Какая арматура лучше металлическая или стеклопластиковая

Что такое композитная арматура, как она производится и где применяется?

Коротко структуру композитной арматуры можно охарактеризовать как «волокно в пластике». Ее основа – стойкие к разрыву нити из углерода, стекла или базальта. Жесткость композитному стержню придает эпоксидная смола, обволакивающая волокна.

Для лучшего сцепления с бетоном на прутья наматывается тонкий шнур. Он сделан из того же самого материала, что и основной стержень. Шнур создает винтовой рельеф, как у стальной. Твердение эпоксидной смолы происходит в сушильной камере. На выходе из нее композитную арматуру немного вытягивают и нарезают. Некоторые производители до момента твердения полимера обсыпают пластиковые стержни песком для улучшения сцепления с бетоном гладких участков.

Область применения стеклопластиковой арматуры нельзя назвать очень широкой. Ее используют в качестве гибких связей между облицовкой фасада и несущей стеной, а также укладывают в дорожные плиты и опалубку резервуаров. В каркасах, усиливающих ленточные фундаменты и бетонные полы, пластиковую арматуру применяют не так часто.

Ставить композитные стержни в плиты перекрытия, перемычки и другие конструкции, работающие на растяжение, не рекомендуется. Причина – повышенная гибкость данного материала.

Какая арматура лучше металлическая или стеклопластиковая?

Один из главных аргументов, приводимых в пользу стеклопластиковой при сравнении с металлической арматурой, – более низкая цена. Однако, заглянув в ценники металлобаз, вы увидите, что это не так. Стоимость металла в среднем на 20-25% ниже композита.

Причина путаницы состоит в том, что продавцы пластика берут в расчет так называемый «эквивалент» диаметра. Логика здесь такая: неметаллическая арматура на разрыв прочнее строительной стали. Поэтому полимерный стержень меньшего диаметра выдержит такую же нагрузку, как и более толстая стальная арматура. На основании  этого делается вывод: для армирования конструкции пластика нужно меньше, чем металла. Отсюда и появляется более «низкая» цена.

Для аргументированного сравнения композита с металлом необходим нормативный документ. Сегодня такое руководство уже имеется. Это приложение «Л» к приказу Минстроя России № 493/пр от 08.07. 2016 г.

В пункте Л.2.3. малопонятном для рядовых застройщиков, но весьма интересном для профессионалов содержатся два понижающих коэффициента для всех видов композитной арматуры.

Для примера рассмотрим самую распространенную стеклопластиковую (АСК):

• При действии продолжительной нагрузки предел ее прочности на растяжение должен умножаться на 0,3. То есть, вместо 800 МПа мы получаем 240 МПа (800х0,3=240).
• Если конструкция работает на открытом воздухе, то полученный результат нужно умножить еще на 0,7 (240 МПа х 0,7 = 168 МПа).

Таблица с понижающим коэффициентом для композитной арматурыТаблица с коэффициентами, учитывающими условия эксплуатации

Далее, как требует норматив, полученные 168 МПа нужно разделить на коэффициент надежности (запас прочности), равный 1,5. В итоге мы получим 112 МПа.

Теперь можно корректно сравнивать прочность пластиковой арматуры с металлической. Для примера возьмем строительную сталь марки А500. У нее предельное сопротивление растяжению с учетом запаса прочности составляет 378 МПа. У стеклопластикового композита мы получили всего 112 МПа.

Наше маленькое исследование наглядно иллюстрирует таблица реальной, а не теоретической равнопрочной замены стальной арматуры на композитную. Ей можно пользоваться при выборе и покупке.

Просмотрев данную таблицу, нетрудно заметить, что пластика для равноценной замены металла требуется не меньше, а больше металла. Только самый дорогой углеродоволоконный материал (АУК) превосходит сталь равного с ним диаметра.

Виды стальных стержней

Металлическую арматуру классифицируют по ряду присущих ей признаков. В зависимости от характера принимаемых нагрузок она бывает продольной и поперечной. Первая принимает напряжение растяжения без появления трещин, вторая предупреждает наклонные разрывы, образующиеся от скалывающего напряжения. Исходя из условий применения, стальные стержни делятся на напрягаемые и ненапрягаемые. По назначению различают следующие их виды:

• рабочие

  – принимают усилия от растягивающей нагрузки;

• конструктивные

  – воспринимают расширение/усадку, фиксируют рабочие прутья в установленном положении;

• монтажные

  – объединяются в каркасы;

  Читайте также:  Каркасные дома описание преимущества и недостатки

• анкерные

  – применяются как закладные детали.

Что такое стеклопластиковая арматура

Так называется изделие из стеклянных волокон, пропитанных и связанных синтетическим клеевым составом. После отверждения из тонких волокон получается прочный стержень, способный воспринимать значительные растягивающие нагрузки. Для сцепления с бетоном поверхность стержня покрывают песком или обматывают волокном, которое создает оребрение стержня.

