Что такое арматура из углепластика? Полный обзор
Углеродные волокна доказали свою полезность и их активно используют во многих продуктах бытовой, промышленной и строительной сферы. Одним из направлений является выпуск композитных полимерных арматурных изделий, которые производители продвигают как неплохую альтернативу металлическому прокату.
Характеристики и сферы применения
Согласно ГОСТ 31938-2012 «Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Общие технические условия» в качестве упрочняющих волокон могут использоваться четыре вида непрерывных или штапельных нитей:
- Арамидные из полиамидных материалов.
- Стеклянные, производимые из расплава неорганического стекла.
- Базальтовые, изготавливаемые из вулканических пород.
- Углеродные, получаемые методом пиролиза (термообработки) органических волокон специальных веществ – прекурсоров. Их выбирают из-за того, что они содержат от 90 % и более массы углерода.
Волокна дополняются термореактивными связующими смолами группы эпоксидов или полиэфиров. Именно из-за этого готовая продукция относится к категории «неметаллическая композитная арматура» и, несмотря на заверения производителей, не может быть приравнена к стальному арматурному прокату.
Исследования показывают, что углеродная нить обладает лучшими характеристиками по сравнению со стеклянными и базальтовыми волокнами. Соответственно, физико-технические свойства углепластикового композита намного выше, чем у аналогов.
| Наименование показателя | Стеклокомпозит | Базальтокомпозит | Углекомпозит | Арамидокомпозит |
| Предел прочности при растяжении, МПа | 800-1000 | 800-1200 | 1400-2000 | 1400 |
| Модуль упругости при растяжении, ГПа | 45-50 | 50-60 | 130-150 | 70 |
| Предел прочности при сжатии, МПа | 300 | 300 | 300 | 300 |
| Предел прочности при поперечном срезе, МПа | 150 | 150 | 350 | 190 |
Большинство продавцов и покупателей путают все четыре вида композита, хотя из таблицы видно, что характеристики стеклопластиковой арматуры весьма посредственные по сравнению с углепластиком.
По таким критериям как предел прочности и модуль упругости карбоновые волокна подразделяются на:
- Материал общего назначения.
- Высокопрочные.
- Сверхвысокомодульные.
- Высокомодульные.
- Среднемодульные.
Композитная арматура производится из первых двух разновидностей. Внешне готовые изделия схожи с металлопрокатом – стержни круглого сечения диаметром 4-32 мм с периодическим профилем. Рифление получается за счет намотки углеволоконного жгута. Сверху продукт покрывается слоем термореактивной смолы для защиты нитей от разрушающих факторов. Некоторые заводы (Гален, ТДКМ) предлагают варианты с гладкой или рифленой поверхностью и песчаной обсыпкой для улучшения адгезии с бетонным раствором.
Бытует мнение, что углепластиковая арматура может быть только черной. Утверждение ошибочно, так как при желании заводы изготавливают композитную продукцию в любом из 12 основных колеров: красную, синюю, зеленую и так далее.
Производители рекомендуют применять углекомпозит в следующих областях:
1. Строительство малоэтажных зданий (фундамент, стены монолитные и многослойные, перегородки).
2. Сооружение различных устройств коммунального и бытового характера (септики, канализационные системы, теплицы).
3. Возведение мостов, настилов, опорных элементов.
4. Устройство дорожного полотна, тротуаров.
5. Производство фасонных изделий и многие другие.
Некоторые строители умудряются с успехом использовать карбоновый композит в нестандартных решениях: при анкеровании многослойных стен, в качестве замены металлических уголков, нагелей при возведении срубовых домов, бань или беседок. И, как свидетельствуют отзывы, углепластик отлично возмещает недостатки металла (коррозия и тому подобное).
Композитную арматуру можно купить в виде стержней длиной до 12 м или бухтами по 50-200 метров в намотке. Для фиксации (вязки) при сборке каркаса используются пластиковые хомуты или вязальная проволока в толщине не более 4 мм.
