Композитная арматура: преимущества и недостатки, характеристики и применение в строительстве

Достоинства и недостатки арматуры из стеклопластика

Арматурные каркасы, выполненные не из традиционных металлических, а из стеклопластиковых элементов, отличаются следующими преимуществами.

  • В отличие от металлических, имеют легкий вес сооружений, которые не создают значительной нагрузки на фундамент строения, что позволяет продлить срок его эксплуатации.
  • Стеклопластиковые элементы арматурных каркасов, в отличие от своих металлических аналогов, лучше переносят нагрузки на разрыв, что дает возможность использовать их при укреплении наиболее ответственных бетонных конструкций. Стеклопластиковые арматурные каркасы характеризует оптимальное соотношение их легкого веса и высокой прочности, что позволяет отнести их к отдельной группе строительных материалов, набирающих с каждым годом все большую популярность.
  • В отличие от металлической арматуры, которая подвержена окислительным процессам и с течением времени уменьшает прочность фундаментных конструкций, каркасы из стеклопластиковых элементов не поддаются влиянию таких негативных факторов внешней среды.
  • Части арматурных систем, изготовленные из стеклопластика, являются диэлектриком и не проводят электрический ток, что также сказывается на их долговечности. Используемые в качестве элементов заземления металлические арматурные конструкции под воздействием электрического тока окисляются значительно быстрее, чего нельзя сказать о прутках из композитных материалов. Естественно, арматуру из стеклопластика нельзя использовать в качестве заземляющего элемента, но это только самым положительным образом сказывается на ее долговечности.
  • Износоустойчивость стеклопластиковой арматурной конструкции, как и стальной, также находится на достаточно высоком уровне.
  • Коэффициент теплового расширения арматурного каркаса, изготовленного из стеклопластиковых элементов, имеет очень близкое значение с аналогичным параметром бетонных конструкций, что значительно снижает риск образования в них трещин при использовании подобного материала.

Соотношение диаметров стержней при устройстве армирующего каркаса фундамента

Если судить по отзывам, то можно выделить следующие недостатки стеклопластиковой арматуры.

  • В сравнении с изделиями из металла арматура из стеклопластика обладает значительно большим модулем упругости, превышающем аналогичный параметр стальных изделий приблизительно в 4 раза. Означает этот факт то, что стеклопластиковые элементы по сравнению с металлическими будут значительно лучше прогибаться под воздействием механических нагрузок. При использовании данных элементов для армирования дорожного полотна и фундамента такая их характеристика является некритичной, но для укрепления плит перекрытия лучше использовать металлические конструкции или производить дополнительные расчеты.
  • Армирующие элементы, изготовленные из стеклопластика, обладают свойством сильно размягчаться и терять свою упругость при нагревании до температуры 600 градусов. Поэтому при использовании стеклопластиковых деталей лучше позаботиться о надежной теплоизоляции каркаса, произведенного из композитных материалов.
  • Выполненные из стеклопластика арматурные прутки нельзя сваривать, в отличие от металлических, поэтому если необходимость в такой операции имеется, лучше воспользоваться изделиями, во внутреннюю часть которых еще на стадии их производства вмонтирована стальная трубка.
  • Арматуру, изготовленную из композитных материалов, лучше не сгибать на строительной площадке: это может вызвать ее повреждение. Такую операцию, ориентируясь на чертежи арматурного каркаса, лучше выполнить на производственной площадке.
  • Сложность и непривычная для современных строителей технология монтажа — еще один недостаток армирующих элементов, изготавливаемых из стеклопластика. Между тем такой недостаток нельзя считать слишком значительным, если учитывать, какой надежностью и долговечностью отличаются стеклопластиковые конструкции.

Крепление стеклопластиковой арматуры с помощью хомутов и фиксаторов

С чего начать бизнес по производству стеклопластиковой арматуры

Оценивая бизнес по производству арматуры из стеклопластика, можно сказать следующее:

  • Насыщенность рынка пока находится в усредненной стадии и еще имеет свободные ниши для его заполнения новичками предпринимателями.
  • Сложность открытия по 10-ти бальной шкале равна 6 баллам.

