Применение композитной арматуры в строительстве. Достоинства и недостатки композитной арматуры

Которая появилась на строительном рынке относительно недавно, имеет как достоинства, так и недостатки, о которых обязательно должен быть осведомлен потребитель. Несмотря на заверения производителей в том, что данная продукция является полноценной заменой металлической арматуры, не во всех ситуациях ее применение можно считать обоснованным.

Что собой представляет арматура из стеклопластика

Так называемая композитная арматура – это стержень из стеклопластика, вокруг которого намотана углепластиковая нить, служащая не только для усиления конструкции такого изделия, но и для обеспечения его надежного сцепления с бетонным раствором. У арматуры данного типа есть как плюсы, так и минусы, и к ее использованию следует подходить очень взвешенно.

Элементами для фиксации углепластиковых арматурных прутков между собой служат пластиковые хомуты. Удобно, что для соединения элементов такой арматуры не требуется использование сварки, что, несомненно, является большим плюсом.

Оценивая целесообразность использования стеклопластиковой арматуры, необходимо рассмотреть все плюсы и минусы ее применения в отдельных ситуациях. Такой подход позволит обеспечить высокую эффективность этого материала как средства укрепления строительных конструкций различного назначения.

Если не учитывать характеристики стеклопластиковой арматуры и не сопоставлять их с параметрами аналогичных изделий, изготовленных из металла, можно нанести серьезный вред будущей строительной конструкции или элементам отделки. Именно поэтому прежде чем приступать к выбору элементов для армирования конструкций из бетона, следует разобраться, в каких случаях применение тех или иных изделий является более целесообразным.

Основные преимущества

Среди преимуществ, которыми отличается углепластиковая арматура, стоит выделить следующие.

Важным преимуществом стеклопластиковой арматуры является ее небольшой удельный вес, что дает возможность использовать ее для армирования легких конструкций из ячеистого бетона и некоторых других строительных материалов. Это позволяет значительно снизить вес конструкций, которые армируются с ее помощью. Между тем вес обычной бетонной конструкции при использовании стеклопластиковой арматуры снизится незначительно, так как сам строительный материал обладает внушительной массой.
Низкая теплопроводность также относится к преимуществам стеклопластиковой арматуры. При использовании такой арматуры в бетонных конструкциях не образуется мостиков холода (чего нельзя сказать об армирующих элементах из металла), что значительно улучшает их теплоизоляционные параметры.
Высокая гибкость стеклопластиковой арматуры позволяет отгружать ее заказчику в бухтах, а не нарезанной отдельными прутками. Благодаря компактной форме упаковки транспортировать такую арматуру значительно проще, для чего можно использовать багажник любого легкового автомобиля, а это серьезно сокращает расходы на доставку материала к месту выполнения строительных работ. Использование армирующих элементов, которые отгружаются не нарезанными прутками, а в бухтах, позволяет также снизить расходы материала за счет уменьшения количества нахлестов. Это положительным образом сказывается как на прочностных характеристиках будущей бетонной конструкции, так и на ее стоимости, что особенно важно при выполнении строительных работ.
Достаточно спорным считается такое преимущество стеклопластиковой арматуры, как ее долговечность внутри бетонной конструкции. Арматура из металла, находясь в изолированном состоянии, также не подвергается негативному влиянию внешних факторов, что обеспечивает долговечность ее использования.
Углепластиковая арматура – это диэлектрический материал, что является преимуществом изделий из данного материала. Проводящая электрический ток металлическая арматура больше подвержена коррозии, что негативным образом сказывается на ее долговечности.
По сравнению с армирующими элементами из металла, стеклопластиковые изделия не подвержены воздействию химически активных сред. Такое преимущество стеклопластиковой арматуры особенно актуально в случаях возведения строений в зимнее время, когда в бетон добавляются различные солевые растворы, ускоряющие процесс застывания.
Являясь диэлектриком, углепластиковая арматура не создает радиопомех внутри здания, в отличие от металлических прутков. Такое преимущество важно тогда, когда в бетонной конструкции имеется много армирующих элементов. В противном случае использование композитной арматуры не станет минусом, но будет не столь актуально.

Имеются у стеклопластиковой арматуры и недостатки, о которых также следует знать ее потенциальным потребителям.

Главные недостатки

Недостатки стеклопластиковой арматуры связаны со следующими ее характеристиками.

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.

Рассматривая преимущества и недостатки стеклопластиковой арматуры, сложно сказать, насколько она лучше или хуже изготовленной из металла. В любом случае к выбору этого материала следует подходить очень обоснованно, используя его для решения тех задач, для которых он действительно предназначен.

