Особенности стеклопластиковой арматуры. Что такое композитная арматура.

Армирование стекловолокном характеризуется определенными параметрами, которые определяют его применение. Наиболее важными из них являются следующие

Особенности стеклопластиковой арматуры

Армирование стекловолокном представляет собой вызов традиционному стальному армированию. Она также является наиболее близким аналогом традиционной стекловолоконной арматуры. В то же время прочность стеклопластика не уступает прочности стали.

Что это такое?

Стекловолоконная композитная арматура представляет собой стержни, изготовленные из стекловолокна методом плетения. Только в одном случае это нити, изготовленные в виде прямых или крученых прядей и пропитанные эпоксидным клеем или аналогичным составом. В некоторых случаях используются крученые нити — это не влияет на прочность стекловолоконной арматуры.

В качестве альтернативы используются стекловолоконные стержни с углеродными волокнами. В обоих случаях стеклопластик полимеризуется так, что получаемый конструкционный материал имеет вид монолитного стержня.

Технология производства стекловолоконной арматуры в виде стержней существенно отличается от технологии обжига (литья) стальной арматуры. Особенности технологии и ее соблюдение в основном определяют степень соответствия арматуры ожидаемым и заявленным свойствам.

Если говорить более конкретно, то стеклянная арматура производится методом натяжения. Стекловолокна, свернутые в большие бобины, разматываются — и затем пропитываются эпоксидным клеем, состоящим из эпоксидной смолы и отвердителя. Перед отверждением еще мягкий материал пропускается через сложную систему роликов, шкивов и стержней, которые в свою очередь удаляют излишки реагентов, в результате чего получается отвержденный эпоксидный клей. Та же механика максимально сжимает арматуру — так, чтобы волокна слиплись и прилипли друг к другу.

Затем детали помещаются в печь, где эпоксидный клей отвердевает за секунды или минуты, а не за часы или дни. Температура печи достаточна, чтобы нагреть клей, но не сжечь его, а гораздо более высокая температура обеспечивает непрерывный производственный процесс, так что завод не стоит на месте, а постоянно производит новый строительный материал.

Стекловолоконную арматуру нельзя производить на одном или двух станках. Это целый перерабатывающий завод, который не только обеспечивает непрерывный поток больших партий, но и позволяет производить индивидуальные партии.

Сырьем, как уже упоминалось, являются стекловолокно и клей.

Плюсы и минусы

Несмотря на очевидные преимущества — прочность на разрыв во много раз выше, чем у железа, а также радиопрозрачность, диэлектрическая прочность и стойкость к окислению — стеклянная арматура имеет множество очевидных недостатков. Прежде всего, она разрушается при низких температурах, хрупка при изгибе, а на некоторых этапах строительства ее невозможно согнуть при растяжении. Последний недостаток заключается в том, что стеклянная арматура ломается и трескается при разрыве.

Этот недостаток также приводит к тому свойству, что при резком разрыве оно резко трескается. Если в доме, построенном на каркасе, в котором вместо обычной стальной арматуры используется стеклопластик, произойдет разрыв каркаса, то этот разрыв будет не постепенным, вследствие расслабления, а внезапным. Если произойдет внезапная перегрузка, например, при землетрясении, конструкция разрушится, как бумажная башня. По этой причине стеклопластик не подходит, например, для высотных зданий.

Арматура из стекловолокна гораздо токсичнее стали. В то время как сталь практически не выделяет загрязняющих веществ, сталь токсична из-за эпоксидного клея. Использование стеклопластиковой арматуры в плохо вентилируемых помещениях не имеет смысла: жизнь в таких условиях более вредна, чем в присутствии обычной стальной арматуры.

Что такое композитная арматура?

Она похожа на классические металлические прутья, но основным материалом являются углеродные, базальтовые, стеклянные или арамидные волокна. Они скрепляются специальными термопластичными или термореактивными полимерами, которые придают им высокую прочность и долговечность.

Неметаллическая арматура может иметь специальные ребра на поверхности для улучшения сцепления с бетоном при армировании. В некоторых случаях поверхность просто густо посыпается песком. За счет прилипания к незатвердевшему полимеру сцепление также улучшается, но из-за простоты изготовления стоимость материала гораздо ниже.

В продаже имеются также гладкие пластиковые фитинги. Они сравнительно недороги, но их низкая адгезия значительно ограничивает область их применения. Они не используются в качестве основной рабочей арматуры, а только в качестве вспомогательной. При армировании больших бетонных массивов (фундаменты, толстые стены) стержни не крепятся к основанию, а соединяются в каркас. Основные стержни, предназначенные для улучшения качества бетона, имеют ребристую поверхность. Гладкие брусья используются только для сборки каркаса, так как они подвергаются лишь минимальной нагрузке. Таким образом, можно использовать более простой материал для снижения стоимости строительства.