Конечно же, для перспективного развития бизнеса необходимо в первую очередь приобрести качественное и гарантийное оборудование. Купив его, наладив и запустив выпуск продукции можно поставлять на рынок востребованную стеклопластиковую (композитную) арматуру, как небольшим частным строителям, так и крупным строительным компаниям.

При этом даже при незначительном инвестиционном вложении, оформлении документов и выборе места застройки цеха, для успешного развития дел на этом поприще необходимо тщательно проработать бизнес-план производства стеклопластиковой арматуры, в котором обязательно должны быть учтены следующие пункты:

  • аналитический прогноз развития рынка и конкурентной базы в этой сфере;
  • технология выпуска продукции;
  • техническое оснащение помещений цеха;
  • финансовое обоснование производства изделий из стеклопластиковой арматуры.

Отличие стеклопластиковой от стальной арматуры

Композитная арматура – это аналог металлических прутов. Для изготовления такой продукции используется стекловолокно, высокопрочный пластик, базальт, арамид, углерод и другие материалы. Волокна изготавливаются с диаметром 4-12 мм в бухтах по 100 м, пропитываются термореактивными смолами (эпоксидной, эпоксидно-диановой, винил-эфирной) и запекаются в специальных печах. Для усиления адгезии к бетону на поверхность композитного стержня наносятся спиралевидные ребра, представлена также арматура с условно-гладкой поверхностью с песчаной обсыпкой.

В отличие  от обычной металлической арматуры, композитные пруты имеют меньший вес, стойкость к коррозии, диэлектрические свойства. Стальные пруты, каркасы и армирующие сетки обладают высокой прочностью к разным видам деформаций (изгиб, сжатие) и могут монтироваться с помощью сварного оборудования (одно из основных отличий от стекловолокна). Композитные изделия имеют некоторые ограничения использования, не применяются в балках, перекрытиях и других конструкциях с высокими нагрузками на изгиб.

Преимущества стеклопластиковой арматуры

Стеклопластиковая арматура постепенно вытесняет своих конкурентов с рынка строительства благодаря своим преимуществам. К основным положительным характеристикам можно отнести следующие особенности:

  • высокая стойкость к коррозии, в отличие от металлического конкурента, стеклопластик вообще спокойно переносит длительный контакт с водой
  • непроводимость электрического тока
  • низкая теплопроводность, что позволяет экономить при отделочных работах на утеплении
  • устойчивость к низким температурам, арматура способна выдерживать длительную заморозку и разморозку
  • высокая прочность
  • малый вес, что позволяет пересчитывать как нагрузку на основание, так и сам фундамент, к примеру, если мы говорим о монолитном или о шведской плите

Стеклопластиковая арматура разного диаметра

Стеклопластиковая арматура в 2-3 раза прочнее традиционной металлической арматуры. Это позволяет использовать материал меньшего диаметра с тем же уровнем прочности.

Арматура имеет особую устойчивость к щелочным, водным и кислотным средам, а также не позволяет появляться коррозии. Эта особенность гарантирует отсутствие трещин и разрушений к бетонной конструкции и, соответственно, высокую долговечность.

Здесь же есть и своя схема армирования, которая, внешне может и не отличаться от традиционного материала. Принципы работы остаются прежними, меняется только наполняемость.

Теплопроводные особенности арматуры из стеклопластика ниже показателей металлических изделий в сто раз, в связи с чем вышеописанный материал не является проводником для холода.

В данном случае можно будет пересмотреть и варианты утепления фундамента дома. А такого рода изменения ведут к уменьшению общей сметы.

За счет особого коэффициента теплового расширения стеклопластиковая арматура стойко переносит любые резкие перепады температуры.

Здесь можно сказать, что у материала достаточно высокое число замерзаний и размерзаний, которые он спокойно может выдержать, не подвергаясь структурным изменениям.

Стеклопластиковая арматура простая схема армирования

Арматура выступает диэлектриком, в связи с чем не позволяет проводить электрический ток. В том числе не поддается воздействию магнетизма и не является помехой для радиосвязи.

