Как заменить металлическую арматуру на композитную

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;

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	σ_В	σ_Т	σ_Р	Класс	σ_В	σ_Т	σ_Р
	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, Е_Р, 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:

σ_В – временное сопротивление разрыву;
σ_Т – предел текучести (нормативное сопротивление арматуры);
σ_Р – расчетное сопротивление растяжению.

Зависимость «Напряжение – Деформация»

график зависимости напряжения и деформации

Замена металлической арматуры на композитную

Стальная арматура АIII ГОСТ 5781-82 σ_в = 590 Н/мм², σ_т = 390 Н/мм², σ_р = 355 Н/мм², Е_р = 200000Н/мм²					Арматура неметаллическая стеклопластиковая σ_в = 1250 Н/мм, σ_р = 1000 Н/мм², Е_р = 55000Н/мм²				Арматура неметаллическая базальтопластиковая σ_в = 1450 Н/мм, σ_р = 1200 Н/мм², Е_р = 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

Пример гибких связей для многослойных кирпичных (и бетонных) изделий

Замена металлической высокопрочной арматуры и надежных канатов в конструкциях с «предварительно напряженной арматурой»

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.

Бетонные изделия, которые работают на упругом основании - фундаменты, различные дорожные плиты и причальные сооружения, а также подпорные стенки и прочее.

Фрагмент асфальтирования проезжей части с использованием современной композитной сетки.

Состояние современного дорожного покрытия после трех лет его эксплуатации.

Строительство, а также ремонт различных бетонных изделий, работающих в агрессивных и в неагрессивных средах

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.