Сферы применения стеклопластиковой арматуры

Арматура, изготовленная из композитных материалов, правила укладки которой несложно изучить по соответствующим видео, используется и в капитальном, и в частном строительстве. Поскольку капитальное строительство осуществляется силами квалифицированных специалистов, которые хорошо знакомы с нюансами и недостатками применения тех или иных строительных материалов, остановимся на особенностях использования такого материала при возведении частных малоэтажных строений.

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.

Резюмируя все вышесказанное, следует отметить, что применять стеклопластиковую арматуру можно достаточно эффективно, если учитывать ее недостатки и связанные с ними ограничения, которые оговариваются производителем.

Способна ли арматура из стеклопластика заменить аналоги из металла

Несмотря на то, что арматура, изготовленная из композитных материалов, является достаточно новым материалом на строительном рынке, уже можно найти множество рекомендаций (и даже видео) по ее применению. Учитывая данные рекомендации, можно сделать вывод о том, что применять стеклопластиковую арматуру лучше всего для укрепления стен, возводимых из кирпича и строительных блоков, а также для связи несущих стен с межкомнатными перегородками.

Стеклопластиковое или композитное армирование является альтернативой стальным изделиям и используется для укрепления бетона в случаях, когда к их физическим и химическим свойствам предъявляются особые требования. Стеклопластик не портится от влаги, его масса в 9 раз меньше массы стали той же прочности. Показатели теплопроводности позволяют снизить потери тепла, а температурный диапазон составляет от -70 до 120 градусов. Этот материал используют для армирования бетонных емкостей на химических предприятиях, опор мостов и фундаментов. Он подходит для связки многослойных кладок стен и укрепления полов и стяжек. Стеклопластик применяют в дорожном строительстве при сооружении насыпей и покрытий.

Технология изготовления

Основными составляющими стеклопластиковых стержней являются стекловолокно и эпоксидная смола. Сначала нити пропитываются клеящим веществом, а затем проходят процесс полимеризации. Для этого их протягивают через фильеры нужного диаметра. На заключительном этапе на гладкую поверхность наносят рельеф с помощью прокатки между вальцами, которые имеют соответствующее рифление. Таким образом, получают стержни светло-желтого цвета, обладающие оптимальным сцеплением с бетоном. Продукция имеет диаметр от 4 мм до 2 см. Помимо стекловолокна в производстве используют базальтовые, углеродные и арамидные волокна. В этом случае изделия отличаются по цвету и могут иметь продольное оребрение. Для получения конструкций из арматуры стеклопластик связывают с помощью пластиковых элементов.

Преимущества и недостатки стеклопластиковой продукции

Стеклопластиковая продукция отличается повышенной прочностью на разрыв и по этому показателю превосходит стальную арматуру в три раза. Плотность стеклопластика значительно меньше, чем у металла, соответственно вес также намного легче, что позволяет облегчить бетонную конструкцию. Существенным преимуществом является и то, что пластик не поддается ржавлению, даже если контактирует с водой, в том числе, и с морской водой. Материал не реагирует на воздействие щелочей, кислот и других активных химических веществ. Он не разрушается на морозе и может перенести неограниченное количество циклов замерзания/оттаивания. Стеклопластики имеют низкую теплопроводность, что способствует улучшению этой характеристики у бетонных изделий с композитным армированием. Помимо этого композиты и бетон имеют примерно одинаковый коэффициент теплового расширения, поэтому такие конструкции не подвержены растрескиванию. Арматура является диэлектриком и не создает помех радиоволнам. Она может производиться любой мерной длины. Благодаря особенным свойствам эпоксидной смолы длинномерные изделия могут сматываться в бухты, а после восстанавливать первоначальное прямое состояние, сохраняя при этом целостность и все свои прочностные характеристики.

Стеклопластик значительно уступает стали в упругости, то есть довольно легко изгибается. По этой причине использование ее в перекрытиях должно сопровождаться тщательными расчетами. Материал является пожаробезопасным, но при температуре около 600 градусов размягчается и теряет свои механические свойства. На опасных производствах необходимо обеспечивать теплозащиту конструкций с таким армированием. Прочность соединений композитов при создании решетки оставляет желать лучшего. Как вариант, на концы стеклопластика крепят стальные стержни и сваривают их. При изготовлении конструкций особой формы приходится заказывать арматуру с определенным изгибом, так как придать ей необходимый вид на месте не получится.