Из-за меньшей плотности строительный материал в 3-4 раза легче стандартной арматуры. Такой низкий вес дает возможность, как мы уже говорили, по-новому пересчитать нагрузку на основание дома, скорректировать вес и самого фундамента, и подобрать, исходя из состояния грунта, наиболее оптимальный вариант.

А это уже может быть и свайно-винтовой, и буронабивной фундамент, в котором стеклоэластиковая арматура также отлично будет себя чувствовать.

Значительным плюсом является низкая стоимость стеклопластиковой арматуры и возможность использования материала меньшего диаметра при аналогичном уровне прочности.

Сортамент и ГОСТы

Неметаллическая композитная арматура разрабатывалась еще в СССР в 60-х годах, однако серийное производство материала так и не было налажено ввиду тогдашней дороговизны стеклопластика. Тем не менее, при строительстве нескольких крупных объектов композитная арматура использовалась, среди которых — линии электропередач в Батуми, Москве и мосты в Хабаровске.

На сегодняшний день не существует стандарта ГОСТ с техническими требованиями к данному материалу (проект находится в разработке). Основным нормативным актом является СНиП №52-01-2003 «Композитная арматура», согласно которому стекловолоконные изделия можно использовать в строительстве в качестве замены металлопрокату. Каждый из производителей имеет ТУ на свою продукцию, вместе с которой поставляются протоколы испытаний и сертификаты допуска.

Диаметры композитной арматуры

Композитная арматура производится в диапазоне диаметров 4-20 мм. Профиль стержней может быть рифленым либо гладким. В зависимости от материала изготовления выделяют следующие виды неметаллических изделий:

  • АСП — стеклопластиковая арматура, производится из стекловолокна, связанного слоем синтетической смолы;
  • АБП — базальтопластиковые изделия, в который стекловолоконная сердцевина заменена расплавом из базальтовых волокон;
  • АСПЭТ — изделия из стекловолокна и полимерного термопласта;
  • АУП — углепластиковая арматура.

Наиболее распространены в строительстве АСП и АБП, углепластиковая арматура используется реже из-за меньшей механической прочности материала.

1.1 Сферы применения

Применение с.п. арматуры в строительстве практикуется при возведении жилых, общественных и промышленных сооружений, а также малоэтажных зданий, где АСП используется для:

  • армирования железобетонных конструкций (стен и плит перекрытия);
  • ремонта поверхностей объектов из кирпича и железобетона;
  • послойной кладки стен по технологии гибких связей;
  • армирования фундаментов всех типов (плитных, ленточных, столбчатых);
  • армирования полов и стяжек;
  • укрепления стен и газобетонных блоков и монтаж монолитных армопоясов.

Армирование фундамента стеклопластиковой арматурой

Распространено применение с.п. арматуры и в сфере дорожного и железнодорожного строительства, в которых АСП применяется:

  • при обустройстве насыпей и дорожных покрытий;
  • при укреплении откосов дорог;
  • при строительстве мостов;
  • при укреплении береговых линий.

Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций отличается полной устойчивостью к коррозии и химически агрессивным веществам, что значительно расширяет сферу ее применения.

1.2 Преимущества АСП

Композитная арматура имеет следующие эксплуатационные преимущества:

  1. Материал классифицируется по первой группе химической стойкости, его можно использовать в кислотах и щелочных средах.
  2. Стеклопластиковая (далее — с.п.) арматура (АСП) имеет в 3 раза большую прочность на разрыв, чем стальная. Это позволяет использовать при строительстве изделия меньшего диаметра.
  3. Вес АСП в 4 раза меньше, чем у металлопроката — с.п. арматура имеет плотность 1.9 кг/м3, металлическая — 7.9 кг/м3.
  4. Композитная арматура для фундамента стоит на 50-60% дешевле, чем металлопрокат с аналогичными эксплуатационными характеристиками.
  5. АСП отличается удобством транспортировки без необходимости привлечения грузовых автомобилей — прутки диаметром до 10мм поставляются в бухтах произвольной длины, стометровая бухта стержней 8 мм весит около 7.5 кг.

  6. АСП обладает низкой теплопроводностью, она не образует мостиков холода в кладке из газобетонных блоков либо внутри железобетонной конструкции.
  7. С.п. арматура для фундамента является диэлектриком, они не проводит электричество и не подвергается коррозии под воздействием блуждающих токов.
  8. Срок эксплуатации АСП превышает 80 лет.

