Композитная арматура (англ. fibre-reinforced plastic rebar, FRP rebar) — неметаллические стержни из стеклянных, базальтовых, углеродных или арамидных волокон, пропитанных термореактивным или термопластичным полимерным связующим и отверждённых. 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. Отличия от стальной арматуры
Высокая удельная прочность
Удельная прочность АСП в 15 раз выше удельной прочности стальной арматуры АIII.
Коррозионная стойкость
Композитная арматура не подвержена воздействия воды и солей, поэтому ее применение может быть оправдано применением в армировании конструкций подверженных воздействия воды, особенно морской, и других агрессивных сред.
Низкая тепло и электропроводность
Не создает мостиков холода. Не создает помех радиоволнам.
Не создает наводящих токов и магнитных полей.
Высокая транспортабельность
Композитная арматура малого диаметра перевозится в бухтах.
Экологически чистый материал
Не наносит вред окружающей среде, не токсичен при разложении. Не абсорбирует в себе радиацию.
Одинаковый температурный коэффициент расширения с бетоном
При изменении температуры окружающей среды, расширяется и сужается вместе с бетонными конструкциями, не допуская растрескивания и трещин.
2. Стеклопластиковая арматура
Стеклопластиковая арматура (АСП)— композитная арматура, изготавливаемая из стекловолокна, придающего прочность, и термореактивных смол, выступающих в качестве связующего. Одним из плюсов стеклопластиковой арматуры являются малый вес и высокая прочность. Имея высокую прочность и коррозийную стойкость, является альтернативой арматуре из металла.
3. Базальтопластиковая арматура
Базальтопластиковая арматура (АБП) — композитная арматура, изготавливаемая из базальтового волокна и смолы. Существенным отличием данного строительного материала от перечисленных выше — является более высокая стойкость к агрессивным средам. Однако, несмотря на высокую огнестойкость базальтового волокна, жаропрочность базальтовой арматуры не отличается от стеклопластиковой, так как полимерная матрица не в состоянии выдержать температуры выше 160 С.
4. Кратко о применении композитной арматуры
В России применение композитной арматуры с каждым годом увеличивается. Появляются крупные проектные и строительные компании, массово использующие в строительстве композитную арматуру. Этому способствует появление нормативных документов: ГОСТ 31938-2012, СНиП 52-01-2003, СП.
Полимеркомпозитная арматура и АНК-С применяется в армогрунте, габионах, в креплении горных выработок стеклопластиковыми анкерами, крепление грунта по трассе проходки тоннелей, в буроинъекционных анкерных микросваях с тягой из стальной или неметаллической композитной арматуры, закрепляемой в скважине путём инъекции цементного раствора.
Стеклопластиковая арматура рекомендована для применения в качестве рабочей арматуры в бетонных конструкциях, используемых в районах с сейсмичностью 7-9 баллов.
Для несущих элементов погружных и буроинъекционных нагелей возможно применение АНК взамен следующих видов стальной арматуры: - горячекатаная арматурная сталь периодического профиля класса АIII (A 400), AIV (A 600), AV (A 800) по ГОСТ 5781; - термомеханически упрочненная арматурная сталь периодического профиля класса Ат400с, Ат500с, Ат600, Ат600с, Ат800 по ГОСТ 10884; - сталь арматурная винтового профиля по ТУ-14-2-686-86, ТУ-14-1-5492-2004.
АНК может быть использована для укрепления грунтового основания под различными строительными конструкциями, в т.ч. под водопропускными сооружениями, заложенными в теле насыпей различного назначения.
