Композитная арматура: преимущества и недостатки, характеристики и применение в строительстве

Основные свойства

Стеклопластиковая арматура, согласно результатам многочисленных исследований, проведенных компетентными организациями, обладает рядом характеристик, выгодно отличающих ее от других материалов подобного назначения.

• Арматурные прутки из стеклопластика обладают небольшой массой, которая меньше веса аналогичных изделий из металла в 9 раз.
• Стеклопластиковая арматура, в отличие от изделий из металла, очень устойчива к коррозии, отлично противостоит воздействию кислой, щелочной и соленой сред. Если сравнивать коррозионную устойчивость такой арматуры с аналогичными свойствами изделий из стали, то она выше в 10 раз.
• Свойство проводить тепло у стеклопластиковой арматуры значительно ниже, чем у изделий из металла, что минимизирует риск возникновения мостиков холода при ее использовании.
• За счет того, что арматура из стеклопластика транспортируется значительно проще, а срок ее эксплуатации значительно дольше, чем у металлической, ее применение более выгодно в финансовом плане.
• Стеклопластиковая арматура – это диэлектрический материал, который не проводит электрический ток, обладает абсолютной прозрачностью для электромагнитных волн.
• Использовать такой материал для создания армирующих конструкций значительно проще, чем металлические прутки, для этого нет необходимости в применении сварочного оборудования и технических устройств для резки металла.

Сравнительные характеристики стальной и стеклопластиковой арматуры

Благодаря своим бесспорным достоинствам стеклопластиковая арматура, появившись относительно недавно на отечественном рынке, уже успела завоевать высокую популярность как у крупных строительных организаций, так и у частных застройщиков. Между тем обладает такая арматура и рядом недостатков, к наиболее значимым из которых следует отнести:

• достаточно низкий модуль упругости;
• не слишком высокую термическую устойчивость.

Низкий модуль упругости стеклопластиковой арматуры является плюсом при изготовлении каркасов для укрепления фундамента, но большим минусом в том случае, если она используется для армирования плит перекрытия. При необходимости обращения в таких случаях именно к этой арматуре предварительно необходимо провести тщательные расчеты.

График замены стальной арматуры на композитную

Невысокая термическая устойчивость стеклопластиковой арматуры является более серьезным недостатком, ограничивающим ее применение. Несмотря на то, что такая арматура относится к категории самозатухающих материалов и не способна служить источником распространения огня при ее применении в бетонных конструкциях, при высоких температурах она утрачивает свои прочностные характеристики. По этой причине использоваться такая арматура может только для укрепления тех конструкций, которые не подвергаются воздействию высоких температур в процессе эксплуатации.

Еще одним значимым недостатком арматуры, изготовленной из стеклопластика, следует отнести то, что со временем она утрачивает свои прочностные характеристики. Этот процесс значительно ускоряется, если она подвергается воздействию щелочных сред. Между тем такого недостатка можно избежать, если применять стеклопластиковую арматуру, изготовленную с добавлением редкоземельных металлов.

Что такое композитная стеклопластиковая арматура

Современный материал представляет собой неметаллические прутки, основой которых являются различные виды тонких волокон на основе:

• базальта;
• карбона;
• стекла;
• полиамида.

Для повышения эксплуатационных характеристик волокна могут комбинироваться. В зависимости от вида используемого волокна, меняется название стержней. Так, изделия из базальтового волокна называются базальтопластиковыми, а из стеклянного – стеклопластиковыми.

В ее составе можно выделить две части. Первая – это ствол, благодаря которому достигается высокая прочность материала

С целью повышения адгезии изделий с бетонным массивом наружный слой композитных стержней посыпается:

1. Мелким песком.
2. Частицами мрамора.
3. Гранитной крошкой.

Специальные рифления, выполненные по спирали или перпендикулярно оси прутка, формируют армопояс усиления, который обеспечивает улучшенное сцепление.

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.

Диаметры композитной арматуры

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;
• армирования фундаментов всех типов (плитных, ленточных, столбчатых);
• армирования полов и стяжек;
• укрепления стен и газобетонных блоков и монтаж монолитных армопоясов.

Армирование фундамента стеклопластиковой арматурой

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:

1. Материал классифицируется по первой группе химической стойкости, его можно использовать в кислотах и щелочных средах.
2. Стеклопластиковая (далее — с.п.) арматура (АСП) имеет в 3 раза большую прочность на разрыв, чем стальная. Это позволяет использовать при строительстве изделия меньшего диаметра.
3. Вес АСП в 4 раза меньше, чем у металлопроката — с.п. арматура имеет плотность 1.9 кг/м3, металлическая — 7.9 кг/м3.
4. Композитная арматура для фундамента стоит на 50-60% дешевле, чем металлопрокат с аналогичными эксплуатационными характеристиками.

