Арматура из композитных материалов – шаг в будущее

История развития композитной арматуры

Разработка и применение композитной арматуры: взгляд в историю

Впервые вопрос изготовления неметаллической арматуры из композитных материалов был поднят еще в середине двадцатого века. Этому способствовал ряд обстоятельств:

• Строительство сооружений на основе армированных бетонных конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах, расширялось, это привело к осознанию, что использование традиционной арматуры из стали с характерной для этого материала низкой коррозийной стойкостью более не являлось практичным и рациональным.
• Возникла необходимость возведения зданий с антимагнитными и диэлектрическими характеристиками (медицинские центры, научно-исследовательские институты).
• Из-за широкого использования стали со временем возник бы вопрос об ограниченности запаса залежей железа и металлов, используемых для легирования.

Использование арматуры из композиционных материалов в СССР и России

В качестве базового материала для изготовления композитной арматуры в 1960-е годы в СССР использовалось щелочестойкое стеклянное волокно 10-15 микрон в диаметре, а для формирования его в монолитный стержень – синтетические смолы по типу эпоксидной или полиэфирной. Отечественные исследователи организовали пробное производство этого вида арматуры для более подробного изучения ее физико-механических свойств. В ходе испытаний было выявлено, что композитная арматура из щелочестойкого стекловолокна диаметром 5 миллиметров имеет следующие технические характеристики:

• начальный модуль упругости – 50 ГПа;
• сопротивление разрыву – 1,5 ГПа;
• плотность -1,8-2 т на кубический метр;
• долговременная прочность в условиях нормальных температур и влажности – 65%.

К сожалению, на тот момент организовать масштабное производство композитной арматуры в СССР не удалось, однако данный материал был использован для строительства целого ряда сооружений:

• 1969-1979 гг. – сданы в эксплуатацию опытные участки ЛЭП со стеклопластбетонными траверсами в Москве, Ставрополе, Батуми и Гродно.
• 1976 год – в городах Рогачев и Червень были построены два надвижных склада, наклонные элементы арок, армированные стеклопластиковыми стержнями диаметром 6 мм.
• 1975 год – в СССР был построен первый в мире клееный деревянный мост с применением композитной арматуры диаметром 4 мм, спроектированный по проекту специалистов Хабаровского политехнического института.
• 1981 год – с использованием стеклопластиковой арматуры в Приморском крае построен мост через р. Шкотовка.
• 1989 год – в Хабаровском крае сдан в эксплуатацию мост, для армирования балок которого использовалась композитная и стальная арматура.

Результаты обследования мостов, построенных во временной промежуток с 1975 по 1989 годы в качестве экспериментальных сооружений, показали, что за годы эксплуатации эффект предварительного напряжения АСП остался без изменений.

Исследования в области неметаллической композитной арматуры надолго приостановились и возобновились лишь в 2000 году. Благодаря совместным усилиям НИИЖБ, ФГУП «НИЦ МАТИ» и ООО «Яркомпозит» были разработаны и введены в эксплуатацию две опытно-промышленные установки по производству композитной арматуры, работающие по принципу пултрузии и безфильерной технологии. На сегодняшний день вышеописанный метод производства арматуры из композитных материалов выбран как наиболее перспективный.

Композитная арматура. Опыт западных стран

Впервые легкие и прочные композитные материалы стали использоваться в аэрокосмической промышленности, впоследствии это стало основой для их более широкого использования во всех сферах производства. Производство неметаллической арматуры из FRP американские специалисты начали рассматривать лишь в середине 1960-х годов. Однако из-за своей высокой стоимости композитная арматура не получила своего коммерческого распространения вплоть до конца 70-х годов прошлого столетия.

В США ответственной за разработку строительной арматуры из FRP была корпорация Marshall-Vega Inc. В 80-90 годы неметаллическая композитная арматура использовалась в основном в следующих отраслях:

• при строительстве мостов (мост в г. Поттер Каунти и г.Беттендорф);
• при строительстве портовых сооружений;
• при возведении медицинских центров, в которых предполагается использование оборудования для магнитной резонансной томографии (Национальный институт здравоохранения г.Бетесда, здание клиники Майо в г. Рочестер и т.д.).

Практическое применение стеклопластиковой арматуры в Южной Америке сводится к строительству здания винного завода в Британской Колумбии (1998 год).

