Стеклопластиковая арматура

Содержание  

Введение  

Еще недавно, наблюдая за тем, как в таких странах как  Германия, Япония, США с успехом  применяется стеклопластик для  армирования бетонных изделий, мы и представить себе не могли, что в скором времени эти новейшие технологии станут доступны и нам.

Ведь стержни из композитных  материалов обходились намного дороже металлических. Но прогресс не стоит  на месте. Создателям стеклопластиковой арматуры - удалось соединить в своем продукте такие составляющие, как высокая надежность, долгий срок службы, легкость, отсутствие коррозии, экономичность.

1.Стеклопластиковая арматура, составляющие.

Многие из вас называют стеклопластиковую арматуру - "пластиковая арматура". Это ошибочное название. Композитная стеклопластиковая арматура - это стеклопластиковые стержни, с ребристой поверхностью спиралеобразного профиля.

Нормируется по ТУ 2296-001-3965478-2006 «Арматура Композитная Полимерная (АКП)».

Основой для изготовления стеклопластиковой арматуры служит материал стеклоровинг, связанный полимером на основе эпоксидной смолы. Для изготовления стеклопластиковых стержней применяются современные пултрузионные машины.

Пултрузия получила своё название от английских слов «pull» — тянуть и «through» — сквозь/через. Причиной такому названию послужил сам процесс протягивания исходного материала сквозь нагретую до температуры полимеризации фильеру.

Стеклопластиковая арматура может быть длиной до 300 метров и транспортироваться в скрученном состоянии, потом она разматывается, тут же распрямляется и очень легко нарезается при помощи отрезной машинки или ножниц на куски требуемого размера. Вяжется стеклопластиковая арматура так же как и стальная, проволокой, или же пластиковыми хомутами.

Уникальная технология производства стеклопластиковой арматуры позволяет получить высококачественный строительный материал. Качество и безопасность этой продукции подтверждены сертификатом соответствия, пожарным сертификатом и санитарно-гигиеническим заключением.

Процесс изготовления стеклопластиковой  арматуры происходит следующим образом: вначале стекловолокно в виде непрерывных нитей (ровинг) пропитывается смолой, затем пропитанное стекловолокно поступает в формообразующую фильеру, позволяющую получить стержень определенного диаметра. В данном процессе важно обеспечить хорошее сцепление с бетоном. Это обеспечивается не только за счет адгезии между бетоном и стеклопластиком, но и за счет механического сцепления этих материалов. Для достижения этой цели профиль изготавливается с ребристой поверхностью.

2.Виды стеклопластикового армирования

 Армирование СНА бывает внутренним, внешним и комбинированным. Внутреннее неметаллическое армирование. Применяется в случае, когда среда агрессивна к стальной арматуре и не агрессивна к бетону. При агрессивности среды к бетону применяется внешнее армирование. Внутреннее армирование можно разделить на дискретное и дисперсное. Дискретное армирование производится стеклопластиковыми стержнями определенного диаметра, которые применяются взамен стальных. Не уступая стальным по прочности, стеклопластиковые стержни значительно превосходят их по коррозионной стойкости и поэтому используются в конструкциях, в которых существует опасность коррозии арматуры. Арматурные стержни часто объединяют в плоские сетки или пространственные каркасы. Скреплять стеклопластиковые стержни в армокаркасы можно с помощью самозащелкивающихся пластмассовых кляммеров или связыванием.

Рис.2.Армирование из стеклопластика

Дисперсное армирование производится введением в бетонную смесь при перемешивании рубленных волокон (фибр), которые в бетоне распределяются хаотично. Специальными мерами можно добиться направленного расположенния волокон. Бетон с дисперсным армированием обычно называют фибробетоном.

