Особенности стеклопластиковой арматуры. Что такое композитная арматура.

Армирование стекловолокном имеет свои определенные характеристики, которые существенно влияют на область его применения. Наиболее значимые из них включают в себя следующие аспекты:

Особенности стеклопластиковой арматуры

Армирование стекловолокном представляет собой серьезный вызов привычным методам стального армирования. Это также является наиболее актуальным аналогом традиционных стекловолоконных арматур. При этом прочность стеклопластиковых изделий сопоставима с прочностью стали, что делает их перспективным выбором в различных строительных проектах.

Что это такое?

Стекловолоконная композитная арматура — это стержни, которые производятся из стекловолокна с использованием методологии плетения. В этом контексте стекловолокно представлено в виде нитей, которые могут быть как прямыми, так и скрученными, и пропитаны эпоксидным клеем или аналогичными составами. В некоторых случаях для армирования используются скрученные нити — это не влияет на прочность самой стекловолоконной арматуры.

Также в производстве применяются стекловолоконные стержни, которые содержат углеродные волокна. В обоих случаях стеклопластик полимеризуется, и конечный продукт представляет собой однородный монолитный стержень, что придает конструкции дополнительную прочность.

Следует отметить, что технология производства стекловолоконной арматуры значительно отличается от технологии литья стального армирования. Соблюдение особенностей этой технологии является основным фактором, определяющим соответствие арматуры заявленным свойствам.

Для более подробного понимания, стеклянная арматура изготавливается с применением методики натяжения. Стекловолокна, упакованные в большие бобины, разматываются и пропитываются эпоксидным клеем, состоящим из эпоксидной смолы и отвердителя. Перед тем как клей начнет отвердаться, еще не затвердый материал проходит через сложные механические системы, которые удаляют излишки реагентов. В результате получаем отвержденный клей, а сама арматура получает максимальное сжатие, что приводит к хорошему сцеплению волокон между собой.

Затем обработанные компоненты помещаются в печь, где эпоксидный клей проходит процесс отверждения за считанные секунды или минуты, а не часы или дни. Температура в печи достаточно высокая, чтобы активировать процесс отверждения клея, не нанося при этом ему вреда. Это существенно увеличивает производительность и скорость выпуска новой продукции на заводе.

Производство стекловолоконной арматуры невозможно организовать на одном-двух станках. Для этого требуется целый перерабатывающий завод, который не только обеспечивает нормированный поток больших партий арматуры, но и способен производить индивидуальные партии по специфическим запросам.

Как уже упоминалось, основными сырьевыми компонентами для производства являются стекловолокно и клей.

Плюсы и минусы

Хотя стекловолоконная арматура обладает явными преимуществами, такими как значительно высокая прочность на разрыв по сравнению с железом, радиопрозрачность, диэлектрическая стойкость и устойчивость к окислению, у нее также существуют определенные недостатки. Наиболее значительные из них заключаются в том, что стеклянная арматура подвержена разрушению при низких температурах, обладает хрупкостью при изгибе и, на некоторых этапах строительства, может не поддаваться согибанию при растяжении. Это означает, что стеклянная арматура может сломаться и треснуть при сильных нагрузках.

Этот недостаток может привести к тому, что в случае резкого разрыва конструкция будет разрушена внезапно. Так, если в каркасном доме, где используется стеклопластик вместо традиционной стальной арматуры, произойдет разрыв каркаса, это может случиться одномоментно, без предварительных признаков. При внезапных перегрузках, например, в результате землетрясения, структура может рухнуть, как хрупкая бумажная башня. В связи с этим стеклопластик имеет некоторые ограничения в использовании для высотных зданий или объектов, где важна долговечность и надежность.

