Углепластиковая арматура, ее свойства и применение в строительстве.

В современном строительстве в основном используются железобетонные конструкции. В последнее время появилась тенденция делать строительство качественнее, проще. лучше и дешевле. Поэтому стали появляться новые строительные материалы. В данной статье мы хотим разобрать различные виды арматуры в железобетонных конструкциях.

Арматурой называют стальные и неметаллические (из специальных видов стеклопластика, кевлара, углепластика) проволоку, а также изделия из нее, предназначенные для восприятия растягивающих и знакопеременных усилий, а в центрально-нагруженных элементах - сжимающих усилий.

Рисунок 1. Пример арматуры

Показателем, характеризующим механические свойства арматуры, является класс арматуры, обозначаемый буквой  и числом, соответствующим нормативному сопротивлению арматуры в МПа. В проектной документации, нормативной, технической и учебной литературе, выпущенной до 2003 г., класс арматуры имел другие обозначения.

Арматурные работы включают в себя изготовление арматурных изделий, их укрупнительную сборку и установку в проектное положение. Предварительное напряжение конструкций в условиях стройплощадки производится натяжением напрягаемой арматуры на затвердевший бетон или на упоры.

Сейчас находит широкое применение в строительстве неметаллическая арматура. Высокопрочную стальную арматуру при натяжении на бетон необходимо защищать от коррозии, тем боле, если климат влажный или жаркий. Углепластиковая арматура стойка в агрессивных средах, именно исходя из этого во многих странах идут работы по применению неметаллической арматуры. Железобетонные конструкции армируют отдельными прямыми или гнутыми стержнями, сетками, пространственными каркасами, натяжением пучков проволоки, канатов, стержней или введением в бетон отрезков волокон из стальных, стеклянных, базальтовых или других материалов (фибры) при дисперсном армировании.

Арматурные изделия- это готовые изделия из арматурной стали, которые используют при армировании сборных и монолитных железобетонных конструкций, к ним относят сварные и вязаные сетки, плоские и пространственные каркасы и т.д.  Изготовление арматурных изделий производится в арматурных цехах на заводах железобетонных изделий.

Из всех видов неметаллической арматуры, самой прочной и дорогостоящей является углепластиковая арматура. Материал представляет собой прутья диаметром от 4 до 32 мм длиной до 12 м, с целью повышения адгезии они имеют ребристую или покрытую песком поверхности. В основном используются в качестве альтернативы или усиления металлической арматуры в фундаментах, стяжках, но в ряде случаев они незаменимы.

Виды материалов из неметаллической арматуры:

1) Стеклопластиковая- это арматура из склеенных в пруток полимерных волокон с накрученных поверх стеклянной нитью, имеет низкую прочность и термоустойчивость.

2) Базальтопластиковая- это арматура на основе нитей из расплава твердых пород (базальта и т.д.)

3) Углеродная- это арматура из углеродных прутьях, получаемые путем пропитки синтетическими смолами термическими смолами разложенных полиакрилонитрильных или гидроцеллюлозных волокон и протяжкой их через высокопрочные формы.

Углепластиковая арматура имеет высокую прочность от 2000 до 3000 Мпа. Удельный вес не более 1600 кг/м³. Модуль упругости в пределах 350 ГПа, в этом плане углепластиковая арматура в 7 раз лучше обычной стекловолоконной. Огнестойкость – до 600 °C. Коэффициент теплопроводности – 0,55-1 Вт/м·°С. Материал химически инертен и обладает абсолютной коррозионной стойкостью.

Композитная арматура востребована в жилищно-гражданском, промышленном, горнодобывающем и дорожном строительстве. Высокая прочность и антикоррозийная устойчивость делают ее незаменимой при возведении объектов, подверженных частым влажностным нагрузкам или эксплуатируемым в воде. В частной сфере потребность в углепластиковых прутьях возникает при заложении фундаментов ниже нулевой отметки грунта, строительстве домов с подвалами. Практика показывает, что основания и объекты, армированные таким прутьями, хорошо выдерживают вибрационные нагрузки. К альтернативным вариантам относят усиление металлических каркасов и аналогичных поддерживающих конструкций. Имея более низкий коэффициент теплопроводности в сравнении со сталью, композиты применяются с целью армирования кладки из пено- или газоблоков и других легких марок бетона.

 К достоинствам этой разновидности относят:

Химическую инертность, стойкость к коррозии, агрессивным средам и биологическим воздействиям. Низкий вес и снижение трудозатрат при доставке и вязке армоконстуркций. Высокую прочность основы, углеродные волокна выдерживают нагрузки на разрыв в 2-3 раза лучше стали. Близкий к бетону коэффициент теплового расширения и низкую теплопроводность. Это исключает риск образования трещин и мостиков холода при заливке единых монолитов или армировании кладки из строительных блоков. Хорошие диэлектрические свойства, материал беспрепятственно пропускает радиоволны и не меняет свои показатели под влиянием э/м излучения. Долговечность, заявленный производителями срок службы составляет 75 лет, отзывы потребителей подтверждают неизменность форм, внешнего вида и прочности в процессе эксплуатации. К эксплуатационным недостаткам арматуры из углепластика относят отсутствие возможности изгиба непосредственно на стройплощадке (читайте о том, как гнуть металлическую арматуру), снижение прочностных характеристик при растрескивании и потерю полезных свойств при нагреве (в отличие от полностью соответствующей пожарным нормам стали композиты в лучшем случае являются самозатухающими). Изогнутые формы производят исключительно в заводских условиях, что приводит к потребности в точной схеме армирования и ее строгого выполнения. Эта разновидность обходится дорого, число ее изготовителей ограничено, по отзывам на рынке встречается много подделок с низкой прочностью.