Неметаллическая композитная арматура представляет собой армирующее средство в виде стержней из стекловолокна, имеющих ребристую поверхность. В профиле такая арматура имеет спиралевидную форму, а ее диаметр может составлять от 4 до 18 миллиметров. Длина этого строительного материала может достигать 12 метров.

Внешний вид полимерных стержней.

Стеклопластиковая арматура перед массовым внедрением на рынок прошла множество серьезных испытаний. В итоге подобные исследования установили, что этот строительный материал отличается рядом преимуществ таких, как:

Малая масса, которая в 9 раз ниже массы классической металлической арматуры;
Высокая стойкость к коррозии и воздействию кислот;
Отличные показатели с точки зрения энергоэффективности;
Экономичность в доставке;
Инертность к электромагнитному и радиовоздействию;
Стеклопластиковая арматура относится к диэлектрикам.

Безусловно, помимо преимуществ, данный строительный материал обладает определенными недостатками. Такие недостатки нельзя отнести к критическим, но их важно учитывать при возведении тех или иных видов зданий.

Недостатки композитной арматуры:

Низкие показатели упругости;
Невысокие параметры термостойкости.

При этом такие недостатки материала никак не отражаются на его использовании при строительстве дорог и фундаментов зданий.

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.

Основные сферы использования

Существует две основные формы выпуска композитной арматуры:

Гладкие пластиковые пруты, дополненные стеклянной спиралью для повышения качества фиксации;
Арматура привычной формы, повторяющая структуру металлической.

Большинство специалистов советуют отдавать предпочтение второму типу.

Основной сферой применения стеклопластиковой арматуры является возведение фундаментов для малоэтажных зданий. При возведении фундамента в каждом индивидуальном случае используется арматура конкретного диаметра.

Кроме того, такой материал часто используется для связывания кирпичной кладки. В этом случае можно избежать появления мостиков холода, что повышает общую эффективность здания.

Мнение строителей

Сейчас наблюдается устойчивая тенденция популяризации среди строителей и крупных застройщиков композитной арматуры. В большинстве случаев можно встретить положительные мнения об этом материале. Специалисты отмечают, что такие стержни фактически безотходны при проведении строительных работ. Также немаловажным фактором является простота их применения.

Большинство экспертов сходятся во мнение, что в определенных строительных сферах такой материал имеет существенные преимущества перед металлическими армирующими стержнями. Основным достоинством данных пластиковых прутьев является возможность их использования почти любой длины.

Использование композитных материалов для армирования мостовых настильных плит

Одним из основных факторов, подтверждающих высокие параметры прочности и надежности композитной арматуры, является ее широкое применение в строительных сферах, противостоящим постоянным серьезным нагрузкам (мосты, конструкции береговой линии, дороги).

Это связано с тем, что такой материал обладает прекрасными параметрами стойкости к сейсмологической активности земли. Экспериментально было доказано, что стеклопластиковая арматура не теряет свои основные технические характеристики даже при 10 балльном землетрясении, что делает ее лучшим выбором для армирования бетонных мостовых настильных плит.

Кроме того, нельзя не отметить, что пластик в отличие от металла не подвержен коррозии, что является немаловажным фактором при строительстве мостов, постоянно контактирующих с водой и влажной средой.

Отличия характеристик полимерных и металлических армирующих прутов

Основным конкурентом для пластиковых армирующих стержней является традиционная металлическая арматура, использующаяся в бетонных плитах и перекрытиях. В целом два этих строительных материала очень схожи друг с другом. При этом по некоторым параметрам арматура из стеклопластика демонстрирует заметно более впечатляющие показатели, нежели металлическое армирующее оборудование. В таких условиях стоит провести небольшое сравнение технических характеристик металлической и полимерной арматуры:

Показатели деформации. Пруты из стали является упругопластическим материалом в то время, как композитная арматура - это идеально-упругий стройматериал;
Показатели предельной прочности. Металл демонстрирует следующие параметры 390 МПа, а стеклопластик 1300 Мпа;
Размер коэффициента теплопроводности. Для металлической этот параметр равен 46 Вт/мОС, а для композитной 0,35 Вт/мОС;
Показатели структурной плотности. Для стальной этот параметр равен 7850 кг/м3, а для стеклопластиковой 1900 кг/м3;
Параметры теплопроводности. В отличие от стальных конструкций, стеклопластик абсолютно не проводит тепло;
Стойкость к коррозии. Стеклопластиковая арматура абсолютно не ржавеет. При этом сталь относится к относительно быстро ржавеющему материалу;
Электропроводимость изделия. Композитный армирующий стройматериал по сути является диэлектриком. Одновременно с этим, одним из недостатков металлической арматуры является возможность проводить электрически ток.

