Арматура стеклопластиковая: технические характеристики и сферы применения

Металлическая арматура считается надёжным вариантом для формирования «скелета» монолитного бетона. И сегодня её важность и необходимость в строительстве не подвергается сомнению, хотя на рынке появился и стабильно прогрессирует новый вид арматуры – композитная или стеклопластиковая (СПА). «Новым» материал можно назвать весьма условно, он пришёл на рынок 50 лет назад. Для России стеклопластик был неактуален до недавнего времени, у нас достаточно ресурсов для производства собственного металла по разумной для строительства цене.

В то же время, стеклопластиковая арматура по ряду свойств догнала и перегнала металл, а выводы о прочности и долговечности материала можно сделать и на мировом опыте эксплуатации СПА.

Структура композитной арматуры

Из стеклопластикового волокна с полимерной связующей пропиткой изготавливается строительный материал в виде рельефных стержней заданной величины – стеклопластиковая арматура. Структура материала:

Внутренний стержень. Служит обеспечением основных функциональных характеристик. В изготовлении используются волокна из стеклопластика. Они размещаются в структуре стержней параллельно либо в виде плетения «косичкой», далее заливаются полимерной смолой.
Наружное покрытие. Выполняется способом навивки на внутренний стержень композитных волокон либо напылением на него мелкофракционного абразива.

Типоразмеры и параметры

Диаметр производимой СПА варьируется в диапазоне 4 – 18 мм. Изделия выпускаются в виде мерных прутов либо в бухтах.

Общая длина арматуры в бухте зависит от используемого в её изготовлении технологического оборудования. СПА диаметром 12 мм и более предлагаются потребителю исключительно в виде прутков.

К основным параметрам, влияющим на область применения, относятся вес одного метра и диаметр композитного прутка.

Дополняющей характеристикой можно считать шаг навивки, но сегодня практически все производители выпускают арматуру с шагом 15 мм.

Достоинства и недостатки стеклопластиковой арматуры

Как и у любого строительного материала, у стеклопластиковой арматуры есть свои как достоинства, так и недостатки по сравнению с аналогичной металлической, которые могут стать серьезным подспорьем или помехой в применении ее в различных областях строоительства.
Давайте, наверное, начнем с достоинств:

Достоинства стеклопластиковой арматуры

1. Небольшой удельный вес. Это достоинство позволяет применять ее в легких конструкциях, таких, например, как ячеистый бетон и т.п. Это свойство стеклопластиковой арматуры позволяет снизить массу всей конструкции.

Стоит отметить, что применение стеклопластиковой арматуры в обычном бетоне не будет так же значительно влиять на массу конструкции, учитывая то, что основной вес будет давать сам бетон.

2. Низкая теплопроводность. Как известно, стеклопластик проводит через себя тепло значительно хуже, чем металл.

Это достоинство стеклопластиковой арматуры позволяет применять ее там, где необходимо сократить мостики холода, которые так замечательно создает стальная арматура.

3. Упаковка в бухтах. Для строительства частных домов это очень весомое достоинство стеклопластиковой арматуры, потому что на ее доставку к участку можно не тратиться, а, как известно, при постройке дома, особенно если строите своими руками, каждая копейка на счету.

В добавок к вышесказанному можно добавить, что применение стеклопластиковой арматуры в бухтах уменьшает ее расход, так как в арматурном каркасе нахлестов практически не будет, а это так же позволит немного снизить финансовые расходы.

4. Долговечность. Производители основываются на том факте, что стеклопластик, по сравнению с металлом, гораздо долговечнее.

Это немного сомнительное достоинство стеклопластиковой арматуры, учитывая то, что металл внутри бетона практически не подвержен коррозии и внутри железобетонной конструкции также прослужит очень долго.

5. Диэлектрическая. Это свойство, скорее всего, в частном строительстве не дает никаких достоинств стеклопластиковой арматуры над металлической, но о нем тоже не стоит забывать.

6. Устойчивость к химическим воздействиям. Это означает, что в кислых и других агрессивных химических средах стеклопластиковой арматуре намного комфортнее чем стальной.

В малоэтажном частном строительстве это достоинство стеклопластика, так же, как и предыдущее, практически не играет никакой роли, за исключением строительства зимой, когда в раствор или бетон добавляют различные соли, пагубно воздействующие на металл.

7. Радиопрозрачность. Это означает, что стеклопластиковая арматура не создает никаких радиопомех, в отличие от металлических контуров, создаваемых стальной арматурой.

Такое достоинство стеклопластиковой арматуры как радиопрозрачность, будет играть значительную роль только в том случае, если в стенах вашего дома много арматуры. Тогда применение стеклопластиковой арматуры уменьшит радиопомехи внутри дома.

В достоинствах разобрались, теперь давайте рассмотрим недостатки стеклопластиковой арматуры, применяемой в строительстве.

Недостатки стеклопластиковой арматуры

У любого материала есть недостатки и стеклопластиковая арматура – не исключение.

1. Стеклопластиковая арматура дороже обычной стальной если сравнивать арматуру одинакового диаметра.

Немного сомнительный недостаток, так как производители утверждают, что в строительстве стеклопластиковая арматура используется меньшего диаметра чем металлическая.

2. Термически не устойчива. Стеклопластиковая арматура не выдерживает высоких температур.

Так же сомнительный недостаток, потому как в малоэтажном частном строительстве я даже не могу представить ситуацию, где будет необходимо нагреть арматуру до 200 градусов.

3. Не гнется. Таким образом, если нам понадобится, например, согнуть арматуру под углом 90 градусов, мы этого сделать не сможем. Хотя с другой стороны – мы можем все изгибы сделать из обычной стальной и нарастить их со стеклопластиковой.

4. Низкий модуль упругости на излом. Это означает, что стеклопластиковая арматура не выдерживает на излом таких же нагрузок, как металлическая.

Многие производители утверждают обратное – что модуль упругости у стеклопластиковой арматуры больше, но это, скорее всего, они имеют ввиду растяжение, а бетон, как правило подвержен больше нагрузкам именно на излом. Это основной недостаток, из-за которого ограничивается применение стеклопластиковой арматуры в строительстве.

5. Трудность в сооружении жесткого арматурного каркаса. Другими словами, каркас из стеклопластиковой арматуры не такой жесткий как из металлической, и, соответственно, менее устойчив к вибрации и нагрузкам, которые будут присутствовать при заливке бетона с автомобильного миксера.

Когда Вы заливаете бетон в траншею или опалубку с автомиксера, необходимо чтобы арматурный каркас был очень жестким, потому что арматура может «соскочить» или просто прижаться к полу или стенам траншеи, а исправить это будет сложно, когда бетон уже залит.

Вот мы и рассмотрели практически все основные достоинства и недостатки стеклопластиковой арматуры. Судя по ним, невозможно с большой уверенностью сказать, что она значительно лучше или хуже металлической арматуры, поэтому давайте рассмотрим в каких строительных конструкциях и сооружениях применение стеклопластиковой арматуры будет оправдано и целесообразно.

Сферы применения

В связи с востребованностью стеклопластиковой арматуры в строительстве, производители стали предлагать изделия не только в традиционном исполнении, — бухтах и прутках. На рынке появились стеклопластиковые армирующие сетки и готовые армокаркасы в различных вариантах исполнения по форме и габаритным параметрам.

Композитная арматура применяется при выполнении ряда строительных работ и изготовлении строительных конструкций:

Армирование конструкций из монолитного бетона: стен, колодцев, покрытий, фундаментов.
Укрепление кладки из штучных стеновых материалов, — кирпича, камня, а также блоков пористых и облегчённых всех видов.
В устройстве дорожных покрытий и укреплении насыпей.
Возведение зданий с применением технологий несъёмной опалубки.
Обеспечение гибких связей несущих, облицовочных, укрепляющих слоёв в устройстве многослойных стен и иных конструкций.
Изготовление опор ЛЭП и железнодорожных шпал.
Применение в качестве дюбелей для крепления теплоизоляции сооружений.
Устройство инженерных коммуникаций, канализации, водоотведения.
Создание мелиоративных систем.
Особую популярность композитные изделия получили у дачников и владельцев приусадебных участков. СПА используется на дуги теплиц, для создания декоративных и хозяйственных ограждений, поддержки плодовых деревьев.