5. АСП отличается удобством транспортировки без необходимости привлечения грузовых автомобилей — прутки диаметром до 10мм поставляются в бухтах произвольной длины, стометровая бухта стержней 8 мм весит около 7.5 кг.

6. АСП обладает низкой теплопроводностью, она не образует мостиков холода в кладке из газобетонных блоков либо внутри железобетонной конструкции.
7. С.п. арматура для фундамента является диэлектриком, они не проводит электричество и не подвергается коррозии под воздействием блуждающих токов.
8. Срок эксплуатации АСП превышает 80 лет.

Структура, применение стеклоарматуры

Конструктивное исполнение данного стройматериала зависит от технологии изготовления, используемой производителем. Выпускается в форме прутков, состоящих из двух частей.

• Внутренний стержень. Параллельно расположенные или сплетенные между собой нити стекловолокна. Их крепление обеспечивается за счет пропитки полимерной смолой.
• Внешний слой. Представляет собой навивку из композитного материала.

Технические параметры:

• предел прочности при растяжении от 800 до 1000 МПа;
• модуль упругости при растяжении 45 – 50 ГПа;
• прочность при сжатии 300 МПа;
• прочность при поперечном срезе 150 МПа;
• эксплуатационная температура от -30 до 60° C.

Прочностные характеристики арматуры из стеклопластика зависят от диаметра прутка (от 4,0 до 32 мм). Благодаря широкому диапазону из СПА можно делать тонкую сетку, прочные каркасы для несущих конструкций. Стройматериал реализуется нарезанными хлыстами или в виде бухт длиной до 100 метров.

Преимущества СПА

Повышенная влажность, воздействие агрессивных сред приводят к повреждению стальной арматуры, разрушению железобетонных конструкций, дорожных покрытий, полов производственных цехов. Использование стеклопластиковой арматуры помогает избежать развития негативных последствий и увеличить сроки эксплуатации строительных объектов. СПА соответствуют всем стандартам строительной сферы.

• Она отличается высокой прочностью, долговечностью. Выдерживает испытания на разрыв, растяжение, превосходит по этим показателям традиционные металлические прутья. Срок службы стройматериала 50-80 лет.
• Благодаря высоким антикоррозионным свойствам повышенная влажность и воздействие агрессивных сред не влияют на технические характеристики стройматериала.
• Конструкции, созданные на основе СПА, хорошо сохраняют тепло за счет низкой теплопроводности.
• Шероховатое покрытие арматуры из стекловолокна обеспечивает прочное сцепление с другими стройматериалами.
• Деформация и нарушение целостности не меняют первоначальную форму конструкции.
• Диэлектрические свойства, отсутствие намагничивания учитываются при строительстве объектов.
• Упаковка в бухты уменьшает расход благодаря сокращению количества нахлестов и применения бесшовной укладки.
• Незначительный уровень упругости СПА дает возможность безопасного и быстрого погашения деформирующих вибраций.
• За счет небольшого веса снижается общая масса всей конструкции.
• Изделия отвечают всем требованиям экологической безопасности.

При использовании композитных материалов не требуется применение сварочного оборудования, устройств для резки металлов.

Металлопрокат продается по весу, а СПА реализуется погонными метрами. У людей, не знающих такой тонкости, создается обманчивое мнение, что металлические изделия обходятся дешевле.

Недостатки

Наряду с достоинствами данный вид строительного материала имеет несколько минусов:

• Смолы, связующие стекловолокно, возгораются при температуре 200° C. Нельзя использовать на промышленных объектах, в проектах которых заложен огнеупорный бетонный монолит.
• Композитные прутья имеют низкую прочность на излом. Это не позволяет согнуть их под малый радиус самостоятельно. Застройщик вынужден заказывать гнутые элементы у производителя.
• Модуль упругости СПА в 4 раза меньше чем у металлопроката.

Перечисленные недостатки необходимо предусматривать на этапе проектирования.

Где используется стеклопластиковая арматура

Области применения СПА:

• Армирование фундаментов, стяжек, стен в гражданском и производственном строительстве.
• Укрепление автомагистралей, дорог местного значения.
• Использование в качестве стержней, сеток в сооружениях из бетона.
• Возведение многослойных кирпичных стен, газосиликатных блоков.
• Строительство канализационных, мелиорационных сооружений.
• Проведение утепления зданий. СПА позволяет увеличить сцепление бетонных плит, между которыми прокладывается утеплитель.
• Реконструкция, строительство объектов с повышенной сейсмической устойчивостью.
• Возведение сооружений в портах, укрепление побережья.
• Армирование конструкций из клееной древесины.

Использование композитной арматуры актуально для конструкций, эксплуатация которых будет осуществляться в контакте с агрессивными средами.