Внешние отличия металлических и композитных стержней.

Физические параметры армирующего материала из стеклопластика

Согласно сегодняшним требованиям композитные пруты должны характеризоваться по трем основным физическим параметрам, а именно:

Масса элементов;
Дистанция навивки;
Внешний, а также внутренний диаметр.

Для каждого отдельного номера профиля соответствуют свои физические показатели. Единственным неизменным параметром является дистанция навивки, равняющийся 15 миллиметрам. Действующее ТУ регламентирует, что отличающиеся по размеру профиля композитные пруты имеют следующие цифровые обозначения: 4, 5, 5.5, 6, 7, 8, 10, 12, 14, 16 и 18. Этим цифровым значениям соответствуют параметры наружного диаметра. Масса армирующих стержней может варьироваться от 0,02 до 0,42 кг/1 п. м.

Процедура расчета строительных конструкций с композитными армирующими материалами

Процесс расчета конструкций, в которых применяется композитная арматура можно продемонстрировать на примере расчета работы балки, где используется стальная арматура Д12 мм.

Такие армирующие прутья А500С, имеющие диаметр в 12 миллиметров, обладают такими характеристиками, как:

Значение модуля упругости на уровне 200 Гпа;
Показатели нормативного сопротивления 500 МПа, что немного меньше параметров текучести стали, применяемой при изготовлении этих прутов.

Исходя из этих данных ориентировочная максимальная нагрузка на прут составляет 4.5 тонны. При такой нагрузке параметры растяжения арматуры достигнут 2,5 мм/м

В документации, идущей вместе со стеклопластиковой арматурой, всегда есть табличка ее соответствия стальным армирующим стержням.

Так, арматура из стеклопластика, для соответствия параметрам стальной А500С диаметром 12 мм, должна иметь диаметр 10 мм.

Иначе говоря, процесс расчета строений с пластиковых прутьев полностью аналогичен расчетам со стальными, единственным отличием является применение таблицы соответствия.

Как производится композитная арматура

Вся композитная арматура изготовляется в формате стержней, имеющих толщину от 4 до 32 миллиметров. Подобные стройматериалы могут продаваться как в виде стержней, так и в бухтах, длиной более 100 метров.

Существует два основных вида пластиковых армирующих прутов:

Периодическая, которая получается путем использования спирального обматывания;
Гладкая, обсыпающаяся кварцевым песком, для повышения качества сцепления.

Методика соединения

Одним из дополнительных преимуществ композитных стройматериалов является отсутствие необходимости проведения сварочных работ. Все прутья формируются в единый каркас с помощью технологии связывания.

Зачастую в строительной практике применяется специальная вязальная проволока, реже пластиковые стяжки.

Существуют следующие способы использования вязальной проволоки:

Использование специального автоматического пистолета;
Применение строительного крючка для вязания;
Применение механизированного строительного вязального крючка.

Два последних варианта чаще всего используются в строительстве. Это связано с их доступностью, ведь далеко не каждый может себе позволить приобрести специальный автоматический пистолет для связки.

Соединение с помощью пластиковых стяжек.

Диаметр пластиковой арматуры

Из-за определенных конструктивных особенностей, стеклопластиковая арматура имеет несколько параметров, которые характеризуют ее диаметр:

Размер внешнего диаметра композитного стержня определяется согласно расположению выступающих по профилю ребер;
Внутренний диаметр относится конкретно к самому стержню;
Номинальный диаметр относится к цифровому обозначению конкретного профиля.

Все эти параметры не совпадают между собой. Номинальный диаметр меньше внешнего, измеряемого по выступающим ребрам. Следует с особой ответственностью обращать внимание на эти параметры. Это поможет избежать покупки меньших чем необходимо армирующих прутьев.

Существуют некоторые нюансы определения этих размеров стеклопластиковой арматуры. Внешний диаметр изделия определяется также, как и для стальной. Что же касается внутреннего диаметра, то его определить сложнее из-за не идеально круглого сечения стержня.

Несмотря на то, что композитную арматуру позиционируют на рынке как новейший и высокотехнологичный материал, первые опыты её применения известны с 70-х годов прошлого века. В силу различных причин этот вид материала не получил в СССР широкого применения, хотя за рубежом он использовался достаточно активно. Поэтому для России это достаточно новый материал. Изучать достоинства и недостатки, а так же эксплуатационные характеристиках такого вида арматуры будем на основании фактических показателей. Для начала рассмотрим подробнее, что такое композитная арматура, она же пластиковая арматура и она же полимерная арматура.

