Композитная арматура, пластиковая арматура, полимерная арматура

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.

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

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.

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.

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:

1. 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.
2. При помощи шпулярника – специального механизма, позволяющего подавать одновременно до 60 нитей ровинга, стеклонити подаются в механизм натяжения.

1. После выравнивания напряжения, нити, расположенные в определённом порядке, подвергают термической обработке горячим воздухом для удаления влаги, масла и различного вида загрязнений.
2. Очищенный и скомпонованный ровинг погружают в ванну с разогретыми до жидкого состояния связующими смолами для тщательной пропитки.
3. 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.
4. Сформированный стержень попадает в туннельную печь для полимеризации связующего состава.
5. Охлаждение полученной арматуры проточной водой.
6. В зависимости от диаметра полученных изделий их либо сматывают на специальном оборудовании в бухты, либо режут на хлысты заданной длины.

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.	8 10 12 14 16 18 20	4 6 8 10 12 14 16
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.

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: расчёт армирования фундамента.

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, виды, характеристики, требования, сферы применения.

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.

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.