В Канаде арматура из FRP использовалась для строительства нескольких демонстрационных проектов автодорожных мостов. Во второй половине 90-х годов здесь были сданы в эксплуатацию 4 автодорожных моста, при возведении которых была использована композитная арматура (мост в г.Манитобе, мост через реку Сен-Франсуа и т.д.). На сегодняшний день Канада занимает лидирующие позиции по применению арматуры из FRP при строительстве мостового настила.

В Европе первой страной, обратившей свое внимание на композитную строительную арматуру, стала Германия. В 1986 году здесь был построен автодорожный мост, для армирования которого использовалась арматура из преднапряженного FRP. Европейскую программу исследований волоконных композитов и технологии применения неметаллической арматуры возглавила компания EUROCRETE. Использование композитной арматуры также получило широчайшее распространение в развитых странах Азии и Востока. Так, уже к середине 1990-х годов в Японии насчитывалось более 100 коммерческих объектов, бетонные конструкции которых были армированы арматурой из FRP. На сегодняшний день крупнейшим потребителем композитной арматуры является Китай: здесь этот строительный материал используется при возведении большинства новых конструкций – от промышленных сооружений до мостов и метрополитенов.

Немного о нас и о нашем производстве

ООО «Люкс-Композит» начало свою деятельность в начале 2016 года. Было установлено и отлажено оборудование. Выпущена первая продукция. Проведены испытания продукции и получены сертификаты.

Мы имеем возможность производить все виды композитной арматуры:

• Стеклопластиковую.
• Базальтопластиковую.
• Гладкий композитный пруток.

С анкеровочными слоями в виде:

• Выступающего ребра, выполненного методом двухзаходной спиральной намотки.
• Песчаного покрытия.
• Смешанного типа (с ребром и песчаным покрытием).

Мы считаем, что предела совершенства не существует, и продолжаем поиски новых горизонтов качества выпускаемой продукции. У нас идёт практически непрерывный процесс модернизации оборудования и технологии производства.

Что позволяет нам производить арматуру высочайшего качества.

Технология. Теория. Кратко.

Принцип производства композитной арматуры состоит в следующем. Нити наполнителя предварительно пропитанные связующим собираются в пучок, на который в последствии наносится анкеровочный слой в виде обсыпки песком или намотки ребра из предварительно скрученной нити наполнителя. После чего в туннельной печи происходит отверждение связующего.

В реальном производстве все секреты скрываются в деталях.

Важнейший момент, это выбор сырья. Нить (Ровинг) для производства композитной арматуры должна иметь волокна определённой толщины, состав стекла должен обеспечивать необходимую химостойкость к щелочной среде бетона, тип замасливателя должен подходить для пропитки соответствующим связующим.

• В нашем производстве используется только высококачественный стеклянный ровинг американской компании Owens Corning, произведённый на Российском заводе в городе Гусь-Хрустальный. И базальтовый ровинг производства компании «Каменный Век» город Дубна, известный мировой производитель базальтового волокна и базальтовых материалов.

Выбор смолы для производства арматуры нельзя определять только экономической выгодой, так как не все виды смол пригодных в производстве стеклопластиков подходят для изготовления строительной композитной арматуры. Например, можно использовать только некоторые виды дорогостоящих винилэфирных смол, и абсолютно исключено применение полиэфирных смол, так как они не обладают необходимой химостойкостью к щелочной среде бетона. В бетоне арматура с такой смолой через несколько лет утратит свои свойства.

• Мы используем эпоксидные смолы типа KER-828 производства Корея, Тайвань, Китай, являющиеся более качественным аналогом отечественной смолы ЭД-20. И обязательно применяем комплект необходимых модификаторов.

Технология. Практика. Кратко.

Итак, нитки протянуты, связующее смешано и залито. Мы делаем арматуру.

Очень важный момент, это предварительный прогрев ровинга для удаления влаги и излишков замасливателя, а также подогрев связующего для снижения его вязкости. Абсолютно необходимо соблюдать температурные режимы для получения полной пропитки ровинга.

• Наше оборудование отвечает этим требованиям.

Далее следует процесс отжима излишков смолы и формирование основного стержня будущей арматуры. В основном используют два метода:

1. После пропитки нити последовательно проходят через несколько отжимающих приспособлений и собираются в пучок на ролике, и далее пучок идёт в узел обмотки.

Преимущества: Более гибкое производство. Для смены производимого диаметра достаточно добавить или убавить количество нитей.