Где она применяется?

Использование композитной арматуры быстро набирает популярность. Ее применяют при строительстве различных сооружений:

• малоэтажные здания;
• монолитное строительство с легкими и тяжелыми бетонами;
• дорожные полотна, основание железных дорог;
• железобетонные плиты перекрытия;
• мосты;
• путепроводы.

Благодаря высокому качеству продукции пластиковая арматура также часто используется при строительстве бетонных изделий, как с предварительным напряжением, так и без него. Опоры для линий электропередач, столбы освещения, бордюры, панели ограждений и железнодорожные шпалы — вот лишь некоторые из бетонных изделий, в которых используются неметаллические композитные компоненты.

Виды арматуры

Теперь давайте подробнее рассмотрим, какие материалы изготавливаются из неметаллических композитов. Наиболее распространенными на сегодняшний день являются следующие марки:

• АСП или стеклопластиковая. Изготавливается из стекловолокна, пропитанного термореактивной смолой, выполняющей функцию связующего материала. Главным достоинством является малый вес и высокая прочность;
• АУП или углепластиковая. Основным материалом при их изготовлении выступают углеводородные волокна. Обладая высокой прочностью, эта она имеет определенные недостатки. Главным из них является высокая цена. Именно из-за неё она не получила широкого распространения;
• АБП или базальтопластиковая. Создается из базальтового волокна и органических смол. Имеет меньшую прочность, чем стеклопластиковая, зато может применяться в агрессивных средах – солях, газах, щелочах и кислотах, что делает её весьма востребованным строительным материалом;
• АКК или комбинированная. Как понятно из названия, эта пластиковая арматура изготавливается из волокон разного типа – а конкретно из базальтопластиковых и стеклопластиковых. Является компромиссом между чистыми видами, частично сохраняя их достоинства.

Разумеется, все рассмотренные материалы полностью соответствуют ГОСТ 31938-2012, который регламентирует все свойства нового материала. Благодаря такому разнообразию, использование композитной арматуры становится все более распространенным. Для строительства любого объекта можно подобрать вариант, наиболее подходящий по стоимости, прочности и другим свойствам.

В некоторых случаях можно встретить прутки разных цветов. Некоторые продавцы утверждают, что цвет влияет на прочность, химическую стойкость и другие параметры. На самом деле это не более чем маркетинговая уловка. Пигмент никак не влияет на важные технические свойства материала — он не улучшает и не ухудшает их. Основная цель — создать определенный внешний вид (опять же, маркетинговый трюк для привлечения внимания потенциального покупателя к определенному продукту) и облегчить визуальную идентификацию прутков разной толщины.

Основные свойства

Согласно результатам многочисленных исследований, проведенных компетентными органами, стекловолоконная арматура обладает определенными свойствами, которые отличают ее от других материалов аналогичного 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.

Сравнение свойств стальной и стеклопластиковой арматуры

Благодаря своим неоспоримым преимуществам, стеклопластиковая арматура лишь недавно появилась на отечественном рынке, но уже завоевала популярность как у крупных строительных компаний, так и у частных лиц. Однако эта арматура имеет и ряд недостатков, наиболее важными из которых являются

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

Низкий модуль упругости стеклопластиковой арматуры является преимуществом при изготовлении каркасов для армирования фундаментов, но существенным недостатком при использовании для армирования плит перекрытия. Для использования этой арматуры в таких случаях необходимо предварительно произвести тщательный расчет.

Программа замены стальной арматуры композитной арматурой

Низкая термостойкость стеклопластиковой арматуры является основным недостатком, ограничивающим ее применение. Хотя они являются самозатухающими и не могут вызвать распространение огня в бетонных конструкциях, при высоких температурах они теряют свои прочностные свойства. По этой причине их можно использовать только для армирования конструкций, которые не подвергаются воздействию высоких эксплуатационных температур.

Другим важным недостатком стеклопластиковой арматуры является то, что она со временем теряет свои прочностные свойства. Этот процесс значительно ускоряется, если она подвергается воздействию щелочной среды. Однако этого недостатка можно избежать, если использовать стекловолоконную арматуру, которая производится с добавлением редкоземельных металлов.

Виды

Стекловолоконная арматура классифицируется в зависимости от типа материала, из которого она изготовлена. Это неметаллическое сырье минерального или искусственного происхождения. Промышленность предлагает следующие виды:

• Стеклокомпозит (АСП) – представляет собой термически обработанную смесь продольно расположенного стекловолокна и полимерных смол.
• Базальтовая арматура или базальтокомпозит (АБП) – делается из базальтовых волокон, соединенных между собой органическими смолами.
• Арматура углепластиковая или углекомпозитная (АУК) – обладает повышенной прочностью и изготавливается из углеводородных соединений. Она дороже композитной.
• Арамидокомпозит (ААК) – в основе полиамидные волокна наподобие капроновых нитей.
• Комбинированный композит (АКК) – в основе находится стержень из стекловолокна, на который плотно наматывается базальтопластик. Этот тип – не базальтопластиковая арматура, с чем ее путают, поскольку она имеет стекловолокнистый стержень.