Рис.3.Армирование из стеклопластика 

Внешнее стеклопластиковое армирование. Основная концепция внешнего армирования состоит в многофункциональности внешней листовой арматуры. Она может выполнять одновременно три функции: силовую, защитную и функцию опалубки при бетонировании. Поскольку стеклопластиковая оболочка непроницаема для воды и воздуха, она надежно защищает бетон от воздействий внешней среды, а благодаря высокой прочности выполняет функцию арматуры, причем более эффективно, чем внутренняя стержневая арматура, так как отстоит дальше от Нейтральной плоскости.  
Внешнее армирование подразделяется на сплошное и дискретное. Сплошное выполняется сплошным листовьтм материалом, дискретное отдельными полосами или сетками. Часто осуществляется армирование только одной растянутой грани балки или поверхности плиты. При одностороннем поверхностном армировании балок целесообразно завести отгибы листа арматурьт на боковые грани, что повышает прочность конструкции. Внешнее армирование может устраиваться как по всей площади поверхности несущего элемента, так и на отдельных, наиболее напряженных участках (когда не требуется защита бетона от воздействия агрессивной среды). Возможны два пути получения бетонных конструкций в стеклопластиковых оболочках. Первый заключается в нанесении стеклопластиковой оболочки на предварительно высушенные бетонные элементы, путем обматьтвания их стекловолокном с послойной пропиткой смолой. После полимеризации связующего обмотка превращается в сплошную стеклопластиковую оболочку, а  
весь элемент - в, так называемую, трубобетонную конструкцию. Второй основан на предварительном изготовлении стеклопластиковой оболочки и последующем заполнении ее бетонной смесью.

Первый путь получения стеклопластармированных конструкций (СНА-конструкций) дает возможность создания поперечного предварительного обжатия бетона, что существенно повышает прочность и снижает деформативность получаемого элемента.

Предварительное обжатие  бетона создается не только натяжением стеклонитей (хотя оно составляет основную часть преднапряжения), но и за счет усадки связующего в процессе полимеризации, которая, например, для полиэфирной смолы составляет 5-6 %. Внешнее армирование может осуществляться также путем обматывания элементов стеклолентой. В ряде случаев стеклопластиковая оболочка принципиально изменяет характер напряженнодеформированного состояния бетона. Например, в центрально сжатом трубобетонном элементе благодаря жесткой оболочке одноосное напряженное состояние трансформируется в весьма благоприятное для бетона трехосное сжатие. Поперечное сечение трубобетонных СПА-элементов может быть любым (круглым, кольцевым, прямоугольным, трапециевидным, тавровым, двутавровым и т.п.), однако, при осевом сжатии разрушение наступает, как правило, вследствие разрыва обоймы в местах концентрации напряжений. Следовательно, проектировать центрально сжатые элементы следует с плавным закруглением двугранных углов.

Комбинированное армирование. Если внешнего армирования недостаточно для восприятия механических нагрузок, дополнительно применяется внутренняя арматура, которая может быть как стеклопластиковой, так и металлической.

3.Коррозионная стойкость стеклопластиковой арматуры.

Стойкость стеклопластиков  к воздействию агрессивных сред в основном зависит от вида полимерного  связующего и волокна. При внутреннем армировании бетонных элементов стойкость СНА должна оцениваться не только по отношению к внешней среде, но и по отношению к жидкой фазе в бетоне, так как твердеющий бетон является щелочной средой, в которой обычно применяемое алюмоборосиликатное волокно разрушается. В этом случае должна быть обеспечена защита волокон слоем смолы или использованы волокна другого происхождения. В случае неувлажняемых бетонных конструкций коррозии стекловолокна не наблюдается В увлажняемьтх конструкциях щелочность бетонной среды можно существенно понизить, используя в бетоне цементы с активными минеральными добавками.

4.Влияние температуры

При понижении температуры  от 20 до -40 оС прочность СПА на эпоксифенольном связующем возрастает на 40 %. При повышении температуры от 20 до 300 оС наблюдается постепенное снижение прочности арматуры до 60 % от первоначальной (при 20 оС). При дальнейшемповышении температуры прочность начинает резко падать за счет деструкции связующего.  
Изменение прочности СНА в интервале температур от -40 до 300 оС является обратимым.

