Композитная арматура
Композитная арматура (Шаблон:Lang-en) — неметаллические стержни из стеклянных, базальтовых, углеродных или арамидных волокон, пропитанных термореактивным или термопластичным полимерным связующим и отверждённых. Арматуру, изготовленную из стеклянных волокон, принято называть стеклопластиковой (АСП), из базальтовых волокон — базальтопластиковой (АБП), из углеродных волокон — углепластиковой. Для сцепления с бетоном на поверхности композитной арматуры в процессе производства формируются специальные рёбра или наносится покрытие из песка.
Преимущества
- Высокая удельная прочность
- Удельная прочность АСП в 10 раз выше удельной прочности стальной арматуры АIII.
- Коррозионная стойкость
- Композитная арматура не подвержена воздействия воды и солей, поэтому ее применение может быть оправдано применением в армировании конструкций подверженных воздействия воды, особенно морской, и других агрессивных сред.
- Низкая тепло и электропроводность
- Не создает мостиков холода. Не создает помех радиоволнам. Не создает наводящих токов и магнитных полей.
- Высокая транспортабельность
- Композитная арматура малого диаметра перевозится в бухтах.
- Экологически чистый материал
- Не наносит вред окружающей среде, не токсичен при разложении. Не абсорбирует на себе радиоактивные вещества.
- Одинаковый температурный коэффициент расширения с бетоном
- При изменении температуры окружающей среды, расширяется и сужается вместе с бетонными конструкциями, не допуская растрескивания и трещин.
Недостатки
Низкая жёсткость
Модуль упругости () композитной арматуры в 4 раза меньше, чем у стальной арматуры (45 ГПа у АСП против 200 ГПа у АIII). Низкая жесткость композитной арматуры не позволяет реализовать ее высокий прочностной потенциал при армировании бетона. Согласно п.6.1.14 Свода правил СП 63.13330.2012 предельная деформация бетона при работе на растяжение составляет около . При такой деформации () напряжение в АСП по закону Гука () составит 45ГПа*0,0002=9МПа, что составляет около 1% от прочности АСП на разрыв.
При сравнительном нагружении бетона, армированного композитной арматурой и бетона, армированного стальной арматурой, при одинаковых деформациях армированного бетона по закону Гука напряжение в композитной арматуре будет в 4 раза меньше, чем в стальной арматуре. В связи с этим для придания бетону той же прочности коэффициент армирования (соотношение площадей арматуры и бетона) для композитной арматуры должен быть в 4 раза выше, чем для стальной арматуры.
Низкая жесткость некоторых видов композитной арматуры резко ограничивает её применение в строительстве.
Отсутствие пластичности
У композитной арматуры отсутствует площадка текучести и разрушение при растяжении носит хрупкий характер. В связи с этим невозможно изменить форму арматуры без нагрева.
Низкая теплостойкость
АСП теряет несущие свойства при 150°С, АБП - при 300°С (стальная арматура работает до 500°С).
Высокая вредность
При резке АСП образуется пыль, состоящая из тончайших стекловолоконных игл. Она загрязняет рабочее место, инструмент и средства защиты. Высок риск получения стеклянных заноз, повреждений глаз и дыхательных путей.
Стеклопластиковая арматура
Стеклопластиковая арматура (АСП)— композитная арматура, изготавливаемая из стекловолокна, придающего прочность, и термореактивных смол, выступающих в качестве связующего. Одним из плюсов стеклопластиковой арматуры являются малый вес и высокая прочность. Имея высокую прочнность и коррозийную стойкость, является альтернативой арматуре из металла. Главным достоинством стеклополимерной арматуры считается свойственный ей высокий предел разрушающего воздействия — почти в 2,5 раза выше, чем у стали[1].
Базальтопластиковая арматура
Базальтопластиковая арматура (АБП) — композитная арматура, изготавливаемая из базальтового волокна и смолы. Существенным отличием данного строительного материала от перечисленных выше — является более высокая стойкость к агрессивным средам. Однако, несмотря на высокую огнестойкость базальтового волокна, жаропрочность базальтовой арматуры не отличается от стеклопластиковой, так как полимерная матрица не в состоянии выдержать температуры выше 160°С.
Применение
Композитная арматура применяется в промышленном и гражданском строительстве для возведения жилых, общественных и промышленных зданий, в малоэтажном и коттеджном строительстве для применения в бетонных конструкциях, для слоистой кладки стен с гибкими связями, для ремонта поверхностей железобетонных и кирпичных конструкций, а также при работах в зимнее время, когда в кладочный раствор вводятся ускорители твердения и противоморозные добавки, вызывающие коррозию стальной арматуры.
В дорожном строительстве применяется для сооружения насыпей, устройства покрытий, для элементов дорог, которые подвергаются агрессивному воздействию противогололёдных реагентов, для смешанных элементов дорог (типа «асфальтобетон — рельсы»). Также применяется для укрепления откосов дорог, в строительстве мостов (проезжая часть, ездовое полотно пролётных строений, опоры диванного типа), для берегоукрепления, в виде сеток в основание асфальта.
В России применение композитной арматуры с каждым годом увеличивается. Появляются крупные проектные и строительные компании, массово использующие в строительстве композитную арматуру. Этому способствует появление нормативных документов: ГОСТ 31938-2012, СНиП 52-01-2003, СП.
