Армирование конструкций композитной арматурой



Композитная арматура для армирования бетонных конструкций

Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций появилась в разработках новых материалов для строительных работ ещё в шестидесятых годах прошлого века. Учёные пытались обойти острые углы и исправить недостатки металла в качестве основы конструкций, поэтому и искали ему лучшую замену.

Особое внимание при исследованиях уделялось механическим, физическим и другим свойствам. Интересовала учёных и химическая стойкость к воде, щелочам и другим агрессивным веществам. В результате и была разработана композитная арматура.

Почему нужна замена металлической арматуре

Армирование бетона стальными прутками продолжалось длительное время, но теперь им на пятки наступают новые материалы, которые стали вытеснять сталь из бетонных конструкций. Стальное армирование имеет большие преимущества: высокая прочность, относительно небольшая стоимость, пластичность. Кроме положительных моментов есть много и отрицательных: низкая сопротивляемость различным видам коррозии, утяжеление конструкции вследствие высокой плотности материала, электропроводность и создание помех для радиоволн.

Этих недостатков совершенно не имеет армирующая сетка или прутки из композита. Это помогло им вытеснить сталь из разных сфер строительства: заливки фундаментов, создания плит для перекрытий и т. д.
За рубежом этот стройматериал уже применяется довольно давно. Особенно популярен он в районах высокой сейсмической активности.

Виды материала для изготовления армирующей сетки

В зависимости от основной составляющей сетки и прутков можно выделить следующие виды композитов: базальтопластиковый и стеклопластиковый. Кроме того, есть и менее распространённые: стеклоармированные и полиэтилентерефталатовые. Каждый вид имеет свои плюсы и недостатки. Остановимся подробней на основных видах.

Базальтопластиковая арматура

Этот композитный материал создаётся на основе волокон природного минерала базальта и скрепляющего состава из смол. В результате получаются очень интересные свойства. На прутки наносится характерное рифление по длине.

Преимущества

К явным достоинствам относятся:

  • Высокая степень устойчивости к высоким температурам и сопротивляемость горению, низкая теплопроводность;
  • Имеет хорошие механические характеристики на разрыв и растяжение, можно изгибать без нарушения целостности. Если сравнить со стальным аналогом, то характеристика композита по порогу прочности превышает сталь в 3 раза;
  • Устойчивость к разным видам коррозии стоит на уровне нержавеющей стали. Базальтопластик выдерживает не только высокую влажность, но и воздействие агрессивных веществ вроде солей хлора, соляной и серной кислот, оксидов азота;
  • Длительные сроки эксплуатации без изменения характеристик. Срок службы не меньше фундамента или перекрытия, поэтому капитальный ремонт можно проводить намного позже, чем в случае применения для этого стального прутка;
  • Небольшая плотность композита (в 5 раз меньше стали) уменьшает нагрузку здания на фундамент и грунт;
  • Является диэлектриком и совершенно безопасен при возможных пробоях электросетей;
  • Базальтопластик не мешает электромагнитным волнам, поэтому получил большое распространение для возведения фундамента, стен и перекрытий учреждений медицинского направления, аэропортов, предприятий радиолокации, научных заведений, где работает большое количество чувствительной к излучениям и помехам аппаратуры.

Все эти свойства позволяют базальтопластиковой сетке для армирования фундаментов и других элементов успешно заменять стальную при строительстве сооружений портового назначения, автомагистралей, ограждений с функцией теплозащиты, инженерных сетей и опор для электрических линий.

Недостатки

Явным и основным недостатком этого качественного заменителя стали для армирующей сетки фундамента является высокая пока ещё стоимость.

Стеклопластиковая арматура

Изготавливается из стеклянного волокна и термореактивной смолы. Второй компонент нужен, чтобы вязать воедино и создать структуру определённого свойства. На материал для сетки и прутков для армирования бетонного фундамента наносится поперечное спиралевидное рифление.

