Композитная арматура: что это, плюсы и минусы

Композитная арматура — материал, изготовленный из неметаллических компонентов. Это более технологичная альтернатива традиционным стальным арматурным пруткам. Стержни из композитных материалов используют для армирования бетонных конструкций.

В состав композитной арматуры входят волокна арамида, стекла, базальта, углерода. Их скрепляют в единую конструкцию термореактивными или термопластичными полимерами. В результате получается надежный и стойкий материал: его прочность на разрыв в 2,5–3 раза выше, чем у металла. О плюсах, минусах и особенностях применения композитной арматуры рассказываем в статье.

Из чего состоит композитная арматура

Материал состоит из двух компонентов:

1. Армирующие волокна. Это основа материала, от которой зависят его прочностные характеристики. В зависимости от типа армирующих волокон различают такие виды композитной арматуры: стеклопластиковая (АСП — из стекловолокна), базальтопластиковая (АБП), углепластиковая (АУК), арамидокомпозитная (ААК).

2. Полимерное связующее. Его используют, чтобы соединить волокна в единый композитный материал. Для этого применяют термопластичные полимеры, которые устойчивы к воздействию внешних факторов, отличаются высокой гибкостью, или термореактивные смолы (стойкие к деформациям, обладают высокой жесткостью).

От грамотной комбинации этих компонентов и технологий производства зависят свойства композитной арматуры.

Особенности производства композитной арматуры

Чтобы достичь высоких эксплуатационных характеристик композитной арматуры, ее изготовление проходит несколько этапов:

1. Обработка сырья. Для изготовления стержней чаще используют специальное стекло. Сырье раскладывают на особых стеллажах, которые равномерно подают его на линию. Цель — получить пучки стеклянных (или базальтовых) волокон, которые называют ровингами. Для этого с помощью специального оборудования сырье вытягивают в тончайшие нити (до 10 микрон в толщину).

2. Пропитка и просушка. Волокна обрабатывают замасливателем для улучшения их свойств перед дальнейшей пропиткой. В результате разрозненные волокна становятся единым композитным материалом. После этого из сырья сплетают плотные пучки. Их прогревают горячей воздушной смесью и просушивают. Когда материал высохнет, его помещают в пропиточную ванну с эпоксидной или полиэфирной смолой, что повышает прочностные характеристики.

3. Формирование профиля. На этом этапе определяют диаметр будущей арматуры. Для этого высушенное и пропитанное сырье отправляют в устройство для формирования армопояса. После формирования стержня на его поверхность наносят спиральную обмотку для создания рельефного профиля, что обеспечивает лучшее сцепление с бетоном.

4. Полимеризация. На этом этапе сырье отправляют в магнезитовую туннельную печь. Здесь завершаются все химические реакции, происходит полимеризация материала. На этом этапе получают композитную арматуру, которую используют для армирования различных бетонных конструкций.

5. Охлаждение и резка. После полимеризации материал погружают в ванну с водой. Цель — снизить температуру до комнатной. Остывшая арматура — полностью готовый материал. Нужно только нарезать его на прутья в соответствии с установленными параметрами. Чтобы получить максимально ровный рез, используют дисковую пилу с алмазным напылением.

Применение композитной арматуры в строительстве, технические требования и особенности классификации указаны в ГОСТ 31938–2012, ГОСТ 31938–2022.

Где применяется композитная арматура

Композитная арматура — материал, которым нередко заменяют традиционные металлические стержни. Ее используют при изготовлении:

• фундаментов и перекрытий;
• различных конструкций из бетона;
• дорог;
• стен и фасадов зданий.

Благодаря устойчивости к коррозии и высокой прочности армирование композитной арматурой используют для укрепления берегов, бетонирования площадок для крытых и открытых парковок, строительства морских и приморских сооружений, мостов, станций метро, различных подземных объектов. Благодаря высокой устойчивости к агрессивным веществам материал подходит для возведения резервуаров, реакторов и другого оборудования.

Плюсы композитной арматуры

Основные плюсы материала:

1. Низкий вес. В сравнении с металлическими прутьями того же диаметра, композитные в 4–5 раз легче. Это не только упрощает транспортировку, но и существенно снижает нагрузку на фундамент, перекрытия.

2. Высокая прочность на разрыв. У стальной арматуры сопротивление растяжению — 390 МПа. У композитной этот параметр может достигать 1000–1400 МПа.

3. Экономичность. Композитная арматура обладает высокой прочностью, что позволяет использовать стержни меньшего диаметра. Это позволяет снизить общую массу конструкции и стоимость материалов. Стальную арматуру приходится доставлять к месту застройки длинномером, то стеклопластиковую часто транспортируют на обычной легковой машине. Некоторые виды композитной арматуры малого диаметра могут транспортировать в мотках.