Кроме того, арматура из стекловолокна оказывается более токсичной, чем стальная. Сталь, как правило, не выделяет вредных веществ, в то время как стеклопластиковые компоненты выделяют токсины из-за содержания эпоксидного клея. Использование стеклопластиковой арматуры в недостаточно вентилируемых помещениях не является целесообразным решением, так как такое окружение может быть значительно более вредным для здоровья, чем наличие традиционной стальной арматуры.

Что такое композитная арматура?

Композитная арматура напоминает классические металлические прутья, но основным материалом являются углеродные, базальтовые, стеклянные или арамидные волокна, что делает ее уникальной. Эти волокна скрепляются специальными термопластичными или термореактивными полимерами, придающими арматуре высокую прочность и долговечность.

Неметаллическая арматура может иметь особые рифления на поверхности, что улучшает сцепление с бетоном во время процесса армирования. В некоторых случаях поверхностная часть просто обрабатывается песком. Благодаря прилипаемости к свежезалитому полимеру сцепление также становится более надежным, однако простота изготовления таких изделий позволяет существенно сократить затраты на материалы.

На рынке также представляют собой гладкие пластиковые фитинги. Они сравнительно недороги, но имеют недостаточную адгезию, что сильно ограничивает их применение. Такие элементы не могут использоваться в качестве основной арматуры и применяются только в вспомогательных целях. При армировании широких бетонных массивов (например, фундамента или толстых стен) стержни не привязываются к основанию, а соединяются в каркас. Основные стержни, отвечающие за повышение прочности бетона, имеют поверхность с рифлением, тогда как гладкие брусья используются лишь для создания каркаса, так как они не успевают подвергнуться значительным нагрузкам. Таким образом, можно применять менее дорогие материалы для снижения эксплуатационных затрат в строительстве.

Где она применяется?

Использование композитной арматуры стремительно увеличивается благодаря разнообразию ее применения. Она широко используется в строительстве различного рода сооружений:

• для строительства малоэтажных зданий;
• в монолитном строительстве с легкими и тяжелыми бетонами;
• при создании дорожных полотен и оснований для железных дорог;
• в элементeх железобетонных плит перекрытий;
• для строительства мостов;
• в путепроводах.

Благодаря высокому качеству своей продукции, пластиковая арматура активно применяется при производстве бетонных изделий как с предварительным напряжением, так и без такового. Например, опоры для линий электропередач, освещающие столбы, бордюры, ограждения и шпалы для железных дорог — это всего лишь несколько видов бетонных изделий, в которых интегрированы неметаллические композитные компоненты.

Виды арматуры

Теперь давайте более подробно рассмотрим, из каких именно материалов производится неметаллическая композитная арматура. Наиболее распространенными на сегодняшний день являются следующие виды:

• АСП или стеклопластиковая арматура. Этот тип производится из стекловолокна, пропитанного термореактивной смолой, которая служит связующим компонентом. Характеризуется малым весом и высокой прочностью;
• АУП или углепластиковая арматура. При ее производстве используются углеводородные волокна. Она обладает высокой прочностью, но главными недостатками являются высокая стоимость, что ограничивает ее использование;
• АБП или базальтопластиковая арматура. Этот вид создаётся из базальтового волокна и органических смол. Хотя прочность ее ниже, чем у стеклопластиковой арматуры, она демонстрирует возможность применения в агрессивных средах — солях, газах, щелочах и кислотах, что делает её востребованным строительным материалом;
• АКК или комбинированная арматура. Как следует из названия, такая арматура изготавливается из волокон различного происхождения, а именно базальтопластиковых и стеклопластиковых. Она становится компромиссным вариантом, сохраняя достоинства обоих видов.

Разумеется, все представленные материалы соответствуют стандартам ГОСТ 31938-2012, который описывает все свойства нового материала. Благодаря разнообразию сортов использование композитной арматуры становится все более популярным. Каждую строительную задачу можно решить с помощью арматуры, подходящей по стоимости, прочности и другим важным параметрам.