Индекс	АСП	ABP	AUC	AAC
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 ассортимент стекловолоконной арматуры различной толщины. Можно производить как тонкие маты толщиной 4 мм, так и прочные арматурные каркасы диаметром 32 мм для несущих конструкций. Она поставляется в виде стержней с резьбой или в рулонах длиной до 100 м.

Материал выпускается в двух профилях:

• Условно-гладкого. Сделана из основного стержня с напылением слоя кварцевого песка мелкой фракции, улучшающего адгезию с бетонной смесью;
• Периодического. Изготовлена из стержня, на который плотно наматывается стекловолоконный жгут, в результате чего на пруте появляются анкерные ребра, надежно удерживающие ее в толще бетона.

Преимущества и недостатки

Стекловолоконная арматура — это новый строительный материал, который набирает популярность и обладает свойствами, позволяющими использовать его для несущих конструкций. К его преимуществам относятся:

• 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 и любой материал, полимерная арматура на основе стеклопластика имеет недостатки, которые необходимо учитывать при ее использовании.

• 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.

Что лучше: композитная или стальная арматура?

Поскольку до появления композитной арматуры свойства бетона улучшались только за счет стальной арматуры, а композитная арматура является прямым конкурентом стальной, принято сравнивать эти два вида арматуры. Давайте сравним их сами.

Итак, преимущества композитной арматуры:

1. Вес. Композитная арматура весит меньше в несколько раз.
2. Форм-фактор. Композитная арматура малых диаметров продается в скрученном виде, в бухтах. Это позволяют транспортировать её на личном автомобиле.
3. Коррозия на стеклопластиковую арматуру не распространяет свое действие, в отличие от стальной арматуры. Вследствие этого, более долгая служба.
4. Не проводит электричество. Не создает препятствий для радиосигналов, для сигналов мобильных телефонов.
5. Более устойчива к воздействию отрицательных температур. Сталь при низких температурах становится более хрупкой, композитная арматура сохраняет свои свойства.
6. Теплопроводность небольшая, вследствие этого дом, армированный композитной арматурой, в холодное время года лучше сохраняет тепло.
7. Экологична. Не наносит вред природе при разложении.

Недостатки композитной арматуры:

1. Не пластична. Арматуру в условиях строительства часто необходимо гнуть, с последующим сохранением формы. Стальная арматура гнется и фиксируется в согнутом положении, а вот стеклопластиковая, к сожалению, нет. После того, как термореактивная смола-связующее затвердеет, изменить её форму уже нельзя, можно только сломать. Но выход есть, и даже не один: можно заказать на заводе арматуру какой угодно формы или комбинировать стальную и композитную арматуру.
2. Не сваривается. К сожалению, сварка композитной арматуры невозможна. Но есть решение. Если есть такая необходимость, можно использовать композитную арматуру, оканчивающуюся металлическими прутками. Соединение композитной арматуры и металлического прутка выполняется на производстве.
3. Не стойка к тепловому разрушению. Держит температуру до 150-160 градусов по цельсию. То есть, при пожаре бетон, армированный стальной арматурой, при разрушении повиснет на прутках стали, а вот бетон с композитной арматурой после нагрева более 150 градусов, просто упадет.
4. Высокая вредность при резке. При обработке образуются мельчайшие острые частицы, загрязняющие рабочее пространство, угрожающие дыхательным путям, органам зрения.
5. Не жесткая. Модуль упругости композитной арматуры меньше аналогичного у стальной в 4 раза. То есть, для того, чтобы армированный композитной арматурой бетон работал на растяжение так же, как армированный стальной арматурой, нужно увеличить диаметр композитной арматуры. Пример: диаметр стальной арматуры 12 мм, диаметр композитной арматуры должен быть 24 мм. То есть, это не выгодно экономически, и для перекрытий лучше брать стальную арматуру.

Вывод: композитная арматура имеет как преимущества, так и недостатки. Поэтому в любом случае необходимо тщательно взвесить все свойства стальной и композитной арматуры и сделать правильный выбор в зависимости от конкретной ситуации.

Главные недостатки

Недостатки стеклопластиковой арматуры связаны со следующими свойствами.

