Появившаяся не так давно композитная арматура уже успела отвоевать львиную долю строительного рынка. В нашей статье мы расскажем о том, из чего она состоит, чем отличается от традиционной металлической и где применяется, а также рассмотрим самые распространенные мифы.
Композитная арматура было изобретена более 30 лет назад, однако широкое распространение получила только в последние несколько лет. Благодаря своим техническо-эксплуатационным характеристикам такой материал вполне способен выступить конкурентом классическим стальным армирующим прутьям.
Арматура из композитов внешним видом напоминает стальную, однако сделана она из волокон, пропитанных специальными связующими составами-затвердителями. В процессе изготовления на стержнях формируются ребра либо напыляется песочное покрытие для улучшения сцепления с бетоном.
Для производства арматуры применяют несколько видов композитных волокон:
- Стекловолокно с добавлением термореактивных смол — стеклопластиковая арматура.
- Базальтовое волокно с добавлением смол — базальтопластиковая арматура.
- Углеродное волокно (карбон) — углепластиковая арматура.
- Кевларовая нить от фирмы DuPont — кевларовая арматура.
Последние два вида используются крайне редко и в основном за рубежом. Составы углеводородных пластиков и кевлара разрабатывались для применения в космической и военной промышленности, поэтому они характеризуются одновременно и высокой прочностью, и заоблачной ценой.
Гражданское строительство отдает предпочтение стеклопластиковой арматуре, оптимальной по стоимости и спектру применения.
Преимущества и недостатки композитной арматуры
Самым уязвимым местом ЖБИ являются армирующие вставки из металла, подверженные коррозии. Обработка грунтовками либо использование сплавов проблему полностью не решают — металл рано или поздно ржавеет, разрушая бетон. Стеклопластиковая арматура не подвержена влиянию агрессивных сред, что является лишь одним из многочисленных плюсов:
- Показатели прочности на разрыв превосходят характеристики металла почти в три раза.
- В равнопрочном отношении композитная арматура весит в 9-11 раз меньше.
- Материал не только недорого стоит, но и позволяет значительно сэкономить на погрузке и транспортировке.
- В отличие от металла не образует мостиков холода, уменьшая теплопотери.
- Долговечность и стойкость к температурным перепадам.
- Обладает коэффициентом теплового расширения как у бетона, что снижает риск появления дефектов и трещин.
- Полностью диэлектрична и радиопрозрачна.
- Может изготавливаться как в виде прутьев, так и намоткой в бухты.
Испытания показывают и оборотную сторону медали — минусы композитной арматуры:
- Низкий модуль упругости требует проведения дополнительных расчетов при применении такой арматуры в плитах перекрытия.
- Низкая огнеустойчивость связана с тем, что композиты под воздействием высоких температур попросту плавятся, превращаясь в жидкость.
- Невозможность использования сварки.
- Невозможность изогнуть готовую арматуру на объекте.
Нужно заметить, что все отрицательные нюансы успешно решаются производителями и инженерами-проектировщиками: при возведении конструкций с высокой нагрузкой проводятся специальные изыскания и расчеты, для увеличения теплостойкости применяется дополнительная обработка бетонных составов и самой арматуры, все изогнутые детали изготавливаются на заводах согласно проектам.
Сравнительная характеристика металлической и композитной арматуры
При соблюдении строительных норм композитная арматура может заменить металлическую во всех сферах применения:
- Коттеджное строительство : любые виды фундаментов и гибких связей для стен.
- Бетонные конструкции в промышленных зданиях и многоэтажных домах.
- Производство тяжелых и легких бетонов.
- Слоистая кирпичная кладка различных типов.
- Берегоукрепление и строительство береговых сооружений (не боится контакта с водой).
- Укладка дорожного полотна (увеличивает срок службы на треть).
- Создание сейсмоустойчивых поясов (рекомендована для использования в зонах высоких вибраций).
- Возведение монолитных зданий с применением несъемной опалубки.
- Электрификация (осветительные опоры и ЛЭП).
- Изготовление железнодорожных шпал.
