С развитием технологий на рынке появляется все больше новых строительных материалов. Широкое распространение получила и стеклопластиковая арматура, завоевав внимание частных застройщиков. Это понятно – если тонна ее стоит и дороже, чем тонна стальной, то цена за погонный метр выходит намного ниже. А частнику и нужно, чтобы себестоимость строительства была поменьше. Однако, крупные строительные компании не спешат использовать эту новинку, несмотря на то, что можно выгодно купить арматуру из пластика. Ведь известно, что скупой платит дважды…
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.
Преимущества
По сравнению со стальной, стеклопластиковая арматура имеет немало преимуществ:
- небольшой вес;
- стойкость к коррозии;
- низкая теплопроводность;
- низкая электропроводность;
- не экранирует конструкции от электромагнитных волн;
- удобная при транспортировании;
- экологичная;
- высокая прочность на разрыв.
Однако, все эти преимущества в частном домостроении практически не имеют никакой практической пользы.
Вес метра арматуры, действительно, невелик. Но и потребность ее в частном домостроении исчисляется не тоннами, а десятками килограммов. По сравнению с другими материалами, применяемыми в строительстве — кирпичом, бетоном, уменьшение массы армирования незначительно повлияет на вес всей конструкции дома.
Стойкость к коррозии при использовании в монолитном железобетоне неактуальна, так как цемент создает в бетоне щелочную среду. Металл же корродирует, наоборот, в кислой, поэтому стальные стержни, залитые бетоном, достаточно защищены от коррозии.
Теплопроводность и электропроводность также имеют малое значение для частных домов, так как стены из монолитного железобетона практически никто не строит.
Экранирование существенно влияет на распространение электромагнитных волн лишь в том случае, если плотность армирования в стенах превышает 50 %. Такого в индивидуальных домах практически не бывает.
Экологичность изделий из композита выражается в том, что материал не излучает вредных веществ. Но и стальная арматура тоже ничего не излучает.
Действительно существенное преимущество — удобство при транспортировании. Вес арматуры небольшой, а упаковывается она в бухты, что позволяет перевозить ее даже в личном автомобиле.
Ну а самое главное – высокая прочность оказывается совершенно невостребованной в нагруженных конструкциях – балках и плитах перекрытия. Почему? Об этом далее.
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.
В каких конструкциях может применяться стеклопластиковая арматура
Остается выяснить, для чего же производят пластиковую арматуру, если ее нельзя использовать. Оказывается, применять этот материал допускается для армирования конструкций, в которых не возникают большие растягивающие напряжения или совместно с металлической арматурой допускается применять, в качестве конструктивной.
Конструктивное армирование применяется для придания жесткости армокаркасам, для предотвращения усадки бетона при твердении. Часто пластиковые стержни применяют для поперечного армирования фундамента. Допускается усиливать такими изделиями ленточный фундамент под легкие сооружения — беседки, навесы, заборы.
Применение композита обосновано и для армирования стен и перегородок из ячеистых бетонов. Так как пластиковые стержни обладают неплохой гибкостью, их можно применять для армирования садовых украшений и небольших конструкций из бетона — кашпо, стенок прудов или бассейнов.
Все вышеизложенное касается арматуры, продающейся без каких-либо сертификатов и 
подтверждений соответствия. Большая часть строительного рынка насыщена именно такими изделиями, часто изготовленными кустарным способом в небольших мастерских.
В настоящее время ведутся исследования по улучшению свойств стеклопластиковой арматуры. Разработаны стандарты и правила изготовления, приемки, транспортирования и хранения композитной арматуры. Одним из таких документов является ГОСТ 31938-2012 «Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций». Соответствие изделия требованиям, изложенным в этом документе, гарантирует безопасность строительства и эксплуатации будущих зданий.
Литература:
- А. И. Преображенский «Стеклопластики – свойства, применение, технологии», журнал «Главный механик» 2010 г., № 5.
- СП 63.13330.2010 СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения».
- СП 16.13330.2010 СНиП II-23-81 «Стальные конструкции».
- ГОСТ 31938-2012 «Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций»