5. Сравнительная характеристики композитной и металлической арматуры
| Характеристики | Металлическая арматура класса А-III (А400С) ГОСТ 5781-82 | Неметаллическая композитная арматура (АСП — стеклопластиковая, АБП — базальтопластиковая) |
|---|---|---|
| Материал | Сталь 35ГС, 25Г2С и др. |
АСП — стеклянные волокна диаметром 13-16 микрон связанные полимером; АБП — базальтовые волокна диаметром 10-16 микрон связанные полимером |
| Удельный вес | По строительным нормам | Легче металлической арматуры |
| Временное сопротивление при растяжении, МПа | 390 |
600-1200 — АСП (с увеличением диаметра временное сопротивление растяжению уменьшается, например АСП8-1200, АСП16-900, АСП20-700) 700—1300 — АБП |
| Модуль упругости, МПа | 200 000 |
45 000-АСП 60 000-АБП |
| Относительное удлинение, % | 14 | 2,2-АСП и АБП |
| Характер поведения под нагрузкой (зависимость «напряжение-деформация») | Кривая линия с площадкой текучести под нагрузкой | Прямая линия с упруголинейной зависимостью под нагрузкой до разрушения |
| Коэффициент линейного расширения αх*10-6/°C | 13-15 | 9-12 |
| Плотность, т/м³ | 7,85 | 1,9-АСП и АБП |
| Коррозионная стойкость к агрессивным средам | Корродирует с выделением продуктов ржавчины | Нержавеющий материал первой группы химической стойкости |
| Теплопроводность | Теплопроводна | Нетеплопроводна |
| Электропроводность | Электропроводна | Неэлектропроводна — диэлектрик |
| Выпускаемые профили | 6-80 | Россия: 4-20. Иностранные поставщики 6-40 |
| Длина | Стержни длиной 6-12 м (унифицированный размер — в связи с требованием перевозки) | Любая длина по требованию заказчика |
| Экологичность | Экологична | Экологична — не выделяет вредных и токсичных веществ |
| Долговечность | По строительным нормам | Прогнозируемая долговечность не менее 80 лет |
| Замена арматуры по физико-механическим свойствам (кроме величины удлинения под нагрузкой) | 5Вр-1 проволока 6А-III 8А-III 10А-III 12А-III 14А-III 16А-III |
- АСП-4, АБП-4 АСП-6, АБП-6 АСП-8, АБП-8 АСП-8, АБП-8 АСП-10, АБП-10 АСП-12, АБП-12 |
| Замена арматуры по величине удлинения под нагрузкой (одинаковое удлинение под одинаковой нагрузкой, в пределах упругой деформации стальной арматуры) | 6А-III 8А-III 10А-III 12А-III 14А-III 16А-III |
АСП-12 АСП-16 АСП-20 - - - |
ПОДРОБНЕЕ О СФЕРАХ ПРИМЕНЕНИЯ СТЕКЛОПЛАСТИКОВОЙ АРМАТУРЫ
Основными областями применения стеклопластиковой композитной арматуры являются фундаменты, поскольку именно в фундаментах наилучшим образом проявляются все достоинства полимерной арматуры и нивелируются её недостатки.
В целом, применение композитной арматуры даёт значительную экономию денежных средств по сравнению с применением традиционной стальной арматуры при выполнении следующих видом работ:
- армирование фундаментов и конструкций, работающих на упругом основании (дорожные плиты для покрытия внутрипостроечных, объездных, временных и прочих дорог с полной заменой металлической арматуры и др.)
- армирование обычных (ненапряженных) бетонных конструкций;
- армирование пористых и крупнопористых бетонов (дренажные трубы), легких и ячеистых бетонов, в том числе при монолитном строительстве;
- изготовление дюбелей для крепления наружной теплоизоляции стен зданий;
- изготовление стержней и сеток для усиления несущей способности армокирпичных конструкций;
- армирование конструкций на основе гипсовых вяжущих;
- армирование полотен автомобильных дорог и асфальтобетонных покрытий (для предотвращения появления трещин, колейности);
- армирование элементов дорожного строительства, которые подвергаются агрессивному воздействию противогололедных реагентов;
- армирование конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред, согласно ГОСТ 31384, СНиП 2.03.11-85, вызывающих коррозию стальной арматуры (хлористые соли, агрессивные газы повышенных концентраций и др.);
- армирование грунтов и горных пород при горнопроходческих работах, прокладке тоннелей и выемке котлованов;
- армирование насыпей на слабом основании (болота, грунты повышенной влажности, притрассовые проезды, временные дороги;
- армирование бетонов на шлакопортландцементе, пуццолановом цементе, смешанных вяжущих с высоким содержанием активных минеральных добавок и т.п.;
- армирование монолитных бетонов с хлоридсодержащими противоморозными добавками, (хлорид кальция ХК, нитрат-хлорид НХК, нитрат-хлорид кальция с мочевиной НХКМ и др.);
- армирование в тех случаях, когда отсутствует возможность обеспечить нормативные требования к толщине защитного слоя бетона (тонкостенные конструкции различного назначения, например: панели защитных сооружений от шума, ограды, конструкции архитектурного назначения и др.)
- армирование кладки стен
ИТОГОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ
Основные плюсы композитной арматуры заключаются в её малом весе, высокой прочности на разрыв, высокой химической и антикоррозионной устойчивости, низкой теплопроводности, малом коэффициенте теплового расширения и в том, что она является диэлектриком. Высокая прочность на разрыв, значительно превышающая аналогичный параметр у стальной арматуры при равном диаметре, позволяет применять композитную арматуру меньшего диаметра взамен стальной.
Несмотря на то, что за рубежом такая арматура успешно применяется уже несколько десятилетий, все виды композитной арматуры являются довольно новым материалом на строительном рынке России. Её применение имеет большие перспективы. На сегодняшний день её можно смело применять в малоэтажном строительстве, в фундаментах различных типов, в дорожных плитах и прочих подобных конструкциях. Однако для применения её в многоэтажном строительстве, в конструкциях мостов и т.д. — требуется учитывать её физико-химические особенности ещё на этапе подготовки к проектированию.