Характеристики композитной арматуры нагляднее всего представить в сравнении с металлическими аналогами:
| Металлическая арматура класса А-III (А400С) | Стеклопластиковая арматура | Базальтопластикоая арматура | |
| Материал | Сталь 35ГС, 25Г2С и др. | Стекловолокно с диаметром 13-16 микрон, связанное полимером | Базальтовое волокно с диаметром 10-16 микрон, связанное полимером |
| Временное сопротивление при растяжении, МПа | 360 | 600-1200 (уменьшается с увеличением диаметра) | 700—1300 (уменьшается с увеличением диаметра) |
| Модуль упругости, МПа | 200 000 | 45 000 | 60 000 |
| Относительное удлинение, % | от 14 | 2,2 | 2,2 |
| Плотность, т/м 3 | 7,85 | 1,9 | 1,9 |
| Коррозийная стойкость | Ржавеет | Нержавеющий материал первой группы химической стойкости | |
| Теплопроводность | да | нет | нет |
| Электропроводность | да | диэлектрик | диэлектрик |
| Профили (диаметр), мм | 6-80 | 4-20, в перспективе до 60 | 4-20, в перспективе до 60 |
| Длина, м | 6-12 (в связи с требованиям к транспортировке) | Любой размер | Любой размер |
Прикидывая целесообразность покупки композитной арматуры и сравнивая ее стоимость с металлической, многие обращают внимание только на цену погонного метра. Компания ROCKBAR (производитель стеклопластиковой арматуры) совместно с Университетом Шеффилда (Великобритания) провела сравнительные испытания на временное сопротивление и прочность материалов, результатом которых стала таблица равнопрочностной замены:
| Композитная арматура | Стальная арматура класса А-III (А400С) | ||||||
| Диаметр арматуры, мм | Вес 1 пог. м, кг | Кол-во метров в тонне | Стоимость пог. м, руб. | Диаметр арматуры, мм | Вес 1 пог. м, кг | Кол-во метров в тонне | Стоимость пог. м, руб. |
| 4 | 0,02 | 50000 | от 8,75 | 6 | 0,22 | 4504,5 | от 11,10 |
| 5 | 0,03 | 33333 | от 9,54 | 6 | 0,22 | 4504,5 | от 11,10 |
| 6 | 0,04 | 25000 | от 11,59 | 8 | 0,40 | 2531,7 | от 16,50 |
| 7 | 0,06 | 16667 | от 13,95 | 10 | 0,62 | 1620,8 | от 24,12 |
| 8 | 0,08 | 12500 | от 17,27 | 12 | 0,89 | 1126,1 | от 27,15 |
| 10 | 0,20 | 5000 | от 25,60 | 14 | 1,21 | 826,5 | от 39,12 |
| 12 | 0,23 | 4348 | от 35,38 | 16 | 1,58 | 632,9 | от 49,90 |
| 14 | 0,30 | 3333 | от 48,42 | 20 | 2,00 | 404,9 | от 77,05 |
| 16 | 0,35 | 2857 | от 61,88 | 22 | 2,47 | 335,6 | от 93,10 |
| 18 | 0,43 | 2326 | от 67,40 | 25 | 2,98 | 259,7 | от 121,00 |
| 20 | 0,60 | 1667 | от 84,10 | 28 | 4,83 | 207,0 | от 151,00 |
Примечание: цены взяты с официальных сайтов производителей, в розничных сетях могут немного отличаться в большую сторону.
Несложные подсчеты показывают, что экономия при покупке арматуры из композитных материалов может доходит до 2 раз по сравнению с металлической. Не стоит забывать и о других статьях расходов:
- экономия на доставке за счет легкости и компактности;
- экономия на погрузке и выгрузке — не нужно нанимать рабочих;
- экономия на расходных материалах — стеклопластик можно нарезать кусачками или болторезом;
- экономия на обрезках — арматура в бухтах нарезается по необходимым размерам без отходов.
Осторожно: недобросовестные производители
Внедрение инноваций на рынке строительных материалов всегда проходит «со скрипом». Композитная арматура не стала исключением. С одной стороны, появилось множество крупных и мелких производителей. С другой, все заводы работают по собственным техническим условиям и пытаются заманить покупателя хитрыми уловками. Рассмотрим наиболее распространенные мифы.
Миф: Наша продукция лучше, поскольку мы добавляем секретные компоненты (которые еще и придают нетипичный яркий цвет).
Факт: Пигментация не влияет на прочность, единственный ее плюс — эстетичность. Более того, неправильно подобранный пигмент может ухудшить эксплуатационные свойства. Все технические характеристики должны быть подтверждены документально в протоколах испытаний.
Миф: Чем чаще расположены обмоточные ребра, тем прочнее арматура.