4. Долговечность. Материал не боится воздействия агрессивных химических веществ, устойчив к влаге. Он подходит для строительства конструкций, которые будут постоянно контактировать с водой. В среднем срок эксплуатации материала превышает 80 лет.

5. Низкая теплопроводность. Композитная арматура проводит минимум тепла — 0,35 Вт/(м°С). Это в 130 раз меньше, чем у ее аналога из стали — 46 Вт/(м°С). Поэтому армирование композитной арматурой позволяет исключить появление мостиков холода.

6. Радиопрозрачность. В отличие от металла, композитные материалы не создают помех для электромагнитных или радиоволн. Поэтому их используют при строительстве научно-исследовательских станций, кабинетов МРТ и прочих объектов, где работают высокоточные устройства.

7. Простота монтажа. Для армирования нужен минимальный набор инструментов. Благодаря небольшому весу с укладкой материала справится один человек. При работе с длинными участками не нужно сваривать материал, как в случае со стальными стержнями. В данной ситуации для соединения используют специальную вязальную проволоку, что облегчает и ускоряет процесс монтажа.

   У композитной арматуры и бетона совпадает коэффициент расширения. Поэтому эти материалы одинаково реагируют на температурные перепады. При армировании композитной арматурой внутри бетонной конструкции не появляется напряжение. Соответственно, снижается риск растрескивания материала и увеличивается срок службы постройки.

   

   Недостатки

   Минусов у композитной арматуры меньше, чем плюсов. Рассмотрим основные:

   1. Упругость. В отличие от стальных стержней, композитные легко изгибаются. Поэтому при армировании больших нагруженных конструкций (например, при обустройстве перекрытий в многоэтажных домах) нужно проводить специальные расчеты.

   2. Сложность производства. Изготавливать композитные стержни гораздо сложнее, чем стальные. Чтобы материал получил высокие прочностные характеристики, используют дорогостоящие производственные линии. При этом процесс изготовления требует строгого контроля. Некоторые производители не соблюдают нормы, а определить качество композитной арматуры визуально невозможно. В случае со стальными стержнями, процесс производства значительно проще, а риск брака — минимален.

   3. Низкая устойчивость к повышенным температурам. Композитная арматура относится к категории умеренно горючих материалов. При нагреве до 200°С материал начинает терять свои изначальные физико-механические свойства. Поэтому применение материала ограничено теми конструкциями, которые не подвергают высокотемпературному нагреву.

   Распространен миф, что композитная арматура опасна для здоровья. Но в ГОСТ есть требования, которые должны соблюдать производители. Документ регламентирует концентрацию летучих веществ, удельную долю радионуклидов. Поэтому качественную композитную арматуру можно использовать в строительстве любых объектов.

   Свойства композитной арматуры

   Композитная арматура обладает уникальными свойствами, благодаря которым ее широко применяют в строительной отрасли. В таблице — основные характеристики материала.

   Свойство	Значение
   Плотность (кг/м3)	1 900
   Модуль упругости при растяжении (МПа)	до 50 000
   Предел прочности при растяжении (МПа)	1 000–1 400
   Теплопроводность (Вт/(м°С))	0,35
   Устойчивость к коррозии	высокая, не подвержена воздействию влаги и химических веществ
   Электропроводность	не проводит электрический ток, диэлектрик
   Температурный диапазон эксплуатации (°C)	до +200

   Кроме строительства жилых и промышленных зданий, материал широко используют на тех объектах, где важно отсутствие электропроводности и устойчивость к агрессивным средам.

   Сравнение стальной и композитной арматуры

   Чтобы понять, чем композитная арматура лучше металлической, нужно рассмотреть свойства обоих материалов. В таблицу собрали все ключевые характеристики.

   Характеристики	Композитные стержни	Металлические прутья
   Диаметр, мм	4–12	6–40
   Длина, м	6–100	6–12
   Стойкость к коррозии	нержавеющий материал, который относится к первой группе химической активности	материал подвержен коррозии
   Электропроводность	нет	да
   Теплопроводность (Вт/(м°С))	0,35	46
   Модуль упругости (МПа)	60–50 000	200 000
   Срок эксплуатации	80 лет и более	зависит от строительных норм
   Диапазон рабочих температур (℃)	до +200	более 500
   Прочность на растяжение (МПа)	1000–1400	390

   Таким образом, композитная арматура превосходит
   стальную по многим параметрам. Несмотря на сложность производства, цена
   композитных стержней обычно чуть ниже стальных с теми же параметрами.