Высокий предел прочности на растяжение. Этот показатель достигает 1200 МПа, что более чем в четыре раза превосходит характеристики стальных прутков, которые способны стойко воспринимать продольные нагрузки.
Стальная арматура
Армирование с помощью стали активно применяется уже более ста лет и служит для улучшения прочности бетона на растяжение. Это становится необходимым, поскольку прочность бетона на растяжение составляет всего 10-15% от его прочности на сжатие. Стальная арматура помещается в нижней части балки, и если бетон начинает трескаться — даже если трещины не видны, — сталь берёт на себя нагрузку на растяжение. Однако существует и серьезный недостаток стали: со временем влага, а также хлорные соединения и кислород могут проникать в бетон, что ведет к коррозии арматуры. Если коррозия достигнет критического уровня, это может привести к снижению прочности бетона на растяжение или изгиб. Данная проблема особенно актуальна для конструкций, подверженных воздействию противообледенительных солей, как, например, это происходит с мостами. Стальные прутья имеют разные назначения:
- Монтажные прутья предназначены для создания каркасов.
- Распределительные используются для равномерного распределения нагрузки и фиксирования конструкции.
- Рабочие прутья предназначены для усиления фундаментных и балочных элементов, так как они обладают высокой стойкостью на растяжение.
- Анкерная арматура актуальна при строительстве различных инженерных сооружений, технологий и трубопроводов.
Арматура также классифицируется на поперечную и продольную, что обуславливает различия в восприятии нагрузок. Продольная арматура предотвращает образование вертикальных трещин, а поперечная — защищает от повреждений, вызванных скользящими напряжениями в бетоне.
Сварка может быть использована для соединения арматуры, что значительно упрощает монтаж. К преимуществам стальных прутьев можно отнести:
- Высокую стойкость к огню;
- Отличную адгезию;
- Универсальность в применении.
Арматура из стеклопластика
Стеклопластиковая арматура представлена в различных размерах и классах, предназначенных для нескольких областей применения. В ее производстве используются стекловолокно, базальт, арamid и углерод. Для пропитки стержней применяются термостойкие смолы, такие как эпоксидная, эпоксидно-диановая и винил-эфирная. Для повышения сцепления с бетоном арматура имеет спиралевидные ребра жесткости. Иногда используют песчаную обсыпку для улучшения сцепления.
Однако стоит отметить, что такие стержни невозможно сгибать в полевых условиях. Кроме того, этот материал не обладает высокой огнестойкостью и вследствие этого заметно уступает металлу по этому критерию. Несмотря на обозначенные недостатки, стекловолоконная арматура обладает широким спектром преимуществ:
- Небольшой вес;
- Непроницаемость для влаги и химических веществ;
- Прочность на разрыв превосходит прочность стальной арматуры почти в три раза;
- Низкий коэффициент теплового расширения значительно снижает риск возникновения трещин;
- Стеклопластиковая арматура обладает низкой теплопроводностью, что позволяет избежать мостиков холода при строительстве зданий.
- Стекловолокно является диэлектриком и не проводит электрический ток;
- Монтаж и транспортировка также достаточно простые;
- Большой выбор сечений и форм.
Благодаря такому внушительному набору достоинств, стекловолоконная арматура активно применяется в строительстве жилых, промышленных и хозяйственных зданий, а также в дорожных покрытиях.
Технические особенности стеклопластиковой арматуры
Прутки диаметром от 4 до 12 мм имеют многослойную структуру, основой которой служит стержень из пропитанных эпоксидной смолой стеклопластиковых (базальтовых и углеродных) волокон. На такую основу накручиваются и наплавляются пластиковые жгуты, что придаёт дополнительную прочность. Поверхность готовых изделий может быть как ребристой, так и гладкой с песчаным напылением, а также комбинированной, при которой слой песка наносят на поверхность ребер.
- Привлекательная цена. Использование полимеров позволяет снизить затраты на 25-30% по сравнению со сталью, учитывая расходы на сырьё, транспортировку и хранение, при одинаковом расходе материала.
- Устойчивость к коррозии. Пластиковые стержни не подвержены ржавению, не меняют размеры при контакте с агрессивной средой, в том числе с солёной водой. Также возможно размещение арматуры в непосредственной близости к опалубке.
- Долговечность. Ожидаемый срок службы составляет не менее 100 лет.
- Прочность на изгиб и растяжение. Материал подходит для возведения конструкций, которые будут подвергаться продольным деформациям. Учитывая эту характеристику, можно использовать более тонкие прутки по сравнению с металлической арматурой.
