Стеклопластиковая арматура — технические характеристики

Применение арматуры из стеклопластика

Композитную арматуру применяли еще во времена СССР. Хотя распространенным материал назвать сложно, но его аналоги появились еще в 30-х года прошлого века, а в СССР с ним начали экспериментировать еще в 40-х годах.

Однако распад страны привел к тому, что про композитную арматуру забыли, вспомнив снова в начале нового тысячелетия.

Изделия из стекловолокна может применяться для армирования стяжек, фундаментов, армопоясов. Прутья могут использоваться в качестве кольев, материала для создания оград, шпалер. Также они оказались незаменимыми в производстве стеновых блоков, надежно соединяя слои, при этом арматура не служит, как металл мостиками холода.

Арматура из стеклопластика (АКС) не только дешевле, чем стальная, но по ряду параметров выигрывает у нее. Правила ее применения регламентирует нормативный документ СП 295.1325800.2017.

Особенности производства

Прутья арматуры состоят из тончайших нитей, вытягиваемых из расплавленной массы стекла. Между собой они связываются эпоксидным компаундом. Чтобы прутья лучше сцеплялись с бетоном, на их поверхность навивают ребра. Они также делаются из жгута полимерных нитей, которые приклеиваются к поверхности изделия компаундом.

Главная особенность стекловолокна – высочайшая устойчивость к разрывам. По этому параметру стеклонити многократно превосходят лучшие сорта сталей, достигая величины 2,4 ГПа.

Стекловолокно – сложный в производстве материал. Любые нарушения и ошибки в процессе изготовления приводят к значительному ухудшению качества.

Технические параметры материала

Ниже подробно опишем основные характеристики стеклоарматуры, рассмотрев ее важность.

Масса

Стеклопластик намного легче стали. Это делает материал более удобным при транспортировке: можно больше арматуры погрузить в кузов, не нужна механизация – бухту стержней без труда поднимает один человек. 

Также снижается общий вес бетонных конструкций при замене стальных прутьев на композитные, что приводит к уменьшению нагрузки на фундамент.

Сравнение веса 1 метра арматуры из стеклопластика и стали:

Как видно, аналог из стекловолокна легче стального в 4-4,5 раза.

Прочность на разрыв

Армирование повышает прочность бетонных конструкций к изгибающим и разрывным нагрузкам. Поэтому одна из важнейших ее свойств – показатель разрывной прочности. Его предел характеризует максимально возможное растяжение стержней, после которого начинается разрушение.

Нагрузка на разрыв у стеклопластикового композита многократно превышает лучшие показатели стали. Исходя из этого, рекомендуется использовать неметаллическое армирование в бетонных конструкциях, где арматура работает на разрыв.

Для сравнения предел прочности на растягивание у стеклопластиковой арматуры находится на уровне 1189 МПа, что примерно в 3 раза лучше, чем у стали (390 МПа).

Благодаря такому свойству АКС можно использовать более тонкие стержни. Например, заменять стальные прутья диаметром 12 мм на стеклоарматуру с сечением 8 мм.

Однако на прогиб стеклопластик работает хуже, поэтому в конструкциях, где важен этот параметр, используют сталь. При ее замене на стеклопластик, берут стержни с большим диаметром. Именно поэтому при производстве плит арматуру АКС практически не используют.

Уровень модуля упругости

Модулем упругости называют степень способности материала к упругой деформации под воздействием внешних воздействий. Чем больше модуль упругости, тем лучше материал препятствует возникновению микротрещин в массиве бетона.

У стальных стержней показатель модуля упругости равен 200 тысяч МПА, у композитных – 55 тысяч МПа, что примерно в 3,5 раза меньше.

Как видим, арматура из стали по данному параметру лучше, чем стеклоарматура. Она более успешно противостоит появлению трещин, сохраняя целостность массива искусственного камня. Однако это относится только к конструкциям, работающим на изгиб:

• плитам перекрытия;
• прямоугольным или тавровым балкам;
• дверным и оконным перемычкам;
• колоннам.

В таких изделиях, как правило, применяют металлическое армирование. Если же используется АКС прутья, то их диаметр должен быть увеличен.

Показатель относительного удлинения

Параметр выражается в процентах. Он выражает относительное удлинение растягиваемого прута арматуры, пока в нем не произойдет разрыв. Это значит, что относительное удлинение показывает насколько вытянется стержень при приложении к нему внешнего воздействия на растяжения до того, как произойдет растяжение.

У стальных прутьев относительное удлинение равно 25%, у сделанного из стеклопластика – 2,5%. Характеристика определяется во время испытаний на разрыв.

Для бетонных конструкций желательно, чтобы данный параметр был ниже, так как он влияет на появление трещин и разрушение.

Поэтому, если бетонный массив испытывает разрывное воздействие, желательно его укрепление стеклоарматурой.

Степень плотности

В качестве синонима термина также может применяться выражение «удельный вес». Плотность вещества показывает соотношение массы тела и его объема. Чем выше плотность, тем больше вес материала.

У арматуры АКС плотность равна 2 т/куб.м, что почти в 4 раза меньше, чем у стали (7,85 т/куб.м). Это делает стеклоарматуру более легкой, с ней удобней работать. Поэтому производительность работы выше. Но нужно обращать внимание на определенные моменты.

Например, у композитной арматуры с сечением в 12 мм от компании «Строительные инновации» масса 1 метра составляет около 200 г. Такой вес показывает, что прутья хорошего качества. Если масса ниже этого значения, например, 180 г, это означает, что прочность изделия не будет соответствовать нормам. Использовать такие стройматериалы для ответственных конструкций опасно. Поэтому, даже если продавец предлагает низкие цены, соглашаться на такую сделку не стоит.