Сфера использования и основные виды армирующих прутков

Данные изделия подразделяются не только по внешнему виду и способу нанесения ребер жесткость. Основной классификацией является сфера использования прутков:

рабочая;
распределительная;
монтажная;
выпускаемую для укрепления изделий и конструкций из бетона.

Налажено производство различных изделий, в зависимости от поставленных задач для арматуры в строительстве:

отдельных, разных по размерам, плетей;
армирующие сетки;
в зависимости от размеров, выпускаются различные по конструкциям и габаритам каркасы.

При небольшом сроке применения, композитная арматура, используется различными строительными организациями. Применяется для изготовления дренажных колодцев, бетонных стен, производится армирование ленточного фундамента стеклопластиковой арматурой. Широко применяется при строительстве дорог.

С ее помощью армируют полотно, насыпи, основания автотрасс, хорошо укрепляют кирпичную и блочную кладку стен. Широкое применение получил этот материал и в частных домовладениях и для обустройства различных теплиц и парника, для армирования небольшого фундамента. Такие конструкции легкие, простые в монтаже и при их разборке.

Добавляет популярность материалу, его простота в транспортировке и работе. Для доставки не требуется заказывать грузовой автомобиль, доставить можно на легковом авто.

Ребристые и гладкие стержни

Ребристый профиль изделиям необходим для улучшения сцепления с бетонной смесью. Иногда, с этой же целью, поверхность арматуры в процессе застывания посыпается песком.

Стеклопластиковые стержни с гладкой поверхностью не могут иметь должного сцепления с бетоном, — поэтому они менее востребованы в качестве арматуры для бетонных работ.

Но цена гладких прутов значительно ниже, поэтому есть смысл использовать их в качестве вспомогательных изделий с минимальной нагрузкой при сборке каркаса для армирования.

Преимущества композитной арматуры

Благодаря сочетанию неметаллических волокон и связующего композитного состава арматура из стеклопластика приобрела дополнительные качества и свойства, активно используемые на практике:

незначительный удельный вес, что снижает затраты на транспортировку и облегчает монтаж;
не требуются сварочные операции;
предел прочности, почти вдвое превышающий аналогичный параметр металла;
химическая стойкость;
низкий уровень теплопроводности в сочетании с широким температурным диапазоном эксплуатации;
высокий показатель диэлектрической проницаемости.

Преимущества самого материала дополняются особенностями технологического процесса:

все нити сердцевины одинаково напряжены, что усиливает прочность СПА;
поток нити на этапе скручивания очищается от всевозможных загрязнений, что обеспечивает оптимальный расход компонентов при изготовлении и способствует снижению итоговой стоимости изделий;
для повышения химической стойкости и повышения адгезии с бетоном арматура покрывается слоем винилэфирной смолы.

Что собой представляет стеклопластиковая арматура

Арматура из стекловолокна – это конструкция, состоящая из стеклопластикового стержня и углепластиковой нити либо нитевидного стекловолокна ровинга, скреплённое эпоксидной смолой. Внешняя нить обеспечивает надёжную сцепку с бетоном во время строительства и дополнительно усиливает конструкцию. Такая композитная арматура успешно конкурирует с обычными металлическими прутами, а иногда даже выигрывает по всем пунктам.

Основой стеклоарматуры также может быть базальт, карбон или полиамид (волокна могут комбинироваться). Название такой неметаллической арматуры зависит от используемых материалов: например, базальтопластиковая, стеклопластиковая или стекловолоконная и так далее.

Производится рассматриваемый стройматериал следующим образом. Волокнистый массив пропитывают специальным термопластичным составом, смолами, отвердителями. После этого заготовку пропускают сквозь фильеры. Благодаря полимеризации, проходящей при высоких температурах в печи заготовка приобретает форму, после чего арматура протягивается сквозь специальные механизмы. Сверху на прутки наматываются рёбра для жёсткости.

Изготовление стеклоарматуры Источник prom.st

Также изделия посыпаются песком, мраморной или гранитной крошкой, если нужно обеспечить дополнительную сцепку с бетоном.

Так, для дорожного строительства и при возведении мостов не следует использовать ржавеющие со временем конструкции, поэтому стеклопластиковая арматура подходит лучше всего. Также подобный тип арматуры используют для портовых, морских сооружений и при усилении бетонных резервуаров.

Диаметр такой стеклопластиковой арматуры может варьироваться от 4 мм до 18 мм. Заготовки в длину обычно нарезают по 3 м, 6 м или максимум 12 м. При транспортировке стеклоарматуру для экономии места и для удобства можно скручивать в бухты.

Это интересно! Арматура из стеклопластика была разработана ещё в Советском Союзе, но широко применятся начала только сейчас.

Различают несколько разновидностей рассматриваемой арматуры:

АСП или стеклопластиковая (сердцевина сделана из стекловолокна);
УГК или углекомпозитная (основой является углеводород);
АСК или стеклокомпозитная (стекловолокно смешивают со смолами);

Стеклокомпозит Источник stroitel-btsk.ru

АБП или базальтопластиковая (более прочная, чёрная арматура, основным элементом которой является базальт, магматическая порода со стекловолокнистой структурой);
АБК или базальтокомпозитная (в эту арматуру со стекловолокном добавляют базальт);
УГП или углепластик (производится из карбона);
ААК или арамидокомпозитная (в составе – похожие на капрон или нейлон полиамидные волокна);
АКК или композитная комбинированная (состоит из стекловолокна и базальтопластика).

Также пластиковая арматура делится на условно-гладкую, посыпанную кварцевым песком мелкой фракции, и с периодическим профилем с намотанным на пруток стекловолокном, который служит анкеровочным ребром.

Смотрите также: Каталог строительных компаний, у которых налажено собственное производство материалов и комплектующих для возведения домов

Сравнение характеристик арматуры стальной и стеклопластиковой

Не стоит сравнивать и оценивать арматуру стальную и композитную, разделяя по комплексу характеристик на оценки «хорошая» или «плохая». Есть точные определения, когда стеклопластиковая арматура применяться не должна, а когда может быть лучшим решением.

Как правило, обоснованием любого выбора становятся технические характеристики стеклопластиковой арматуры и её конкурента из металла.

Сравнение указанных видов арматуры неизбежно, так как они имеют сходные параметры и сферы применения, а значит, могут взаимно заменяться при соблюдении определённых условий.

Недостатки

Популярность стеклопластиковой арматуры обоснована рядом безусловных достоинств, но материал имеет и недостатки, способные перечеркнуть все преимущества.

Низкий модуль упругости

Этот показатель означает, что композитные изделия не следует использовать для армирования монолитных перекрытий либо их участков. В случае крайней необходимости применения именно СПА, — необходимо провести тщательные технические расчёты.

Низкая термическая устойчивость

Стеклопластиковая арматура – это самозатухающий материал, который не может стать распространителем огня в бетонных конструкциях. Но при высоких температурах изделия СПА резко теряют свои функциональные прочностные характеристики, что ограничивает сферу применения композитной арматуры.

Потеря прочности

Арматура из стеклопластика со временем снижает либо утрачивает прочностные характеристики (полимерные органические связи разрушаются — так называемый процесс «старения» органики). Процесс ускоряется при воздействии на арматуру щелочных сред. Во избежание этого недостатка следует применять композитные изделия с добавлением редкоземельных металлов.

С учётом всех перечисленных, даже уникальных достоинств арматурных стеклопластиковых прутов, их применение допускается только в условиях и конструкциях, где материал не будет испытывать разрушительных для него нагрузок и воздействий.

СВОЙСТВА АРМАТУРЫ

Основными свойствами стеклопластиковой композитной арматуры является небольшой вес, за счет чего, ее легко транспортировать, при резке и вязке имеет хорошую технологичность и также позволяет формировать криволинейные участки. Стеклопластиковая композитная арматура обладает высокими показателями предела прочности на растяжение – он в 2,5 раза выше чем у металлической, имеет высокую химическую стойкость в случае воздействия на нее соли, кислоты и проч. (см. таблицу 1).