Недостатки: Из пучка не удаляются пузырьки вовлечённого воздуха. Арматура белёсая. Плотность композита низкая.

2. Фильерный метод. После пропитки нити проходят предварительный отжим, а далее собираются на калиброванной фильере, на которой и происходит основной отжим излишков смолы. Фильера имеет плавно сужающееся отверстие, в котором при прохождении нитей создаётся давление, способствующее вытеснению пузырьков воздуха и равномерному заполнению связующим тела будущего прутка.

Недостатки: Менее гибкое производство. Для смены диаметра необходимо; остановить линию, разрезать пучок, сменить фильеру, протянуть заново пучок через все узлы и механизмы.

Преимущества: В прутке практически отсутствуют пузырьки воздуха. Арматура почти прозрачная. Высокая плотность композита. Повышенная прочность и упругость конечного изделия.

• Мы производим нашу арматуру на оборудовании с фильерным формированием прутка. Качество пропитки связующим в нашей арматуре не вызывает сомнений и видно невооружённым взглядом.

Далее подготовленный пучок поступает в узел обмотки. Если предполагается нанесение песчаного покрытия, то обмотка производится тонкой синтетической нитью для того что бы пруток сохранил свою форму до момента отверждения связующего. Устройство обмотки должно обеспечивать необходимое и равномерное натяжение нити. Нить должна быть не слишком свободна и не слишком натянута.

Если на арматуре предполагается наличие анкеровочного ребра, то пруток обматывается предварительно скрученной нитью ровинга. Скручивание нити и её намотка на специальные катушки производится на специальном станке. Станок должен иметь функцию автоматической регулировки степени скручивания. При слабо скрученной нити ребро на арматуре будет недостаточно выраженным, при сильно скрученной нити ребро будет плохо пропитано и будет иметь недостаточное сцепление с телом прутка.

Скорость работы узла обмотки должна обеспечивать намотку нити с необходимым шагом, достаточным для надёжной анкеровки арматуры в бетоне.

• Наше оборудование обладает всеми этими свойствами.

Печи полимеризации должны обеспечивать равномерный прогрев прутка на всю толщину, но не перегрев его, а последующее охлаждение должно быть достаточно плавным, так как окончательная полимеризация связующего занимает некоторое время.

• Всё это в необходимой мере реализовано в нашем оборудовании.

Важный момент – скорость производства. Скорость нужна Всем. Выше скорость – Больше денег. НО! Выше скорость ниже качество. Проверено! Ровинг не успевает достаточно прогреваться и плохо пропитывается. Обмотка не успевает обматывать, шаг ребра не выдерживает никакой критики. Печи жарят на всю катушку, а о разных режимах лучше и не вспоминать, главное, чтоб затвердело.

— Ааа… И так купят. –

Мы так не работаем! Качество для нас на первом месте!

Всё что мы Вам рассказали описано достаточно давно очень умными людьми, и даже издано книгой, которая должна быть настольной для любого производителя композитной арматуры и оборудования для её производства. И если бы так было, то у нас было бы больше конкурентов.

Узнайте больше о нашей технологии и используемых материалах

Альтернатива металлу: стеклопластиковая арматура и её применение

На чтение: 4 минуты Нет времени?

Во многих сферах металл уступает современным композитным сплавам. Он дорогой, тяжёлый и не такой долговечный, как, к примеру, стеклопластик. Стеклопластиковая арматура уже уверенно конкурирует с металлом в строительстве. В этом материале от HouseСhief.ru мы рассмотрим уникальные характеристики композитного строительного материала, практику его применения и алгоритм выбора.

Отзывы инженеров свидетельствуют о высокой оценке использования композитной арматуры для фундаментов зданий

Читайте в статье

Области применения стеклопластиковой арматуры

Композитные материалы нашли применение в разных направлениях строительства. Рассмотрим основные из них.