Как и из чего производят стеклопластиковую арматуру

Многим стеклопластиковая арматура знакома не только по фото в интернете, но и на практике применения в строительстве, однако мало кто знает, как она производится. Технологический процесс производства арматурных прутков из стеклопластика, за которым очень интересно наблюдать по видео, легко поддается автоматизации и может быть реализован на базе как крупных, так и небольших производственных предприятий.

Технологическая линия производства стеклопластиковой арматуры

Для изготовления такого строительного материала прежде всего необходимо подготовить сырье, в качестве которого используется алюмоборсиликатное стекло. Чтобы придать исходному сырью требуемую степень тягучести, его расплавляют в специальных печах и уже из полученной массы вытягивают нити, толщина которых составляет 10–20 микрон. Толщина полученных нитей настолько невелика, что, если снять их на фото или видео, то без увеличения полученной картинки их не разглядеть. На стеклонити при помощи специального устройства наносится маслосодержащий состав. Затем из них формируются пучки, которые получили название стеклоровинга. Именно такие пучки, собранные из множества тонких нитей, являются основой стеклопластиковой арматуры и во многом формируют ее технические и прочностные характеристики.

Устройство подогрева и разделения нитей

После того как нити из стеклопластика подготовлены, они подаются на производственную линию, где их и превращают в арматурные прутки различного диаметра и разной длины. Дальнейший технологический процесс, познакомиться с которым можно по многочисленным видео в интернете, выглядит следующим образом.

  • Через специальное оборудование (шпулярник) нити подаются на натяжное устройство, которое одновременно выполняет две задачи: выравнивает напряжение, имеющееся в стеклонитях, располагает их в определенной последовательности и формирует будущий арматурный стержень.
  • Пучки нитей, на поверхность которых предварительно был нанесен маслосодержащий состав, обдаются горячим воздухом, что необходимо не только для их просушки, но и для незначительного нагревания.
  • Прогретые до требуемой температуры пучки нитей опускаются в специальные ванны, где пропитываются связующим веществом, также нагретым до определенной температуры.
  • Потом пучки нитей пропускаются через механизм, при помощи которого выполняется окончательное формирование арматурного стержня требуемого диаметра.
  • Если изготавливается арматура не с гладким, а с рельефным профилем, то сразу после выхода из калибровочного механизма осуществляется навивка пучков из стеклонитей на основной стержень.
  • Чтобы ускорить процесс полимеризации связующих смол, готовый арматурный пруток подается в туннельную печь, перед входом в которую на прутки, изготавливаемые без навивки, наносится слой мелкофракционного песка.
  • После выхода из печи, когда стеклопластиковая арматура практически готова, стержни охлаждают при помощи проточной воды и подают на резку либо на механизм их сматывания в бухты.

Отрезной механизм – последнее звено в производстве композитной арматуры

Таким образом, технологический процесс изготовления стеклопластиковой арматуры не такой сложный, о чем можно судить даже по фото или видео его отдельных этапов. Между тем такой процесс требует использования специального оборудования и строгого соблюдения всех режимов.

Технология армирования

Большинство фундаментов проектируются так, чтобы их ширина не превышала 450 мм, а глубина – 1000-1200 мм. Поэтому рекомендуем использовать две-три пары продольных арматурных прутьев, диаметр которых – 12-16 мм. Соединяют их между собой 8-миллиметровой арматурой. Нам необходимо создать каркас в виде короба, ширина которого вдвое меньше высоты. Основное назначение вертикальных и поперечных элементов этого каркаса – сохранение формы, поэтому не сомневайтесь. Диаметр арматуры в 8 мм, и этого будет вполне достаточно. Фундамент подвергается поперечным растяжениям в гораздо меньшей степени, чем продольным.

Одно из самых проблемных мест каркаса – углы. Самый замечательный вариант – это армирование углов с помощью согнутой под прямым углом арматуры. Многие строители стараются не усложнять себе жизнь и просто связывают вязальной проволокой прутья, сложенные под углом в 90 градусов. Нареканий на такие действия строителей пока не зафиксировано. В любом случае, если вы армируете фундамент под забор, основных принципов строительных норм можно не придерживаться.