- Небольшой удельный вес. Это позволяет снизить затраты на транспортировку, уменьшить сроки монтажа, а также облегчить массу конструкций и изделий.
- Низкая теплопроводность. Это помогает избежать появления мостиков холода, которые могут образовываться в железобетонных стенах.
Для беспристрастного сравнения композитной арматуры со стальной, важно рассмотреть и слабые стороны полимерного материала:
- Ограниченный температурный диапазон. При низких температурах пластик становится хрупким, а при высоких — мягким, что ограничивает его применение в различных климатических зонах и отраслях.
- Слабая жесткость. Это ограничивает использование арматуры в плоских фундаментах и плитах перекрытия, так как конструкции могут прогибаться под собственным весом, что приводит к образованию трещин.
- Сложный монтаж. Гибкие прутки могут отклоняться от оси во время заливки раствора, что усложняет процесс. К тому же изделия нельзя сваривать или сгибать при создании углов конструкции.
Пластиковая арматура находит применение в нескольких отраслях. Она используется в несущих конструкциях, расположенных на прочном основании, а также в сооружениях, эксплуатирующихся в условиях повышенной влажности, таких как причалы, доки, стены каналов, дренажные системы и опоры для легких сетчатых ограждений.
Особенности стальной арматуры
Сравнение между композитной и металлической арматурой можно считать достаточно серьезным, так как оно обусловлено различиями в составе и физическими свойствами данных изделий. Стальные стержни изготавливаются из низколегированных марок с применением технологии холодного проката. Поверхность арматуры может быть как гладкой, так и рифленой, с косыми или прямыми ребрами. Диаметр прутов варьируется от 6 до 80 мм, а максимальная длина одной секции может достигать 12 м.
Достоинства стальной арматуры следующие:
- Высокая прочность на изгиб и растяжение позволяет гарантировать устойчивость форм и размеров конструкций, которые подвергаются как вертикальным, так и горизонтальным нагрузкам.
- Широкий диапазон температур в процессе эксплуатации. Сталь сохраняет свои свойства при экстремальных температурах, что позволяет использовать ее как каркас для огнеупорных конструкций.
- Долгий срок службы обеспечивается при условии, что бетон, в который она встроена, обладает высокими показателями морозостойкости и водонепроницаемости.
- Большие возможности монтажа. Стальные прутья можно гнуть на месте установки, сваривать, соединять с помощью проволоки и стяжек.
- Широкий ассортимент продукции, о который варьируются по длине, сечению, составу и рельефу поверхности, открывает практически неограниченные возможности для использования в различных сферах.
- Большой удельный вес. Тяжелые прутья затрудняют их переноску, транспортировку и укладку в опалубку, что также увеличивает массу готовых конструкций и сооружений.
- Высокая теплопроводность. При низких температурах металлы предрасположены к замораживанию конструкций, так как холод передается от них на внутренние поверхности.
- Склонность к ржавчине. Это происходит из-за контакта с водой, химическими реагентами и возникновением блуждающих токов.
- Сложности с хранением. Необходимо защищать материалы от влаги и укладывать их на ровной поверхности, чтобы избежать искривления под собственным весом.
- Ограниченные размеры прутьев. Для создания длинных каркасов требуется дополнительное время, усилия и средства на их стыковку.
Область применения охватывает все сферы промышленности. Стальная арматура активно используется при строительстве как жилых, так и хозяйственных зданий, инженерных структур, плит для создания дорог, заборов, площадок, памятников и монументов.
Достоинства и недостатки
- Композитные стержни более легкие по сравнению со стальными прутьями аналогичного объема. Благодаря этому их использование позволяет снизить нагрузку на фундамент зданий.
- Стеклопластик демонстрирует повышенную прочность при меньшем весе, а также более высокую устойчивость к разрывам по сравнению с металлом.
- Композитная арматура не подвержена окислению при контакте с водой и агрессивными веществами. В отличие от металлических аналогов, она не ржавеет.
- Полимерные волокна имеют меньшую теплопроводность по сравнению со сталями, что позволяет избежать возникновения мостиков холода в сооружениях.
- Металлические каркасы могут создавать помехи для радиосигналов, мобильной связи и работы высокоточных приборов. Стеклопластиковая арматура не имеет этого недостатка, так как она является диэлектриком.
