Статья, про использование стеклопластиковой арматуры в железобетонных конструкциях

Особенности проектирования конструкций из бетона с композитной арматурой
Композитная арматура обладает уникальными физико-химическими свойствами, радиопрозрачностью, немагнитностью, электрической непроводимостью и высокой коррозионной стойкостью при вчетверо меньшей плотности, чем стальная арматура. Первое ее рождение у нас состоялось в конце 1960–начале 1970-х годов. Тогда это была стеклокомпозитная арматура (именовалась стеклопластиковой, сокращенно — СПА), которую выпускали диаметром до 6 мм. Высокая прочность арматуры при растяжении (до 1000 МПа) сразу же указала и наиболее рациональную область ее применения — предварительно напряженные конструкции.
Однако широкого распространения арматура не получила, и дальше опытного применения дело, по существу, не пошло. Среди причин, кроме высокой стоимости, немалое значение имела ограниченность сортамента СПА (до 6 мм). Сегодня композитная арматура переживает второе рождение. К стеклокомпозитной(АСК), добавилась базальтокомпозитная (АБК), углекомпозитная (АУК), арамидокмпозитная (ААК) и комбинированная (АКК), сортамент намного расширил свои границы — от 4 до 32 мм, производство арматуры освоено многими предприятиями, разработан ГОСТ [2], создана Ассоциация неметаллической композитной арматуры и даже само правительство уделило внимание композитным материалам.
В 2013 году в Интернете опубликован проект Свода правил [3], регламентирующего проектирование конструкций из бетона с такой арматурой. Правда, некоторые производители утверждают, что можно пользоваться существующими нормами проектирования железобетонных конструкций [4], подставляя в формулы соответствующие характеристики композитной арматуры, и, вроде бы, эффект получится сам собой. Ниже будет показано, что такой оптимизм несколько преждевременен, а пока рассмотрим основные особенности композитной арматуры. Их учет позволит избежать двух крайностей — вначале восторга, а потом «анафемы» (эти крайности сыграли в свое время негативную роль в деле распространения первой стеклопластиковой арматуры).
Технологические особенности
Композитная арматура не сваривается и не сгибается. Из этого следует, что сетки и каркасы могут быть только плоскими и только вязаными. Однако, если учесть, что высокопрочная термоупрочненная стержневая арматура тоже на сваривается (кроме арматуры с индексом «С») и плохо сгибается, а высокопрочная проволока и не сваривается, и не сгибается, то проблемы в этом никакой нет. Просто у этих видов арматуры другое назначение. Более серьезно — снижение прочности при температуре выше +60°С. Из этого следует, что либо температура термообработки бетона, вместо обычных для сборных изделий 80°С, должна быть не выше 60°С (что приведет к удлинению технологического цикла и удорожанию изделий), либо к расчетному сопротивлению арматуры необходимо вводить понижающий коэффициент (а это приведет к дополнительному расходу арматуры и тоже к удорожанию изделий). Из этого также следует, что огнестойкость конструкций с композитной арматурой намного ниже, чем со стальной.
Механические особенности
При растяжении композитная арматура, в отличие от стальной, деформируется упруго вплоть до разрыва, в соответствии с законом Гука. Диаграмма растяжения выглядит в виде прямой линии.
Предел прочности при растяжении σв, согласно ГОСТ [2], составляет: для АСК и АБК — не менее 800 МПа, для АУК и ААК — не менее 1400 МПА, для АКК — не менее 1000 МПа. Эти показатели совпадают с величинами нор-мативного сопротивления стальной арматуры классов соответственно А800, Вр1400 и А1000, которую используют только в преднапряженном железобетоне (в обычном железобетоне проку от столь высокой прочности нет).
Приведенные характеристики дают основания заключить следующее:
1. Ввиду невысокого модуля упругости и относительно высокой стоимости композитной арматуры ее применение в сжатых элементах и в сжатой зоне обычных изгибаемых элементов неэффективно. 2. По причине невысокого модуля упругости вряд ли целесообразно применение композитной арматуры и в качестве рабочей растянутой арматуры в обычных изгибаемых конструкциях.
3. Учитывая высокую прочность при растяжении, идеальные упругие свойства и невысокий модуль упругости композитной арматуры, представляется, что наиболее целесообразная область ее применения — предварительно напряженные конструкции.
4. В то же время, из-за отсутствия пластических деформаций удлинение композитной арматуры при разрыве невелико. Эта особенность чревата хрупким (т.е. наиболее опасным) разрушением конструкций, поэтому при проектировании к прочности композитной арматуры следует вводить понижающие коэффициенты.
Подведем итоги
Композитная арматура, обладающая рядом превосходных качеств, находится вне конкуренции в той специфической области, где применение стальной арматуры недопустимо в принципе.
Вместе с тем высокая стоимость и физико-механические особенности — низкая огнестойкость, низкий модуль упругости (за исключением самой дорогой — углекомпозитной арматуры),отсутствие пластических свойств, несвариваемость — весьма существенно ограничивают возможности использования композитной арматуры в несущих конструкциях из бетона.
Поэтому экономически целесообразной областью применения композитной арматуры могут быть элементы, работающие под воздействием сильно агрессивной среды или блуждающих токов, в которых стальная арматура быстро выходит из строя из-за коррозии.
Определенную трудность составляет также обеспечение огнестойкости конструкций, эксплуатируемых в закрытых помещения.
Что может дискредитировать композитную арматуру?
Могут две причины. Первая — низкое качество самой арматуры. Такие случаи, к сожалению, уже имеют место, особенно часто у стеклокомпозитной арматуры, которая при «дешевой» технологии не выдерживает воздействие щелочной среды (а такой средой является сам бетон).
Вторая — беззастенчивая или невежественная реклама. Вот пример такой рекламы (из интервью коммерческого директора таганрогского завода «Радомир-композит» газете «Волгоградский строитель»):
«…композитная арматура диаметром в 4 мм заменяет стальную диаметром в 6 мм; соответственно в других случаях: 10 мм–14 мм, 12 мм–16 мм. И если архитекторы и проектировщики закладывают обычную арматуру для железобетона 12 мм, то вы спокойно можете ее поменять на композитную диаметром в 8 мм, ничуть не бес-покоясь о прочности». И далее в таком же духе.
Наверное, коммерческого директора такая замена действительно ничуть не беспокоит, ему нужно сбыть свой товар, остальное его не интересует. Но она должна беспокоить инженеров, и грамотность в сочетании с дотошностью здесь лишней не будет.
Валерий Васильевич Габрусенко
Ведущий эксперт ООО «ТЭЗИС».
Статья приведена в сокращенном варианте.
Кандидат технических наук, доцент, член-корреспондент Петровской Академии наук и искусств, председатель Общества железобетонщиков Сибири и Урала.
Автор более 150 опубликованных научных трудов, нескольких изобретений и книг (в т.ч. «Основы расчета железобетона в вопросах и ответах», «Аварии, дефекты и усиление и железобетонных и каменных конструкций», «Особенности проектирования железобетонных конструкций по новым нормам»).
Выпускник НИИЖТа (СГУПС) по специальности ПГС, работал на стройке, в НИЛЖелезобетона НИИЖТа, в СКТБ «Стройиндустрия» Министерства строительства СССР, в НГАСУ (Сибстрине).
В 1987-91 гг. являлся заместителем председателя и председателем Сибирского филиала Национального комитета СССР ФИП (Международной федерации преднапряженного железобетона).
Опыт работы по проектированию железобетонных конструкций, обследованию зданий и сооружений составляет более 40 лет.
#железобетон #арматура