Ситуация на рынке

Лидерами по использованию неметаллической арматуры являются США, Япония и Китай с долями 40%, 35% и 30% соответственно. Предприниматели в России проявляют большой интерес к этому стройматериалу. По прогнозу, до 2021 года ожидается распространение рынка АСП на 11,4% ежегодно, и у РФ в этом плане хорошие перспективы.

Объемы строительства в нашей стране вернулись к стабильному росту после заметного падения за последние годы. По данным Минстроя, по состоянию на начало мая 2020 года введено в эксплуатацию на 16,7% больше жилья (20,2 млн кв. м) по сравнению с тем же периодом в 2017-м.

Строительные компании и частные застройщики стремятся минимизировать себестоимость жилья не во вред качеству, и это открывает окно возможностей для производства композитной арматуры.

1 Сортамент и ГОСТы

Неметаллическая композитная арматура разрабатывалась еще в СССР в 60-х годах, однако серийное производство материала так и не было налажено ввиду тогдашней дороговизны стеклопластика. Тем не менее, при строительстве нескольких крупных объектов композитная арматура использовалась, среди которых — линии электропередач в Батуми, Москве и мосты в Хабаровске.

На сегодняшний день не существует стандарта ГОСТ с техническими требованиями к данному материалу (проект находится в разработке). Основным нормативным актом является СНиП №52-01-2003 «Композитная арматура», согласно которому стекловолоконные изделия можно использовать в строительстве в качестве замены металлопрокату. Каждый из производителей имеет ТУ на свою продукцию, вместе с которой поставляются протоколы испытаний и сертификаты допуска.

Диаметры композитной арматуры

Композитная арматура производится в диапазоне диаметров 4-20 мм. Профиль стержней может быть рифленым либо гладким. В зависимости от материала изготовления выделяют следующие виды неметаллических изделий:

  • АСП — стеклопластиковая арматура, производится из стекловолокна, связанного слоем синтетической смолы;
  • АБП — базальтопластиковые изделия, в который стекловолоконная сердцевина заменена расплавом из базальтовых волокон;
  • АСПЭТ — изделия из стекловолокна и полимерного термопласта;
  • АУП — углепластиковая арматура.

Наиболее распространены в строительстве АСП и АБП, углепластиковая арматура используется реже из-за меньшей механической прочности материала.

1.1 Сферы применения

Применение с.п. арматуры в строительстве практикуется при возведении жилых, общественных и промышленных сооружений, а также малоэтажных зданий, где АСП используется для:

  • армирования железобетонных конструкций (стен и плит перекрытия);
  • ремонта поверхностей объектов из кирпича и железобетона;
  • послойной кладки стен по технологии гибких связей;
  • армирования фундаментов всех типов (плитных, ленточных, столбчатых);
  • армирования полов и стяжек;
  • укрепления стен и газобетонных блоков и монтаж монолитных армопоясов.

Армирование фундамента стеклопластиковой арматурой

Распространено применение с.п. арматуры и в сфере дорожного и железнодорожного строительства, в которых АСП применяется:

  • при обустройстве насыпей и дорожных покрытий;
  • при укреплении откосов дорог;
  • при строительстве мостов;
  • при укреплении береговых линий.

Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций отличается полной устойчивостью к коррозии и химически агрессивным веществам, что значительно расширяет сферу ее применения.

1.2 Преимущества АСП

Композитная арматура имеет следующие эксплуатационные преимущества:

  1. Материал классифицируется по первой группе химической стойкости, его можно использовать в кислотах и щелочных средах.
  2. Стеклопластиковая (далее — с.п.) арматура (АСП) имеет в 3 раза большую прочность на разрыв, чем стальная. Это позволяет использовать при строительстве изделия меньшего диаметра.
  3. Вес АСП в 4 раза меньше, чем у металлопроката — с.п. арматура имеет плотность 1.9 кг/м3, металлическая — 7.9 кг/м3.
  4. Композитная арматура для фундамента стоит на 50-60% дешевле, чем металлопрокат с аналогичными эксплуатационными характеристиками.
  5. АСП отличается удобством транспортировки без необходимости привлечения грузовых автомобилей — прутки диаметром до 10мм поставляются в бухтах произвольной длины, стометровая бухта стержней 8 мм весит около 7.5 кг.

  6. АСП обладает низкой теплопроводностью, она не образует мостиков холода в кладке из газобетонных блоков либо внутри железобетонной конструкции.
  7. С.п. арматура для фундамента является диэлектриком, они не проводит электричество и не подвергается коррозии под воздействием блуждающих токов.
  8. Срок эксплуатации АСП превышает 80 лет.

Недостатки с.п. арматуры —  низкий модуль упругости (в 4 раза меньше, чем у стальной), что ограничивает возможность ее применения при вертикальном армировании, склонность к потере прочности при нагреве выше 600 градусов. Учитывайте, что композитная арматура не подлежит гибке в условиях строительной площадки — при необходимости использования гнутых элементов необходимо заказывать их отдельно у производителя.

Состав и строение композитной арматуры

Прутки стеклопластиковой арматуры – это пучок стекловолокна толщиной 15 микрон каждое, пропитанный эпоксидными или другими смолами и имеющий рифленую поверхность для лучшего сцепления с бетоном. В правильно устроенном прутке должен быть центральный стержень из волокон, который оплетается по спирали вторым слоем стекловолокна.

Вид материала волокна определяет свойства и название арматуры. Кроме стекловолоконной, встречаются углепластиковые и базальтовые изделия.

Диаметр прутка арматуры находится в пределах 4-18 мм, а максимальная длина ограничена только настройками производственного оборудования. Плотность стеклопластика составляет всего 1,9 т/м3, а 1 кубометр стальной арматуры весит не менее 7 тонн. Благодаря этому свойству, композиты применяются в изготовлении легкого бетона с 60-х годов прошлого века. Средний срок службы — не менее 80 лет.

Рифленая поверхность арматуры способствует ее сцеплению с бетоном

Производство стеклопластиковых прутков для усиления бетона возможно только в заводских условиях, что снижает вероятность купить некачественный продукт, несоответствующий нормативным требованиям. Композитная арматура не ржавеет, не проводит электрический ток и экологична.

Основа использования стеклопластика

Арматура из стеклопластика представляет собой соединение, где неметаллические волокна полимера связаны определенным композитным составом. В таком сочетании стеклопластик не только унаследовал основные преимущества, которые присущи полимерам, но и приобрел дополнительные свойства, все активнее применяющиеся на практике.

Для производства этого вида изделий в качестве основы используют стекловолокно, как вариант – базальт. При этом арматура состоит из двух слоев:

  1. Внутренний стержень. Этот элемент представляет собой своеобразный пучок волокон, которые увязаны между собой при помощи эпоксидной, возможно, полиэфирной смолы.
  2. Внешняя оболочка. Материал, который окружает сердцевину, отвечает за прочное соединение арматуры с окружающим строительным материалом (бетоном).

Можно отметить, что арматура из композитных материалов, если называть так стеклопластик, имеет целый ряд конкурентных преимуществ:

  • небольшой удельный вес;
  • химическая стойкость при взаимодействии с другими материалами;
  • высокая диэлектрическая проницаемость;
  • высокий предел прочности, который имеет 2-кратное превосходство при сравнении с металлом;
  • низкая теплопроводность;
  • широкий температурный диапазон применения.

При изготовлении арматуры из стеклопластика проявляются не только преимущества самого материала, но положительное влияние оказывает особенность технологического процесса. На стадии производства каждая нить сердцевины получает равное напряжение в сравнении с другими. Это положительно сказывается на прочности.

Поток нитей при скручивании освобождается от любых возможных загрязнений, что позитивно отражается на качественном нанесении связующих веществ, оптимальном расходе веществ и невысокой стоимости изделия.

В менее ответственных случаях использования арматуры, её поверхность покрывается песком для придания нужной шероховатости и последующей взаимосвязи с бетоном. Однако для придания прутьям большей химической стойкости, прочности и лучшего взаимодействия с бетоном, прутья покрывают венилэфирной смолой.