Преимущества

К явным достоинствам стеклопластика относятся:

  • Среди явных и основных плюсов на первом плане стоит малый вес при значительной прочности. Стеклопластик применяется для заливки фундамента и в других конструкциях с ненапряжённым армированием;
    • Хорошая стойкость к воздействию влаги. При воздействии солей, кислот или других химически агрессивных веществ свойства меняются, но незначительно;
    • Не препятствует прохождению электромагнитных волн и излучений, не создаёт экранирование и помехи;
    • Сетка или прутки из стеклопластика обладают высокой упругостью и выдерживают большие нагрузки. Обладают небольшим коэффициентом удлинения;
    • Хорошо выдерживают низкие температуры. Тепловое расширение практически не отличается от бетона фундамента или стены, поэтому не появляются трещины или порывы в конструкции здания;
    • Плотность материала ниже стали в 4 раза. При этом собирать и вязать армирующую сетку так же просто. Отличие заключается в использовании кабельных стяжек;
    • Материал легко поддаётся обработке. Его можно отпиливать обычной ручной ножовкой. Сетку небольшого диаметра можно резать просто кусачками.

    Недостатки

    К явным проблема в характеристике можно отнести невысокую стойкость к огню. Стеклопластик может применяться при температурах до 200 град. Поэтому такой стройматериал не используют в конструкциях, где возможны высокие температуры.

    Применение композитной арматуры

    Композиты находят всё большее применение в строительстве объектов промышленного и гражданского назначения. Сетку и прутки из композита всё чаще применяют для заливки фундамента и частных домов.

    Особенно приглянулся материал для возведения сооружений в зимнее время. Вот некоторые области использования:

    • Для заливки ненапряжённых и напряжённых элементов зданий, которые работают периодически или постоянно при температурном режиме -700 #8212; +1000 град и различных агрессивных средах;
    • Для возведения стен из небольших строительных элементов (кирпич, камень) в зимнее время. При морозах строители вносят в цементный раствор специальные добавки, разрушающие сталь;
    • В возведении опор электролиний и других местах, где нужна изоляция;
    • В коррозионно-стойких сооружениях и конструкциях, например, канализации, тоннелях для коммуникаций, ванн для электролиза и прочее;
    • При реставрациях зданий;
    • Для изготовления небольших архитектурных форм;
    • Для сооружения портовых сооружений, откосов, подпор на водоёмах;
    • При изготовлении бордюров, тротуарной плитки, ремонте дорог, мостов;
    • Для тонких стен, перегородок и панелей звуковой изоляции.
    (Проголосуй первым!)

    Похожие статьи

    Уверенная поступь полимерной арматуры

    Полимерная арматура, образно выражаясь, является детищем современных инноваций, присущих двадцать первому веку. Попытки ее создания и промышленного применения в 70-е годы прошлого столетия в Советском Союзе были приостановлены из-за неотработанности технологии производства композитных материалов и сравнительной дешевизны стального сырья, хотя в США и Японии прозорливые бизнесмены именно в те годы запустили первое серийное производство полимерных арматурных стержней.

    Недостатки стального армирования строительных конструкций

    На тот момент армирование бетонных конструкций стальными стержнями являлось сложившейся технологией, в которой альтернативы металлической арматуре не предвиделось. Поэтому и с недостатками стальных арматурных систем мирились, поскольку от них никуда не деться. А их немало:

    1. Большой удельный вес стальных армирующих материалов (доля металлических включений в железобетоне составляет до 25% от общего веса сооружения) требует усиленных фундаментов, которые также приходится упрочнять металлической арматурой. Просто замкнутый круг какой-то.
    2. Тенденции к корродированию в составе монолитных заливок приводят к ослаблению прочности сооружений и ослаблению несущих способностей зданий. В строительных отраслях всех развитых стран существуют целые институты по экспертизе технического состояния железобетонных конструкций. Свою работу эксперты начинают с изучения состояния металлической арматуры, для чего элементарно вскрываются бетонные стены до обнажения арматурного каркаса.
    3. Высокие параметры электропроводности создают неудобства при эксплуатации особо чувствительным к побочным электромагнитным влияниям радиолокационным системам и системам наведения.
    4. Параметры теплового расширения стали намного превышают аналогичные показатели бетона, поэтому при температурных перепадах происходят разрывы армирования и образование трещин в железобетонных конструкциях.