5.Предварительное напряжение СНА

Модуль деформаций стеклопластиковой арматуры в 4-5 раз меньше, чем у стали. Поэтому ее целесообразно применять только в предварительно напряженных конструкциях. Применяются в основном три способа предварительного напряжения бетонных конструкций с дискретной стеклопластиковой арматурой: натяжение на упоры, натяжение на бетон, непрерывная навивка. Наиболее распространенным является способ натяжения на упоры. С помощью специальных приспособлений арматура вытягивается на заданную величину и закрепляется на бортовые элементы металлической формы, затем производится бетонирование и термовлажностная обработка бетона для ускорения твердения. После набора бетоном 70 % конечной прочности усилие обжатия передается на бетон. для изготовления преднапряженных СНА-конструкций после некоторой доработки используется технологическое оборудование и оснастка, применяемые за заводах сборного железобетона. Из-за более низкого, чем у стали, модуля упругости стеклопластика натяжные станции должны обеспечивать значительное перемещение, порядка 1,5 см на 1 м.

Серьезные трудности возникают при создании зажимов для стеклопластиковой арматурьт. Часто используют зажим, состоящий из двух стальных пластин с полукруглыми канавками, в которые укладывается арматурный стержень. Пластиньи стягиваются винтами, обжимая арматуру. Применяется также самозатягивающийся цанговый зажим. Причем, при наличии специального вкладыша в нем могут одновременно зажиматься два стержня одного диаметра. При натяжении арматуры на бетон в последнем предусматриваются каналы для прокладки арматуры. Натяжение производится с помощью гидравлических домкратов, закрепляемьих на бетонном элементе с помощью специальных анкеров. Процесс изготовления завершается инъецированием в канал петролатума для заполнения свободного пространства и закрепления арматуры. Третий способ заключается в навивке на изделие гибких стеклопластиковых стержней или лент. Однако данный способ не нашел широкого распространения. Более технологичной является обмотка элементов пропитанными смолой пакетами волокон с последующей полимеризацией связующего непосредственно на изделии. Навиваемые жгуты укладьтваются в предусмотренные на изделии канавки. Навитая арматура покрывается защитным слоем полимера.

В работе предложен способ внешнего армирования, при котором  на сжатый по торцам бетонный элемент наносится стеклопластиковая оболочка. В таком положении элемент находится до завершения процесса полимеризации связующего. После снятия усилия обжатия бетон стремится возвратиться в первоначальное положение, однако стеклопластик препятствует этому, вследствие чего в бетоне сохраняются сжимающие напряжения, а в стеклопластиковой оболочке возникают растягивающие усилия. Сжимающие силы по торцам могут прикладываться как по оси конструкции, так и эксцентрично. Эксцентричное обжатие используется при изготовлении изгибаемых и внепентренно сжатых элементов. Предварительное напряжение может осуществляться также путём приложения поперечной силы в направлении, противоположном эксплуатационной нагрузке. данным способом могут напрягаться и конструкции с внутренним армированием. При изготовлении бетонного элемента в нем оставляются каналы для СНА. Арматура формуется непосредственно в каналах, например, нагнетанием связующего после укладки стержня. После сброса сжимающего усилия в арматуре возникают растягивающие напряжения.

6.Применение СПА при ремонте железобетонных конструкций  
Традиционные способы усиления и восстановления железобетонных конструкций достаточно трудоемки и часто требуют продолжительной остановки производства. В случае агрессивной среды после ремонта требуется создать защиту сооружения от коррозии. Высокая технологичность, малые сроки твердения полимерного связующего, высокая прочность и коррозионная стойкость внешнего стеклопластикового армирования предопределили целесообразность его использования для усиления и восстановления несущих элементов сооружений. Применяемые для этих целей способы зависят от конструктивных особенностей ремонтируемых элементов.

7.Экономическая эффективность СПА-конструкций

Срок эксплуатации железобетонных конструкций при воздействии агрессивных сред резко сокращается. Замена их стеклопластбетонными ликвидирует затраты на капитальные ремонты, убытки от которых существенно возрастают, когда на время ремонта требуется остановка производства. В работе подсчитана эффективность замены железобетонных конструкций стеклопластбетонными при эксплуатации в различных агрессивных средах на предприятиях синтетических волокон.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СТЕКЛОПЛАСТИКОВОЙ КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ:

Арматуру применяют в соответствии с требованиями проектной документации для конструкций зданий и сооружений различного назначения.