Преимущества и недостатки
О стальной арматуре известно все. А вот композитные армирующие прутья для потребителей – загадка. Производители заявляют о следующих достоинствах углепластиковой продукции:
1. Химическая и биологическая устойчивость материала. Композитные изделия инертны к воде, кислотам, щелочам, различным микроорганизмам.
2. Абсолютный диэлектрик. Конструкция с углепластиком радиопрозрачна и магнитоинтерна, не проводит электричество.
3. Малый вес. Масса углепластиковой арматуры в 5-7 раз меньше стали, за счет чего облегчается доставка, а монтаж производится быстро и легко одним работником.
4. Высокая теплоемкость. Коэффициент теплопроводности углекомпозита не превышает 0,5 Вт/м*К, тогда как аналогичный показатель стали равен 47 Вт/м*К.
5. Высокая прочность – выдерживает значительные нагрузки, устойчива на излом, к механическим воздействиям, поэтому при замене стальной можно использовать карбонокомпозит меньшего диаметра.
Некоторые физические характеристики не уступают показателям металла. Но демонстрируемые производителями результаты исследований опираются на данные волокна, а не готового стержня. В отличие от стальных изделий, в композитной арматуре сечение волокна не равно диаметру прута, не менее 25-50% объема приходится на синтетическую смолу или, проще говоря, полимеризованный пластик. Реальные данные по процентному соотношению отсутствует, равно как и соответствующие нормативы, ТУ для испытаний и другая документация. Все это заставляет сомневаться, а допустима ли замена металлического стержня 8 мм на углекомпозит того же диаметра или требуется пересчет?
6. Эксплуатация в широком диапазоне температур: от -70 до +400°C. На самом деле любой пластик при морозе ниже -10 °С становится хрупким. А если температурный уровень опустится ниже -30 °С, то каркас может просто раскрошиться при малейшем увеличении нагрузки. Что же касается верхнего предела, здесь вопрос в сомнительной огнестойкости материала. Синтетические полимеры начинают плавится при температуре от +120 °С и выше, стержни быстро потеряют форму, «потекут».
7. Долговечность – до 50 лет. Стальная арматура используется уже более 100 лет, накоплен огромный опыт и база знаний по ней, известны всевозможные параметры, включая срок службы. Арматура из карбонопластиковой смеси до сих пор полностью не изучена и точный эксплуатационный период неизвестен, только предполагаемый.
8. Простой монтаж при помощи пластиковых хомутов. Самым надежным методом фиксации элементов считается сварка. Следом идет вязка проволокой диаметром от 1,4 мм. Гибкие пластиковые полоски однозначно не выдерживают тех же нагрузок, что и сталь, поэтому высокая прочность таких соединений – не более чем миф.
Подытоживая, отметим, что действительных плюсов у арматуры из композита немного – четыре позиции. В копилке минусов:
- Ломкость. При изгибании продукция быстро трескается, ломается, поэтому криволинейные конструкции и углы из нее армировать не получится. Именно из-за этого факта карбонопластик получает негативные отзывы.
- Отсутствие нормативной и расчетной базы.
- Высокая цена. Даже при равнопрочной замене стоимость стали существенно ниже, что доказывает приведенная ниже таблица.
Сравнение стоимости композитной и металлической арматуры:
| Диаметр продукции, мм | Цена АМ, рубли/погонный метр | Цена АУК, рубли/погонный метр |
| 6 | 11 | 11 |
| 8 | 13 | 14 |
| 10 | 18 | 20 |
| 12 | 25 | 28 |
| 14 | 30 | 36 |
| 16 | 48 | 55 |
| 18 | 55 | 67 |
Таким образом, углепластик лучше использовать в узкоспециализированном строительстве и при возведении не нагружаемых конструкций.
Мнения людей
«Летом впервые столкнулся с углекомпозитной арматурной продукцией. Задумал строить забор из профнастила и на мелкозаглубленный фундамент потребовался каркас из тонких стержней. У меня легковая машина, поэтому металл брать не хотелось – сложно его везти на крыше. Сначала думал купить базальтопластиковую арматуру, но продавец предложил попробовать карбоновый композит, который по характеристикам гораздо прочнее. 3 бухты по 100 м легко уместились в багажнике. Минус заметил при заливке – изделия гибкие и бетонная смесь при попадании в опалубку немного сдвигает каркас. В остальном углекомпозит показал себя достойно».
