Замена металлической арматуры на композитную

Строительная отрасль все время пребывает в постоянном поиске новых и все более эффективных материалов и инновационных технологий.

Вместе с тем, наверное, ни в какой другой области нет более высоких требований к надежности изделий, как в строительстве. Именно поэтому и ценится признание эффективности каждого нового научного достижения в этой сфере – тогда его смело можно считать настоящим прорывом в современном производстве.

Именно такое широкое признание получила неметаллическая композитная арматура.

Строение неметаллической арматуры

Данный вид арматуры состоит из матрицы и армирующих элементов. В качестве армирующих элементов выступают непрерывные волокна высокой прочности, объединенные между собой в стержень полимерной матрицей. Наружная поверхность данной арматуры имеет постоянную и непрерывную ромбическую рельефность. Композитная арматура изготавливается по новой, высокопроизводительной технологии с названием плейнтрузия.

По виду используемых в производстве волокон выпускаются следующие виды композитной арматуры с диаметром от 4 до 20 миллиметров

  • АНС – арматура неметаллическая стеклопластиковая;
  • стеклопластиковая композитная арматура
  • АНБ – арматура неметаллическая базальтопластиковая.
  • базальтопластиковая композитная арматура

Особенности композитной арматуры

Композитные неметаллические арматуры характеризуются следующими отличительными особенностями:

  • Отсутствует текучесть материала под любой нагрузкой, это позволяет использовать самые полные характеристики напряжения временного сопротивления их разрыву.
  • Расчетное сопротивление неметаллической арматуры превышает сопротивление арматуры из стали класса А-III примерно в пять раз;
  • Относительное удлинение новой арматуры при растяжении в некоторых случаях до 12 раз меньше, чем у подобных стальных арматур. То есть неметаллическая арматура очень хорошо сохраняет свой первоначальный размер и меньше поддается деформациям;
  • Модуль упругости может быть обеспечен в обширном диапазоне 55 – 200 ГПа, в зависимости от применяемых волокон;
  • Удельный вес композитной арматуры в четыре раза меньше, чем у стальной. При равноценной по прочности замене стальной арматуры на композитную вес арматурного каркаса уменьшается более чем в десять раз.
  • Композитная арматура не подвергается какому-либо коррозионному разрушению при воздействии абсолютного большинства агрессивных сред (в том числе и агрессивной щелочной среды бетона), долговечность таких конструкций оценивается не менее, чем в 80 лет;
  • Коэффициент теплового расширения новой арматуры (КТР) соответствует такому же КТР бетона, это полностью исключает образование трещин в конструкции при изменении температур;
  • Композитная арматура практически не проводит тепло, ее теплопроводность в сто раз меньше, чем у стали;
  • Она не теряет своих рабочих свойств даже при низких температурах;
  • Неметаллическая арматура является радиопрозрачной, диамагнитной и диэлектрической.

Сравнение свойств металлической арматуры с композитной

Характеристика

Стальная арматура ГОСТ 5781-82

Композитная арматура

Механическое поведение при растяжении,  Н/мм2

Класс

σВ

σТ

σР

Класс

σВ

σТ

σР

А-I

373

235

225

АНС

1250

---

1250

А-II

490

295

280

А-III

590

390

355

АНБ

1450

---

1450

А-IV

883

590

510

А-V

1030

788

680

АНБ ВМ

1850

---

1850

А-VI

1230

980

815

Относительное удлинение, Р, %

А-I

25

АНС

2,2

А-II

19

А-III

14

АНБ

1,6

А-IV

6

А-V

7

АНБ ВМ

1,3

А-VI

6

Модуль упругости, ЕР,
Н/мм2 (ГПа)

200 000 (200)

АНС

60 000 (60)

АНБ

90 000 (90)

АНБ ВМ

до 200 000 (200)

Плотность, г/см3

7,8

1,9

Коррозионная стойкость

Подвергается коррозии

Не подвергается коррозии

Коэффициент линейной температурной деформации,

*10-5/ 0С

1,3-1,5

0,5-0,9

(Бетон: 0,7-1,0)

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*К)

46

0,35-0,5

Электрические свойства

Электропроводна

Диэлектрик

Магнитные свойства

Магнитопроводна

Диамагнетик

Экологические свойства

При эксплуатации не выделяет вредных веществ

При эксплуатации не выделяет вредных веществ

Диапазон рабочих температур

По СНИП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции»

от -70 до +50 0С

от -70 до +100 0С


Примечание:

  • σВ – временное сопротивление разрыву;
  • σТ – предел текучести (нормативное сопротивление арматуры);
  • σР – расчетное сопротивление растяжению.
Зависимость «Напряжение – Деформация»
график зависимости напряжения и деформации

Замена металлической арматуры на композитную

Стальная арматура АIII

ГОСТ 5781-82

σв = 590 Н/мм², σт = 390 Н/мм²,

σр = 355 Н/мм², Ер = 200000Н/мм²

Арматура неметаллическая стеклопластиковая

σв = 1250 Н/мм, σр = 1000 Н/мм²,

Ер = 55000Н/мм²

Арматура неметаллическая базальтопластиковая

σв = 1450 Н/мм, σр = 1200 Н/мм²,

Ер = 78000 Н/мм²

Обозначение

Наружный диаметр, мм

Площадь сечения, мм²

Вес, гр/м

Растягивающая нагрузка, Н*

Обозначение, наружный диаметр, мм

Площадь сечения, мм²

Вес, гр/м

Растягивающая нагрузка, Н*

Обозначение, наружный диаметр, мм

Площадь сечения, мм²

Вес, гр/м

Растягивающая нагрузка, Н

6 А-III

6,75

28,3

222

10 047

АНС-4

7,76

26

7060

АНБ-4

7,76

26

8472

8 А-III

9,0

50,3

395

17 857

АНС-6

19,62

40

19 620

АНБ-6

19,62

40

23 544

10 А-III

11,3

78,5

617

27 868

АНС-8

33,16

72

33 160

АНБ-8

33,16

72

39 792

12 А-III

13,5

113,1

888

40 151

АНС-10

56,71

110

56 710

АНБ-10

56,71

110

68 052

14 А-III

15,5

154,0

1210

54 670

АНС-12

86,54

184

86 540

АНБ-12

86,54

184

103 840

16 А-III

18,0

201,0

1580

71 355

АНС-14

122,65

242

122 650

АНБ-14

122,65

242

147 180

18 А-III

20,0

254,0

2000

90 170

АНС-16

165,04

320

165 040

АНБ-16

165,04

320

198 048

20 А-III

22,0

314,0

2470

111 470

АНС-18

188,59

430

188 590

АНБ-18

188,59

430

226 308

22 А-III

24,0

380,0

2980

134 900

АНС-20

240,40

530

240 400

АНБ-20

240,40

530

288 480

25 А-III

27,0

491,0

3850

174 305

АНС-22

329,89

662

329 890

АНБ-22

329,89

662

395 868

28 А-III

30,5

616,0

4830

218 680

АНС-24

397,40

820

397 400

АНБ-24

397,40

820

476 880

32 А-III

34,5

804,0

6310

285 420

АНС-26

471,19

946

471 900

АНБ-26

471,19

946

566 280

36 А-III

39,5

1018,0

7990

361 390

АНС-28

510,44

1073

510 440

АНБ-28

510,44

1073

612 528

40 А-III

43,5

1257,0

9870

446 235

АНС-30

637,61

1217

637 610

АНБ-30

637,61

1217

765 132


Замена металлической арматуры на композитную арматуру производится следующим образом:

  • В бетонных изделиях, работающих на упругом основании (фундаментные элементы) замена производится из условия равенства растягивающих нагрузок. Для примера, стальная арматура 22 А-III (134 900 Н) может быть заменена на арматуру стеклопластиковую АНС-16 (165 040 Н) или арматуру базальтопластиковую АНБ-14 (147 180 Н) (в таблице отмечены желтым цветом).
  • В изгибаемых бетонных конструкциях (балки, плиты) замена производится на основании данных испытаний по величинам трещиностойкости и прочности изделий.

