Композитная арматура: плюсы и минусы

Наше предприятие реализует полный производственный цикл и предлагает широкий ассортимент продукции. У нас можно приобрести арматуру из композитных материалов для различных нужд. Мы специализируемся на оптовых поставках, а розничные продажи осуществляются через маркетплейсы, магазины DIY, строительные базы и нашу собственную дилерскую сеть.

Композитная арматура. Состав. Свойства. Преимущества.

Композитная арматура представляет собой новейшие решения в области строительных материалов, и, несмотря на то, что точное место и время её появления остаются неизвестными, можно выделить несколько исторических свидетельств. В 60-х годах XX века исследователи из СССР и США начали разработку и изучение свойств высокопрочной неметаллической арматуры, а также способов её применения. Уже в 70-е годы в таких странах, как СССР, ФРГ, США, Канада, Великобритания и Япония, начали строить как гражданские, так и промышленные объекты с использованием композитной арматуры.

В 1974 году в Соединенных Штатах Америки стартовало серийное производство композитной арматуры. Именно в этой стране сосредоточено наибольшее количество крупных мировых производителей композитной арматуры. В то же время в СССР исследования в этой области были остановлены по разным причинам, и на сегодняшний день на постсоветском пространстве число производителей композитной арматуры остаётся ограниченным. Тем не менее, эта ситуация меняется, и в последние годы, используя опыт зарубежных стран, в Белоруссии появляются новые производители композитной арматуры и сеток. Рынок постепенно привыкает к этому новому продукту, накапливая опыт его применения.

Что такое композитная арматура?

Композитная арматура, по своей сути, является не металлической арматурой, которая создаётся на основе неметаллических волокон, связанных определённым композитным составом. В процессе её производства, как правило, используется стекловолокно, базальтоволокно, углеволокно и подобные материалы. Эти волокна могут применяться как самостоятельно, так и в различных комбинациях.

Наибольшее распространение получили два основных типа композитной арматуры:

• арматура на основе стекловолокна;
• арматура на основе базальтоволокна.

В результате возникли такие наименования, как:

• стеклопластиковая арматура;
• базальтопластиковая арматура.

Базальтопластиковая арматура по некоторым своим характеристикам слегка превосходит стеклопластиковую, однако при этом стоит дороже. Именно по этой причине в мировом масштабе стеклопластиковая арматура получила более широкое распространение.

Условно композитная арматура состоит из двух основных частей:

1. Основной ствол. Он определяет основные характеристики прочности арматуры. Обычно такой ствол представляет собой пучок параллельных волокон, связанных композитным связующим на основе эпоксидных или полиэфирных смол;
2. Внешний слой. Этот слой отвечает за сцепление с бетоном. Чаще всего он выполнен в виде однонаправленной навивки волокон по спирали, что напоминает стальную арматуру периодического профиля. Данный слой может иметь вариативные особенности у различных производителей, такие как двунаправленная навивка волокон или песчаное напыление.

Таким образом, физическое тело арматуры может иметь множество вариаций. Например, разрабатывается арматура, где основной ствол представляет собой заплетённую косичку из базальтоволокна и углеволокна, скреплённую композитным составом. Внешний слой в таком случае также может быть двунаправленной навивкой базальтоволокон, которые не только перекручены, но и сплетены в косичку, как и основной ствол арматуры. Данная конструкция обладает значительно большим относительным удлинением по сравнению с композитной арматурой, где тело состоит из пучка параллельных волокон.

Однако перед тем, как внедрять тот или иной тип строительного материала, необходимо выяснить, в чём заключаются его преимущества по сравнению с традиционными, проверенными веками материалами.

Особенности строения

С конструктивной точки зрения изделие состоит из неметаллического стержня, на который нанесена стекловолоконная навивка. Диаметр спирального профиля прута обычно варьируется от 4 до 24 мм.

Стеклопластиковые волокна во внутреннем стержне могут размещаться параллельно или быть сплетены в косичку. Внешний слой арматуры может быть двух типов: либо двунаправленная навивка из того же материала, что и стержень, либо напыление мелкофракционного абразивного порошка.

В зависимости от толщины сечения арматура может поставляться:

• в бухтах диаметром около 1 метра и весом от 7 до 10 кг (не более 10 мм);
• в длинных прутках (для диаметров от 11 мм и более).

Особенности производства

После пропитки термореактивными смолами стекловолокно запекается в специальных печах. В качестве связующего компонента могут использоваться эпоксидные, эпоксидно-диановые или другие типы смол. Чтобы повысить адгезию, поверхность стержней дополнительно оснащается спиральными ребрами. Однако для определённых целей может производиться арматура с гладкой, без ребер, поверхностью, которая также может иметь песчаную обсыпку.