Среди ее свойств необходимо отметить то, что она является диэлектриком. Магнитное и электрическое поле, а также радиоволны не оказывают ощутимого влияния на характеристики прочности, обладает радиопрозрачностью. Показатель прочности остается стабилен, при низких температурах, благодаря одинаковому с бетоном коэффициенту теплового расширения, при совместной работе этих материалов, трещинообразования и порывов в бетонном слое практически нет.

Одновременно с этим стеклопластиковая композитная арматура имеет и ряд ощутимых недостатков: модуль ее упругости в 3,6 раза ниже в сравнении со стальной вследствие чего обладает низкой степень сопротивляемости деформации. Так же невысок уровень огнестойкости. Стеклопластиковая композитная арматура относится к самозатухающим материалом, имеет группу горючести Г – 1, и предельную рабочую температуру в бетоне не выше 200 °С, при превышении которой резко меняет свои свойства, что может быть причиной внезапного разрушения конструкции. В связи с чем ее применение в конструкциях, что могут быть подвержены воздействию высоких температур – недопустим.

При разрушении стеклопластиковой композитной арматуры отсутствует площадка текучести и имеет хрупкий характер, имея при этом более высокие показатели прочности, но дает резкое, внезапное, без видимых предварительно дефектов, разрушение конструкции.

Рис.2. Диаграмма напряжений.

По данным, С. П. Максимова, Ю. Б. Башкова, Е. П. Вшивкова – стеклопластиковую композитную арматуру не рекомендуется использовать в бетонных конструкциях ригеля, плитах перекрытия, колоннах, поскольку наблюдается низкий модуль Юнга, а как следствие жесткость и практически не имеет сопротивления изгибу. Но значение остальных показателей, благоприятно для использования стеклопластиковой композитной арматуры в случае армирования дорожного полотна на тех участках, где имеется агрессивное воздействие реагентов, в ленточных фундаментах и других.

Еще одним из недостатков стеклопластиковой композитной арматуры может служить невозможность использовать электросварку при соединении сегментов. Одним из решений этой проблемы — установить на концах арматурного стержня стальную трубку (в заводских условиях), а к ним уже применить электросварку.

Нюансы и особенности

Как и о всяком относительно новом строительном материале, об СПА в профессиональной и дилетантской среде имеется много противоречивых мнений. Попробуем разобраться в подлинности и обоснованности некоторых суждений.

О сгибании СПА

Необходимость согнуть арматуру достаточно часто возникает в ходе строительства, непосредственно на объекте. Но стеклопластиковые стержни невозможно согнуть качественно непосредственно на месте её установки, — в этом отличие её от металла. Строители часто считают это минусом СПА, но не критическим. Есть два приемлемых решения:

Гнутые элементы заказываются производителю заранее, если есть проект армирования или хотя бы понимание необходимости сгибания.
Возможно применение смешанного армирования. В этом случае композитные пруты соединяются с угловыми элементами из металлической арматуры.

О нормативной базе на использование СПА

Противники стеклопластиковой арматуры в строительстве утверждают, что её использование на стройке незаконно, так как отсутствуют нормативы и стандарты на её применение. Это всего лишь полуправда. На самом деле применять композитные стержни разрешено ГОСТом, никто не вправе запретить реализацию проекта с проверенными экспертизой расчётами нагрузок. Но проблема есть, — это отсутствие программ и утверждённых моделей расчёта конструкций для использования композитной арматуры. Но для малоэтажного строительства в подобных нормативах и программах нет нужды. Построить небольшой дом или дачу с использованием СПА можно, для чего можно воспользоваться примерными нормами и советами знающих профессионалов.

О цвете композитных стержней

Изначальный, стандартный цвет СПА – светло-желтоватый. Как более редкий вариант, – чёрный, если исходным материалом является базальт. Придать привлекательность композитным прутам призван цвет, — это ход скорее маркетинговый, необходимостью он не вызван. Но на рынке произошёл некий информационный вброс: якобы окрашивающие добавки в композите улучшают его характеристики.

Поэтому сразу поставим точку: цвет никак не влияет на качество стеклопластиковой арматуры. Возможно, какую-то роль цветовые решения играют при использовании СПА для хозяйственных нужд на дачах и в садах.

