32.7 Стеклопластик или сталь — новые технологии бетонных работ

3_44153Прошедший и нынешний века можно по праву назвать веками композитных материалов. Композитами принято называть комбинированные материалы, состоящие не менее чем из двух веществ, не обладающих порознь определенным набором свойств, которые получаются, если соединить эти вещества вместе. Важно отметить, что композитными считаются материалы, состоящие из матрицы и наполнителя. Примером самого простого композита является железобетон. В этом материале стальная арматура используется в качестве матрицы, а бетон в качестве наполнителя. Рост цен на сталь привел к тому, что на смену привычной железной арматуре в железобетоне стремятся ввести стеклопластиковую арматуру. Данная статья посвящена оценке достоинств и недостатков стеклопластиковой арматуры, а так же ограничений на её использование в капитальном строительстве.

Что такое стеклопластиковая арматура и способы её производства

Арматура из стеклопластика была изобретена давно. Достаточно сказать, что ещё в шестидесятые годы в США, Японии и СССР были построены опытные здания по монолитной технологии, в которых вместо стальной применили арматуру, изготовленную на основе стекловолокна. Интересно, что все эти здания до сих пор служат людям. В США и Японии с тех времен стеклопластик заменил сталь во многих конструкциях, а в СССР посчитали нецелесообразным применение такой арматуры и о ней забыли на полвека.

Однако реалии современных рыночных тенденций заставили уже российских строителей снова вернуться к забытой теме, так как стоимость стальной арматуры сегодня слишком высока, чтобы не попытаться использовать преимущества арматуры из стеклопластика, которая и дешевле, и по некоторым параметрам превосходит стальную. Итак, из чего и как производят стеклопластиковую арматуру?

Если взять два прутка арматуры одинакового диаметра – из стали и стеклопластика – в руки, то можно обнаружить, что чисто внешне они выглядят практически одинаково. Ребристая поверхность, образованная вокруг стержня, которая предназначена для надежной фиксации в бетоне. На этом сходство заканчивается. Пруток стеклопластиковой арматуры значительно легче, он теплый на ощупь и его практически невозможно согнуть. В то время как пруток стальной арматуры можно согнуть и даже сломать, приложив некоторые усилия. Сталь тяжела и холодная на ощупь.

В этих различиях кроется разница в технологии получения арматуры и применяемых материалах. Стеклопластиковую арматуру получают из ровинга – волокна, получаемого из расплава стекла. Кстати, ровинг можно получать из расплава базальта. Тогда арматура будет называться базальтопластиковой. Она более прочная по сравнению со стеклянной.

Нити ровинга подаются в натяжитель, который формует стержень будущей арматуры, и пропиточную ванну, в которой ровинг насыщается полимерной смолой. По выходу на него наматывается обвивка, далее может следовать бункер песчаной посыпки, если хотят получить посыпную арматуру. Чаще всего используют обычную арматуру. Поэтому бункер оставляют пустым или вообще исключают его из линии. Далее идет туннельная печь длиной не менее 6 м, в которой осуществляется нагрев и полимеризация арматуры. За печью следует охладитель с проточной водой и автомат нарезки прутков по заданным размерам. Так за считанные минуты из ровинга и эпоксидного компаунда получают стеклопластиковую арматуру.

Недостаток поточного метода получения арматуры очевиден. Невозможно получить гнутую арматуру. Попытки согнуть стеклопластиковую арматуру не приведут к успеху. Поэтому для производства стеклопластиковой арматуры со скруглениями используют отдельные линии. Полный цикл производства стеклопластиковой арматуры включает и линии по напрессовке стальных наконечников для возможности подварки стеклопластика к металлу.

Достоинства и недостатки стеклопластиковой арматуры

По сравнению со стальной арматура из стеклопластика имеет следующие достоинства:

  • Удельная масса стеклопластиковой арматуры меньше стальной в пять раз
  • Прочность на разрыв стеклопластиковой арматуры больше стальной в три раза
  • Арматура из стеклопластика пропускает электромагнитные волны, она радиопрозрачна
  • Арматура из стеклопластика не проводит тепло
  • Для армирования стеклопластиком можно использовать период меньшего диаметра по сравнению со стальной арматурой

Но кроме достоинств, композитная арматура имеет и ряд недостатков, некоторые из которых существенно ограничивают область её применения. К недостаткам относятся следующие свойства:

  • Стеклопластиковая арматура имеет низкий модуль упругости по сравнению со стальной
  • Полимерные наполнители не могут выдерживать высокие температуры
  • Стеклопластик нельзя сварить друг с другом
  • Есть определенные сложности с получением арматуры с заданным радиусом кривизны
  • На основе стеклопластиковой арматуры невозможно получить предварительно напряженные конструкции

Недостатки стеклопластиковой арматуры ограничивают места её применения. Рассмотрим эти ограничения подробнее.

Ограничения на применение стеклопластиковой арматуры

stekloplastikovaya_armatura_primenenie_2Низкий модуль упругости стеклопластиковой арматуры не позволяет применять её в изделиях, предназначенных для распределения нагрузки. Например, в балках, плитах перекрытия и т.п. Это может привести к тому, что конструкция сначала прогнется, а потом сломается. Эта проблема, кстати, тесно связана с невозможностью создать предварительное напряжение в стеклопластиковой арматуре. Металл, обладая большим модулем упругости, допускает сохранение своих упругих свойств после снятия нагрузки натяжения, а стеклопластик их не имеет в принципе в силу конструкционных особенностей материала.

Полимеры, которыми пропитывается стеклянный, базальтовый и даже карбоновый ровинг, не может выдержать температуры выше 250 градусов без потери своих прочностных показателей. Это сильно ограничивает круг применения композитной арматуры, так как в случае пожара здание потеряет опору на арматурный каркас и рухнет. Стальная арматура здесь тоже вне конкуренции.

Стеклопластиковые прутки невозможно сварить друг с другом подобно тому, как поступают со стальной арматурой, если это требуется по технологии армировки. Правда, последние исследования показали, что способ соединения арматуры в пространственный каркас не оказывает решающего влияния на прочность конструкции. Поэтому даже стальную арматуру сегодня соединяют методом вязки отожженной стальной проволокой. Этот же способ хорошо подходит и для соединения стеклопластиковой арматуры между собой.

А вот задать кривизну стеклопластиковой арматуре можно только в производственных условиях. В то время как стальную можно загнуть как нужно прямо на площадке. Этот недостаток часто тоже является камнем преткновения в использовании стеклопластиковой арматуры.

Выводы по применению арматуры из композитных материалов следующие:

  • Выгодно заменять стальную арматуру композитной в случае больших отливок  для фундаментов. Например, при отливке монолитной плиты под дом или для укрепления бетонного полотна автомобильной дороги.
  • Допускается применение композитной арматуры в ленточных и столбчатых фундаментах. Однако в подобных отливках всегда имеются скругленные детали, которые необходимо или заменять стальной арматурой или заказывать их в индивидуальном порядке.
  • Хорошие результаты показало вертикальное армирование малоэтажных строений, возводимых по технологии несъемных опалубок.
  • Предпочтение арматуре из стеклопластика отдают многие строительные организации и проектные институты при возведении и проектировании зданий с многослойными утепленными ограждающими конструкциями. Отрезки арматуры в этих зданиях используют в качестве гибких связей.