Учебное пособие «Технология производства основных процессов на строительных объектах» определяет композитную арматуру как «неметаллические стержни из стеклянных, базальтовых, углеродных или арамидных волокон, которые потом пропитываются отвержденным термореактивным или термопластичным полимерным связующим. Арматуру, изготовленную из стеклянных волокон, принято называть стеклопластиковой (АСП), из базальтовых волокон — базальтопластиковой (АБП), из углеродных волокон — углепластиковой. Для сцепления с бетоном на поверхности композитной арматуры в процессе производства формируются специальные рёбра или наносится покрытие из песка» [1].
Данный же источник описывает, что «основным сырьем, используемым для производства композитной арматуры, является стеклоровинг, получаемый из алюмоборосиликатного стекла путем нагрева и последующего вытяжения в нити. Кроме ровинга для производства неметаллической арматуры используют смолы, отвердители, катализаторы полимеризации». [1]
Можно выделить следующие этапы создания арматуры:
— компоновка ровинга и его пропитка связующим веществом в специальных ванных;
— формирование стержня необходимого диаметра в фильерах;
— создание рельефа из стекловолоконного шнура при помощи обмотчика;
— полимеризация арматуры в туннельной печи;
— охлаждение арматуры в проточной воде.
Сайт производителя композитных материалов «Алюр» описывает следующую «распространенную маркировку композитной арматуры в зависимости от способа её производства из определённого сырья:
— АУП (углепластиковая) или АУК (углекомпозитная) из углеводородного волокна (дороже других композитных аналогов; пользуется наименьшими спросом и популярностью);
— АСП (стеклопластиковая) или АСК (стеклокомпозитная) из смеси смол и стекловолокна со спиралевидным поперечным рифлением;
— АБП (базальтопластиковая) или АБК (базальтокомпозитная) из смеси смол и базальтовых волокон с продольным рифлением;
— АКК (комбинированная композитная) — стержни из стекловолокна, с внешней намоткой из базальтопластика;
— АСПЭТ — стеклоармированная полиэтиленрефталатовая из термопластичного полимера и стекловолокон с поперечным рифлением» [2].
Опытно-конструкторские разработки по применению композитных материалов в промышленности, строительстве начинаются в 1950х годах. Одними из первых отраслей, обративших внимание на инновационный материал, стали аэрокосмическая и оборонная. Активные опытно-конструкторские разработки быстро были заимствованы и отраслями, ориентированными на потребительский спрос домохозяйств; композитные материалы начинают использоваться для изготовления клюшек для игры в гольф, удочек, прочих товаров народного потребления. Уже в 60-годах композитные материалы начинают рассматриваться в качестве арматуры в строительстве; новый материал обращает на себя внимание и в Советском союзе.
Преимущества композитной арматуры:
— удельная прочность.
Низкая плотность материала определяет его заметное преимущественное соотношение прочности к массе по сравнению со стальной арматурой. Удельная прочность композитной арматуры на порядок выше удельной прочности стальной арматуры. Бетонные конструкции, изготовленные с использованием данного типа арматуры, будут обладать меньшим весом, что в ряде случаев может иметь важное значение. Низкий вес при сохранении высокой прочности дает преимущества в доставке, погрузке-разгрузке, складировании, монтаже (особенно удобно при малом строительстве, где применение строительной техники экономически менее выгодно);
— коррозионная стойкость.
Композитная арматура более устойчива к воздействию агрессивных сред. Это является большим преимуществом для конструкций, подверженных прямому воздействию воды (особенно морской), химикатов, атмосферных осадков и других агрессивных веществ (особенно часто встречающихся в дорожном, сельском, коммунальном хозяйствах);
— низкая теплопроводность.
Незначительно, но повышает теплоизоляционные свойства бетона. Не образует мостиков холода, что может заметно упростить проектирование и монтаж на объекте;
— диэлектрик.
Не создает радиопомехи, магнитные поля. В определенных областях народного хозяйства может быть незаменимым свойством;
— удобство в транспортировке.
Малый вес, возможность перевозки в бухтах обуславливают большие преимущества в логистике. Особенно востребовано данное преимущество может быть в небольшом строительстве, где использование техники экономически нецелесообразно;
— экологичность материала.