Структура, применение стеклоарматуры

Конструктивное исполнение данного стройматериала зависит от технологии изготовления, используемой производителем. Выпускается в форме прутков, состоящих из двух частей.

Внутренний стержень. Параллельно расположенные или сплетенные между собой нити стекловолокна. Их крепление обеспечивается за счет пропитки полимерной смолой.
Внешний слой. Представляет собой навивку из композитного материала.

Технические параметры:

предел прочности при растяжении от 800 до 1000 МПа;
модуль упругости при растяжении 45 – 50 ГПа;
прочность при сжатии 300 МПа;
прочность при поперечном срезе 150 МПа;
эксплуатационная температура от -30 до 60° C.

Прочностные характеристики арматуры из стеклопластика зависят от диаметра прутка (от 4,0 до 32 мм). Благодаря широкому диапазону из СПА можно делать тонкую сетку, прочные каркасы для несущих конструкций. Стройматериал реализуется нарезанными хлыстами или в виде бухт длиной до 100 метров.

Преимущества СПА

Повышенная влажность, воздействие агрессивных сред приводят к повреждению стальной арматуры, разрушению железобетонных конструкций, дорожных покрытий, полов производственных цехов. Использование стеклопластиковой арматуры помогает избежать развития негативных последствий и увеличить сроки эксплуатации строительных объектов. СПА соответствуют всем стандартам строительной сферы.

Она отличается высокой прочностью, долговечностью. Выдерживает испытания на разрыв, растяжение, превосходит по этим показателям традиционные металлические прутья. Срок службы стройматериала 50-80 лет.
Благодаря высоким антикоррозионным свойствам повышенная влажность и воздействие агрессивных сред не влияют на технические характеристики стройматериала.
Конструкции, созданные на основе СПА, хорошо сохраняют тепло за счет низкой теплопроводности.
Шероховатое покрытие арматуры из стекловолокна обеспечивает прочное сцепление с другими стройматериалами.
Деформация и нарушение целостности не меняют первоначальную форму конструкции.
Диэлектрические свойства, отсутствие намагничивания учитываются при строительстве объектов.
Упаковка в бухты уменьшает расход благодаря сокращению количества нахлестов и применения бесшовной укладки.
Незначительный уровень упругости СПА дает возможность безопасного и быстрого погашения деформирующих вибраций.
За счет небольшого веса снижается общая масса всей конструкции.
Изделия отвечают всем требованиям экологической безопасности.

При использовании композитных материалов не требуется применение сварочного оборудования, устройств для резки металлов.

Металлопрокат продается по весу, а СПА реализуется погонными метрами. У людей, не знающих такой тонкости, создается обманчивое мнение, что металлические изделия обходятся дешевле.

Недостатки

Наряду с достоинствами данный вид строительного материала имеет несколько минусов:

Смолы, связующие стекловолокно, возгораются при температуре 200° C. Нельзя использовать на промышленных объектах, в проектах которых заложен огнеупорный бетонный монолит.
Композитные прутья имеют низкую прочность на излом. Это не позволяет согнуть их под малый радиус самостоятельно. Застройщик вынужден заказывать гнутые элементы у производителя.
Модуль упругости СПА в 4 раза меньше чем у металлопроката.

Перечисленные недостатки необходимо предусматривать на этапе проектирования.

Где используется стеклопластиковая арматура

Области применения СПА:

Армирование фундаментов, стяжек, стен в гражданском и производственном строительстве.
Укрепление автомагистралей, дорог местного значения.
Использование в качестве стержней, сеток в сооружениях из бетона.
Возведение многослойных кирпичных стен, газосиликатных блоков.
Строительство канализационных, мелиорационных сооружений.
Проведение утепления зданий. СПА позволяет увеличить сцепление бетонных плит, между которыми прокладывается утеплитель.
Реконструкция, строительство объектов с повышенной сейсмической устойчивостью.
Возведение сооружений в портах, укрепление побережья.
Армирование конструкций из клееной древесины.

Использование композитной арматуры актуально для конструкций, эксплуатация которых будет осуществляться в контакте с агрессивными средами.