    Структура полимерной композитной арматуры

    Композитная арматура, являющаяся неметаллической по своему составу, лишена всех вышеназванных недостатков. Благодаря глубоким технологическим проработкам, ставшим возможными благодаря продуманным инвестициям, арматура композитная полимерная прочно заняла свое место как полноценная альтернатива стальной арматуре.

    Структурный состав композитной полимерной арматуры (которую англоязычные технологи называют FRP rebar – от англ. Fibre-reinforced plastic rebar) традиционный для современных композитных материалов. То есть, имеются волокна (в нашем случае стеклянные, базальтовые или углеродные), которые пропитываются полимерным связующим. Далее, они формообразуются в виде стержневой продукции, идущей уже на изготовление арматуры различного профиля.

    Схема производства композитной полимерной арматуры

    Для производства композитной строительной арматуры необходимы следующие технологические процессы:

    • Получение стекловолокон или базальтовых волокон диаметром, не превышающим 20 микрон;
    • Пропитка волокон синтетическими термореактивными смолами;
    • Сборка волокон в жгут, формирование в специальных фильерах поперечного сечения стержня;
    • Спиралевидная намотка вдоль поверхности жгута стекловолоконного (или базальтоволоконного) шнура для расширения площади соединения бетона с арматурой;
    • Нагрев в печах арматуры для полимеризации связующих составов.

    Номенклатура полимерной арматуры

    В зависимости от типа используемых волокон, арматуру композиционную полимерную подразделяют на следующие виды:

    • Стеклопластиковая (АСП), на изготовление которой были использованы стекловолокна;
    • Базальтопластиковая (АБП), с применением базальтовых волокон;
    • Углепластиковая арматура.

    У базальтопластиковых и углепластиковых материалов технические характеристики выше по сравнению со стеклопластиковой, однако, их стоимость намного превышает стеклопластиковые аналоги. Поэтому пока преимущество в применении остается за арматурой АСП.

    Сравнительные характеристики металлической и неметаллической арматуры

    По отношению к строительным материалам нельзя односторонне безапелляционно утверждать, что этот материал лучше, а тот – хуже. Только комплексное сравнение технических и физико-химических характеристик дает право на выбор оптимального материала. А уж тем более при выборе таких ответственных элементов, какими являются арматурные системы.

    Характеристики полимерной арматуры имеют преимущества перед стальным аналогом по следующим показателям:

    • Более высокая удельная прочность, почти втрое, превышающая прочностные параметры арматурной стали;
    • Низкий удельный вес, почти в девять раз меньший, чем у стали;
    • Низкая теплопроводность, не позволяющая развиваться тепловым деформациям при перепадах температур;
    • Высокая коррозионностойкость значительно расширяет сферу применения химически стойкой композитной арматуры;
    • Магнитопрозрачность и радиопрозрачность, поскольку композитные компоненты являются диэлектриками.

    Это важно! При всех своих достоинствах, полимерная система не является термостойкой, теряет свои прочностные свойства уже при температурах, превышающих 160 градусов.

    Применение

    Полимерная арматура имеет определенные преимущества перед металлической, однако, массового характера ее применение пока не приобрело. В числе сдерживающих причин можно назвать следующие:

    • Не все застройщики представляют возможности альтернативного использования металлической или неметаллической арматур;
    • Отсутствие единых нормативов для полимерных композитов в строительстве создает проблемы при оформлении техдокументации на возводимые объекты.