Игорь Фомичев, Волгоград.
«Заказал строительство коттеджа из пенобетона. Материал гигроскопичный, поэтому снаружи дополнительно стены облицовывались кирпичом с внутренним утеплением пенопластом. Получилась такая колодезная кладка. Для связки всех слоев использовали стержни углекомпозитной арматуры. Работать с ней намного проще, чем с металлической, а разница в прочности невелика».
«Когда в квартире делали капитальный ремонт, для ускорения заказал полусухую стяжку и менеджер посоветовал приобрести углекомпозитную арматуру. Можно было и стеклопластик, но карбоновая продукция более прочная. Сетку сделали мелкоячеистой, чтобы увеличить надежность и исключить любые подвижки».
«Строил дом из керамзитобетона и прораб порекомендовал купить углепластиковые прутья для армирования стен вместо металлических. По отзывам композитная арматура неплохо проявляет себя в таких конструкциях. Режется очень легко, монтировать ее еще проще».
Источник
Арматурные прутья из углепластика
Из всех видов композитной арматуры углепластиковая является самой прочной и дорогостоящей, ее применение должно быть экономически обоснованным. Материал представляет собой прутья диаметром от 4 до 32 мм длиной до 12 м, с целью повышения адгезии они имеют ребристую или покрытую песком поверхности. В основном используются в качестве альтернативы или усиления металлической арматуры в фундаментах, стяжках и ЖБИ, но в ряде случаев они незаменимы.
Разновидности, характеристики и особенности
Общие технические условия регламентированы ГОСТ 31938-2012. В зависимости от материала стержней выделяют следующие виды неметаллической арматуры:
- Стеклопластиковая, из склеенных в пруток полимерных волокон с накрученной поверх стеклянной нитью. Реализуется в кольцах и бухтах, из всех композитных типов арматуры имеет самую низкую прочность и термоустойчивость.
- Базальтопластиковая арматура – на основе нитей из расплавов твердых пород: базальта или габбро-диабаза.
- Углеродные прутья, получаемые путем пропитки синтетическими смолами термически разложенных полиакрилонитрильных или гидратцеллюлозных волокон и протяжкой их через высокопрочные формы.
Характеристики последней разновидности говорят сами за себя:
- Высокая прочность на разрыв – от 2000 до 3000 МПа, что позволяет использовать при заливке фундаментов и изготовлении ЖБИ прутьев с меньшим диаметром.
- Удельный вес – не более 1600 кг/м 3 .
- Модуль упругости в пределах 350 ГПа, в этом плане углепластиковая арматура в 7 раз лучше обычной стекловолоконной.
- Огнестойкость – до 600 °C.
- Коэффициент теплопроводности – 0,55-1 Вт/м·°С.
- Материал химически инертен и обладает абсолютной коррозионной стойкостью.
Сфера применения
Композитная арматура востребована в жилищно-гражданском, промышленном, горнодобывающем и дорожном строительстве. Высокая прочность и антикоррозийная устойчивость делают ее незаменимой при возведении объектов, подверженных частым влажностным нагрузкам или эксплуатируемым в воде. К таким относят подтапливаемые фундаменты, колодцы, септики, ж/б емкости, очистные сооружения, системы канализации, мелиорации и водоотвода, мосты, опоры, объекты береговой линии, в том числе морские. Допускается использование этой арматуры при изготовлении предварительно напряженных ЖБИ.
В частной сфере потребность в углепластиковых прутьях возникает при заложении фундаментов ниже нулевой отметки грунта, строительстве домов с подвалами. Практика показывает, что основания и объекты, армированные таким прутьями, хорошо выдерживают вибрационные нагрузки. К альтернативным вариантам относят усиление металлических каркасов и аналогичных поддерживающих конструкций. Имея более низкий коэффициент теплопроводности в сравнении со сталью, композиты применяются с целью армирования кладки из пено- или газоблоков и других легких марок бетона.