Факт: Обмоточные ребра служат для увеличения сцепления с бетонным составом и никак не влияют на разрыв, прочность и сжатие арматуры. Единственное исключение — песчаное покрытие, равномерно распределяющее нагрузку по всей длине прута.
Миф: Стеклопластиковую арматуру можно сломать руками, о какой прочности может идти речь?
Факт: Арматура из композитных материалов работает на продольные, а не поперечные нагрузки.
К сожалению, ГОСТы на композитную арматуру пока отсутствуют. Поэтому выбирайте продукцию от проверенных производителей, требуйте у продавца сертификаты и протоколы испытаний, сравнивайте их с приведенными выше показателями и не ведитесь на заманчиво низкую стоимость.
Ольга Данюшкина, рмнт.ру
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.
Благодаря армированию приобретает повышенную прочность и долговечность. Раньше в качестве арматуры использовали исключительно металлические прутья, связанные между собой в каркас, однако сейчас в продаже появились пластиковые или композитные армокаркасы. Эти изделия производятся из базальтовых, карбоновых или стеклянных волокон с добавлением полимерных смол. Пластиковая арматура, плюсы и минусы которой будут рассмотрены чуть ниже, производится согласно требованиям международного стандарта, которые стоит изучить подробнее.
Формы выпуска пластиковой арматуры
Стандарт 31938-2012, регламентирующий технические требования, относящиеся к полимерным армирующим изделиям, определяет элементы этого типа, как твердые прутья круглого сечения. Прутки состоят из основы, заполнителя и связующего компонента.
Композитную арматуру производят в виде стержней сечением от 4 до 32 мм. Продаются такие изделия либо в нарезанном виде, либо в связках или бухтах длиной до 100 м.
Пластиковый профиль бывает двух видов:
- Периодический – рифленые прутья, получаемые методом спиральной обмотки.
- Условно-гладкий. В этом случае стеклопластиковые стержни обсыпаются кварцевым песком, благодаря чему готовые изделия обладают лучшими адгезионными свойствами.
Важно! обязательно по своим параметрам должна соответствовать ГОСТ 30247.0-94 по огнестойкости и ГОСТ 30403-2012 по пожаробезопасности.
Чтобы определить, стоит ли использовать композитные материалы вместо металлических, рассмотрим плюсы и минусы стеклопластиковой арматуры.
Преимущества композитной арматуры
К преимуществам стеклопластиковых изделий по сравнению с металлическими аналогами следует отнести:
- Малый вес. Для арматуры с пластиковыми стержнями используются прутья меньшего сечения, благодаря чему общий вес конструкции снижается почти вдвое. Например, стеклопластиковый стержень диаметром 8 мм будет весить всего 0,07 кг/п м, в то время, как металлический прут с таким же сечением весит 0,395 кг/п м. Благодаря меньшему весу транспортировать пластиковые изделия можно даже на легковом автомобиле, тогда как для металлической арматуры потребуется большегрузная машина.
- Устойчивость к коррозии. Стеклопластиковые изделия не окисляются и не воздействуют с влагой.
- Диэлектрические показатели. Композитные пруты – это радиопрозрачные диэлектрики, которые отличаются инертностью к электричеству и радиоволнам. Именно поэтому пластиковая арматура считается самым хорошим материалом для возведения медицинских центров, лабораторий и прочих специализированных сооружений.
- Химическую устойчивость. Агрессивные компоненты, такие как: бетонное молочко, битум, морская воды, растворитель или солевые составы, со временем оказывают негативное воздействие на металлические профили. В свою очередь, композитные материалы остаются инертными к такому «соседству».
- Температурный диапазон. Композиты можно применять при режиме от -60 до +120 градусов.
- Высокую теплопроводность. Показатель проводимости тепла у стеклопластика составляет 47 Вт/м*К, а у металла – 0,5 Вт/м*К.
- Повышенные прочностные показатели. Прочность композитного материала на растяжение значительно выше, чем у металлического изделия. При одинаковом диаметре пластиковая арматура выдерживает в 3-4 раза больше продольных нагрузок.
- Долгий срок эксплуатации. Производители композитных материалов утверждают, что такая арматура прослужит более 150 лет. Проверить это пока что невозможно, однако рекордный зафиксированный срок службы пластикового армокаркаса составил 40 лет.
- Скорость монтажа. Стеклопластиковые стержни быстро нарезаются обычной болгаркой и вяжутся при помощи пластиковых хомутов.
Кроме этого, благодаря повышенной упругости пластиковые изделия выпускаются практически любой длины.