    Несмотря на определенные ограничения, неметаллическую арматуру уже используют:

    • Для армирования ленточных фундаментов;
    • При изготовлении опор и траверс ЛЭП;
    • Для упрочнения дорожных насыпей и полотен, мостов и ограждений;
    • При изготовлении конструкций, эксплуатируемых в коррозионной среде, типа причалов, доков;
    • При изготовлении емкостей для нефтяной и химической промышленности.

    Это важно! Использование полимерной арматуры существенно ускоряет сроки монтажа железобетонных конструкций, поскольку стеклопластиковый или базальтопластиковый стержни легко перерезаются кусачками, тогда как арматуру без помощи болгарки не порезать. При этом удается соблюдать режим экономии на «хвостах» #8212; обрезках при использовании бухтовых поставок полимерной арматуры, когда армирующие элементы отрезаются в размер без отходов. Стальная же арматура поставляется прутьями мерной длины.

    Применение стеклопластиковой арматуры для армирования дорожных покрытий

    Одной из свойств дорожного полотна является его зависимость от климатического и механического воздействия. Так, одной из главных причин, почему происходит деструкция дорожных покрытий, тоннелей, мостов и дамб выступает как раз климатическое влияние. В частности, это относится к тем климатическим зонам, где наблюдаются существенные перепады температуры и большое количество осадков.

    Также, как показывают исследования, большинство случаев критического повреждения железобетонных конструкций во время их эксплуатации происходит под негативным влиянием хлоридной коррозии. Конструкции пребывают под воздействием агрессивной среды разного характера. Это и действие противогололедных реагентов, и морской воды, и хлорида калия, который содержится в составе минеральных удобрений и других технологических продуктов, в составе которых есть хлориды. Вследствие регулярного контакта конструкций (мосты, дорожные покрытия, подземные сооружения, сооружения промышленных предприятий) с вышеупомянутыми веществами подвергаются постепенному разрушению.

    Цели повышения устойчивости покрытия дороги к деформациям и продления срока эксплуатации дорожной одежды можно достигнуть выполняя армирование арматурой из стеклопластика. Таким образом, вы увеличиваете межремонтный интервал и сокращаете издержки на обслуживание инфраструктуры.

    Вышеперечисленные преимущества применения полимерной арматуры с целью сооружения дорог в регионах с резким климатом далеко не единственные. Так, благодаря использованию стеклопластикового армирования при ремонте или постройке магистралей, дорожное полотно меньше проседает. Другое преимущество в том, что композитная арматура препятствует появлению колейности, которая возникает вследствие регулярного воздействия повышенных нагрузок.

    Армируется не только само дорожное полотно, но и подушки, расположенные под ним. Благодаря данной технологии, период эксплуатации полотна может существенно увеличится, что положительно сказывается на ваших финансах.

    Весьма показателен зарубежный опыт применения композитной арматуры в транспортной инфраструктуре. Согласно данных статистики дорожной отрасли США факторами, которые наиболее способствуют преждевременному повреждению железобетонных элементов мостов, являются противогололедные реагенты и мороз. В США выделяется около 100 млрд. долларов на ремонт мостов, пострадавших от воздействия противогололедных реагентов. Страной-лидером в использовании арматуры из FRP является Канада, основное применение в которой - это сооружения мостового настила. Инженеры из Канады были одними из первых, которые занялись разработкой положений касательно применения арматуры из данного материала для строительства автодорожных мостов и серии демонстрационных проектов. В 70-х годах Штаты столкнулись с проблемой ухудшения общего состояния и качества мостов. Под влиянием коррозии, которая образовывалась под действием хлорид-ионов, мосты чересчур быстро изнашивались и старели. Стеклопластиковая арматура, в виду своих характеристик, была одним из ключевых решений проблем коррозии конструкций. Первой страной Европы, которая стала применять для сооружения мостов арматуру FRP, была Германия. В 1986 году таким методом был построен автодорожный мост. Это дало толчок к различным исследованиям возможного применения данного вида арматуры. Так, материал проверялся под руководством европейского проекта BRITE/EURAM Project, а позже компания EUROCRETE стала во главе европейской программы анализа материалов из FRP. Опираясь на практику иностранных компаний, можно сделать вывод о широком применении неметаллической арматуры в сооружениях транспортной инфраструктуры. Эффективность такого метода обеспечивается благодаря устойчивости материала к постоянным механическим нагрузкам и разрушениям.