Область применения	Особенности
Плиты фундамента	Является равнопрочной заменой металлическим конструкциям, позволяет существенно экономить время на монтаж. Шаг армирования сохраняется, стыки производятся внахлест.
Ленточный фундамент	Экономическая выгода от замены металла на пластик в ленточных фундаментах – до 45%. Вязка каркаса осуществляется вязальной проволокой.
Бетонные полы	Принципы армирования не отличаются от таковых при использовании металла, резка материала осуществляется болгаркой.
Отмостка	Отмостка с использованием армирующего композитного материала отличается высокими антикоррозийными характеристиками, не страдает от растрескивания.
Армопояс	Использование композитов в армировании кирпичных и блочных стен значительно повышает сейсмостойкость здания и защищает его от повреждений, связанных с неравномерной осадкой.
Плиты перекрытия	Для плит перекрытия рекомендуется комбинировать стеклопластик с традиционной металлической арматурой в нижнем слое. Стыки арматуры располагают в шахматном порядке.
Дорожное строительство	Композитные материалы значительно повышают прочность и долговечность дорожных покрытий, мостов, арок и пешеходных дорожек.
Монолитное строительство	Металлические детали в монолитных конструкциях так или иначе страдают от коррозии. Композитный материал увеличивает срок эксплуатации монолитного бетона в несколько раз, препятствует образованию в нем трещин и сколов.

Основы производства стеклопластиковой арматуры и её структура

Для производства композитного строительного материала в качестве сырья используют алюмоборосиликатное стекло. Его плавят при высокой температуре и специальным оборудованием растягивают в тончайшие нити.

Эти практически невидимые нити собираются в пучки – стеклоровинг, и уже из этих пучков формируются сами стержни

Прочность достигается именно за счет многослойности материала. Основу составляет внутренний стержень, скрепленный полимерной смолой, а вокруг него навиваются волокна композитного состава. Для ускорения полимеризации арматура обжигается в туннельных печах, а затем остужается под проточной водой.

Готовый материал сматывается в бухты или нарезается на отрезки нужной длины

Свойства композитного материала

Что отличает стеклопластиковую арматуру от других армирующих материалов? Вот её основные эксплуатационные характеристики:

• масса прутков меньше аналогичных металлических в 9 раз;
• композитный состав невосприимчив к агрессивному воздействию влаги, щелочей и кислот;
• теплопроводность стеклопластика намного меньше, чем у металла – это исключает возникновение мостиков холода в строительных конструкциях;
• транспортировка стеклопластика значительно упрощена за счет его небольшого веса;
• композитный материал не проводит электрический ток.

Для создания армирующих сеток не используется сварочный аппарат и специальные инструменты. Достаточно одной болгарки и вязальной проволоки

Стеклопластиковая арматура: размеры и виды

Значимыми параметрами этого материала являются вес погонного метра, шаг навивки и размер сечения стержня.

Самой востребованной в строительстве сегодня считается композитная арматура с 15-мм шагом навивки. Наружный диаметр стрежней может быть от 4 до 18 мм, вес погонного метра – от 0,02 до 0,42 кг.

Строители разделяют стеклопластиковую сетку на подвиды по области использования. Они делят её на рабочую, монтажную, распределительную и специальную.

Арматуру выпускают в форме прутков, армирующей сетки и готовых каркасов

Требования ГОСТ к композитной арматуре

Применение стеклопластиковых материалов в строительстве узаконено в 2014 году: ГОСТ № 31938-2012 о композитной полимерной арматуре. ГОСТ предъявляет к этому строительному материалу следующие требования:

• армирующего наполнителя должно быть не менее 75%;
• прочность на растяжение – не менее 800 МПа;
• упругость при растяжении – не менее 50 ГПа;
• прочность сцепления с бетоном – не менее 12 МПа.

Предел температурного режима эксплуатации по ГОСТу – не меньше 60 °С

Плюсы и минусы стеклопластиковой арматуры для частного строительства

А теперь о плюсах и минусах пластиковой арматуры в индивидуальном строительстве. Что можно положить в копилку преимуществ использования композитного материала для армирования? Прежде всего – его малый вес, который даёт возможность существенно снизить общий вес конструкции.

Отсутствие мостиков холода – тоже весомый аргумент за использование этого материала

Ещё один важный положительный фактор – гибкость стеклопластика. Его пакуют в компактные бухты, что значительно облегчает проблему транспортировки. Кроме того, такая форма выпуска дает возможность уменьшать количество возможных отходов при раскройке.

Устойчивость к различным агрессивным средам – это плюс, хотя многие могут начать спорить о том, что металл, утопленный в бетонную заливку, не подвергается никакому внешнему воздействию

А что говорят отзывы о недостатках стеклопластиковой арматуры? Или этот материал так хорош, что у него и недостатков нет? Это не так. И главный недостаток – цена. Несмотря на то, что технология изготовления стеклопластика не так уж сложна, изделия из него пока что дороги. Дело скорее всего в том, что спрос пока превышает предложение. Когда будет наоборот – цена пойдет вниз. На что еще стоит обратить ваше внимание – арматура из стеклопластика плохо выдерживает давление на излом.