Тем не менее, не будем торопиться с выводами, касательно того, какая арматура лучше. Справедливости ради стоит рассмотреть также и негативные стороны стеклопластиковых стержней для армирования монолитных бетонных построек.
Минусы композитной арматуры
Среди минусов композитных материалов, используемых при закладке арматуры, выделяют следующие:
- Низкую упругость на изгиб. Из-за того, что пластиковые элементы отличаются низким модулем упругости, это может привести к деформации бетонной конструкции. Хорошо гнущиеся элементы сложно использовать при . Для сравнения модуль упругости композита составляет 55 000 МПа, а у пластика этот показатель достигает 200 000 МПа.
- Небольшой диапазон размеров. На сегодняшний день при выборе стальной арматуры потребителям предлагается большее разнообразие изделий разного сечения.
- Отсутствие СНиПов. Хоть стеклопластиковые изделия и нормируются по ГОСТ, другой нормативной базы для строительных элементов этого типа не существует. Исходя из этого, осложняется процесс проектирования объектов, так как производить расчеты пока что довольно проблематично.
- Невозможность использования в некоторых регионах. Пластиковые изделия не рекомендуется применять при строительстве объектов в областях, где зимой фиксируются слишком низкие температуры.
- Неустойчивость. осложняется плохой устойчивостью пластиковых прутьев. Конструкция начинает шататься, поэтому приходится прибегать к «хитростям», чтобы зафиксировать каркас до заливки бетонной смеси.
- Довольно высокую стоимость материала. Стеклопластик обойдется в 2 раза дороже стальных аналогов.
Говоря о пластиковой арматуре, ее плюсах и минусах, многие относят к недостаткам этих изделий такие вещи, как: невозможность использования сварочного оборудования и низкую устойчивость к нагреву. Однако, в реальности сварка итак практически не используется при сборке армокаркаса. Настолько же абсурдна и теория насчет неустойчивости материала к высоким температурам. Стеклопластик полностью теряет свои свойства при нагреве свыше 600 градусов, но и не каждый бетон способен выдержать подобную температуру.
Исходя из вышесказанного становится очевидно, что при армировании бетонных конструкций, чтобы определить какая арматура больше подходит – металлическая или стеклопластиковая, нужно уточнить для каких именно целей вам нужен усиленный каркас. С одной стороны новейшие композитные материалы явно выигрывают, однако с точки зрения стоимости, возможно, будет выгоднее приобрести стальные изделия.
Стеклопластиковая арматура широко используется в строительстве на западе, тогда как в отечественной промышленности ее применение слабо распространено. Однако в последнее время популярность данного материала растет, причиной тому является множество эксплуатационных преимущества, в сравнении с традиционным металлопрокатом.
В данной статье представлена стеклопластиковая арматура (АСП). Мы рассмотрим технические характеристики, преимущества и недостатки, типоразмеры и применение композитной арматуры.
1 Сортамент и ГОСТы
Неметаллическая композитная арматура разрабатывалась еще в СССР в 60-х годах, однако серийное производство материала так и не было налажено ввиду тогдашней дороговизны стеклопластика. Тем не менее, при строительстве нескольких крупных объектов композитная арматура использовалась, среди которых — линии электропередач в Батуми, Москве и мосты в Хабаровске.
На сегодняшний день не существует стандарта ГОСТ с техническими требованиями к данному материалу (проект находится в разработке). Основным нормативным актом является СНиП №52-01-2003 «Композитная арматура» , согласно которому стекловолоконные изделия можно использовать в строительстве в качестве замены металлопрокату. Каждый из производителей имеет ТУ на свою продукцию, вместе с которой поставляются протоколы испытаний и сертификаты допуска.
Композитная арматура производится в диапазоне диаметров 4-20 мм. Профиль стержней может быть рифленым либо гладким. В зависимости от материала изготовления выделяют следующие виды неметаллических изделий:
- АСП — стеклопластиковая арматура, производится из стекловолокна, связанного слоем синтетической смолы;
- АБП — базальтопластиковые изделия, в который стекловолоконная сердцевина заменена расплавом из базальтовых волокон;
- АСПЭТ — изделия из стекловолокна и полимерного термопласта;
- АУП — углепластиковая арматура.
Наиболее распространены в строительстве АСП и АБП, углепластиковая арматура используется реже из-за меньшей механической прочности материала.