Иногда можно встретить прутки разных цветов. Некоторые продавцы утверждают, что цвет влияет на прочность, химическую стойкость и прочие характеристики. В действительности такая теория не более чем маркетинговая стратегия. Пигмент не оказывает влияния на важные технические свойства, и его присутствие не улучшает и не усугубляет их. Основная цель — создание желаемого эстетического внешнего вида (это также маркетинговый ход, нацеленный на привлечение внимания потенциальных клиентов к продукту) и упрощение визуальной идентификации прутков с различной толщиной.

Основные свойства

Согласно выводам многочисленных исследований, проведенных авторитетными агентствами, стекловолоконная арматура имеет несколько уникальных свойств, которые выделяют ее на фоне других аналогичных материалов:

• Арматурные прутки из стеклопластика имеют значительно меньшую массу; их вес в 9 раз меньше веса аналогичных металлических изделий.
• В отличие от металлической арматуры, стеклопластиковая арматура демонстрирует отличную стойкость к коррозии и хорошо противостоит воздействию кислой, щелочной и соленой сред. Коррозионная стойкость этой арматуры в 10 раз превышает такие же показатели у стальной арматуры.
• Теплопроводность стеклопластиковой арматуры значительно ниже, по сравнению с металлическими изделиями, что уменьшает риск образования мостиков холода при ее использовании.
• Наивысшая мобильность при транспортировке и значительно более длительный срок эксплуатации стеклопластиковых арматур в сравнении с металлическими делают применение этого материала более экономически выгодным.
• Стеклопластиковая арматура является диэлектрическим материалом, который не проводит электрический ток и абсолютно прозрачен для электромагнитных волн.
• Процедура использования такого материала для создания армирующих конструкций существенно проще, чем с металлическими прутками, так как отсутствует необходимость применения сварочного оборудования и специализированных инструментов для резки металла.

Сравнение характеристик стальной и стеклопластиковой арматуры несомненно подчеркивает преимущества последней, однако она не лишена недостатков.

• К неопровержимым недостаткам относится достаточно низкий модуль упругости, который может ограничивать применение в определенных условиях;
• Кроме того, термическая устойчивость стеклопластиковой арматуры также оставляет желать лучшего.

Низкий модуль упругости стеклопластиковой арматуры представляет собой преимущество при производстве каркасов для армирования фундаментов, но становится явным недостатком при армировании плит перекрытия. Поэтому крайне важно выполнять предварительные расчёты для применения этой арматуры в подобных условиях.

Методика замены традиционной стальной арматуры композитной арматурой становится все более актуальной. Низкая термостойкость стеклопластиковой арматуры — это базовый недостаток, который ограничивает область применения данного материала. Несмотря на то что она является самозатухающей и не может спровоцировать развитие огня в бетонных конструкциях, при повышенных температурах она теряет свои прочностные характеристики. Следовательно, ее использование возможно только для армирования конструкций, которые не подвергаются воздействию высоких эксплуатационных температур.

Другим важным обстоятельством, относящимся к стеклопластиковой арматуре, является то, что со временем она может терять свои прочностные характеристики. Этот процесс значительно ускоряется, когда арматура находится в щелочной среде. Однако данного недостатка можно избежать, если в производстве стекловолоконной арматуры используются редкоземельные металлы, что положительно сказывается на конечных характеристиках материала.

Виды

Стекловолоконная арматура классифицируется в зависимости от типа материала, из которого она произведена. Это неметаллические сырьевые компоненты, которые могут быть как природного, так и искусственного происхождения. На сегодняшний день промышленность предлагает следующие основные виды:

