Останнім часом на ринку будівельних матеріалів з’являється все більша кількість новинок, розібратися з якими непрофесіоналові не під силу. Однією з таких нових технологій стало застосування склопластикової арматури. Виробники позиціонують свій товар, як арматуру, що має масу переваг щодо звичних сталевих стрижнів, але чи так це?
Композитна арматура, її види
Композитні матеріали – це ціла група арматурних стержнів, що відрізняються за типом вихідної сировини. Композит отримав свою назву через те, що в його складі міститься кілька елементів. Перший – волокна з різних видів сировини, другий – термореактивний або термопластичний полімер (смола). Після затвердіння в’яжучого отримують міцні стрижні.
Залежно від походження волокон розрізняють кілька видів арматури:
- склопластикова;
- базальтокомпозитна;
- углекомпозитна;
- арамідокомпозитна;
- комбінована, що складається в основному з одного виду волокон, однак вона має включення по всій довжині іншого виду.
Переваги застосування
Армування таким матеріалом має такі переваги:
- Можливість змотувати матеріал в бухти істотно полегшує його транспортування і знижує витрати на самостійне будівництво – арматуру можна доставити на власному автотранспорті.
- Невелика вага виробів спрощує роботу своїми руками. Немає необхідності в застосуванні великої кількості робочої сили і вантажопідйомної техніки. Для порівняння, щільність сталі становить 7850 кг на кубометр, в той час як кубічний метр композитного матеріалу має масу 1900 кг. Звідси можна порахувати, що маса склопластикової арматури в 4,13 рази менше, ніж сталевої.
- Стійкість до корозії. Найголовніша проблема сталевих прутів – вони схильні до появи іржі. Склопластик не боїться води і різних агресивних середовищ. Армування композитним матеріалом добре підійде для бетонів з добавками різних модифікаторів (противоморозні тощо).
- Також до переваг відносять те, що склопластик погано проводить тепло і не проводить електричний струм. Бетонні конструкції не забезпечують необхідної теплоізоляції будівлі, тому до них завжди передбачають шар утеплювача, який запобігає теплові втрати. У зв’язку з цим низька теплопровідність композиту не відіграє суттєвої ролі. Непровідність електрики дає деякі переваги. Але іноді в залізобетонних конструкціях передбачають випуски стрижнів для влаштування заземлення або блискавкозахисту. При використанні склопластикової арматури такі заходи неможливі.
Недоліки та міфи
Матеріал досить новий, тому не до кінця вивчений. Застосування в масовому будівництві такого типу стрижнів унеможливлює відсутність нормативної бази для розрахунку. За склопластику існує тільки ГОСТ 31938-2012. ГОСТ передбачає технічні вимоги до матеріалу, але не дає рекомендацій щодо розрахунку, виробники наводять лише приблизні значення відповідних сталевих стрижнів.
Армування композитом має такі недоліки:
- Неможливість гнучкості: матеріал можуть зігнути тільки на заводі по заздалегідь наданим схемами;
- Неможливість застосування зварювання. Зазвичай зварювання застосовується на великих каркасах, в приватному житловому будівництві арматуру частіше в’яжуть.
- Нестійкість до високих температур. Сталь починає втрачати свої властивості при нагріванні до 600 градусів Цельсія. У випадку з композитом втрата несучої здатності відбувається набагато раніше. А це означає, що під час пожежі бетонні перекриття та балки обрушаться швидше.
Розрахункові характеристики
Розрахунок залізобетонних елементів виконують по СП «Бетонні і залізобетонні конструкції» по 2 групам граничних станів (ГГС).
- 1 ГГС – розрахунок за несучою здатністю. Перевіряють, чи може елемент витримати навантаження, яке прикладають до нього. Розрахунок ведуть з урахуванням міцності матеріалу.
- 2 ГГС – розрахунок по жорсткості. Тут враховуються деформація і величина розкриття тріщин залізобетонних конструкцій. Розрахунок ведуть з урахуванням модуля пружності матеріалу.
В залізобетонному елементі стискаюче навантаження бере на себе бетон, а функція арматури – запобігти руйнуванню під дією деформацій. Виробники композиту заявляють про високі характеристики міцності (Rs), але замовчують про модуль пружності (Еs). Саме ця величина визначає деформативність конструкції.
Розрахувати деформативність можна, розділивши міцність на модуль пружності. Для сталевої арматури А400 Rs = 360 МПа, Es = 200000 МПа, звідси отримуємо деформативність рівну 0,0018 або 0,18%. Для склопластикової арматури Rs = 1000 МПа, Es = 50000 МПа. Деформативність дорівнює 0,02 або 2%. Тобто на 1 метр конструкції розтягнення композитної арматури можливо до 2-х см проти 0,18 см у сталевій, уявіть які тріщини будуть утворюватися в конструкції. Арматура призначена для запобігання розтріскування і розтягування. Композитна справляється з цією функцією в 10 разів гірше, ніж сталева.
Особливо важливо це якість при армуванні плит перекриття і різних балок. Тут деформації дуже великі, тому армування таких елементів композитом неможливо.