1. Арматура предназначена для применения в промышленно-гражданском, дорожном строительстве.
2. Применение бетонных в бетонных конструкциях зданий и сооружений различного назначения.
3. Для использования в легких и тяжелых бетонах (пенобетон, плиты перекрытия, в монолитных фундаментах).
4. В слоистой кладке кирпичных зданий.
5. В качестве дюбелей для крепления наружной теплоизоляции стен зданий.
6. В качестве сеток и стержней в конструкциях.
7. В качестве гибких связей трехслойных каменных стен зданий и сооружений гражданского и промышленного и сельскохозяйственного строительства, включающих несущий слой, облицованный слой и слой жесткого утеплителя.
8. Использование при берегоукреплении.
9. Морские и припортовые сооружения.
10. Канализация, мелиорация и водоотведение.
11. Дорожное полотно и ограждение.
12. Элементы инфраструктуры химических производств.
13. Изделия из бетонов с преднапряженным и ненапряженным армированием (осветительные опоры, опоры ЛЭП, изолирующие траверсы ЛЭП; дорожные и тротуарные плитки, заборные плиты, бордюр, столбики и опоры; железнодорожные шпалы; фасонные изделия для коллекторов, трубопроводных и трассопроводных (теплоцентрали, кабельные каналы) коммуникальных систем.
14. При возведение домов из несъемной опалубки.
15. Перспективно для создания сеймоустойчивых поясов зданий и сооружений как существующих, так и вновь возводимых.

      Существует мнение, что стеклопластиковая арматура плохо взаимодействует с бетоном при температурных перепадах, однако это не так. Коэффициент температурного расширения у бетона 0,00001°С – следовательно, при увеличении температуры на 50°С расширение достигает примерно 0,5 мм/м, у стальной арматуры 0.000012°С, а у стеклопластиковой арматуры 0.00001°С. Как видим данные очень близки с бетоном.

Композитная стеклопластиковая  арматура может применяться как  в виде отдельных стержней, так  и в виде сеток и каркасов.

В наружных стеновых панелях  арматуру следует применять в  виде сеток и гибких связей. В случае невозможности получения готовых сеток они изготавливаются на месте.

Соединение арматуры – внахлест, длина анкеровки 70d. Например, для арматуры диаметром 8мм, длина анкеровки равна L=70x8=560мм.

Технология сборки каркасов из композитной и стальной арматуры аналогичны. Применяются те же приемы, оснастка и расходные материалы. Традиционно – вязка арматуры стальной проволокой или более эффективно и экономичнее – вязка с использованием самозатягивающихся полимерных стяжек.

Толщина защитного слоя у арматуры назначается из условия совместной работы арматуры и бетона, и обеспечивается установкой фиксаторов из теплостойких и полимерных материалов, например, полиэтилена. При проектировании конструкций с неметаллической арматурой толщина защитного слоя назначается по СНиП 52-01-2003 и в среднем берется 15 мм.

Срок  эксплуатации железобетонных конструкций  при воздействии агрессивных сред резко сокращается. Замена их стеклопластбетонными ликвидирует затраты на капитальные ремонты, убытки от которых существенно возрастают.

Рис.1.Стеклопластиковая  арматура

Применение композитной  стеклопластиковой арматуры в замен  традиционной металлической арматуры позвоялет значительно снизить транспортные расходы, ведь композитная стеклопластиковая арматура значительно меньше весит!

Композитная стеклопластиковая  арматура диаметром от 4 до 8мм поставляется свёрнутой в бухтах. Диаметр бухты – 1 метр. Длина арматуры, свёрнутой в бухте, 50 м и может быть увеличена по вашему требованию.

Арматура диаметром 10 мм, также поставляется в бухтах. Диаметр бухты составляет 1,6 м. Длина  арматуры, свёрнутой в бухте, 50 м.

Арматура диаметром 12 и выше производится любой строительной длины. Стандартная длина поставки – 12 м под длину кузова длинномера.

Стеклопластиковая арматура производится из упругого композитного материала, что позволяет нам сворачивать её в бухты, а после снятия самозатягивающихся стяжек, арматура выпрямляется и сразу же пригодна для работы. Подробнее смотрите статью о производстве арматуры.

Упакованную арматуру транспортируют в горизонтальном положении в  соответствии с действующими правилами  перевозки грузов на соответствующих видах транспорта.

