Арматура из композитных материалов – шаг в будущее

Стержни с периодическим профилем из стеклопластика
Стержни с периодическим профилем из стеклопластика

Все мы знаем, что изделия и конструкции, изготавливаемые из бетона, подвергаются внутреннему армированию, так как это в разы увеличивает их прочность и трещиностойкость. Стальные стержни или проволока, отлично справляются с возложенной на них задачей, однако имеют два недостатка. Первый – это слабая коррозионная устойчивость металла, а второй – его высокая цена.

Арматура, изготавливаемая на основе пластиков, стоит в два-три раза дешевле, имеет меньший вес, не боится коррозии, и её прочности вполне достаточно для применения в малоэтажном строительстве, и не только. Тем не менее, очень многие люди даже не подозревают о её существовании — вот мы и решили устранить этот пробел.

Неметаллическая арматура: история появления и развития

Как водится, любая новинка при ближайшем рассмотрении вовсе не оказывается таковой. Просто, от момента возникновения первой идеи, до её внедрения и всеобщего признания, часто проходят десятилетия. Такая же история произошла с неметаллической арматурой, интерес к которой в стране возник ещё пол века назад.

Коррозия стальной арматуры провоцирует разрушение защитного слоя бетона
Коррозия стальной арматуры провоцирует разрушение защитного слоя бетона

 Итак:

  • Связан он был с необходимостью возведения бетонных конструкций, которым предстояло эксплуатироваться в агрессивных условиях. В мокром режиме — да ещё, когда это не чистая вода, а какие-либо химические жидкости, обеспечить коррозийную устойчивость для традиционной арматуры из стали очень сложно и недёшево.
  • Иногда так же возникала необходимость создания конструкций с диэлектрическими и антимагнитными свойствами – например, при строительстве НИИ, или медицинских центров, в которых устанавливалась чувствительная аппаратура.
  • В проектах, где должны были применяться лёгкие конструкции с достаточно высоким уровнем прочности, обеспечить данные требования могло лишь сочетание высокомарочного бетона с композитной арматурой. Кстати, сам бетон, когда в него добавляется полимерная или стальная фибра, тоже можно считать композитным материалом.

Плюс ко всему, в стране, при постоянно растущих потребностях в стали, ощущался дефицит добычи руды, способной их удовлетворить, а так же не хватало присадок, с помощью которых осуществлялось легирование. Было очевидно, что необходимость создания неметаллической арматуры созрела, что и сподвигло разработчиков, так сказать, на новые свершения.

С чего всё начиналось у нас

Первая технология изготовления арматуры диаметром 6 мм, на основе стекловолокна с циркониевыми добавками, в Союзе была разработана в семидесятых годах. Её несущая основа создавалась из стеклянного цельнотянутого щелочного волокна диаметром до 15 микрон, пучки которого объединялись в стержни с помощью синтетических смол.

  • Конечно, такую арматуру не стали применять сразу, а сначала только изучали её свойства: механику, химическую стойкость, долговечность. По результатам наблюдений, состав композита усовершенствовался, пока не удалось получить стержни с показателями модуля упругости в 50 тыс. МПа, и сопротивления разрыву в 1,5 тыс. Мпа.
  • Их прочность на изгиб испытывалась путём изготовления опытных образцов бетонных изделий, изготовленных с применением стеклопластиковой арматуры, и подвергающихся статическим нагрузкам. Первыми такими изделиями были траверсы опор для линий электропередач, которые монтировались на экспериментальных участках.
  • На основании результатов экспериментов, были разработаны ТУ по изготовлению стеклопластиковой арматуры, а так же условия проектирования бетонных конструкций с её применением. Параллельно, были рекомендованы области применения нового материала, которые включали не только строительство, но и химическую промышленность, металлургию.

Тем не менее, масштабного применения неметаллической арматуры тогда не получилось. В основном, её стали применять для изготовления бетонных свай, откосных плит, конструкций эстакад, и усиления некоторых опорных сооружений.

Но в конце 80-х, на основе стеклопластиковой арматуры, в Хабаровском крае был построен 15-ти метровый мост, каждая из пяти балок которого была усилена 24-х стержневым композитным пучком, плюс типовой пучок из стальной проволоки. Результат оказался отличным, и мост функционирует и на сегодняшний день. Это было только начало…

А как за рубежом?

Если отслеживать историю композитной арматуры в целом, то она берёт своё начало с сороковых годов прошлого века – то есть, с послевоенных лет. Нашей стране тогда было не до создания новых материалов, однако в США над формулой композита усиленно работали. В эти годы, его уже начали довольно широко применять, ведь недорогие материалы были просто необходимы для развивающейся экономики.

Именно в этой стране была создана стекловолоконная арматура с постоянным сечением, которая сначала использовалась только для изготовления инвентаря. Более серьёзное применение началось уже в 60-х, когда композит стали рассматривать как альтернативу металлической арматуре.

В первую очередь её стали применять для армирования дорожных покрытий, которые, как известно, не только у них, но и у нас, для удаления льда в зимнее время посыпают солью. А она портит не только колёса машин, но и, просачиваясь в виде раствора сквозь толщу бетона, разъедает внутреннюю арматуру.

 Итак:

  • Именно в этой сфере, устойчивость пластиков к коррозии проявила себя наилучшим образом. Единственно, что служило препятствием для полной замены металла на композит, была его высокая стоимость, которую удалось снизить только лет через двадцать. Поэтому сначала на металл просто наносили цинковое или эпоксидное покрытие.
  • Но так как оказалось, что для полимербетона арматура из стеклопластика более эффективна, нежели стальная – сказались разные характеристики по температурному расширению, то в 1983г., в Соединённых Штатах был разработан первый документ, регламентирующий применение композитных технологий в проектировании мостов.
  • Почему именно мостов? Да потому что их плохое состояние было связано именно с коррозией арматуры, что очень беспокоило службы, отвечающие за их эксплуатацию. Композитную арматуру тогда посчитали основной возможностью для решения данной проблемы.
  • Вслед за этим, её уже стали применять и для передовых технологий: в проектировании лабораторий и медцентров, напичканных электроникой, взлётных полос аэропортов, и даже реакторов на электрических подстанциях.
  • В Японии, широкое применение неметаллической арматуры началось в середине девяностых. Тогда у них насчитывалось более сотни крупных проектов – в основном, торговых, в которых использовалась стеклопластиковая арматура. Примерно в это же время её, начиная с Германии, стали применять и в Европе, а так же Канаде.

Но самым солидным потребителем композитной арматуры, стал, конечно же, Китай. В этой стране, её использовали не только в строительстве мостов, но и первыми стали применять для проектирования подземных и тоннельных конструкций.

Что изменилось сегодня

Вся вышеизложенная информация говорит о сплошных преимуществах композитной арматуры, и, тем не менее, о ней не знают не только большинство частников, но и многие строители. А те, кто всё же знают, порой относятся к этому материалу скептически.

Чтобы развеять сомнения, расскажем более подробно о том, какая полимерная арматура выпускается сегодня, в каких сферах её можно применять, а в каких нет.

Разновидности полимерной арматуры

Сегодня существует несколько технологий изготовления неметаллической арматуры, в которых используются разные сырьевые основы.

Чтобы разница была более понятной, мы для наглядности представим основные виды в виде таблицы:

Как выглядит арматура Отличительные особенности

Стеклопластик
Стеклопластик
На фото представлена стеклопластиковая арматура (GFRP-Rebar) – самый распространённый вариант. Пластиковые стержни длиной до 12м, упрочняют непрерывным стеклянным волокном.Изготавливают в диапазоне диаметров от 4 до 40 мм.

Используется такая арматура в качестве альтернативы стальному аналогу — в конструкциях с ненапряжённым, либо с предварительно напряжённым армированием.

Базальтопластик
Базальтопластик
Данный вид арматуры (BFRP), отличается от предыдущего варианта тем, что здесь для усиления используется не стеклянное, а базальтовое волокно.Она отличается не только по цвету, но и имеет более высокую устойчивость к агрессивным средам.

Уровень огнестойкости у них примерно одинаков, так как любой полимер выдерживает максимум +160 градусов. Идеально подходит для фундаментов и отмосток.

Арматура углеродная
Арматура углеродная
Эта арматура, обозначаемая аббревиатурой CFRP, называется углеродной, так как здесь, в тандеме с синтетическими термореактивными смолами, применяется углеродное волокно. В отличие от предыдущих вариантов, она может иметь песчаное финишное покрытие, что мы и видим на фото.Применяется не только в гражданском, но и в промышленном строительстве, а так же при укладке дорог, возведении мостов, морских и коммуникационных сооружений. Особо отметим, что прочность такой арматуры на разрыв в пять раз выше аналогичного показателя стальных стержней класса АIII, и легче неё в 10 раз.

Все варианты полимерной арматуры могут быть изготовлены в виде тросов, прутов или профилированных стержней. Формы профиля сечения тоже могут быть разными: полыми, твёрдыми, квадратными, круглыми.

Отличаться может и намотка волокон, и, как можно убедиться по картинкам, вариант внешнего покрытия. В зависимости от диаметра и степени гибкости, арматура может продаваться отдельными стержнями, или скручиваться в бухты.

А есть ли недостатки?

О достоинствах полимерной арматуры было сказано много, но у её потенциального пользователя может возникнуть законный вопрос: «В чём заключаются недостатки материала, и где его применение нежелательно?».

Вот на него мы и ответим в этой части статьи:

  • Совершенных материалов не бывает. Те или иные недостатки есть у любого из них, и тут всё зависит от варианта применения, и условий эксплуатации конструкций.
  • В частности, полимер уступает той же стали по огнестойкости, так как, находясь в толще бетона, пластик начинает плавиться уже от +200 Цельсия. Температура плавления стали выше в семь раз, поэтому в некоторых областях строительства, её нельзя заменить пластиком.
  • Например, композитную арматуру не применяют для изготовления плит перекрытия. Соответственно, элементы каркасов сборных многоэтажных зданий, или производственных цехов с повышенной пожарной опасностью, армируют стальными каркасами — и вполне понятно, почему.
  • Зато для фундамента этот фактор вообще не имеет значения, поэтому данный вид арматуры подходит для любых его видов. Процесс сборки фундаментного каркаса, от традиционного практически не отличается. Единственно, для вязки здесь используют пластиковые стяжки – хотя, можно и проволоку.
  • Одно из неудобств состоит в том, что композитной арматуре невозможно придать желаемую форму простым нагревом. Поэтому, при необходимости изготовления конструкций с криволинейными формами, детали каркасов для них изготавливаются производителем на заказ.
  • На этом, собственно, список недостатков и заканчивается. Областей, в которых использование композитной арматуры более предпочтительно, гораздо больше, чем ограничений.
  • Заметим, что в обработке такая арматура легка, резать её можно простой ножовкой, либо, при небольшом диаметре, пользоваться кусачками. В быту, кроме заливки фундаментов и отмосток, её можно использовать, к примеру, для возведения теплицы.

Так что для частного строительства, пластиковая арматура — это наилучший вариант, да и более экономичный. Если считать на тонну, она обходится дороже, но если учесть, что из-за более лёгкого удельного веса стержней их больше по количеству, то выгода получается вполне ощутимой.

В избранное
+1 0
Загрузка...
Добавить комментарий
Подписывайтесь
Подпишитесь на нашу ежемесячную рассылку и будьте в курсе всех можных трендов в ремонте