1.1 Сферы применения
Применение с.п. арматуры в строительстве практикуется при возведении жилых, общественных и промышленных сооружений, а также малоэтажных зданий, где АСП используется для:
- армирования железобетонных конструкций (стен и плит перекрытия);
- ремонта поверхностей объектов из кирпича и железобетона;
- послойной кладки стен по технологии гибких связей;
- всех типов (плитных, ленточных, столбчатых);
- укрепления стен и газобетонных блоков и монтаж монолитных армопоясов.
Распространено применение с.п. арматуры и в сфере дорожного и железнодорожного строительства, в которых АСП применяется:
- при обустройстве насыпей и дорожных покрытий;
- при укреплении откосов дорог;
- при строительстве мостов;
- при укреплении береговых линий.
Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций отличается полной устойчивостью к коррозии и химически агрессивным веществам, что значительно расширяет сферу ее применения.
1.2 Преимущества АСП
Композитная арматура имеет следующие эксплуатационные преимущества:
Недостатки с.п. арматуры - низкий модуль упругости (в 4 раза меньше, чем у стальной), что ограничивает возможность ее применения при вертикальном армировании, склонность к потере прочности при нагреве выше 600 градусов. Учитывайте, что композитная арматура не подлежит гибке в условиях строительной площадки
— при необходимости использования гнутых элементов необходимо заказывать их отдельно у производителя.
2 Сравнение АСП и металлических аналогов
Предлагаем вашему внимание сравнение технических характеристик композитной и стальной арматуры.
| Тип арматуры | Металлическая | Стеклопластиковая (АСП) |
| Материал изготовления | Сталь марки 25Г2С либо 35 ГС | Стекловолокно, соединенное синтетической смолой |
| Вес | 7.9 кг/м 3 | 1.9 кг/м 3 |
| 360 | 1200 | |
| Модуль упругости (МПа) | 200 000 | 55 000 |
| Относительное удлинение (%) | 24 | 2.3 |
| Зависимость «напряжение-деформация» | Кривая линия с площадкой текучести | Прямая линия с упруголинейной зависимостью вплоть до разрушения |
| Линейное расширение (мм/м) | 14-15 | 9-11 |
| Устойчивость к коррозийным средам | Низкая, подвержена ржавчине | Высокая, не ржавеет |
| Теплопроводность материалов (Вт/мК) | 47 | 0.46 |
| Электропроводность | Присутствует | Диэлектрик |
| Диаметры | 6-80 мм | 4-20 мм |
| Мерная длина | 6-12 м | Произвольная длина по требованию заказчика |
Рассмотрим сравнение взаимозаменяемых диаметров композитных и металлических изделий на примере стержней :
- А3 6 мм — АСП 4 мм;
- А3 8 мм — АСП 6 мм;
- А3 10 мм — АСП 8 мм;
- А3 12 мм — АСП 8 мм;
- А3 14 мм — АСП 10 мм;
- А3 16 мм — АСП 12 мм.
2.1 Обзор стеклопластиковой арматуры (видео)
3 Технология производства композитных изделий
Стеклопластиковая арматура производится из ровинга (волокон исходного сырья), связующего материала — полимерной смолы, отвердителя и ускорителя твердения. Конкретное соотношение материалов зависит от температурного режима и влажности внутри производственного помещения.
Читайте также: чем отличается арматура , и каковы ее параметры?
Производственная линия включает следующее оборудование:
- Нагревательный бункер — в нем волокна прогреваются для повышения адгезии со смолой.
- Ванна пропитки — ровинг пропитывается смесью из смолы и отвердителей.
- Обмотчик — продавливает сырье через фильеры, при прохождении которых формируются стержни заданного диаметра.
- Оборудование для нанесение песка, где гранулы песка равномерно распределяются по поверхности прутка, а излишки удаляются воздушным потоком.
- Печь полимеризации, где происходит набор прутками проектной прочности.
- Оборудование для охлаждения изделий, представляет собой линию длиной 3-5 метров, расположенную на выходе из печи полимеризации.
- Протяжное оборудование, отрезной механизм и установка для смотки бухт — готовая стеклопластиковая арматура нарезается на участки требуемой длины либо сматывается в товарные бухты длиной 50-100 м.
На рынке представлено множество типовых решений , включающих все необходимое оборудование. Стоимость новой линии варьируется в пределах 3-5 млн рублей .
Оборудование средней продуктивности способно производить до 15 000 м арматуры в течении рабочего дня.
Несмотря на то, что композитную арматуру позиционируют на рынке как новейший и высокотехнологичный материал, первые опыты её применения известны с 70-х годов прошлого века. В силу различных причин этот вид материала не получил в СССР широкого применения, хотя за рубежом он использовался достаточно активно. Поэтому для России это достаточно новый материал. Изучать достоинства и недостатки, а так же эксплуатационные характеристиках такого вида арматуры будем на основании фактических показателей. Для начала рассмотрим подробнее, что такое композитная арматура, она же пластиковая арматура и она же полимерная арматура.
Что такое композитная арматура
Это арматура, материал которой представляет собой стержни из волокон стекла или базальта, пропитанные связующим на полимерной основе. Встречаются так же варианты изготовления изделий из углеродных и арамидных волокон. Согласно применяемому при изготовлении материалу, такие арматурные стержни называют стекло-, базальто- или углепластиковыми. Внешне определить материал изготовления достаточно легко: стеклопластиковая арматура светлая с желтоватым оттенком, базальто- и углепластиковые стержни – чёрные. Как и металлическая арматура, композитные стержни имеют периодическое сечение для обеспечения требуемых режимов работы в составе армированной бетонной конструкции.
Композитная арматура
Некоторые производители с целью визуально отличить арматуру разных диаметров и для достижения привлекательного внешнего вида вводят в состав сырья цветные пигменты.
Некоторые производители указывают, что цветные прутки обладают улучшенными техническими характеристиками. Это не соответствует действительности. Пигменты, кроме декоративного эффекта, никоим образом не оказывает влияния на качество или эксплуатационные показатели арматуры.
Виды композитной арматуры
- Секлопластиковая (АСП) — производится путём смешивания стекловолокна термореактивными смолами, которые выступают в роли связующего. Отличительная особенность этого вида – высокая прочность при малом весе;
- Базальтопластиковая (АБП) — в ней качестве основы служит базальтовое волокно, в качестве связующего – органические смолы. Преимущество вида – высокая стойкость к воздействию агрессивных химических сред: щелочей, кислот, газов и солей;
- Углепластиковая (АУП) — состоящая их углеводородных волокон и ввиду высокой стоимости не получившая широкого спроса;
- Комбинированная (АКК) – состоит одновременно из стекловолокна и волокон базальта.
Полимерная арматура
В состав композитной арматура в качеству связующего вещества входят различные полимеры. Поэтому композитную арматуру также называют полимерной арматурой или полимерной композитной арматурой. Так как композитный материал является несущим а полимер служит лишь для связи композитных волокон, то большее распространение получило название «композитная арматура».
Пластиковая арматура
Англоязычные строители композитную арматуру обозначают как FRP rebar – от англ. Fibre-reinforced plastic rebar. Отсюда пошло обозначение композитной арматуры как пластиковой. Иногда возникает путаница, из-за того что стеклопластиковую арматуру называют пластиковой и наоборот. На самом же деле словосочетание «пластиковая арматура» означает тоже что и «композитная арматура».
Преимущества композитной арматуры
Композитная арматура стремительно завоевывает строительный рынок, благодаря своим выдающимся характеристикам и вытесняет привычную металлическую арматуру. Главные плюсы композитной арматуры:
- Стойкость к коррозии, невосприимчивость к воздействию влаги и агрессивных жидкостей значительно повышает долговечность конструкций.
- Значительная удельная прочность (высокий предел прочности по отношению к плотности материала), превышает показатели стальной арматуры класса А III в 10-15 раз.
- Низкая теплопроводность. Данное свойство позволяет избежать появления мостиков холода в массиве конструкции.
- Диэлектричность повышает электробезопасность помещений и позволяет исключить помехи при прохождении радиоволн.
- Сравнительно невысокая стоимость.
- Удобство при транспортировке в виду малой массы. Композитную арматуру небольших диаметров возможно перевозить в бухтах.
Бухта композитной арматуры легко помещается в багажник легкового автомобиля
Недостатки композитной арматуры.
Как и любой строительный материал, наряду с неоспоримыми достоинствами композитная арматура не лишена и некоторых недостатков, которые необходимо учитывать при проектировании армированных бетонных конструкций. К минусам композитной арматуры относят:
- Низкий модуль упругости материала. Данный параметр по сравнению со сталью меньше в 4 раза, что негативно сказывается при работе композитной арматуры на растяжение.
- Хрупкость и непластичность. Изменение формы стержня невозможно без нагрева, что создаёт трудности при изготовлении монтажных петель и закладных деталей.
- Низкая стойкость к воздействию высоких температур. В отличие от стали, композитный материал теряет свои прочностные свойства уже при температурах порядка 150-300 градусов, в зависимости от вида используемых в производстве волокон (стеклопластик или базальтопластик).
Область применения композитной арматуры
Благодаря своим эксплуатационным характеристикам композитную арматуру возможно применять в широком спектре конструкций здания и объектов инфраструктуры, а так же при производстве ремонтных работ. Такой материал используют:
- в конструкциях, испытывающих воздействие агрессивной среды: фундаментах зданий, конструктивных элементах зданий химической и пищевой промышленности, сельскохозяйственных объектах;
- для укрепления оснований под строительными конструкциями различного назначения;
- в малоэтажном частном домостроении;
- в дорожном строительстве: в качестве армирования дорожного полотна, при сооружении и укреплении откосов насыпей, для укрепления смешанных элементов дороги (к примеру, асфальтобетон — рельсы), армирование проезжей части пролётных строений (мостов);
- при ремонте железобетонных конструкций в случае невозможности устройства слоя раствора значительной толщины;
- для изготовления поперечных связей в зданий со стенами, возведёнными из разного вида материалов (газосиликатные блоки + кирпич, кирпич + бетон и т.д.);
- для слоистой кладки из мелкоштучных элементов с гибкими связями;
- конструкции жилых, гражданских и промышленных зданий, при изготовлении которых не требуется предварительное напряжение арматуры;
- в элементах конструкций, в процессе эксплуатации которых возможна электрохимическая коррозия под воздействием блуждающих токов;
- в горных выработках для укрепления грунта при проходке тоннелей.
Использование композитной арматуры для слоистой кладки мелкоштучных элементов. Благодаря своей коррозионной стойкости композитная арматура не подвержена агрессивному воздействию среды на границе слоёв. Металл в этом случае может ржаветь.
Технология производства композитной арматуры
Ввиду схожести процесса изготовления наиболее популярных видов композитной арматуры – стекло- и базальтопластиковой, рассмотрим для примера технологию производства стеклопластиковых арматурных стержней. Технологический процесс предельно автоматизирован, протекает при минимальном участии человека и включает в себя следующие этапы:
- Подготовка сырья. На этом этапе алюмоборосиликатное стекло расплавляют в печах до состояния тягучей массы, которую затем вытягивают в нити толщиной порядка 10-20 микрон. Полученные нити, предварительно обработав составом на основе масла, собирают в более толстый пучок, называемый ровингом.
- При помощи шпулярника – специального механизма, позволяющего подавать одновременно до 60 нитей ровинга, стеклонити подаются в механизм натяжения.
- После выравнивания напряжения, нити, расположенные в определённом порядке, подвергают термической обработке горячим воздухом для удаления влаги, масла и различного вида загрязнений.
- Очищенный и скомпонованный ровинг погружают в ванну с разогретыми до жидкого состояния связующими смолами для тщательной пропитки.
- Пропитанные нити направляются в фильеру – устройство, посредством протяжения через которое добиваются получение стержня нужного диаметра. В случае изготовления арматуры со спиральной обмоткой стержень параллельно обматывают нитью ровинга заданной толщины.
- Сформированный стержень попадает в туннельную печь для полимеризации связующего состава.
- Охлаждение полученной арматуры проточной водой.
- В зависимости от диаметра полученных изделий их либо сматывают на специальном оборудовании в бухты, либо режут на хлысты заданной длины.
шпулярник — устройство подачи волокон для соединения в одну нить
Сравнение технических характеристик композитной и традиционной стальной арматуры
| Характеристика | Стальная арматура класса АIII | Композитная арматура |
| Плотность, кг/куб.м | 7850 | 1900 |
| Относительное удлинение, % | 14 | 2,2 |
| Предел прочности при растяжении, МПа | 390 | 1100 |
| Модуль упругости, МПа | 200000 | 41000 |
| Выпускаемый диаметр, мм | 6 — 80 |
4 – 24 – отечественная 6 – 40 — импортная |
| Равнопрочная замена при нагрузке 25000 кг/кв.м | Диаметр 8 А III, ячейка 140х140 мм., масса 5,5 кг/кв.м | Диаметр 8 мм, ячейка 230х230 мм., масса 0,61 кг/кв.м |
| Замена диаметра арматуры при равных прочностных характеристиках, мм. | ||
| Выпускаемая длина, м. | 6 — 12 | 6 – 12 или по заказу |
Особенности армирования конструкций композитной арматурой
Для мастера, имеющего опыт работы с обычной арматурой, армирование композитными материалами не доставит никаких сложностей. Как и при работе со стальными прутками, диаметр стержней и размер ячеек при укладке композитной арматуры определяется расчётом исходя из требуемой несущей способности конструкции. Арматурные стержни в случае заливки монолитных конструкций размещаются в опалубке с определённым шагом и увязываются между собой вязальной проволокой или обычными электротехническими пластиковыми хомутами нужной длинны. Последний вариант возможен благодаря небольшой массе прутков арматуры.