При застосуванні в конструкціях з попереднім напруженням, його втрати з часом для сталі становлять 20-30% (то наскільки втрачається жорсткість конструкції). Для склопластикової арматури це значення може дійти за 5-10 років до 80-90%, тому що це органічний матеріал. Тобто весь сенс попереднього напруження пропадає.
Зверніть увагу що жоден виробник напруженого залізобетону (плити, балки) не використовує композитну арматуру. Для неї немає нормативних документів (СП, СНіП), тому неможливо розрахувати як вона себе поведе.
Виходячи з цього, запевнення виробників про високу міцність матеріалу справедливі, але на нормальну роботу конструкції впливає не тільки міцність. За деформативності склопластик значно поступається сталі.
Зменшення ваги конструкції
Невелика маса матеріалу істотно знижує трудомісткість, але стрижні не можуть дати істотного зменшення ваги всієї конструкції, яким домагаються зменшення навантажень на фундамент.
Для обґрунтування наводяться числові значення:
- Навантаження на фундамент від плити 6 м на 1,5 м і товщиною 0,2 м із залізобетону дорівнює сумі маси бетону та арматури. Відсоток армування приймаємо 3%. Обсяг бетону = 6 * 1,5 * 0,3 = 2,7 м ³. Помноживши цей обсяг на відсоток армування отримаємо обсяг сталі = 2,7 * 0,03 = 0,081 м³. Маса бетону = 2,7м³ * 2000 кг / м³ = 5400 кг. Маса сталі = 0,081 м³ * 7850 кг / м3 = 636 кг. Разом маса плити = 6036 кг.
- Для такої ж плити армування передбачено склопластиком. Обсяг бетону, арматури не змінюється, маса бетону теж. Маса арматури = 0,081 м³ * 1900 кг / м³ = 154 кг. Маса плити дорівнює 5400 кг + 154 кг = 5554 кг.
З наведених вище обчислень видно, що сумарна маса елемента відрізняється менше, ніж на 500 кг. При масі плити більше 5000 кг це не дуже велике значення. Тому застосування склопластикової арматури для зниження навантаження на фундамент економічно необґрунтовано, оскільки композит коштує дорожче.
Довговічність
Можна вірити виробникам композитної арматури на слово, про те що термін служби композитної арматури становить 80 років. Але сумнівними їх слова роблять два факти:
Сталь застосовується людиною вже довгі роки, про неї багато інформації, можна досить точно визначити її термін служби в тих чи інших умовах. Композитні стрижні – новий матеріал. Відомостей про їх експлуатацію протягом довгого періоду, а саме завірені 80 років, немає.
Композитні прути – органічний матеріал. Згодом в будь-якій органічній речовині відбувається розрив полімерних зв’язків, так званий процес “старіння” органіки, це призводить до втрати властивостей матеріалу, іноді до руйнування (наприклад гума стає жорсткою і починає розтріскуватися через певний час).
Можливі області застосування
Попередній пункт розписує все в чорних фарбах. Але при його прочитанні не варто забувати про переваги матеріалу. Завдяки своїм фізичним властивостям цей тип арматури буде хорошим рішенням для:
- Армування кладки. У розчинах часто використовуються противоморозні і інші агресивні добавки, які мають поганий вплив на сталеві вироби. Склопластику такі модифікатори не страшні.
- Армування стрічкового фундаменту. Закладка арматури в стрічковий фундамент часто носить конструктивний характер (без розрахунку), тому склопластикова арматура, легка і стійка до хімічних впливів може підійти, але застосовувати її варто обережно, особливо для масивних будівель і фундаментів на проблемних грунтах.
- Армування дорожнього полотна. Арматура не руйнується при контакті з грунтом.
Пам’ятайте, що не існує нормативної документації на композитну арматуру (СП, СНіП), тому жоден проектувальник не зможе грамотно порахувати конструкцію з такою арматурою. Не може йти ніякої мови про застосування даної арматури в плитних фундаментах, тому що розтягуючі навантаження можуть бути великі.
Армування стрічкового фундаменту
Стрічковий фундамент в залежності від розтину може бути двох типів:
- прямокутний;
- т-образний.
У т-образні конструкції стрічкового фундаменту стінка працює тільки на стиск, і арматура закладається в неї без розрахунку. Підошва при цьому сприймає вигин і розраховується. Склопластик можна закладати в стінку, але в підошву – з обережністю. Вона підійде тільки для невеликих навантажень.
При прямокутному перерізі стрічкового фундаменту композитні стрижні застосовувати можна. Це пов’язано з тим, що дана конструкція в основному працює на стиск. Робоче горизонтальне армування (діаметр і кількість прутів) визначають з відсотка армування, рівного, як наводилося раніше 2-3%. Хомути для невеликих будинків підбирають виходячи з конструктивних вимог в документі «Армування елементів монолітних залізобетонних будівель. Посібник з проектування », тут також наведені мінімальні діаметри робочого армування. У цьому документі представлені вимоги для сталевих стрижнів, для композиту нормативів немає, тому забудовник може його застосовувати на свій страх і ризик.
Виходячи з усього вищесказаного, можна зробити висновок: склопластикова арматура ще не вивчений до кінця матеріал. Її використання на сьогоднішній день можливо тільки для конструктивного армування, але для робочого армування застосовувати даний матеріал не варто. Особливо не підходить композит для армування балок, перекриттів і ростверків.