Волокно, входящее в состав, необходимо для обеспечения высокой прочности, углепластиковые нити оказывают поддержку, а полимерные смолы связывают волокна между собой. Нити также усиливают стержень, благодаря чему достигается надежная адгезия арматуры с бетоном.

Как правильно укладывать композитную арматуру

Перед заливкой бетонного элемента композитную арматуру укладывают и вяжут в форме пространственного жесткого каркаса. Если материал был приобретён в бухте, его необходимо размотать, нарезать на требуемые отрезки и дать ему время распрямиться, чтобы вернуться к своей первоначальной форме.

Далее нужно определить необходимую для нашего бетонного изделия форму каркаса, для чего можно воспользоваться помощью квалифицированных специалистов или самостоятельно найти информацию в интернете и спроектировать каркас. К сожалению, каждое изделие индивидуально, и правильным решением в каждом конкретном случае будет работа инженера-проектировщика. Он, опираясь на расчетные данные проекта здания, предоставит формы и размеры каркасов для армирования, а также информацию о диаметр арматуры и другие важные данные.

В местах, где прутки пересекаются, их необходимо зафиксировать. Фиксация может осуществляться либо с помощью специальных кляймеров (что является оптимальным вариантом), либо с использованием пластиковых хомутов, если специализированный крепеж недоступен. Угловые пересечения прутков могут быть выполнены либо из металла, комбинируя композитный каркас и стальную арматуру, либо могут быть изготовлены на заводе-производителе как цельнолитой элемент.

Поскольку композитный каркас обладает небольшой жесткостью и может изменять свои размеры от малейших наружных воздействий, его следует надежно зафиксировать. Идеальным решением будет использование стальных элементов каркаса, которые увеличивают жесткость и предотвращают сдвиг композитных прутков во время заливки бетоном.

Что лучше: композитная или стальная арматура?

Так как до появления композитной арматуры свойства бетона улучшались исключительно с помощью стальной арматуры, композитная арматура считается её прямым конкурентом, поэтому её зачастую сравнивают с традиционной стальной арматурой. Давайте и мы сделаем это сравнением.

Итак, преимущества композитной арматуры:

1. Меньший вес. Композитная арматура имеет значительно меньший вес по сравнению со стальной.
2. Удобство транспортировки. Композитная арматура небольших диаметров предлагается в скрученном виде и в бухтах, что позволяет её перевозить на личном автомобиле.
3. Отсутствие коррозии. Стеклопластиковая арматура не подвержена коррозии, в отличие от стальной, что способствует более длительному сроку службы.
4. Электрическая изоляция. Она не проводит электричество и не создает помех радиосигналам и сигналам мобильной связи.
5. Устойчивость к низким температурам. Композитная арматура сохраняет свои свойства в условиях низких температур, в отличие от стали, которая становится более хрупкой.
6. Низкая теплопроводность. Это позволяет сохранять тепло в доме, армированном композитной арматурой, в холодное время года.
7. Экологичность. Композитная арматура не наносит вреда окружающей среде при разложении.

Недостатки композитной арматуры:

1. Отсутствие пластичности. На строительных объектах часто требуется изгибать арматуру, сохраняя её форму. Стальная арматура способна гнуться и сохранять форму, тогда как стеклопластиковая после затвердевания термореактивной смолы не допускает изменения своей конфигурации — её можно только сломать. Тем не менее, существует выход: можно заказать арматуру любой формы на заводе или комбинировать стальную и композитную арматуру.
2. Невозможность сварки. Сварка композитной арматуры не представляется возможной. Однако решением может быть использование композитной арматуры с металлическими прутками на конце. Соединение производится на производстве.
3. Неустойчивость к тепловому разрушению. Композитная арматура выдерживает температуру до 150-160 градусов по Цельсию. В случае возникновения пожара бетон, армированный стальной арматурой, будет держаться на прутках стали, в то время как бетон с композитной арматурой после нагрева выше 150 градусов просто обрушится.
4. Опасность при резке. При обработке образуются мельчайшие острые частицы, загрязняющие рабочее пространство и угрожающие дыхательным путям и зрению.
5. Недостаточная жесткость. Модуль упругости композитной арматуры меньше стального в четыре раза. Это означает, что для композитной арматуры с целью достижения таких же показателей растяжения, как у стальной, необходимо увеличить диаметр. Например, для стальной арматуры диаметром 12 мм нужно использовать композитную арматуру диаметром 24 мм. Это делает такое решение экономически невыгодным, особенно для перекрытий, где целесообразнее использовать стальную арматуру.