Композитная арматура в составе изделий не наносит вред окружающей среде (отсутствуют вредные выделения, не разлагается). Не накапливает вредные вещества;
— температурный коэффициент расширения как у бетона.
При изменении температуры конструкции бетон и композитная арматура расширяются и сжимаются в сходных пропорциях, что снижает риск возникновения трещин и разрушения изделий.
Недостатки композитной арматуры
— низкая жёсткость
Онлайн журнал «Стильный интерьер» в статье «Арматура композитная» от 21.12.2019 приводит следующую информацию: «Модуль упругости композитной арматуры в 4 раза меньше, чем у стальной арматуры (45 ГПа у АСП против 200 ГПа у АIII). Низкая жесткость композитной арматуры не позволяет реализовать ее высокий прочностной потенциал при армировании бетона. Согласно п.6.1.14 Свода правил СП 63.13330.2012 предельная деформация бетона при работе на растяжение составляет около ε≈0,0002. При такой деформации напряжение в АСП по закону Гука составит 45ГПа*0,0002=9МПа, что составляет около 1 % от прочности АСП на разрыв. При сравнительном нагружении бетона, армированного композитной арматурой и бетона, армированного стальной арматурой, при одинаковых деформациях армированного бетона по закону Гука напряжение в композитной арматуре будет в 4 раза меньше, чем в стальной арматуре. В связи с этим для придания бетону той же прочности коэффициент армирования (соотношение площадей арматуры и бетона) для композитной арматуры должен быть в 4 раза выше, чем для стальной арматуры. Низкая жесткость некоторых видов композитной арматуры резко ограничивает её применение в строительстве» [3];
— сложность в монтаже.
Композитную арматуру невозможно согнуть без нагрева. Также пруты арматуры не могут быть сварены между собой классическим сварочным аппаратом. Это обуславливает трудности при монтаже арматурных каркасов;
— низкая теплостойкость.
Свойства композитной арматуры сильно зависят от температуры. Онлайн журнал «Стильный интерьер» в статье «Арматура композитная» от 21.12.2019г. приводит следующие данные: «АСП теряет несущие свойства при 150°С, АБП — при 300°С (стальная арматура работает до 500°С); Показатель прочности АСП изменяется пропорционально изменению температуры: при понижении температуры до -40 градусов по Цельсию прочность стеклопластиковой арматуры увеличивает приблизительно на 40 %. При увеличении температуры свыше +20 градусов по Цельсию (вплоть до +300) прочность АСП постепенно уменьшается на 60 %. Изменение характеристик прочности АСП, происходящие вследствие колебания температур в пределах -40…+300 градусов Цельсия, являются обратимыми» [3]. Данное свойство заметно усложняет расчеты проектировщиков, удорожает последующие проектные решения. Особенно при последующей эксплуатации конструкций в условиях сильных колебаний температур.
— высокая вредность.
При разрезании арматуры на объекте образуются пыль, тонкие стеклянные иглы, которые загрязняют рабочее место, могут нанести травму, в том числе дыхательным путям. Это удорожает мероприятия по обеспечению комфортных, нормативных условий труда.
Композитная арматура, наряду с заметными недостатками, имеет и существенные преимущества. Легкость в доставке: малый вес, возможность скрутить в бухту, что позволяет даже одному человеку доставить арматуру на объект на личном транспорте, легкость в монтаже (в том числе не предполагает сварки) — определили ее массовое использование в частном домостроении. Коррозионная стойкость дает большие плюсы в придорожном, сельскохозяйственном строительстве.
На сегодняшний день композитная арматура все чаще воспринимается не как конкурент металлической, а как ее замена в тех областях, в которых она имеет явные преимущества. Технологии строительства с использованием композитной арматуры получают все большее распространение, выгодно используя ее преимущества.
Литература:
- Г. В. Дегтярев, О. Г. Дегтярева, Н. В. Коженко Учебное пособие «Технология производства основных процессов на строительных объектах». — ФГБО ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина», 2018
- Сайт завода Алюр, https://armaturacomposit.ru/articles/vidy-kompozitnoj-armatury/
- Онлайн журнал «Стильный интерьер», статья «Арматура композитная», 21.12.2019г. https://si-3.ru/armatura-kompozitnaya/