Что такое композитная арматура

Это арматура, материал которой представляет собой стержни из волокон стекла или базальта, пропитанные связующим на полимерной основе. Встречаются так же варианты изготовления изделий из углеродных и арамидных волокон. Согласно применяемому при изготовлении материалу, такие арматурные стержни называют стекло-, базальто- или углепластиковыми. Внешне определить материал изготовления достаточно легко: стеклопластиковая арматура светлая с желтоватым оттенком, базальто- и углепластиковые стержни – чёрные. Как и металлическая арматура, композитные стержни имеют периодическое сечение для обеспечения требуемых режимов работы в составе армированной бетонной конструкции.

Композитная арматура

Некоторые производители с целью визуально отличить арматуру разных диаметров и для достижения привлекательного внешнего вида вводят в состав сырья цветные пигменты.

Некоторые производители указывают, что цветные прутки обладают улучшенными техническими характеристиками. Это не соответствует действительности. Пигменты, кроме декоративного эффекта, никоим образом не оказывает влияния на качество или эксплуатационные показатели арматуры.

Виды композитной арматуры

Секлопластиковая (АСП) — производится путём смешивания стекловолокна термореактивными смолами, которые выступают в роли связующего. Отличительная особенность этого вида – высокая прочность при малом весе;
Базальтопластиковая (АБП) — в ней качестве основы служит базальтовое волокно, в качестве связующего – органические смолы. Преимущество вида – высокая стойкость к воздействию агрессивных химических сред: щелочей, кислот, газов и солей;
Углепластиковая (АУП) — состоящая их углеводородных волокон и ввиду высокой стоимости не получившая широкого спроса;

Комбинированная (АКК) – состоит одновременно из стекловолокна и волокон базальта.

Полимерная арматура

В состав композитной арматура в качеству связующего вещества входят различные полимеры. Поэтому композитную арматуру также называют полимерной арматурой или полимерной композитной арматурой. Так как композитный материал является несущим а полимер служит лишь для связи композитных волокон, то большее распространение получило название «композитная арматура».

Пластиковая арматура

Англоязычные строители композитную арматуру обозначают как FRP rebar – от англ. Fibre-reinforced plastic rebar. Отсюда пошло обозначение композитной арматуры как пластиковой. Иногда возникает путаница, из-за того что стеклопластиковую арматуру называют пластиковой и наоборот. На самом же деле словосочетание «пластиковая арматура» означает тоже что и «композитная арматура».

Преимущества композитной арматуры

Композитная арматура стремительно завоевывает строительный рынок, благодаря своим выдающимся характеристикам и вытесняет привычную металлическую арматуру. Главные плюсы композитной арматуры:

Стойкость к коррозии, невосприимчивость к воздействию влаги и агрессивных жидкостей значительно повышает долговечность конструкций.
Значительная удельная прочность (высокий предел прочности по отношению к плотности материала), превышает показатели стальной арматуры класса А III в 10-15 раз.
Низкая теплопроводность. Данное свойство позволяет избежать появления мостиков холода в массиве конструкции.
Диэлектричность повышает электробезопасность помещений и позволяет исключить помехи при прохождении радиоволн.
Сравнительно невысокая стоимость.
Удобство при транспортировке в виду малой массы. Композитную арматуру небольших диаметров возможно перевозить в бухтах.

Бухта композитной арматуры легко помещается в багажник легкового автомобиля

Недостатки композитной арматуры.

Как и любой строительный материал, наряду с неоспоримыми достоинствами композитная арматура не лишена и некоторых недостатков, которые необходимо учитывать при проектировании армированных бетонных конструкций. К минусам композитной арматуры относят:

Низкий модуль упругости материала. Данный параметр по сравнению со сталью меньше в 4 раза, что негативно сказывается при работе композитной арматуры на растяжение.
Хрупкость и непластичность. Изменение формы стержня невозможно без нагрева, что создаёт трудности при изготовлении монтажных петель и закладных деталей.
Низкая стойкость к воздействию высоких температур. В отличие от стали, композитный материал теряет свои прочностные свойства уже при температурах порядка 150-300 градусов, в зависимости от вида используемых в производстве волокон (стеклопластик или базальтопластик).

