Строительная революция: композиты набирают силу

Стеклопластиковая арматура все больше заменяет металл в монолитном строительстве.

Композитная арматура медленно, но уверенно увеличивает свою долю рынка. В ближайшее время, по прогнозам экспертов эта тенденция усилится, ведь в 2014 году был принят ГОСТ 31938-2012 по композитной арматуре с периодическим профилем, а с 01.01.2015 вступили в действия ГОСТ-ы регламентирующие методы определения эксплуатационных характеристик композитной арматуры ( долговечности (ГОСТ 32486-2013) , стойкости к агресивным средам (ГОСТ 32487-2013) и физико-механических свойств (ГОСТ 32492-2013))

Строительные и проектные организации начинают включать пластиковую арматуру в сметы при проектировании зданий, туннелей, фундаментов. Эта тенденция будет развиваться по мере того, как будут утверждены новые производственные стандарты. Как результат, все большее число крупных строительных организаций будет использовать композитную арматуру, как более эффективный и надежный строительный материал в гражданском и промышленном строительстве.

Как всегда, мы отстаем от Европы и США в использовании новых композитных строительных материалов на 5-7 лет.
Вот один из примеров. В Канаде в Виннипеге в округе Манитоба уже в 2006 году при строительстве моста через Красную реку с 16-ю пролетами размерами 15,30 м на 43,50 м.

Все бетонные элементы были армированы композитной арматурой, произведенной компанией Hughes Brothers Inc. При строительстве было использовано 140 тонн композитной арматуры. Так был построен самый большой в мире мост с использованием неметаллической арматуры (по состоянию на 2007 г.)
Следующим проектом компании был мост, также построенный в Канаде в 2010 году в провинции Манитоба через реку Асинибон. На фото внизу вы видите обвязку из композитной арматуры перед заливкой бетоном.

Еще один известный проект, в котором металлическая арматура была заменена композитной, выполнен в аэропорту Майами, США при строительстве 4-х километровой железнодорожной эстакады для перевозки пассажиров и грузов из аэропорта до терминала. Фото внизу – обвязка из композитной арматуры до заливки бетоном.

На следующей фотографии вы видите уже залитую бетоном конструкцию с установленным рельсом. Использование устойчивой к коррозии композитной арматуры позволит увеличить срок службы этой эстакады и снизит расходы на ремонт и обслуживание.
При строительстве компания использовала новый тип композитной арматуры называемый «полой композитной арматурой» или «Hollow Rebar». Эта арматура в отличие от своего монолитного аналога имеет вид трубы с толстыми стенками, что позволяет при сохранении веса и расхода материалов улучшить прочностные и эксплуатационные характеристики.Использование полой композитной арматуры дает следующие преимущества :

• позволяет увеличить ее прочность на изгиб (модуль упругости);
• использовать отверстия для прокладки электрических кабелей и кабелей передачи данных;
• проводить исследование состояния конструкций в процессе эксплуатации миниатюрными видеокамерами;
• пропускать хладагент или теплоноситель, осуществляя подогрев или охлаждение конструкции в процессе эксплуатации (защита от обледенения).

Процесс производства полой арматуры включает пултрузионное формирование рабочего слоя состоящего из термореактивной смолы и непрерывного стекловолокна, который затем обматывается одной или двумя нитями-ребрами и спекается. Оба материала композитной арматуры соединены механически и химически и придают изделию очень высокую прочность на растяжение. Композитная арматура в 3-4 раза прочнее стальной на растяжении, и при этом весит на 80% меньше. Во время стадии спекания при производстве полой арматуры возможно изготовить отрезки специальной формы.

Бетон уже давно используется в качестве строительного материала и обладает высокой прочностью на сжатие и низкой стоимостью. Тем не менее, его известная ахиллесова пята – это хрупкость и ограниченная прочность на растяжение. Эта задача была решена очень удачно более века назад с помощью металлических арматурных стержней. Стальная арматура, в целом эффективный и относительно недорогой материал, поэтому он дает превосходный эффект в большинстве случаев. Тем не менее, стальная арматура имеет свою собственную ахилесову пяту – подверженность коррозии при воздействии щелочей, солей, кислот и влаги. Кроме того, при температурных перепадах и переходах через 0 в следствии разного температурного градиента бетона и стали образуются мостики холода и микро трещины.

При начале процесса коррозии стальной арматуры в массе бетона, она набухает и увеличивает нагрузку на внутренние слои бетона, который начинает трескаться и скалываться, создавая микро трещины, через которые начинает поступать агрессивная среда, что активизирует дальнейшее разрушению и снижению прочности всей конструкции.