Соединение композитных прутьев осуществляется внахлест, с шагом ячеек сетки или соседних рядов в пределах 25 см. Проведение сварки в данном случае крайне затруднительно, на больших площадках могут использоваться специальные накладки, но чаще всего фиксацию проводят с помощью вязальной проволоки или пластиковых хомутов. В процессе вязки отслеживается ровность вертикальных рядов и надежность закрепления углов, особенно это актуально при бетонировании заглубленных фундаментов. Низкий вес углепластика с одной стороны облегчает работы, с другой – делает каркас менее устойчивым к смещению при заливке строительного раствора. С целью упрощения процесса все инструменты и крепежи подготавливают заранее. Для надежной фиксации прутьев с сечением в пределах 16 мм потребуется около 20 см мягкой проволоки, вязка узлов может быть любой: угловой, двурядной, крестовой. Собранный каркас нуждается в выравнивании и надежной основе, по аналогии с металлическим его устанавливают на специальные пластиковые опоры.

Особенности углепластика.

· Внешний вид полностью повторяет классическую форму арматуры из металла: прутья и стержни диаметром сечения до 3,2 см. Сцепление с бетоном достигается за счет ребристой поверхности углепластика.

· При внешней схожести химический состав неметаллической композитной арматуры совершенно другой. Она изготовлена из волокон карбона, связанных в единый пучок полимером. Прерывистость структуры углеродного наполнителя определяет свойства и характеристики материала, выгодно отличает его среди подобных изделий.

· Выдерживает значительные нагрузки и компрессионное давление. Устойчива к ударам и изломам. Как следствие, армирующую сетку можно делать в «более экономном» режиме. По сравнению с металлической удельный вес меньше в 10 раз. Легко транспортируется даже легковым автомобилем, поэтому для индивидуальных застройщиков, решивших купить ее, снимается вопрос с доставкой.

· Устойчивость к коррозии, кислотам, щелочам.

· Внешняя агрессивная среда не может повредить структуру изделия, стержни из углепластика могут применяться в строительстве морских и припортовых сооружений.

· Низкая теплопроводность.

· Показатель теплопроводности в 100 раз ниже, чем у металлической.

· Широкий температурный диапазон.

· Может эксплуатироваться при температурах от -70°C до +400°C. В случае пожара связующий компонент разрушается при +200°C, но к этому моменту и бетон потеряет свои эксплуатационные характеристики. При +600°C углепластик полностью размягчается.

·        Не пропускает электрический ток. Предотвращает короткие замыкания электропроводки внутри бетона.

·        Радио- магнитопрозрачность.

·        Углепластик не создает помех и искажений для радиоволн.

·        Долговечность. Гарантийный срок эксплуатации – 75 лет, а судя по отзывам ученых – значительно больше.

·        Простой монтаж. Вязать сетку из углепластика могут 2 специалиста. Использование инструментов – минимальное.

·        Низкая цена. Доступность сырья делает общую стоимость невысокой.

Недостатки

Положительных моментов у данной арматуры много, тем не менее, есть и минусы. Первым следует назвать невысокий модуль упругости. По этому показателю арматура в 4 раза проигрывает металлической. Свойство проявляется в том, что материал не гнется, а ломается.

И если застройщик решил купить углепластиковую арматуру для армирования перекрытий, ему нужно проводить целый ряд точных расчетов. Форму готовых изделий изменить нельзя, все конфигурации и их размеры следует заказывать заранее.

Еще одним недостатком считается тот факт, что соединяют композитную арматуру только вязкой, электросварка применяться не может. На крупных стройплощадках часто надевают стальные наконечники на прутья и производят сварку. Найти дефекты самостоятельно невозможно, но самая небольшая трещина на углепластике значительно понижает прочность.

Область применения углепластиковой арматуры.

Композитная арматура из углепластика используется при изготовлении стоек под дорожные знаки, фонарных столбов, шпал ля железных дорог, опор для мостов, аэродромных плит.

Активно применяется в масштабном строительстве для изготовления монолитных конструкций, распорок, подвесов, укрепления дорожного полотна.

В частном использовании при возведении кирпичного дома с помощью углепластика соединяют внутренние перегородки, облицовку с несущими стенами. Обладает достаточной прочностью, чтобы выдерживать большие компрессионные нагрузки, можно делать менее густую армированную сетку или брать для этой цели прутья тоньше. В 10 раз легче металла, что облегчает и удешевляет перевозку. Для монтажа сетки и нарезки прутьев не нужна сварочная аппаратура, что упрощает сборку и позволяет экономить на оборудовании. Не реагирует со щелочью и не под-дается коррозии. Хорошо переносит низкие температуры и не разрушается.

В железобетонных конструкциях повсеместно заменить стальную арматуру на композитную невозможно. Из-за существующего соотношения цен со стальной арматурой применение композитной целесообразно и эффективно только в случае необходимости использования ее свойств, которыми стальная арматура не обладает. В первую очередь речь идет о химической стойкости, радиопрозрачности и диэлектрических свойствах. Конкретно углепластиковую арматуру лучше всего использовать в узкоспециализированном строительстве и при возведении не нагружаемых конструкций.