Область применения композитной арматуры

Благодаря своим эксплуатационным характеристикам композитную арматуру возможно применять в широком спектре конструкций здания и объектов инфраструктуры, а так же при производстве ремонтных работ. Такой материал используют:

в конструкциях, испытывающих воздействие агрессивной среды: фундаментах зданий, конструктивных элементах зданий химической и пищевой промышленности, сельскохозяйственных объектах;
для укрепления оснований под строительными конструкциями различного назначения;
в малоэтажном частном домостроении;
в дорожном строительстве: в качестве армирования дорожного полотна, при сооружении и укреплении откосов насыпей, для укрепления смешанных элементов дороги (к примеру, асфальтобетон — рельсы), армирование проезжей части пролётных строений (мостов);

при ремонте железобетонных конструкций в случае невозможности устройства слоя раствора значительной толщины;
для изготовления поперечных связей в зданий со стенами, возведёнными из разного вида материалов (газосиликатные блоки + кирпич, кирпич + бетон и т.д.);
для слоистой кладки из мелкоштучных элементов с гибкими связями;

конструкции жилых, гражданских и промышленных зданий, при изготовлении которых не требуется предварительное напряжение арматуры;
в элементах конструкций, в процессе эксплуатации которых возможна электрохимическая коррозия под воздействием блуждающих токов;
в горных выработках для укрепления грунта при проходке тоннелей.

Использование композитной арматуры для слоистой кладки мелкоштучных элементов. Благодаря своей коррозионной стойкости композитная арматура не подвержена агрессивному воздействию среды на границе слоёв. Металл в этом случае может ржаветь.

Технология производства композитной арматуры

Ввиду схожести процесса изготовления наиболее популярных видов композитной арматуры – стекло- и базальтопластиковой, рассмотрим для примера технологию производства стеклопластиковых арматурных стержней. Технологический процесс предельно автоматизирован, протекает при минимальном участии человека и включает в себя следующие этапы:

Подготовка сырья. На этом этапе алюмоборосиликатное стекло расплавляют в печах до состояния тягучей массы, которую затем вытягивают в нити толщиной порядка 10-20 микрон. Полученные нити, предварительно обработав составом на основе масла, собирают в более толстый пучок, называемый ровингом.
При помощи шпулярника – специального механизма, позволяющего подавать одновременно до 60 нитей ровинга, стеклонити подаются в механизм натяжения.

После выравнивания напряжения, нити, расположенные в определённом порядке, подвергают термической обработке горячим воздухом для удаления влаги, масла и различного вида загрязнений.
Очищенный и скомпонованный ровинг погружают в ванну с разогретыми до жидкого состояния связующими смолами для тщательной пропитки.
Пропитанные нити направляются в фильеру – устройство, посредством протяжения через которое добиваются получение стержня нужного диаметра. В случае изготовления арматуры со спиральной обмоткой стержень параллельно обматывают нитью ровинга заданной толщины.
Сформированный стержень попадает в туннельную печь для полимеризации связующего состава.
Охлаждение полученной арматуры проточной водой.
В зависимости от диаметра полученных изделий их либо сматывают на специальном оборудовании в бухты, либо режут на хлысты заданной длины.

шпулярник — устройство подачи волокон для соединения в одну нить

Сравнение технических характеристик композитной и традиционной стальной арматуры

Характеристика	Стальная арматура класса АIII	Композитная арматура
Плотность, кг/куб.м	7850	1900
Относительное удлинение, %	14	2,2
Предел прочности при растяжении, МПа	390	1100
Модуль упругости, МПа	200000	41000
Выпускаемый диаметр, мм	6 — 80	4 – 24 – отечественная 6 – 40 — импортная
Равнопрочная замена при нагрузке 25000 кг/кв.м	Диаметр 8 А III, ячейка 140х140 мм., масса 5,5 кг/кв.м	Диаметр 8 мм, ячейка 230х230 мм., масса 0,61 кг/кв.м
Замена диаметра арматуры при равных прочностных характеристиках, мм.
Выпускаемая длина, м.	6 — 12	6 – 12 или по заказу

Особенности армирования конструкций композитной арматурой

Для мастера, имеющего опыт работы с обычной арматурой, армирование композитными материалами не доставит никаких сложностей. Как и при работе со стальными прутками, диаметр стержней и размер ячеек при укладке композитной арматуры определяется расчётом исходя из требуемой несущей способности конструкции. Арматурные стержни в случае заливки монолитных конструкций размещаются в опалубке с определённым шагом и увязываются между собой вязальной проволокой или обычными электротехническими пластиковыми хомутами нужной длинны. Последний вариант возможен благодаря небольшой массе прутков арматуры.