В результате, композитная арматура имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Поэтому в каждом конкретном случае крайне важно тщательно оценить все характеристики стальной и композитной арматуры и выбрать наиболее подходящий вариант в зависимости от конкретной ситуации.

Сырье

Основным материалом для производства стеклопластиковой арматуры является стеклоровинг, который представляет собой тонкие (до 20 микрон) нити из стекловолокна.

Для образования прочных стержней используются смолы, преимущественно эпоксидные и фенолоальдегидные. Для обеспечения уникальных характеристик в изделия добавляются различные полимеры и реагенты, такие как:

• полиамид;
• полибензотиозол;
• дициандиамид;
• ацетон;
• спирты и другие компоненты.

Технология

Процесс производства стеклопластиковой арматуры условно можно разделить на следующие этапы:

1. Стекловолоконные нити нагреваются до необходимой температуры и пропитываются смолой.
2. После этого они формируются в единый пучок и протягиваются через фильеру заданного диаметра.
3. Процесс полимеризации стержней осуществляется в туннельной печи при высокой температуре.
4. Наружное покрытие (профиль) выполняется в виде навивки композитных волокон на стержень или нанесением мелкофракционного абразива.
5. По окончании принудительного охлаждения и сушки арматура сматывается в стандартные бухты или нарезается на стержни нужной длины.

Преимущества и недостатки стальной арматуры

Металлические прутки изготавливаются методом горячей калки из низколегированных сталей, имеющих маркировку Ст3кп, 35ГС, 25Г2С, 32Г2Рпс, в соответствии с ГОСТ 5781-82. Диаметр стержней составляет от 6 до 80 мм, длина — от 6 до 12 м, при этом поверхность может быть гладкой или рифленой с продольными и поперечными рифлениями. Поперечный серповидный профиль предназначен для улучшения сцепления арматуры с бетоном.

В сравнении со стеклопластиковыми, базальтовыми и другими неметаллическими вариантами армирования железобетонных конструкций, стальная арматура предпочтительнее по нескольким причинам:

Высокая жесткость — 200000 МПа, что делает каркас значительно более жестким, чем бетон.

Низкий коэффициент относительного удлинения — 0,25%. При предельных нагрузках на ненапряженные элементы, такие как поперечные балки, трёхметровое железобетонное изделие может быть произведено с каждым расширением трещин до 7,5 мм, что считается некритичным показателем.

Достаточно высокий предел прочности на растяжение — 500 МПа, соответствующий действующему СНиП.

Высокая огнестойкость, что позволяет использовать стальную арматуру для строительства объектов, требующих первого класса огнестойкости.

Наличие возможности сварки, а также вязки сеток из металлической проволоки является ещё одним важным показателем.

Недостатки стального армирования в значительной степени обусловлены физико-механическими и химическими свойствами углеродистых и низколегированных сплавов:

Большой вес, который создает дополнительную нагрузку на несущие элементы зданий, и затрудняет транспортировку, погрузку и разгрузку материала.

Высокая теплопроводность, а также склонность к замерзанию при низких температурах.

Предрасположенность к коррозии под воздействием влаги и агрессивных веществ.

Электропроводность, которая ускоряет взаимодействие металла с кислородом.

Высокая стоимость из-за стоимости сырья, трудозатрат на обработку и производство.

Какая арматура лучше?

Вопреки мнениям маркетологов, композитная арматура не стала и в ближайшее время не станет полноценной заменой стальных армирующих каркасов.

По крайней мере, это касается строительства капитальных сооружений таких как мосты, многоэтажные здания и аналогичные конструкции. Основная причина заключается в низкой прочности на изгиб и сжатие прутков, а также недостаточном модуле упругости. Все эти недостатки остаются характерными для неметаллического армирования.

Стальная арматура продолжает использоваться при создании несущих железобетонных элементов, которые испытывают высокие статические и динамические нагрузки (такие, как балки, перекрытия, ригели).

Недорогая композитная арматура, в свою очередь, хорошо подходит для малоэтажного каркасного строительства, её прочность и жёсткость достаточно для восприятия незначительных нагрузок. Композиты являются востребованными в возведении инфраструктурных объектов, которые функционируют в условиях повышенной влажности, таких как береговые сооружения, системы канализации и мелиорации, а также в аграрном секторе.