ПКА и АНК-С применяется в армогрунте, габионах, в креплении горных выработок стеклопластиковыми анкерами, крепление грунта по трассе проходки тоннелей, в буроинъекционных анкерных микросваях с тягой из стальной или неметаллической композитной арматуры, закрепляемой в скважине путём инъекции цементного раствора.
Стеклопластиковая арматура рекомендована для применения в качестве рабочей арматуры в бетонных конструкциях, используемых в районах с сейсмичностью 7-9 баллов.
Для несущих элементов погружных и буроинъекционных нагелей возможно применение АНК взамен следующих видов стальной арматуры: - горячекатаная арматурная сталь периодического профиля класса АIII (A 400), AIV (A 600), AV (A 800) по ГОСТ 5781; - термомеханически упрочненная арматурная сталь периодического профиля класса Ат400с, Ат500с, Ат600, Ат600с, Ат800 по ГОСТ 10884; - сталь арматурная винтового профиля по ТУ-14-2-686-86, ТУ-14-1-5492-2004.
АНК может быть использована для укрепления грунтового основания под различными строительными конструкциями, в т.ч. под водопропускными сооружениями, заложенными в теле насыпей различного назначения.
Технологии изготовления
Метод «Needletrusion»
НИИЖБ разработал новый способ безфильерного изготовления композитной арматуры периодического профиля – метод нидлтрузии.
При таком способе производства стержень, состоящий из волокнистых нитей, пропитанных полимерным связующим, сначала разделяют на отдельные части, пропускают по раздельным каналам, после чего вновь соединяют с одновременной спиральной оплеткой и натягом обмоточного жгута, внедряющегося в пучок волокон. Авторами получены патенты на технологию производства арматуры.
Арматура, изготовленная методом нидлтрузии, имеет высокие анкерующие свойства в бетонной среде, надежное крепление спиральной обмотки на силовом стержне, а также высокие физико-механические свойства.
Метод «Planetrusion»
Технология изготовления неметаллической арматуры способом безфильерной протяжки.
Метод «Pulltrusion»
Технология формирования и отверждения пропитанных полимерным связующим волокон стержня протяжкой через систему фильер с постепенно уменьшающимся сечением.[2]
Характеристики композитной арматуры
| Характеристики | Металлическая арматура класса А-III (А400) ГОСТ 5781-82 | Металлическая арматура класса А-VI (А1000) ГОСТ 5781-82 | Неметаллическая композитная арматура (АСП — стеклопластиковая, АБП — базальтопластиковая)
ГОСТ 31938-2012 [1] |
|---|---|---|---|
| Материал | Сталь 35ГС, 25Г2С, 32Г2Рпс | 22Х2Г2АЮ, 22Х2Г2Р, 20Х2Г2СР | АСП — стеклянные волокна диаметром 13-16 микрон связанные полимером;
АБП — базальтовые волокна диаметром 10-16 микрон связанные полимером |
| Удельный вес | По строительным нормам | По строительным нормам | Легче металлической арматуры |
| Временное сопротивление при растяжении, МПа | 590 | 1230 | 600-1200 — АСП (с увеличением диаметра временное сопротивление растяжению уменьшается, например АСП8-1200, АСП16-900, АСП20-700)
700—1300 — АБП |
| Модуль упругости, МПа | 200 000 | 200 000 | 45 000-АСП
60 000-АБП |
| Относительное удлинение, % | 14 | 6 | 2,2-АСП и АБП |
| Характер поведения под нагрузкой (зависимость «напряжение-деформация») | Кривая линия с площадкой текучести под нагрузкой | Кривая линия с площадкой текучести под нагрузкой | Прямая линия с упруголинейной зависимостью под нагрузкой до разрушения |
| Коэффициент линейного расширения αх×10-6°C-1 | 13-15 | 13-15 | 9-12 |
| Плотность, т/м³ | 7,85 | 7,85 | 1,9-АСП и АБП |
| Коррозионная стойкость к агрессивным средам | Разрушается с выделением продуктов коррозии | Разрушается с выделением продуктов коррозии | Нержавеющий материал первой группы химической стойкости |
| Теплопроводность | Теплопроводна | Теплопроводна | Низкая теплопроводность |
| Электропроводность | Электропроводна | Электропроводна | Неэлектропроводна — диэлектрик |
| Выпускаемые профили | 6-80 | 6-80 | Россия: 4-20. Иностранные поставщики 6-40 |
| Длина | Стержни длиной 6-12 м (унифицированный размер — в связи с требованием перевозки) | Стержни длиной 6-12 м (унифицированный размер — в связи с требованием перевозки) | Любая длина по требованию заказчика |
| Экологичность | Экологична | Экологична | Экологична — не выделяет вредных и токсичных веществ |
| Долговечность | По строительным нормам | По строительным нормам | Прогнозируемая долговечность не менее 80 лет |
| Замена арматуры по физико-механическим свойствам (кроме величины удлинения под нагрузкой) |
|
| |
| Замена арматуры по величине удлинения под нагрузкой (одинаковое удлинение под одинаковой нагрузкой, в пределах упругой деформации стальной арматуры) |
|
|
См. также
Примечания
Ссылки
- ГОСТ 31938-2012 [2]Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Общие технические условия
- ГОСТ 5781-82 Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия