Сравнение композитной и стальной арматуры

Ежегодное увеличение темпов строительства объектов всех типов вынуждает застройщиков и производителей строительных материалов искать новые решения, которые устраивают обе стороны по соотношению цена/качество. Одним из вариантов замены такого металлоемкого компонента, как арматура, называют его неметаллический аналог — композитные прутки из стеклянного или базальтового волокна. Что собой представляют оба изделия? Давайте сравним стальную и композитную арматуру по физико-механическим, химическим свойствам.

Металлические каркасы для железобетона без предварительного натяжения производят из стали марок А240, А400, А500, А500С в соответствии с ГОСТ 5781-82. A240 делают из углеродистой стали, прокат выглядит как стержень с гладкими стенками и используется в строительстве для вспомогательных целей: из него конструируют хомуты в пространственных каркасах или привязывают готовые сетки.

Сырьем для производства материала А500 служат высокоуглеродистые сплавы с содержанием углерода более 0,6%, поэтому такие прутки имеют ограничения по гибкости и свариваемости. Более совершенный аналог с индексом “С” отлично сваривается, хорошо гнется, поэтому часто используется для строительства домов, в производстве железобетонных конструкций. Профиль тела прутка — серповидной формы с продольными и поперечными ребрами, не пересекающимися друг с другом. Такая конфигурация обеспечивает высокую прочность сцепления с бетоном. Индекс обозначает возможность сварки стержней друг с другом.

Композитная арматура — прутки, изготовленные из минерального сырья. По заверению производителей, внутренние стержни состоят из продольных особо прочных волокон, заключенных в гибкую оплетку.

Для строительных работ применяют три основные разновидности композитных каркасов:

• классического (ребристого) профиля;
• с гладкими стенками и песчаным покрытием;
• комбинированные (ребристый профиль + песчаное покрытие).

По типу сырья более популярны изделия из стеклянных и базальтовых волокон, материал из углеродного или синтетического волокна дорог и используется в строительстве масштабных объектов. Требования к производному сырью, техническим характеристикам формализованы в ГОСТ 31938-2012.

Преимущества и недостатки композитной арматуры

Прутки из стеклопластика или базальта, используемые в строительстве, имеют внушительный набор положительных свойств, которые выделяют этот тип усиления ж/б конструкций на фоне аналогов из стали.

Цена. По сравнению со сталью, стоимость композитных стержней с аналогичным сечением на 25-30% ниже. На окончательную цену каркаса влияет масса факторов — от затрат на сырье до сложности производства, доставки, хранения.

Устойчивость к коррозии. Стеклопластик не боится влаги, значит, железобетонная конструкция со временем не потеряет прочность. Ему не страшны окислительные процессы, происходящие в бетоне, т.к. материал относят к 1 группе химической стойкости. Композитные материалы не требуют специальных условий хранения и транспортировки.

Высокий предел прочности на растяжение. Показатель составляет 1200 МПа, что более чем в четыре раза превышает цифры, характеризующие способность стальных прутков выдерживать продольные нагрузки.

Диэлектрик. Стеклопластиковые стержни не проводят электрический ток, это свойство увеличивает срок службы армирующего каркаса. Это не значит, что ее можно использовать как элемент заземления, однако сталь под воздействием электричества окисляется значительно быстрее.

Малый вес. Небольшая масса изделий снижает нагрузку на фундамент, несущие элементы, упрощает транспортировку и погрузочно-разгрузочные работы.

Низкий коэффициент теплового расширения. Показатели для композита и бетона примерно равны, поэтому при колебаниях температур в бетоне теоретически не образовываются трещины и другие дефекты из-за расширения армирования.

Минусы:

Низкая устойчивость к нагреву. При температуре свыше +600 С стеклопластик теряет характеристики, предусмотренные ГОСТ (прочность, устойчивость к нагрузкам), поэтому использование армирования из композитов нецелесообразно, например, для некоторых производств или возведения зданий 1 класса огнестойкости;

Малая жесткость. Жесткость композитной обрешетки — 55000 МПа, это в четыре раза меньший показатель, чем у стального аналога. Чем больше жесткость каркаса, тем более надежной будет железобетонная конструкция;

Высокий коэффициент относительного удлинения при нагрузке на разрыв — 2.0-2.2%. Это значит, что при нагрузке на поперечную ж/б балку длиной 3 м она деформируется с образованием трещин с расширением до 60 мм;

Невозможность сварки и искривления на строительной площадке. Готовая армирующая сетка соединяется пластиковыми хомутами, если нужны сварочные работы — используют пластиковые прутки со стальными сердечниками или закладными деталями. Изгиб стержней целесообразнее производить на производстве, чтобы избежать разрушения армирования.