Композитные прутья характеризуются высоким модулем упругости. Это означает, что они легче и больше прогибаются под механическими нагрузками по сравнению со стальными аналогами. При проектировании зданий с использованием стеклопластика необходимо помнить о важности точных расчетов, чтобы избежать деформации бетонных перекрытий.
Полимерные стержни, в отличие от металлических, не могут быть соединены методом сварки. Также нежелательно их сгибание вручную. При соединении прутков стоит использовать специальные петли, чтобы образовать композитную сетку. Если необходимо создать арматуру с изогнутыми под определенным углом прутками, следует заказать их у производителя.
Надежность и долговечность стальной арматуры были проверены временем. Композитные аналоги пока являются новинкой на строительном рынке в Казани. Заявленный срок службы стеклопластика составляет 50-80 лет, хотя это значение пока не подтверждено реальными условиями эксплуатации.
Сфера применения
Стеклопластиковая арматура может быть использована в тех же областях, что и металлическая:
- Укрепление фундаментов и оснований.
- Армирование конструкций, выполненных из бетона.
- Укладка дорожного покрытия.
- Строительство опор для линий электропередач.
- Создание мостов, причалов и доков.
- Укрепление береговых зон.
- Строительство ограждений и заборов.
- Монтаж систем для дренажа, мелиорации и других водных систем.
В отличие от металлической арматуры, стеклопластиковая имеет заметное преимущество при эксплуатации в условиях высокой влажности, поэтому в проектах, где конструкции постоянно контактируют с водой, ей стоит отдать предпочтение.
Какая арматура лучше?
Несмотря на утверждения маркетологов, композитная арматура не смогла и, вероятно, не сможет полностью заменить арматуру из стали в ближайшие годы
По меньшей мере, это верно для капитальных строений, таких как мосты, многоэтажные здания и прочие ключевые конструкции. Основной причиной этого являются недостаточная прочность на изгиб и сжатие, а также низкий уровень модуля упругости, характерные для неметаллического армирования.
Армирование с использованием стали по-прежнему будет играть важную роль при производстве несущих железобетонных элементов, которые должны выдерживать высокие статические и скользящие нагрузки, например балки, перекрытия и ригели.
Недорогие композитные арматуры находят свою нишу в малоэтажном каркасном строительстве, где их прочность и жесткость вполне достаточны для восприятия незначительных нагрузок. Композиты также востребованы в создании инфраструктуры, работающей в условиях повышенной влажности, такой как береговые сооружения и мелиоративные системы.
2 Прочность на изгиб
Этот показатель зависит от модуля упругости подтверждаемого материала. Для стали марки Ст3 значение равняется 200 ГПа (гигапаскалей), в то время как для стеклопластика этот показатель составляет 30–55 ГПа. Это означает, что если арматура будет использоваться в конструкциях, гдеительная на изгиб (все виды плавающих фундаментов, перекрытия и балки, перемычки над проемами и ригели зданий), диаметр стеклопластиковой арматуры должен быть больше, чем у стальной. На сколько именно — этот вопрос требует точного расчета конкретной конструкции. К сожалению, методика подобного расчета была разработана лишь для железобетона (СНиП 63.13330.2012), и для бетона с композитным армированием эти методики на данный момент не существуют.
Практика показывает, что при использовании стеклопластиковой арматуры в вышеупомянутых конструкциях стоит увеличивать коэффициент армирования приблизительно на 20% или диаметр прутков на 4 мм (по сравнению со стальными), что может ставить под сомнение экономическую целесообразность применения композитного материала в таких случаях.
3 Прочность на разрыв
У стеклопластиковой арматуры прочность на разрыв составляет более 1,1 ГПа, а у стали — всего 390 МПа, что делает ее примерно в три раза менее прочной. Кроме того, относительное удлинение при разрыве (измеряемое в процентах от первоначальной длины) у стеклопластиковой арматуры меньше в 10 раз. Это означает, что в конструкциях, которые в большей степени испытывают растягивающие нагрузки (например, свайные фундаменты и вертикальное горизонтальное армирование ленточных фундаментов, которые находятся на значительной глубине), стеклопластиковая арматура может быть использована в меньших диаметрах по сравнению с металлической. Однако здесь также актуальна проблема: методики для точного расчета стеклопластика в подобных случаях на сегодняшний день не разработаны.
Теплопроводность имеет значение в первую очередь в стеновых кладочных конструкциях, где поясное армирование порой приводит к образованию мостиков холода. В этой области стеклопластиковая арматура значительно выигрывает, так как её теплопроводность в 13 раз ниже, чем у стали.