Удобство использования

По этому параметру стеклопластиковая арматура мало отличается от стальной. Она намного легче, но при индивидуальном малоэтажном строительстве масса арматуры несущественна. Стеклопластик нельзя сварить, но и стальную арматуру сегодня предпочитают вязать нержавеющей проволокой или пластиковыми хомутами. Резать композитную арматуру болгаркой очень легко. Единственный важный нюанс: стеклопластиковый пруток нельзя изогнуть на стройплощадке, а заказанные у производителя гнутые изделия обойдутся дорого, к тому же их придётся долго ждать. Отсутствие жёсткого непрерывного армирования в углах может сказаться на прочности конструкции, но выход есть: ничто не мешает комбинировать прямые стеклопластиковые прутки с гнутыми стальными.

Достоинства и недостатки арматуры из стеклопластика

Арматурные каркасы, выполненные не из традиционных металлических, а из стеклопластиковых элементов, отличаются следующими преимуществами.

• В отличие от металлических, имеют легкий вес сооружений, которые не создают значительной нагрузки на фундамент строения, что позволяет продлить срок его эксплуатации.
• Стеклопластиковые элементы арматурных каркасов, в отличие от своих металлических аналогов, лучше переносят нагрузки на разрыв, что дает возможность использовать их при укреплении наиболее ответственных бетонных конструкций. Стеклопластиковые арматурные каркасы характеризует оптимальное соотношение их легкого веса и высокой прочности, что позволяет отнести их к отдельной группе строительных материалов, набирающих с каждым годом все большую популярность.
• В отличие от металлической арматуры, которая подвержена окислительным процессам и с течением времени уменьшает прочность фундаментных конструкций, каркасы из стеклопластиковых элементов не поддаются влиянию таких негативных факторов внешней среды.
• Части арматурных систем, изготовленные из стеклопластика, являются диэлектриком и не проводят электрический ток, что также сказывается на их долговечности. Используемые в качестве элементов заземления металлические арматурные конструкции под воздействием электрического тока окисляются значительно быстрее, чего нельзя сказать о прутках из композитных материалов. Естественно, арматуру из стеклопластика нельзя использовать в качестве заземляющего элемента, но это только самым положительным образом сказывается на ее долговечности.
• Износоустойчивость стеклопластиковой арматурной конструкции, как и стальной, также находится на достаточно высоком уровне.
• Коэффициент теплового расширения арматурного каркаса, изготовленного из стеклопластиковых элементов, имеет очень близкое значение с аналогичным параметром бетонных конструкций, что значительно снижает риск образования в них трещин при использовании подобного материала.

Соотношение диаметров стержней при устройстве армирующего каркаса фундамента

Если судить по отзывам, то можно выделить следующие недостатки стеклопластиковой арматуры.

• В сравнении с изделиями из металла арматура из стеклопластика обладает значительно большим модулем упругости, превышающем аналогичный параметр стальных изделий приблизительно в 4 раза. Означает этот факт то, что стеклопластиковые элементы по сравнению с металлическими будут значительно лучше прогибаться под воздействием механических нагрузок. При использовании данных элементов для армирования дорожного полотна и фундамента такая их характеристика является некритичной, но для укрепления плит перекрытия лучше использовать металлические конструкции или производить дополнительные расчеты.
• Армирующие элементы, изготовленные из стеклопластика, обладают свойством сильно размягчаться и терять свою упругость при нагревании до температуры 600 градусов. Поэтому при использовании стеклопластиковых деталей лучше позаботиться о надежной теплоизоляции каркаса, произведенного из композитных материалов.
• Выполненные из стеклопластика арматурные прутки нельзя сваривать, в отличие от металлических, поэтому если необходимость в такой операции имеется, лучше воспользоваться изделиями, во внутреннюю часть которых еще на стадии их производства вмонтирована стальная трубка.
• Арматуру, изготовленную из композитных материалов, лучше не сгибать на строительной площадке: это может вызвать ее повреждение. Такую операцию, ориентируясь на чертежи арматурного каркаса, лучше выполнить на производственной площадке.
• Сложность и непривычная для современных строителей технология монтажа — еще один недостаток армирующих элементов, изготавливаемых из стеклопластика. Между тем такой недостаток нельзя считать слишком значительным, если учитывать, какой надежностью и долговечностью отличаются стеклопластиковые конструкции.

Крепление стеклопластиковой арматуры с помощью хомутов и фиксаторов

Плюсы и минусы стеклопластиковой арматуры

Сетка из стеклопластиковой арматуры часто применяется во время работ при минусовых температурах. Холода заставляют добавлять в строительные растворы добавки, ускоряющие, к примеру, застывание бетона.

Сторонняя химия нежелательна для стальной арматуры, вызывает ее коррозию. Применение стеклопластиковой арматуры в холода безопасно для состояния прутьев, поскольку их материал не вступает в реакцию с добавками.