Величина линейного коэффициента теплового расширения

Параметр показывает степень удлинения материала при повышении окружающей температуры на 1 градус.

Параметр особенно важен для конструкций, подверженных колебаниям температур. Нужно учитывать, что удлинение может быть достаточно большим. Так, бетон, нагретый до +40 градусов Цельсия, увеличивается по сравнению с той же конструкцией, но охлажденной до –40 градусов, на 0,8 мм на каждый метр.

Опасность в том, что, если материал армирования имеет отличную от показателя бетона значение коэффициента, то прутья будут расшатываться, что приведет к растрескиванию массива.

Показатель коэффициента для стеклоарматуры составляет 9-12*10^-6 1/°С. У стальных прутьев это значение равно 13-15*10^-6 1/°С. Это значит, что удлинение у металла больше, чем у бетона, а у стеклопластика практически не отличается от показателя искусственного камня.

Следовательно, армирование композитными прутьями приводит к меньшему разрушающему воздействию из-за колебаний температур.

Степень теплопроводности

Теплопроводность – это характеристика, показывающая возможность материала переносить тепловую энергию (передавать тепло). Для выражения показателя используется коэффициент теплопроводности. Чем он выше, тем лучше вещество проводит тепло. 

Для целей строительства обычно желательно, чтобы материалы имели низкий коэффициент теплопроводности. Например, если дом будет построен из конструкций с высокой теплопроводностью, то отопление его получится неэффективным, в ряде случаев даже невозможным. Тепло будет излучаться наружу, а в помещениях окажется холодно, причем они будут быстро остывать, стоит только на улице стать холоднее или отключить отопление.

Стальная арматура хорошо передает тепло, ее показатель составляет 46 Вт/(м°С). У стеклоарматуры этот параметр всего 0,35 Вт, что более, чем в 130 раз лучше.

Это делает АКС арматуру незаменимой для:

• устройства междуэтажных армопоясов;
• армирования стеновой кладки;
• изготовления стеновых блоков.

Если закладывать в стену прутья из стали, они превращаются в мостики холода, из-за которых тепло будет уходить из дома наружу. Композит полностью устраняет эту проблему, практически не проводя тепло. В доме даже без использования наружного утепления стен, будет намного комфортнее, на отопление придется тратить меньше.

Также нужно учитывать и то, что это правило работает и летом. При отсутствии мостиков холода, на кондиционирование воздуха в квартире придется тратить меньше электроэнергии, прохлада будет сохраняться дольше.

Радиопрозрачность, свойства диэлектрика

Характеристика становится все более важной из-за увеличения количества радиоприборов в нашей жизни. Например, стальная арматура хорошо глушит беспроводную связь. В результате по протоколу Wi-Fi часто в соседней с роутером комнате уже удается связаться с трудом. Приходится покупать модель с мощным излучателем.

Особенно важным этот параметр является для научных лабораторий, исследовательских, вычислительных центров, так как снижает количество помех.

Стойкость к коррозии

Сталь – это сплав железа. Одно из свойств железа – низкая стойкость к коррозии. Достаточно оставить стальную деталь на улице и через некоторое время она покроется слоем ржавчины.

Из-за этого сейчас при строительстве особо ответственных конструкций (например, мостов) применяют арматуру из нержавеющей стали. Она отлично сопротивляется коррозии, но в несколько раз дороже стержней из обычной конструкционной стали.

Коррозия опасна тем, что разрушает металл, снижает его прочность, что приводит к ухудшению прочности бетонного массива.

Композитные материалы не ржавеют, однако понятие «коррозия» применяют и к ним. На самом деле под этим термином понимается старение вещества, приводящее к снижению его прочностных характеристик под воздействием воздействия окружающей среды.

При сравнении арматуры из композита и стали, стекловолокно значительно выигрывает, более успешно сопротивляясь химической и жидкостной коррозии. Показатель влияет на срок эксплуатации. Стержни из стеклопластика могут прослужить в несколько раз дольше, чем стальные даже в сложных условиях (при нахождении бетона в воде, строительстве на Крайнем Севере и т.п.).

Например, в 2006 году в НИИЖБ им Гвоздева сотрудники изучили состояние стеклопластиковой арматуры мостов, при строительстве которых (1975 и 1985 гг.) была использованы композитные стержни диаметром 6 мм. Исследование показало, что за 30-40 лет не произошло ухудшения показателей прочности, устойчивости к деформации, сцепления с бетоном.

Экологичность

Экологическая безопасность также является важным параметром, который обязательно учитывается в наше время. Гигиенические характеристики в отношении стеклоарматуры регламентирует ГОСТ 31938-2012. Согласно нормативной документации от арматуры требуется, чтобы она не оказывала отрицательное воздействие на человека, домашних животных, окружающую среду. Должно отсутствовать выделение токсичных и вредных для здоровья человека веществ в концентрациях, признаваемых медиками в качестве предельно допустимых.

ГОСТ 31938-2012 требует, чтобы арматура из стеклопластика выделяла следующие вещества в объеме не более:

• фенол – 0,003 мг/куб.м;
• формальдегид – 0,003 мг/куб.м;
• толуол – 0,6 мг/куб.м.

Интенсивность природного излучения не должна превышать 370 Бк/кг. По уровню запаха стеклоарматура должна соответствовать 2 баллам.

Реальные показатели стеклоарматуры, выпускаемой компанией «Строительные инновации», значительно превосходят нормативные и составляют менее:

• фенол – 0,001 мг/куб.м;
• формальдегид – 0,001 мг/куб.м;
• толуол – 0,16 мг/куб.м.

По активности радионуклидов показатель находится на уровне 78-178 Бк/кг. Запах – 1 балл. Это делает арматуру из композита совершенно безопасной с точки зрения экологии.