Композитная арматура

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.

Композитная арматура

Преимущества

Высокая удельная прочность

Удельная прочность АСП в 10 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 на себе радиоактивные вещества.

Одинаковый температурный коэффициент расширения с бетоном

При изменении температуры окружающей среды, расширяется и сужается вместе с бетонными конструкциями, не допуская растрескивания и трещин.

Недостатки

Низкая жёсткость

Модуль упругости (${\displaystyle E}$) 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 ${\displaystyle \varepsilon \approx 0,0002}$. При такой деформации (${\displaystyle \varepsilon }$) напряжение в АСП по закону Гука (${\displaystyle \sigma =E\varepsilon \ }$) 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.

Отсутствие пластичности

У композитной арматуры отсутствует площадка текучести и разрушение при растяжении носит хрупкий характер. В связи с этим невозможно изменить форму арматуры без нагрева.

Низкая теплостойкость

АСП теряет несущие свойства при 150°С, АБП - при 300°С (стальная арматура работает до 500°С).

Высокая вредность

При резке АСП образуется пыль, состоящая из тончайших стекловолоконных игл. Она загрязняет рабочее место, инструмент и средства защиты. Высок риск получения стеклянных заноз, повреждений глаз и дыхательных путей.

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 прочнность и коррозийную стойкость, является альтернативой арматуре из металла. Главным достоинством стеклополимерной арматуры считается свойственный ей высокий предел разрушающего воздействия — почти в 2,5 раза выше, чем у стали^[1].

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.

Применение

Композитная арматура применяется в промышленном и гражданском строительстве для возведения жилых, общественных и промышленных зданий, в малоэтажном и коттеджном строительстве для применения в бетонных конструкциях, для слоистой кладки стен с гибкими связями, для ремонта поверхностей железобетонных и кирпичных конструкций, а также при работах в зимнее время, когда в кладочный раствор вводятся ускорители твердения и противоморозные добавки, вызывающие коррозию стальной арматуры.

В дорожном строительстве применяется для сооружения насыпей, устройства покрытий, для элементов дорог, которые подвергаются агрессивному воздействию противогололёдных реагентов, для смешанных элементов дорог (типа «асфальтобетон — рельсы»). Также применяется для укрепления откосов дорог, в строительстве мостов (проезжая часть, ездовое полотно пролётных строений, опоры диванного типа), для берегоукрепления, в виде сеток в основание асфальта.

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.

ПКА 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.

Технологии изготовления

Метод «Needletrusion»

НИИЖБ разработал новый способ безфильерного изготовления композитной арматуры периодического профиля – метод нидлтрузии.

При таком способе производства стержень, состоящий из волокнистых нитей, пропитанных полимерным связующим, сначала разделяют на отдельные части, пропускают по раздельным каналам, после чего вновь соединяют с одновременной спиральной оплеткой и натягом обмоточного жгута, внедряющегося в пучок волокон. Авторами получены патенты на технологию производства арматуры.

Арматура, изготовленная методом нидлтрузии, имеет высокие анкерующие свойства в бетонной среде, надежное крепление спиральной обмотки на силовом стержне, а также высокие физико-механические свойства.

Метод «Planetrusion»

Технология изготовления неметаллической арматуры способом безфильерной протяжки.

Метод «Pulltrusion»

Технология формирования и отверждения пропитанных полимерным связующим волокон стержня протяжкой через систему фильер с постепенно уменьшающимся сечением.^[2]

Характеристики композитной арматуры

Характеристики	Металлическая арматура класса А-III (А400) ГОСТ 5781-82	Металлическая арматура класса А-VI (А1000) ГОСТ 5781-82	Неметаллическая композитная арматура (АСП — стеклопластиковая, АБП — базальтопластиковая) ГОСТ 31938-2012
Материал	Сталь 35ГС, 25Г2С, 32Г2Рпс	22Х2Г2АЮ, 22Х2Г2Р, 20Х2Г2СР	АСП — стеклянные волокна диаметром 13-16 микрон связанные полимером; АБП — базальтовые волокна диаметром 10-16 микрон связанные полимером
Удельный вес	По строительным нормам	По строительным нормам	Легче металлической арматуры
Временное сопротивление при растяжении, МПа	590	1230	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	200 000	45 000-АСП 60 000-АБП
Относительное удлинение, %	14	6	2,2-АСП и АБП
Характер поведения под нагрузкой (зависимость «напряжение-деформация»)	Кривая линия с площадкой текучести под нагрузкой	Кривая линия с площадкой текучести под нагрузкой	Прямая линия с упруголинейной зависимостью под нагрузкой до разрушения
Коэффициент линейного расширения αх×10-6°C-1	13-15	13-15	9-12
Плотность, т/м³	7,85	7,85	1,9-АСП и АБП
Коррозионная стойкость к агрессивным средам	Разрушается с выделением продуктов коррозии	Разрушается с выделением продуктов коррозии	Нержавеющий материал первой группы химической стойкости
Теплопроводность	Теплопроводна	Теплопроводна	Низкая теплопроводность
Электропроводность	Электропроводна	Электропроводна	Неэлектропроводна — диэлектрик
Выпускаемые профили	6-80	6-80	Россия: 4-20. Иностранные поставщики 6-40
Длина	Стержни длиной 6-12 м (унифицированный размер — в связи с требованием перевозки)	Стержни длиной 6-12 м (унифицированный размер — в связи с требованием перевозки)	Любая длина по требованию заказчика
Экологичность	Экологична	Экологична	Экологична — не выделяет вредных и токсичных веществ
Долговечность	По строительным нормам	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 - - -

См. также

• Композитные гибкие связи
• Стеклопластик
• Арматура