К достоинствам этой разновидности относят:
- Химическую инертность, стойкость к коррозии, агрессивным средам и биологическим воздействиям.
- Низкий вес и снижение трудозатрат при доставке и вязке армоконстуркций.
- Высокую прочность основы, углеродные волокна выдерживают нагрузки на разрыв в 2-3 раза лучше стали.
- Близкий к бетону коэффициент теплового расширения и низкую теплопроводность. Это исключает риск образования трещин и мостиков холода при заливке единых монолитов или армировании кладки из строительных блоков.
- Хорошие диэлектрические свойства, материал беспрепятственно пропускает радиоволны и не меняет свои показатели под влиянием э/м излучения.
- Долговечность, заявленный производителями срок службы составляет 75 лет, отзывы потребителей подтверждают неизменность форм, внешнего вида и прочности в процессе эксплуатации.
К эксплуатационным недостаткам арматуры из углепластика относят отсутствие возможности изгиба непосредственно на стройплощадке (читайте о том, как гнуть металлическую арматуру), снижение прочностных характеристик при растрескивании и потерю полезных свойств при нагреве (в отличие от полностью соответствующей пожарным нормам стали композиты в лучшем случае являются самозатухающими). Изогнутые формы производят исключительно в заводских условиях, что приводит к потребности в точной схеме армирования и ее строгого выполнения. Эта разновидность обходится дорого, число ее изготовителей ограничено, по отзывам на рынке встречается много подделок с низкой прочностью.
Соединение композитных прутьев осуществляется внахлест, с шагом ячеек сетки или соседних рядов в пределах 25 см. Проведение сварки в данном случае крайне затруднительно, на больших площадках могут использоваться специальные накладки, но чаще всего фиксацию проводят с помощью вязальной проволоки или пластиковых хомутов. В процессе вязки отслеживается ровность вертикальных рядов и надежность закрепления углов, особенно это актуально при бетонировании заглубленных фундаментов. Низкий вес углепластика с одной стороны облегчает работы, с другой – делает каркас менее устойчивым к смещению при заливке строительного раствора.
С целью упрощения процесса все инструменты и крепежи подготавливают заранее. Для надежной фиксации прутьев с сечением в пределах 16 мм потребуется около 20 см мягкой проволоки, вязка узлов может быть любой: угловой, двурядной, крестовой. Собранный каркас нуждается в выравнивании и надежной основе, по аналогии с металлическим его устанавливают на специальные пластиковые опоры.
Отзывы о материале
«Использовал композитные арматурные прутья при заливке ленточного основания на подтапливаемой местности, вложения были значительные, сэкономить удалось только на доставке и вязке. Результатом остался доволен: фундамент второй год стоит без смещения и подвижек. Недостатков не заметил, но обратил внимание, что по ходу заливки каркас следует придерживать, он получился в разы легче металлического».
Владимир, Нижний Новгород.
«При бетонировании фундаментов имел дело с разными видами арматуры, в том числе с композитной. Считаю ее главным недостатком хрупкость, работа с прутьями требует осторожности, особенно в момент выгрузки. Они не гнутся, но в этом нет необходимости, хомуты хорошо держат стыки, каркас получается прочный и легкий. К однозначным плюсам отношу инертность и коррозийную устойчивость».
«Решил купить углепластиковую арматуру с целью укрепления заглубленной плиты, сетку вязал со стандартным шагом 25×25 см с помощью проволоки. За исключения высокой цены минусов у материала не заметил, начитавшись отзывов, ожидал, что часть прутьев разобьется, но в итоге на момент соединения все они были целые».
«Считаю арматуру из углепластика для частного строительства неоправданной, при сильном риске коррозии или необходимости облегчения конструкции лучше купить более дешевые стекловолоконные или базальтовые прутья, а углерод ввести в раствор в виде фибры. По моему опыту это поможет сэкономить на каркасе до 40 %, а в прочности фундамент или стяжка только выиграет. Гнуть композиты нельзя в любом случае, в бухту скатываются исключительно тонкие, поэтому для усиления углов советую комбинировать углепластик или стекловолокно с металлом».
Источник