Стеклопластиковая арматура – это лишь один из видов неметаллической или композитной арматуры. Существуют изделия из базальтовых, углеродных или арамидных волокон. Несмотря на то, что сырье для изготовления используют разное, свойства таких стержней очень схожи.

Почему нельзя применять композитную арматуру в нагруженных конструкциях

Часто при строительстве домов у будущих хозяев возникает вопрос: какая арматура лучше подойдет для балок или перекрытий. И здесь часто принимаются неверные решения. А все благодаря разрекламированной прочности композита.

Стеклопластиковая арматура, действительно, имеет прочность на разрыв почти в три раза большую, чем стальная, при условии, что диаметр арматуры одинаков. В результате застройщики применяют для балок и перекрытий в три раза меньше стержней. А уменьшать количество нужно правильно.

Рассчитывая, сколько арматуры нужно для прочности конструкции, необходимо учитывать, что сцепление у пластиковых стержней с бетоном хуже чем у стальных. Поэтому нужно уменьшать не количество несущих стержней, а их сечение, чтобы площадь соприкосновения с бетоном была как можно большей. Число стержней должно быть большим, соответственно плотность армирования возрастает.

Но и это не самый страшный недочет при расчетах. Принимая во внимание прочность, часто забывают про упругость. Сравнение основные характеристик приведено в таблице.

А производители и продавцы умалчивают о том, что у композита коэффициент упругости в 5-10 раз меньше, чем у стали. Как же это отразится на поведении железобетонной конструкции?

Как работает железобетонная балка

Любая балка или плита, лежащая на двух опорах, испытывает под нагрузкой сжатие в верхнем поясе сечения и растяжение в нижнем. Бетон успешно противостоит сжимающим напряжениям, а вот растягивающие должны воспринимать стержни, расположенные в нижнем поясе. Даже при небольших растягивающих напряжениях бетон разрушается, потому что не способен нести такую нагрузку.

Арматура под действием растягивающих усилий неизбежно будет удлиняться. При расчете конструкции определяется такое количество стержней и их сечение, чтобы максимально возможное удлинение не вызывало появления трещин в бетоне нижнего пояса балки или плиты. Иначе конструкция сильно прогнется и может даже разрушится.

Удлинение любого стержня рассчитывается по формуле

, где

N – величина растягивающей нагрузки на стержень;

l – длина стержня;

E— модуль упругости материала;

A – площадь поперечного сечения.

Как видно из формулы, при одинаковом сечении стержней под одинаковой нагрузкой, удлинение будет зависеть от модуля упругости. И чем он меньше, тем сильнее будет удлиняться арматура. А у пластика этот показатель как раз в 5-10 раз меньше, чем у стали. Поэтому и удлинение будет в 5-10 раз больше. Балка или плита неизбежно прогнутся, а бетон начнет разрушаться.

Чтобы исключить прогиб плиты, необходимо в 5-10 раз больше пластиковой арматуры, чем потребовалось бы стальной. Учитывая, что прочность композитной итак в 3-4 раза выше, чем металлической, перерасход по прочности достигнет 15-40 раз. А это значительно увеличит стоимость конструкции, потому что пластик всего лишь в 1,5-2 раза дешевле стали.

Предварительное напряжение арматуры

Стальная арматура тоже часто закладывается в расчет с перерасходом по прочности. Под большой нагрузкой возможно раскрытие трещин в бетоне без разрушения стальных стержней при наличии запаса прочности .

Чтобы избежать такого перерасхода, производят предварительное напряжение стержней. Их натягивают при помощи специального оборудования, а потом заливают бетоном. Такая конструкция под нагрузкой будет меньше прогибаться, так как стержни предварительно уже удлинили.

Казалось бы, в чем проблема, если то же самое можно сделать и с композитной арматурой. Оказывается, нельзя, так как нужно учитывать еще одну характеристику материала — предел текучести.

Дело в том, что сталь по своим характеристикам отличается от пластика еще и тем, что имеет запас упругости примерно в 5%. Даже когда напряжения достигнут предела упругости, материал не разрушится, а будет сопротивляться увеличению нагрузки. И только когда напряжения в стали достигнут предела текучести — величины примерно на 5% большей, чем предел упругости, материал «потечет» — деформации начнут развиваться даже без дальнейшего увеличения нагрузки.

Стеклопластиковая арматура такими свойствами не обладает. Разрушение начнется сразу же, как только напряжения преодолеют предел упругости, а его значение очень мало. Стержни просто вытянутся и не смогут нести нагрузку. Поэтому предварительно-напряженные конструкции в условиях частного домостроения из композитной арматуры не производят.