Равнодушие стеклопластика к воде позволяет использовать арматуру из него на заболоченных участках, при укреплении зыбких грунтов. Проработать можно и откосы ливневых каналов, ведь укрепления не заржавеют.

Не заметна стеклопластиковая арматура не только для химикатов, воды, но и радиоволн. Поэтому, полимерный материал сразу приметили на РЛС. Радиолокационные станции ведут работу по обнаружению наземных, морских и воздушных объектов. При этом, самим нужно оставаться засекреченными. Стальная арматура в конструкциях здесь не помощник.

К основным минусам стеклопластиковой арматуры относят малую устойчивость к низким температурам. Спокойно работать с новинкой получается лишь до -10-ти градусов. Если столбик термометра опускается ниже, материал начинает ломаться, теряет гибкость.

Для связки арматуры из стеклопластика и хомуты используются пластиковые. Они держат конструкцию хуже вязальной проволоки. Хотя, не воспрещается именно ей и воспользоваться.

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.

Преимущества в контексте фундамента

Гибкость полимерной арматуры допускает её транспортировку в катушках, таким образом длина отдельно взятого элемента практически не ограниченна. В совокупности с малым весом материала (в 3–4 раза меньше, чем у стали) все прочие свойства обеспечивают дешевую доставку без использования длинномерных транспортных средств, а также высокое удобство в работе.

Фундаменты не подвергаются воздействию открытого пламени и высоких температур при пожаре, из-за чего низкая термостойкость не является существенным недостатком. Высокая гибкость арматуры может иметь значение только при работе в конструкциях, имеющих узлы сосредоточенных воздействий, например при устройстве ростверков. Однако восстановить устойчивость бетона к изгибающим нагрузкам можно посредством закладки относительно небольшого количества стального армирования, либо же попросту увеличив число свай.

Гораздо важнее для фундаментов коррозионная устойчивость стеклопластика. Она не так важна при последующей гидрофобизации и гидроизоляции бетона, тем не менее, подверженность ленточных фундаментов разрыву из-за увеличения корродирующего металла в объёме можно не учитывать в случае использования полимерного армирования. Стеклопластик оптимально подходит для устройства плавающих фундаментов на участках без дренирования и при высоком содержании в верховодке химически активных соединений. Даже при обычных условиях использование стеклопластикового армирования позволяет снизить защитный слой бетона до минимальных 15–20 мм, тем самым делая возможным вынос армирования в зону максимально эффективного восприятия нагрузок.

Преимущества и недостатки

Стекловолоконная арматура новый строительный материал, набирающий популярность, обладает характеристиками, позволяющими использовать ее для несущих конструкций. К ее преимуществам относят:

• Устойчивость к коррозии. Можно использовать стеклопластик в агрессивных средах. По этому показателю данный материал в 10 раз превосходит металл.
• Низкая теплопроводность, составляющая 0,35 Вт/м∙⁰С, что позволяет повысить теплоизоляцию бетонного монолита, устраняет риск появления мостиков холода. Для сравнения показатель теплопроводности у стали — 46 Вт/м∙⁰С.
• Высокое удельное сопротивление позволяет применять ее при строительстве мостов, железнодорожных конструкций, линий электропередач и других сооружений, где существует риск пробития электрическим током под высоким напряжением.
• Малый удельный вес, что позволяет снизить давление конструкций на поверхность грунта, фундамента. Средняя плотность этого материала 1,9 кг/м³, а у стали в четыре раза больше – 7,9 кг/м³.
• Стоимость армирования стеклопластиком почти в 2 раза ниже, чем металлическим прутом.
• Применение в широком диапазоне температур. Она не теряет своих свойств в при температурах от -60 до +90⁰С.
• В отличие от металла, стеклопластик имеет схожий с бетоном коэффициент термического расширения, поэтому монолит с таким армированием, при перепадах температуры не растрескивается.
• Для монтажа армирующей сетки не понадобится сварочный аппарат, ее достаточно соединить пластиковыми жгутами и фиксаторами.

Как любой материал, полимерная арматура на основе стеклопластика имеет недостатки, которые учитываются при эксплуатации:

Недостаточная устойчивость стеклопластика к высоким температурам, смолы, применяемые для связи волокон, возгораются при температуре 200⁰С. Для частных домов или подсобных помещений это не проблема, но на промышленном объекте, где бетонный монолит должен быть огнеупорным, применение данной арматуры неприемлемо.

• Почти в 4 раза меньший показатель модуля упругости по сравнению со сталью.
• При подготовке сетки, согнуть композит под нужным углом практически невозможно, из-за низкой прочности на излом, такие элементы приходится заказывать на заводе.
• Один из минусов стеклопластиковой композитной арматуры – она не позволяет делать жесткое армирование, а его прочность со временем незначительно, но снижается.