Крепление арматурной сетки хомутами
Следует учесть, что при использовании для быстрого крепления вязальной проволоки понадобятся специальные приспособления – вязальный крючок или автоматическая вязальная машинка. При использовании пластиковых хомутов крепление производится вручную.
Для соединения композитной арматуры удобны в использовании специальные арматурные клипсы, которые также делают из пластика.
Соединение арматурными клипсами.
Арматурные клипсы.
Сварка композитной арматуры невозможна ввиду диэлектрических свойств материала, сборка сеток и каркасов осуществляется одинаковым способом.
Расчёт композитной арматуры производится по тем же принципам, что и для металлической. За тем лишь исключением, что полученные при расчёте металлические прутки заменяют прутками из композитной арматуры другого диаметра с аналогичными прочностными характеристиками. Подробно о расчёте арматуры для фундамента Вы можете прочитать в статье: .
Для дистанцирования сеток при заливке полов выпускаются специальные приспособления, которые возможно приобрести на любом строительном рынке или магазине стройматериалов. Их ещё называют креплениями или фиксаторами для арматуры. Подробнее о различных видах фиксаторов и их особенностях Вы можете прочитать в специальной статье: .
Фиксаторы для арматуры позволяют выставлять нужное расстояние между сетками арматуры, стенками и основанием фундамента
Изгиб прутков такой арматуры в условиях строительной площадки невозможен – стержень или сломается под нагрузкой или вернётся в исходное состояние после снятия изгибающего усилия. В случае необходимости получения изогнутого элемента, его необходимо по своим чертежам заказывать у производителя, так как придать любую форму стержню возможно только на стадии его изготовления.
Изогнутая композитную арматуру получают в процессе её производства.
Выбор и стоимость композитной арматуры
На рынке предоставлена арматура двух видов: гладкого и периодического сечения. При этом гладкая арматура имеет покрытие, содержащее в своём составе песок для лучшего сцепления с бетоном. Риск использования гладкого прутка в том, что в случае некачественного изготовления слой песчаного покрытия может отслаиваться и эффективность такого армирования конструкции будет сведена практически к нулю. Следует так же принять во внимание, что арматура с периодическим сечением воспринимает нагрузку и работает в составе конструкции лучше, чем гладкая, поэтому для использования в ответственных несущих элементах здания желательно остановить свой выбор именно на этом виде.
Стоимость одного погонного метра арматуры зависит от диаметра. В среднем композитная арматура диаметров 4 мм стоит 5-10 рублей за погонный метр (п.м.);
6 мм. — 10-15 рублей за п.м.;
8 мм. — 15-20 рублей за п.м;
10 мм. — 20-25 рублей за п.м.
Кроме того стоимость арматурных прутков из композитных материалов напрямую зависит от производителя и места расположения производства. К примеру, стоимость погонного метра арматуры одинакового сечения Обнинского завода и производителя из Нижнего Новгорода различается более чем на рубль, продукции я же зарубежных производителей будет ещё дороже. С первого взгляда небольшая разница в цене при подсчёте необходимых объёмов материала может оказаться не такой уж и незаметной, ведь для армирования площадки 10 х 10 м. одной арматурной сеткой с ячейкой 20 х 20 см. понадобится 1000 метров арматуры. При закупке же армирующего материала на достаточно крупный объект разница в сумме может стать весьма внушительной.
Использование композитной арматуры в строительстве позволяет эффективно экономить средства не только за счёт низкой стоимости по сравнению со стальными прутками. Ввиду своей низкой массы она существенно снижает вес конструкции, что в свою очередь позволяет уменьшить габаритные размеры фундаментов и прочих несущих элементов, экономя при этом затраты на бетон.