Это приводит к необходимости увеличения толщины защитного слоя бетона и необходимости производить периодический контроль, обслуживание и ремонт железобетонных конструкций. Если процесс зайдет слишком далеко, это может поставить под угрозу целостность всей структуры. Многочисленные покрытия для бетона и арматуры и проникающие защитные добавки были изобретены и применяются повсеместно. В отдельных случаях применяется дорогостоящая арматура из нержавейки или с эпоксидным покрытием.

Но даже такие радикальные методы не всегда эффективны для предотвращения коррозии в долгосрочной перспективе.
Кроме того, металлическая арматура является прекрасным проводником электрических и магнитных полей, что создает помехи электроприборам в возводимых зданиях, а также искажает естественный природный электромагнитный и геомагнитный фон.

Композитная арматура – незримое превосходство

Есть много причин, почему при армировании бетона стоит использовать композитную арматуру. Первое – она не подвержена коррозии и не будет ржаветь, поэтому она идеально подходит для строительства мостов, причалов, пирсов, фундаментов, морских платформ, набережных, кессонов, свай, переборок, бассейнов и аквариумов – там где есть постоянный контакт с пресной либо соленой водой, а также объектов сельскохозяйственного назначения. Композитная арматура обладает иммунитетом к дорожной соли и противогололедным реагентам, применяемым дорожными службами. Таким образом при она более надержа при строительстве дорог, парковок, взлетных полос, мостов, тоннелей, парапетов. Кроме того, она обладает высокой устойчивостью к целому ряду других химических веществ, которые присутствуют на очистных сооружениях, фермах для животных, участках утилизации твердых отходов, нефтехимических заводах, целлюлозно-бумажных комбинатах, трубопроводах, резервуарах, градирнях и дымовых трубах, а также щелочной среде самого бетона.

Еще одним преимуществом композитной арматуры является то, что ее предел прочности при растяжении 1,5-2 раза выше, чем у стали, поэтому она хорошо дополняет высокую прочность бетона на сжатие. Она также обеспечивает отличное сопротивление усталости, что делает ее пригодным для использования в конструкциях с циклическими нагрузками, таких как дороги и мосты. Кроме того, композитная арматура в 4 раза легче стальной (при равнопрочностной замене в 8-10 раз). Здесь также есть ряд практических преимуществ. В первую очередь меньше нагрузка на рабочих, которые должны переносить и устанавливать арматуру, снижается потребность в кранах и других тяжелых подъемных механизмах. Композитная арматура легко режется обычными инструментами не повреждая их. Большее количество арматуры может быть загружено в одно транспортное средство, не превышая допустимые пределы загрузки. Арматура до 10 мм в диаметре скручивается в бухты.

Для мостов и эстакад при использовании композитной арматуры повышается допустимая нагрузка ввиду снижения веса самой конструкции. Композитная арматура также эффективна в конструкциях сооружаемых на почвах, чувствительных к высоким нагрузкам, в сейсмически активных районах или в экологически чувствительных областях, где нежелательно применять тяжелое оборудование.

Для сооружений, чувствительных к электромагнитным воздействиям, таким как исследовательские лаборатории, дата центры центры, клиники и больницы, использование композитной арматуры единственная возможность, т.к. стекло и базальт являются природными диэлектриками и не будут передавать помехи, привлекать молнии или мешать работе близлежащих электрических устройств. Это делает его применение композитной арматуры более безопасным выбором при строительстве алюминиевых и медеплавильных заводов, атомных электростанций, специализированные военных объектов, диспетчерских вышек аэропортов, электрических станций, телефонных узлов, колодцев, содержащих электрическое, сетевое или телефонное оборудование, а также отделений больниц магнитно-резонансной томографии (МРТ) оборудования.

Кроме того композитная арматура обладает низкой теплопроводностью, и это может быть принято в расчет при проектировании зданий с энергосберегающими свойствами. В таких помещениях легче поддерживать заданную температуру, т.к. потери тепла через стены будут минимальны.

Отдельно стоит рассмотреть экономический эффект применения композитной арматуры. При первоначально равной стоимости металла и композита, жизненный цикл последнего значительно дольше. Особенно это заметно в строительстве с использованием предварительно напряженных железобетонных конструкций с изгибами, где присутствуют нагрузки на изгиб, сжатие и растяжение. В таких конструкциях со временем всегда возникает усталость металла и его коррозия, что требует ремонта и замены стальных элементов. В таких случаях также более целесообразно применять композитную арматуру и профиль.