Если фундамент активно проседает в каком-то одном месте, пластиковое основание лопнет

Важные моменты в выборе композитной стеклопластиковой арматуры

Как обезопасить себя от некачественного товара? Есть несколько опасных моментов, которые могут попытаться скрыть от вас нечестные продавцы:

• неточные сведения о диаметре арматуры – нужно присутствовать при отгрузке товара и лично проверить заявленные размеры товара;
• товар пережжен в печи – проверьте, чтобы цвет стеклопластика был однородным в каждой бухте;
• изделие пережато в процессе изготовления – арматура не должна иметь выпуклых частей между анкеровочными ребрами;
• другие нарушения процесса производства – не покупайте товар от малоизвестных производителей.

Знания о должном качестве товара обезопасят вас от неудачной покупки

Мнения и отзывы профессиональных строителей об использовании композитной арматуры в фундаменте

Использование композитного армирования ничем не отличается от процедуры металлической укладки. Отзывы специалистов об использовании стеклопластиковой арматуры для фундамента свидетельствуют, что композитный материал можно использовать для любого типа основания. Такое армирование прослужит не меньше 80 лет. Допустимо внешнее и внутреннее армирование. Внешнее, по отзывам строителей, необходимо в ситуациях, когда вокруг фундамента находится неблагоприятная среда, к примеру – высокие грунтовые воды.

В этом случае композитная арматура в комбинации с гидрозащитным материалом создает надежный барьер вокруг сооружения

Дискретное армирование подразумевает закладку стеклопластиковых сеток внутрь конструкции. Можно использовать фибробетон как дополнительное армирование или комбинировать эти два метода укрепления фундамента.

Если стоит выбор: какая арматура лучше, металлическая или стеклопластиковая?

Как уже было сказано, отзывы строителей о пластиковой арматуре уверенно подвигают металл по многим позициям. Тепловодность стекловолокна – 0,35 против 46 Вт/м у металла. Изделия из стеклопластика превосходят металл по упругости и пластичности, а прочнее они почти втрое. Так можно ли использовать стеклопластиковую арматуру для фундамента как единственный укрепляющий материал?

Сопротивление коррозии у композита гораздо выше, к тому же этот материал является диэлектриком

Однако, сталь пока еще не сдается окончательно. Сравнение стеклопластиковой и металлической арматуры говорит о том, что сталь более устойчива к изгибанию, то есть не ломается при предельной нагрузке. Это делает её незаменимой при производстве плит перекрытия и других подверженных деформации объектов. Так что не стоит списывать стальные изделия со счетов.

Идеальный вариант – комбинирование двух материалов, которое сделает ваши конструкции просто вечными

Цена композитной арматуры от известных производителей

Стоимость пластиковой арматуры отталкивается от её диаметра и измеряется в погонных метрах:

• продукция известной своим качеством марки «АрмаПласт» диаметром 6 мм обойдется в 6-7 рублей за погонный метр;
• цена стеклопластиковой арматуры 8 мм – 10-12 рублей;
• стеклопластиковая арматура 10 мм, цена за метр – 14-16 рублей;
• арматура стеклопластиковая 12 мм, цена за метр – 18-20 рублей.

Указаны цены производителя – имейте в виду, что у розничных продавцов будет дополнительная наценка.

Что мы получаем в итоге? Без сомнений, композитные материалы – это будущее строительства. Отзывы специалистов об арматуре из стекловолокна свидетельствуют о том, что этот материал продлевает сроки эксплуатации конструкций, обладает множеством отличных характеристик, и превосходит по ним обычную сталь.

Но не торопитесь полностью отказываться от металла.

Разумное комбинирование этих двух материалов придаст вашим конструкциям идеальные прочностные свойства. Профессиональный строитель тем и отличается от любителя, что не просто обладает обширными знаниями об использовании различных стройматериалов, но и умеет их грамотно применять. Если вы готовы поделиться с нами подобными сведениями – напишите об этом в комментариях!

Источники:
http://luxkompozit.ru/o-nas
http://housechief.ru/stekloplastikovaya-armatura.html
http://www.kommersant.ru/doc/3593460