгаркой. Стеклопластик и аналоги распиливаются гораздо легче и быстрее стали.
- При сборке каркаса невозможно использование сварки, поэтому прутья оптимально скреплять хомутами или вязальной проволокой.
- Располагать верхние стержни необходимо не ближе 3 см от поверхности конструкции (соблюдение защитного слоя).
- Перед заливкой бетонной массы в опалубку ничем обрабатывать стержни не нужно – несмотря на их гладкость сцепление с каркасом получается ничуть не хуже, чем со сталью.
Арматуру в частном строительстве использовать несложно – работать с ней так же легко, как с металлической за тем исключением, что требуется предварительный точный расчет конструкции, чтобы не подвел низкий модуль упругости композитов.
Исследование сцепления с бетоном
В 2013 году была изобретена композитная арматура с гладкой навивкой. В этом же году отечественные исследователи опытным путем изучили, как такой пруток работает с бетоном. Результаты исследований опубликованы в журнале «Промышленное и Гражданское Строительство» выпуск №9 от 2013 года. Авторы работы:
- А. В. Бенин, кандидат технических наук, доцент, зав. Механической лабораторией им. проф. Н.А Белелюбского (ФГБОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения» (ПГУПС));
- С. Г. Семенов, инженер (ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»).
Испытания образцов проводились в механической лаборатории им. проф. Н.А Белелюбского на испытательной электромеханической машине Shimadzu AGX-300. Ученые изучали, как хорошо прутки с ребристой и гладкой намоткой, а также обычная арматура периодического профиля из стали работали вместе с бетоном В35. Результат отражен в таблице и графике:
Доказано, что гладкая навивка производства Алиен Технолоджис (ТУ 2296-001-30604955-2012) превосходит по силе сцепления все типы арматуры – и стеклопластиковую, и металлическую.