• Стеклокомпозит (АСП) — представляет собой термически обработанную смесь продольно расположенного стекловолокна и полимерных смол, обеспечивает сочетание легкости и прочности;
• Базальтовая арматура или базальтокомпозит (АБП) — сделана из базальтовых волокон, которые объединены с помощью органических смол. Этот вид демонстрирует меньшую прочность по сравнению со стеклопластиковыми, но отличается высокой устойчивостью в агрессивных условиях;
• Арматура углепластиковая или углекакомпозитная (АУК) — обладает повышенной прочностью и изготавливается из углеводородных соединений, но ее высокая цена сдерживает широкое распространение;
• Арамидокомпозит (ААК) — по своим характеристикам на базе полиамидных волокон, напоминающих капроновые нити;
• Комбинированный композит (АКК) — эту арматуру делают из стержня из стекловолокна, при этом на него плотно наматывают базальтопластик. Этот вид порой путают с базальтопластиковой арматурой, поскольку он использует стекловолокнистый стержень.

Индекс	АСП	АБП	АУК	ААҚ
Предел прочности при растяжении, МПа	800-1000	800-1200	1400-2000	1400
Модуль упругости при растяжении, ГПа	45-50	50-60	130-150	70
Предел прочности при сжатии, МПа	300	300	300	300
Предел прочности при поперечном срезе, МПа	150	150	350	190

Производители предлагают широкий выбор стекловолоконной арматуры различной толщины, что позволяет создавать как тонкие маты с диаметром 4 мм, так и прочные арматурные каркасы диаметром 32 мм для несущих конструкций. Материал поставляется в виде стержней с резьбой или в рулонах длиной до 100 метров.

Арматура производится в двух основных профилях:

• Условно-гладкий. На основе основного стержня с напылением кварцевого песка мелкой фракции, что улучшает адгезию с бетонной смесью;
• Периодический. Изготавливается из стержня, на который плотно наматывается стекловолоконный жгут, что создает анкерные ребра и обеспечивает надежное удержание в толще бетона.

Преимущества и недостатки

Стекловолоконная арматура — это новый строительный материал, который набирает популярность благодаря своим уникальным свойствам, позволяющим использовать его в несущих конструкциях. Основные преимущества включают в себя:

• Устойчивость к коррозии. Возможно использование стеклопластика в агрессивных средах, его показатели коррозионной стойкости в 10 раз лучше, чем у стали.
• Низкая теплопроводность, составляющая 0,35 Вт/м∙⁰С, это значительно улучшает теплоизоляционные качества бетонного монолита и устраняет риск появления холода. Для сравнения, у стали теплопроводность равна 46 Вт/м∙⁰С.
• Стекловолоконная арматура обладает высоким удельным сопротивлением, что позволяет использовать ее для строительства конструкций, подверженных ударам электрическим током;
• Ее малый удельный вес не создает значительного давления на грунт и фундамент. Средняя плотность составляет 1,9 кг/м³, тогда как у стали это значение достигает 7,9 кг/м³.
• Стоимость армирования стеклопластиком в почти два раза ниже, чем при использовании металлических прутков.
• Многослойность эксплуатации в широком диапазоне температур, она не теряет своих качеств в диапазоне от -60 до +90 градусов Цельсия;
• Коэффициент термического расширения композитов похож на аналогичный у бетона, что позволяет избегать растрескивания при перепадах температуры.
• Монтаж арматурной сетки значительно проще; сварка не требуется, достаточно соединений при помощи пластиковых жгутов и фиксаторов.

Тем не менее, как и любой другой строительный материал, полимерная арматура на основе стеклопластика имеет недостатки, которые стоит принимать во внимание во время использования:

• Недостаточная стойкость к высоким температурам. Смолы, используемые как связующий компонент, начинают гореть при температуре 200°С. Это не является проблемой для частных домов или хозяйственных построек, но в промышленном строительстве, где бетонные монолиты должны быть огнеупорными, применение такой арматуры будет неприемлемо;
• Модуль упругости составляет почти в четыре раза меньшую величину в сравнении со сталью;
• Создание арматурной сетки с изгибами требует значительных усилий, так как композит хрупкий и ему сложно придать нужную форму, что требует изготовления деталей на заводе;
• Большая хрупкость при изгибе, что критично для бетонных конструкций. По этой причине, усиливающие каркасы должны быть способны выдерживать такие нагрузки, что стеклопластиковая арматура гарантировать не может;
• Низкая жесткость по сравнению с металлическими аналогами. Это обуславливает ненадёжность при работе конструкций, которые подвергаются вибрационным нагрузкам во время заливки бетона, или при его механическом воздействии, что создает высокие требования к жесткости подобных конструкций.