Композитнобетонные изделия

Применение в строительстве неметаллической композитной арматуры в различных бетонных конструкциях определено разделом строительных норм и правил (СНиП) 52-01-2003, а также 2.03.01-84.

Расчет строительных конструкций с использование композитной арматуры следует производить строго по их параметрам. Замена каркасов и сеток из стальной арматуры на композитные составляющие производится по опытным графическим зависимостям - графику равнопрочной замены металла на соответствующую композитную арматуру.

Пример замены

Стальная арматура маркировки 20А-III в изгибаемых бетонных конструкциях заменяется на новую композитную арматуру с расчетным диаметром 12 миллиметров, а в конструкциях на жестком основании – на композитную неметаллическую арматуру с расчетным диаметром 10 миллиметров.

Рекомендуемые области применения композитной арматуры:

  • Строительство и ремонт всевозможных бетонных изделий, которые работают как в агрессивных средах, так и в «дружественных», неагрессивных средах;
  • Замена высокопрочной арматуры из металла и канатов в различных конструкциях с предварительно напряженной арматурой;
  • Возможно применение в бетонных изделиях, работающих на упругом основании (к таким относятся фундаменты и дорожные плиты, причальные сооружения и подпорные стенки и прочее);
  • Создание гибких связей для многослойных кирпичных и бетонных сооружений и изделий.

Примеры использования композитных неметаллических арматур

  1. Пример гибких связей для многослойных кирпичных (и бетонных) изделий
  2. Замена металлической высокопрочной арматуры и надежных канатов в конструкциях с «предварительно напряженной арматурой»
  3. Мост с преднапряженными деревянными балками с проезжей частью, сделанной из железобетона. Мост построен в 1975 году, в Амурской области.

    Мост с преднапряженными балками из стали. Возведен в Приморском крае почти 30 лет назад.

    Мост с преднапряженными балками из бетона. Был возведен в 1989 году в Еврейской автономной области СССР.

  4. Бетонные изделия, которые работают на упругом основании - фундаменты, различные дорожные плиты и причальные сооружения, а также подпорные стенки и прочее.
  5. Фрагмент асфальтирования проезжей части с использованием современной композитной сетки.

    Состояние современного дорожного покрытия после трех лет его эксплуатации.

  6. Строительство, а также ремонт различных бетонных изделий, работающих в агрессивных и в неагрессивных средах
  7. Испытания на устойчивость к трещинам опытной плиты П30.18 с проведением замены металлической арматуры 12АIII на новую базальтопластиковую арматуру АНБ-8, нагрузка 6 650 килограммов после выдерживания в течение 24 часов.

    Испытания на разрушающую нагрузку опытной новой плиты П30.18 с заменой арматуры из металла 12АIII на базальтопластиковую арматуру АНБ-8, нагрузка 12 тонн после выдерживания в течение полных суток.

    Испытание на прочность перемычек из бетона с преднапряженной арматурой из базальтопластика.

    Внешнее состояние бетонных перемычек с базальтопластиковой преднапряженной арматурой при нагрузке на нее в 7500кг.

    Внешнее состояние бетонных перемычек с неметаллической базальтопластиковой преднапряженной арматурой после снятия с нее нагрузки 7500 кг.

    Базальтопластиковая  арматурная сетка для процесса армирования промышленных полов.

  8. Перемычки без исходного натяжения
  9. Перемычки с натяжением
  10. Монолитный участок между двумя плитами перекрытия