• К минусам стеклопластиковой арматуры относится, в частности, то, что она не выдерживает воздействия высоких температур. В то же время сложно представить ситуацию, когда арматурный каркас, находящийся внутри бетона, может быть нагрет до температуры 200 градусов.
• Достаточно высокая стоимость – это условный недостаток, если учитывать тот факт, что для армирования бетонных конструкций можно использовать стеклопластиковую арматуру меньшего диаметра в сравнении с изделиями из металла.
• Арматура из углепластика плохо гнется. Этот недостаток ограничивает ее использование при создании укрепляющих каркасов для бетонных конструкций. Между тем выполнить гнутые участки арматурного каркаса можно и из стальных элементов, а затем нарастить их при помощи стеклопластиковых прутков.
• Арматура, изготовленная из стеклопластика, плохо выдерживает нагрузки на излом, что очень критично для бетонных конструкций. Соответственно, их усиливающий каркас должен успешно выдерживать такие нагрузки, чем не может похвастаться арматура, выполненная из композитных материалов.
• В отличие от металлического арматурного каркаса, стеклопластиковые изделия обладают меньшей жесткостью. Из-за этого недостатка они плохо переносят вибрационные нагрузки, возникающие при их заливке с помощью автомобильного миксера. При использовании такой техники арматурный каркас подвергается значительным механическим нагрузкам, которые могут вызвать его поломку и нарушение пространственного положения его элементов, поэтому к жесткости подобных бетонных конструкций предъявляются достаточно высокие требования.

Разрушение ветвей из-за недостаточного количества связующего в структуре арматуры.

Рассматривая преимущества и недостатки стеклопластиковой арматуры, трудно сказать, лучше она или хуже металлической. В любом случае, к выбору материала следует подходить очень грамотно, используя его для тех задач, для которых он, собственно, и предназначен.

Сферы применения стеклопластиковой арматуры

Композитная арматура, правила монтажа которой легко узнать из соответствующих видео, используется как в строительстве зданий, так и в частном строительстве. Поскольку капитальное строительство ведется квалифицированными специалистами, хорошо знающими преимущества и недостатки использования тех или иных строительных материалов, рассмотрим особенности применения этого материала при возведении частных малоэтажных зданий.

Области применения композитной арматуры

• Арматура, изготовленная из композитных материалов, успешно используется для укрепления фундаментных конструкций следующих типов: ленточных, высота которых больше, чем глубина промерзания почвы, и плитных. Применение арматуры из углепластика для укрепления фундаментов целесообразно лишь в тех случаях, когда строение возводится на хорошем грунте, где бетонные основания не будут подвергаться нагрузкам на излом, которые стеклопластиковые элементы могут просто не выдержать.
• При помощи стеклопластиковой арматуры укрепляют стены, кладка которых выполняется из кирпича, газосиликатных и других блоков. Следует отметить, что в качестве связующего элемента стен композитная арматура очень популярна среди частных застройщиков, которые используют ее не только для укрепления кладки несущих конструкций, но и для обеспечения их связки с облицовочными перегородками.
• Этот материал активно используется и для связки элементов многослойных панелей. Структура последних включает в себя слой утеплителя и бетонные элементы, которые и связываются между собой при помощи стеклопластиковой арматуры.
• Благодаря тому, что арматура рассматриваемого типа лишена такого недостатка, как подверженность коррозии, ее часто используют для укрепления различных гидротехнических сооружений (к примеру, плотин и бассейнов).
• В тех случаях, когда необходимо эффективно увеличить жесткость клееных деревянных балок, их также укрепляют при помощи стеклопластиковой арматуры.
• Используется этот материал и в дорожном строительстве: с его помощью укрепляют слой асфальтового полотна, который подвергается повышенным нагрузкам в процессе своей эксплуатации.

В целом, использование стеклопластиковой арматуры может быть очень эффективным, если учесть ее недостатки и соответствующие ограничения, указанные производителем.

Способна ли арматура из стеклопластика заменить аналоги из металла

Хотя стеклопластиковая арматура является относительно новым материалом на строительном рынке, уже существуют многочисленные рекомендации (даже видеоролики) по ее применению. Принимая во внимание эти рекомендации, можно сделать вывод, что стеклопластиковую арматуру лучше всего использовать для усиления кирпичных и блочных стен и для соединения несущих стен с внутренними перегородками.

Усиление стен из блоков легкого бетона с помощью 4-миллиметровой связующей арматуры

Преимущество этой арматуры в том, что она не ржавеет и не образует мостиков холода, как в случае с металлическими арматурными стержнями. Использование этого вида арматуры для укрепления веселых плотин оправдано, если здание не очень тяжелое и строительство ведется на особо стабильных грунтах.

В любом случае, успешное применение этого нового строительного материала еще не подтверждено многолетней практикой, поэтому каждый строитель использует его на свой страх и риск. Специалисты с многолетним опытом строительства рекомендуют использовать арматурные каркасы из традиционных металлических элементов для конструкций с высокими требованиями к надежности, устойчивости и долговечности.