Крепление арматурной сетки хомутами

Следует учесть, что при использовании для быстрого крепления вязальной проволоки понадобятся специальные приспособления – вязальный крючок или автоматическая вязальная машинка. При использовании пластиковых хомутов крепление производится вручную.

Для соединения композитной арматуры удобны в использовании специальные арматурные клипсы, которые также делают из пластика.

Соединение арматурными клипсами.

Арматурные клипсы.

Сварка композитной арматуры невозможна ввиду диэлектрических свойств материала, сборка сеток и каркасов осуществляется одинаковым способом.

Расчёт композитной арматуры производится по тем же принципам, что и для металлической. За тем лишь исключением, что полученные при расчёте металлические прутки заменяют прутками из композитной арматуры другого диаметра с аналогичными прочностными характеристиками. Подробно о расчёте арматуры для фундамента Вы можете прочитать в статье: .

Для дистанцирования сеток при заливке полов выпускаются специальные приспособления, которые возможно приобрести на любом строительном рынке или магазине стройматериалов. Их ещё называют креплениями или фиксаторами для арматуры. Подробнее о различных видах фиксаторов и их особенностях Вы можете прочитать в специальной статье: .

Фиксаторы для арматуры позволяют выставлять нужное расстояние между сетками арматуры, стенками и основанием фундамента

Изгиб прутков такой арматуры в условиях строительной площадки невозможен – стержень или сломается под нагрузкой или вернётся в исходное состояние после снятия изгибающего усилия. В случае необходимости получения изогнутого элемента, его необходимо по своим чертежам заказывать у производителя, так как придать любую форму стержню возможно только на стадии его изготовления.

Изогнутая композитную арматуру получают в процессе её производства.

Выбор и стоимость композитной арматуры

На рынке предоставлена арматура двух видов: гладкого и периодического сечения. При этом гладкая арматура имеет покрытие, содержащее в своём составе песок для лучшего сцепления с бетоном. Риск использования гладкого прутка в том, что в случае некачественного изготовления слой песчаного покрытия может отслаиваться и эффективность такого армирования конструкции будет сведена практически к нулю. Следует так же принять во внимание, что арматура с периодическим сечением воспринимает нагрузку и работает в составе конструкции лучше, чем гладкая, поэтому для использования в ответственных несущих элементах здания желательно остановить свой выбор именно на этом виде.

Стоимость одного погонного метра арматуры зависит от диаметра. В среднем композитная арматура диаметров 4 мм стоит 5-10 рублей за погонный метр (п.м.);

6 мм. — 10-15 рублей за п.м.;

8 мм. — 15-20 рублей за п.м;

10 мм. — 20-25 рублей за п.м.

Кроме того стоимость арматурных прутков из композитных материалов напрямую зависит от производителя и места расположения производства. К примеру, стоимость погонного метра арматуры одинакового сечения Обнинского завода и производителя из Нижнего Новгорода различается более чем на рубль, продукции я же зарубежных производителей будет ещё дороже. С первого взгляда небольшая разница в цене при подсчёте необходимых объёмов материала может оказаться не такой уж и незаметной, ведь для армирования площадки 10 х 10 м. одной арматурной сеткой с ячейкой 20 х 20 см. понадобится 1000 метров арматуры. При закупке же армирующего материала на достаточно крупный объект разница в сумме может стать весьма внушительной.

Использование композитной арматуры в строительстве позволяет эффективно экономить средства не только за счёт низкой стоимости по сравнению со стальными прутками. Ввиду своей низкой массы она существенно снижает вес конструкции, что в свою очередь позволяет уменьшить габаритные размеры фундаментов и прочих несущих элементов, экономя при этом затраты на бетон.

Железобетонные конструкции традиционно укрепляются металлическим прутом, но все популярнее становится альтернативный вариант – стеклопластиковая арматура. Она заменяет сталь благодаря высоким эксплуатационным и техническим характеристикам. Растущая популярность пластиковой арматуры объясняется и невысокой ценой по сравнению с металлическими аналогами.

Описание

Производство и характеристики, так называемой композитной арматуры для бетонных монолитов и конструкций, регламентировано разработанным по ISO 10406-1:2008 ГОСТ 31938-2012. На основу из специально подготовленного стекловолокна наматывается высокопрочная углеродная нить. Она улучшает адгезию с бетоном за счет своего спиралеобразного профиля.