Данный образец иллюстрирует разрушение арматуры из-за недостатка связующего в ее конструкции.

Оценивая плюсы и минусы стеклопластиковой арматуры, сложно определить, является ли она лучшей заменой традиционным стальным аналогам. В любом случае, выбор материала требует вдумчивого подхода, особенно в контексте их целевого назначения.

Сферы применения стеклопластиковой арматуры

Композитная арматура, монтаж которой может быть изучен из соответствующих видеоматериалов, находит применение как в строительстве крупных жилых комплексов, так и в частном строительстве. Поскольку крупные строительные проекты реализуются квалифицированными специалистами, хорошо осведомленными о плюсах и минусах определенных строительных материалов, рассмотрим специфику использования стеклопластиковой арматуры при возведении частных одно-, двух- и трехэтажных зданий.

Композитная арматура находит широкий спектр применения в следующих случаях:

• При укреплении фундаментных конструкций, таких как ленточные фундаменты, народных высота которых превышает уровень промерзания грунта, и плитные фундаменты. Применение стеклопластиковой арматуры для укрепления фундаментов имеет смысл только на качественных почвах, где бетонные основы не подвергнутся разрушительным воздействиями, так как стеклопластиковые элементы могут не выдержать такие нагрузки на излом;
• Для укрепления стен, выполненных из кирпича, газосиликатных или других блоков. Стеклопластиковая арматура востребована застройщиками, так как она обеспечивает не только их прочность, но и помогает связывать несущие конструкции с обшивкой;
• При устройстве многослойных панелей, которые включают в себя утепляющий слой и бетонный, связь между которыми осуществляется при помощи стеклопластиковой арматуры;
• Из-за отсутствия коррозионной подверженности, стеклопластик активно используется для укрепления разнообразных гидротехнических сооружений, таких как плотины или бассейны;
• Для повышения жесткости клееных деревянных балок также применяется стеклопластиковая арматура;
• В сфере дорожного строительства с ее помощью укрепляют асфальтовое покрытие, которое подвергается нагрузкам во время эксплуатации.

В общем, использование стеклопластиковой арматуры может принести много преимуществ, если учесть ее недостатки и ограничения, указанные производителем.

Способна ли арматура из стеклопластика заменить аналоги из металла?

Несмотря на то, что стеклопластиковая арматура является сравнительно новым материалом на рынке строительных материалов, уже существует множество рекомендаций (в том числе и видеоматериалов) по ее применению. С учетом этих рекомендаций, можно с уверенностью сказать, что стеклопластиковую арматуру целесообразно использовать для усиления кирпичных и блочных стен, а также для соединения несущих стен с внутренними перегородками.

Использование 4-миллиметровой композитной арматуры для усиления стен из легкого бетона обеспечивает надежное соединение.

Основным преимуществом стеклопластиковой арматуры является ее высокая стойкость к коррозии и отсутствие мостиков холода, возникающих при использовании металлических стержней. Использование этого вида арматуры для укрепления гидротехнических сооружений обосновано, если здание не слишком тяжелое, а строительство ведется на стабильном грунте.

Тем не менее, успешность применения этого нового строительного материала в данной области еще не подтверждена многолетней практикой, поэтому каждый строитель принимает решение на свой риск. Специалисты с большим опытом рекомендуют использовать армирующие каркасы исключительно из традиционных металлических элементов для объектов, у которых высокие требования к надежности, прочности и долговечности.