    Что касается проникновения композитной арматуры в дорожную отрасль нашей страны, то, конечно, наш опыт куда меньше. Однако, можно смело заявить о том, что с каждым днем арматура данного вида набирает все больше популярности. В условиях резкой перемены климата, значительных перепадов температурного режима и большого количества осадков, применение композитной арматуры более чем актуально. Необходимость в использовании стеклопластиковой арматуры при сооружении дорог подтверждается и состоянием самих дорог. Не секрет, что большую часть покрытий строили около полувека назад, когда интенсивность движения и нагрузка была на порядок ниже.

    Суммируя вышеизложенное, можно сделать вывод: на данный момент композитные материалы крайне необходимы при строительстве дорог, мостов, тоннелей, дамб, парковок, площадей, а также при производстве бетонных конструкций – отбойников, бордюрных плит, кабель-каналов, лестничных маршев и др. Ведь нагрузка на сооружения из года в год только увеличивается, негативно влияя на качество бетонных и асфальтобетонных конструкций в дорожной инфраструктуре. Предупреждение известной проблемы появления трещин и сдвигов, деформации и разрыва бетона и обеспечение максимального срока службы дорожных покрытий является первостепенным назначением стеклопластикового армирования.

    Первый клееный мост из дерева был сооружен в 1975 году. Проект разрабатывался под руководством кафедры «Мосты и тоннели» Хабаровского политехнического института. Имея длину девять метров, мост был оснащен балками с поперечным сечением размеров 20х60 сантиметров. Изготовлены они были их древесины, армированы 4 напряженными пучками из стеклопластиковых стержней, диаметр которых составлял четыре миллиметра.

    Несколькими годами позже, в 1981 над рекой Шкотовка появляется еще один мост, во время строительства которого использовалась стеклопластиковая арматура. Пролетную конструкцию сооружения составляют шесть стальных двутавров №45, которые заранее были напряжены затяжками из 12 хлыстов арматуры сечением 6 мм. Монолитная плита из железобетона выполняет объединяющую функцию. Длина пролетного сооружения равняется двенадцати метрам.

    Восемь лет прошло прежде, чем появился очередной мост в Хабаровском крае в 1989 году, с использованием стеклопластиковой арматуры. Пятнадцатиметровое пролетное строение было оснащено пятью ребристыми балками, защита от коррозии, которых была комбинированной: произведение начальных напряжений реализовывалось с помощью четырех пучков, каждый из которых имел 24 хлыста арматуры из стеклопластика сечением 6 мм. Один пучок был выполнен из проволок со стали. Изменения не коснулись армирования балок не напрягаемой арматурой, которая относится к классам А-I и А-II.

    Новый виток в развитии технологий стеклопластикового армирования дорожных конструкций на территории бывшего СССР возник уже в начале 21 века. Сегодня все больше экономических предпосылок применения арматуры из композитных материалов.

    Источники: http://komubeton.ru/armatura/kompozitnaya/kompozitnaya-armatura-dlya-armirovaniya-betonnyx-konstrukcij.html, http://stroitel5.ru/uverennaya-postup-polimernojj-armatury.html, http://arvit.com.ua/primenenie/osnovnyie-sferyi-primeneniya/dorozhnoe-stroitelstvo/




    Комментариев пока нет!

    Поделитесь своим мнением