Наиболее целесообразными представляются цели применения стекловолоконной, базальтовой сетки:

• армирование стяжек, отмосток, садовых дорожек;
• формирование гибких связей при облицовочной кладке;
• строительство щитовых, каркасных, других малонагруженных конструкций;
• изготовление опор ЛЭП;
• установка ограждений;
• прокладка инженерных коммуникаций, канализаций;
• обустройство береговых сооружений и т.п.

[include_post id=»15193″]

Преимущества и недостатки стальной арматуры

Металлические прутки изготавливают горячекатанным способом из низколегированных сталей марок Ст3кп, 35ГС, 25Г2С, 32Г2Рпс в соответствии с ГОСТ 5781-82. Диаметр стержней — 6-80 мм, длина — 6-12 м, поверхность — гладкая или рифленая, с продольными и поперечными ребрами. Поперечный серповидный профиль предназначен для лучшего сцепления армирования с бетоном.

В сравнении со стеклопластиковыми, базальтовыми и другими неметаллическими способами армирования ж/б конструкций стальной вариант предпочтительнее по нескольким пунктам:

Высокая жесткость — 200000 МПа, которая делает каркас гораздо более жестким, чем бетон.

Низкий коэффициент относительного удлинения — 0,25%. При предельных нагрузках на ненапряженные элементы сооружения, например, поперечные балки, трехметровое железобетонное изделие изогнется с расширением трещин до 7,5 мм, что является некритичным показателем.

Достаточно высокий предел прочности на растяжение — 500 МПа, соответствующий действующим СНиП.

Огнестойкость, пригодность для строительства объектов, зданий, сооружений вплоть до 1 класса огнестойкости.

Возможность сварки, вязки сеток металлической проволокой.

Недостатки стального армирования напрямую связаны с физико-механическими, химическими свойствами углеродистых и низколегированных сплавов:

Большой вес, оказывающий дополнительную нагрузку на несущие элементы сооружений, затрудняющий транспортировку, погрузку/разгрузку.

Высокая теплопроводность, склонность к промерзанию при низких температурах.

Подверженность коррозии из-за воздействия влаги, агрессивных веществ.

Электропроводность, которая ускоряет взаимодействие металла с кислородом.

Высокая цена, связанная со стоимостью сырья, трудоемкостью обработки и производства.

Какая арматура лучше?

Вопреки утверждениям маркетологов, композитная арматура не стала и в ближайшее время не станет полной заменой армирующих каркасов из стали

По крайней мере в строительстве капитальных сооружений: мостов, многоэтажных зданий и т.п. Причина — малая прочность на изгиб и сжатие прутков, низкий показатель модуля упругости, т.е. все недостатки, свойственные неметаллическому армированию. 

Армирование из стали будет по-прежнему применяться при изготовлении несущих железобетонных элементов, воспринимающих высокие статические и скользящие нагрузки (балок, перекрытий, ригелей).

Недорогая композитная арматура подходит для малоэтажного каркасного строительства из-за высокой прочности и жесткости, достаточной для восприятия невысоких нагрузок. Композиты востребованы при возведении инфраструктуры, работающей в условиях повышенной влажности — береговые сооружения, канализация и мелиорация, сельское хозяйство.

Сравнительная таблица

Характеристики	Металлические пруты	Композитные стержни
Материал	Сталь	Стекловолокно, другие материалы, связанные полимером или термореактивными смолами
Диаметр, мм	6-40	4-12
Длина, м	6-12	6-100
Вес, кг/п.м.	от 0,03	от 0,222
Коррозионная стойкость	Подвергается коррозии	Относится к нержавеющим материалам первой группы химической стойкости
Теплопроводность	0,35-0,5 Вт/м*К	до 47 Вт/м*К
Электропроводность	Да	Нет, диэлектрик
Временное сопротивления разрыву	0,37-1,23 кН/мм2	1,25 кН/мм2
Модуль упругости	200 кН/мм2	30-55 кН/мм2
Предел прочности на растяжение, Мпа	390	1200
Диапазон рабочих температур	до + 1200°С	-15°С — + 160°С
Срок эксплуатации	Различная, определяется строительными нормами	До 80 лет