Основным элементом композитной стеклопластиковой арматуры является ствол, изготавливаемый из прочных, расположенных параллельно друг к другу волокон, объединенных полимерной смолой, спеченной при высокой температуре. Ствол покрывается волокнистой структурой наносимой методом напыления или навивки в двух направлениях.

Согласно СНиП 52-01-2003 использование современной стеклопластиковой арматуры возможно в качестве полноценной замены металлическому армированию. Каждый производитель указывает технические условия на свою продукцию, которая может использоваться в стенах, перекрытиях, подвалах и других бетонных конструкциях. Обязательно предоставление сертификатов качества, основанных на экспертизах и протоколах испытаний в лабораториях.

Виды

Стеклопластиковая арматура классифицируется по типам используемых в производстве материалов. 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.

Показатель	АСП	АБП	АУК	ААК
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 большой выбор стеклопластиковой арматуры по толщине. Это дает возможность сделать как тонкую сетку в 4 мм, так и прочный армирующий каркас диаметром в 32 мм для несущих конструкции. Она поставляется в виде нарезных хлыстов или бухтами длиной до 100 м.

Этот материал выпускается двух видов профиля:

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 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.

Характеристики

Композитная арматура оценивается по техническим параметрам. Этот материал имеет сравнительно малую плотность. Поэтому вес погонного метра стеклопластиковой арматуры, в зависимости от диаметра - от 20 до 420 г.

Пластиковая арматура имеет постоянный шаг навивки - 15 мм. Это оптимальная величина, чтобы при минимальной затрате материала, обеспечить высокий уровень адгезии с бетонным раствором.

Технические характеристики арматуры из стеклопластика сведены в таблицу:

Плотность (кг/м³)	1.9
1200
Модуль упругости (МПа)	55 000
Относительное удлинение (%)	2.3
Зависимость «напряжение-деформация»	Прямая линия с упруголинейной зависимостью вплоть до разрушения
Линейное расширение (мм/м)	9-11
Устойчивость к коррозийным средам	Высокая, не ржавеет
Теплопроводность (Вт/м⁰С)	0.35
Электропроводность	Диэлектрик
Диаметр (мм)	4-32
Длина	Произвольная длина по требованию заказчика

Особенности производства и монтажа

Любой вид стеклопластиковой арматуры производится из сырьевого волокна, связанного полимерными смолами, в который добавляется отвердитель и ускоритель твердения. Все компоненты определяются производителями в зависимости от применяемых технологий, от типа и назначения элементов, которые будут армироваться изготовленной стеклопластиковой арматурой.

Материал производится на специальных технологических линиях. Сначала стекловолокно пропитывается смолой, отвердителем и ускорителем реакции. После этого оно пропускается через фильер, где отжимается лишняя смола. Тут же стекловолокно уплотняется, и приобретает форму – условно гладкую или с анкерными ребрами и технологически заданный диаметр.

На следующем этапе происходит вязка композитной стеклопластиковой арматуры – на нее наматывается дополнительная навивка в виде жгута, чтобы повысить адгезию. После этого она направляется в печь, где полимерные смолы с отвердителем схватываются. Полученные изделия укладываются в бухты или разрезаются на хлысты нужной длины.

Скрепляются прутки пластиковыми хомутами или зажимами. Край армирующей сетки должен отступать от опалубки на 50 мм, что позволит создать защитный слой из бетона . Это делается подручными средствами или пластиковых фиксаторов. Если прут выступает за пределы опалубки, ее нужно обрезать ножовкой по металлу или болгаркой с алмазным или абразивным кругом.

Согнуть стеклопластиковую арматуру на площадке без специального оборудования невозможно. После того, как на прут перестает действовать усилие, он снова возвращает первоначальную форму. Если размягчить его температурой, и все же согнуть, он потеряет расчетные характеристики. Единственный выход – заказать предварительно изогнутый стеклопластиковый элемент на заводе, в этом случае они полностью будут отвечать техническим и эксплуатационным требованиям.

Заключение

Композитная арматура вполне может заменить традиционную конструкцию из металла. Она превосходит стальное армирование по многим параметрам. Она используется при строительстве стен, фундаментов и других конструктивных элементов из блоков и кирпичей, все чаще ее применяют для армирования цельных бетонных монолитов.

Применение стеклопластиковой композитной арматуры существенно снижает массу конструктивных элементов, что позволяет дополнительно сэкономить на фундаменте. К ограничениям применения этого материала относят требования пожарной безопасности на отдельных промышленных предприятиях, в остальных случаях она является лучшей альтернативой металлу.