Применение  композитной стеклопластиковой  арматуры увеличивает срок службы конструкций  в 2-3 раза по сравнению с применением  металлической арматуры, особенно при  воздействии на них агрессивных  сред, в том числе содержащих хлористые соли, щелочи и кислоты.

ПРЕИМУЩЕСТВА СТЕКЛОПЛАСТИКОВОЙ АРМАТУРЫ:

1. Прочность на разрыв в 3 раза выше прочностных характеристик стальной арматуры класса А III. Металлическая арматура имеет показатель предела прочности 390 МПа, а стеклопластиковая не менее 1 100 МПа;
2. Композитная арматура не подвергается  коррозионному воздействию в большинстве агрессивных сред, в том числе в щелочной среде бетона.;
3. Арматура кислотостойкая. Очень хорошо стоит в морской воде;
4. Арматура не гнется (имеет более упругие свойства);
5. Теплопроводность композита более чем в 100 раз ниже, чем у стали.;
6. Коэффициенты теплового расширения арматуры и бетона максимально приближены друг к другу, что исключает трещинообразование, при изменение температуры
7. Предлагаемая арматура является диамагнитной и имеет диэлектрические свойства, что позволяет применять ее в таких зданиях и сооружениях, как больницы, аэропорты, радиолокационные станции, различные военные сооружения.
8. Композитная арматура не теряет своих свойств, при низких температурах в отличие от хладноломкости стальной арматуры;
9. Плотность композитной арматуры в 4 раза меньше, чем у стальной арматуры при одновременном увеличении упругопрочностных свойств. При равнопрочной замене арматурного каркаса его вес уменьшается более чем в 10 раз;
10. Любая строительная длина.

8.Композитная арматура: достойная альтернатива металлическим изделиям.  
В настоящее время стеклопластиковая композитная арматура всё чаще используется в различных отраслях промышленности и народного хозяйства. Учитывая перечисленные выше достоинства данного вида конструкций, этот факт объяснить довольно просто. Уникальная технология производства арматуры позволяет получить высококачественный строительный материал, отвечающий всем современным требованиям надежности, качества и безопасности. Стоит также отметить, что композитная арматура довольно неприхотлива к условиях эксплуатации. Так, арматура может использоваться при различных температурных режимах, от – 70 и до +100 градусов Цельсия. Однако растущий спрос на данный материал обусловлен, прежде всего, тем, что арматура из стеклопластика практически не подвержена коррозии и имеет более длительный срок службы. 

В настоящее время  хотелось бы отдельно выделить целый  ряд областей, применение в которой  композитной стеклопластиковой арматуры более предпочтительно, чем металлического аналога. Прежде всего, к подобным сферам можно отнести бетонные армированные емкости и хранилища химических производств, а также системы канализации и водоочистки. Прекрасно подходит композитная арматура для укрепления дорожного полотна, при возведении фундаментов и иных строительных работ. Данный материал также нашел применение при проведение различного рода восстановительных и реставрационных работ, а также ремонте.

Стоит также отметить, что технология производства арматуры постоянно развивается, и не стоит на месте. Таким образом, можно с уверенностью сказать, что качество поставляемой арматуры с каждым годом становится только лучше, что также положительно отражается на технических и эксплуатационных характеристиках материала.

Композитная стеклопластиковая арматура: цена.

Благодаря прогрессивной  современной технологии производства, цена стеклопластиковой арматуры гораздо  ниже, чем стоимость альтернативных аналогов. Используя неметаллическую  арматуру, Вы сможете избежать в последующем капитальных дорогостоящих работ по ремонту.

  Список литературы

1.Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты / В. М. Москвин, Ф. М. Иванов, С. Н. Алексеев, Е. А. Гузеев. - М.: Стройиздат, 1980. - 536 с.

2.Фролов Н. П. Стеклопластиковая арматура и стеклопластбетонные конструкции. - М.: Стройиздат, 1980.- 104с.

3.Тихонов М. К. Коррозия и защита морских сооружений из бетона и железобетона. М.: Изд-во АН СССР, 1962. - 120 с.

                                                                                АС – 505.270102.037