Стеклопластиковая арматура
для бетонных изделий

Мифы и реальность

Мифы и реальность 

Впервые узнав, что такое «композитная арматура», вы идете в интернет и ищете любую информацию, и положительную, и особенно, негативную. Любой покупатель желает знать все нюансы данного материала, но не всегда находит нужную и достоверную информацию. Мы не стремимся «толкнуть» наш товар, как некоторые, правдами и неправдами. Существует мнение, что если вам желают  что-то продать дешевле и лучше, значит где-то тут обман.  Предлагаем вам разобраться, что есть правда, а что ложь:

Первый и главный миф. Композитная арматура — «резиновая»!

Под словом «резиновая» некоторые подразумевают модуль упругости, который ниже, чем у металлической. Давайте разбираться, что, как и почему.

Проще говоря, модуль упругости — это сила, которую необходимо приложить для удлинения образца на определенное расстояние. Модуль упругости металлической арматуры 200 000 МПа, композитной — 55 000 МПа.  Получается, что композитная арматура в 4 раза «лучше» тянется при одинаковой нагрузке. Однако, как показали исследования, модуль упругости высокопрочной стали не постоянен и резко уменьшается по мере увеличения напряжения в связи с появлением пластических деформаций. Как мы знаем, арматура работает в бетоне на растяжение/разрыв.  Бетон имеет  модуль упругости от ~20 000 МПа до 30 000 МПа, зависит от марки бетона (В15″М-200-В40″М-500″), но никто же не говорит, что бетон резиновый и тянется как жвачка.

Если уж учитывать характеристики материала, то нужно брать во внимание и остальные, такие как предел текучести, временное сопротивление разрыву, относительное удлинение на разрыв, равномерное удлинение и так далее. Полное описание и перечень свойств вы найдете в разделе основные характеристики.

Представим, как себя ведет железобетонная конструкция, подвергающаяся нагрузке. Сначала конструкция немного вытягивается, далее бетон дает микротрещины, и тут, чтобы бетон окончательно не лопнул, в ход идет арматура, которая не дает ему это сделать. Появление микротрещин это обычное дело в нагружаемой конструкции, так как они появляются довольно часто даже при небольшой нагрузке. Размер микротрещин зависит от модуля упругости арматуры. Чем меньше модуль, тем больше «провиснет» бетон. Чтобы это все нам не рухнуло на голову, начинает работать «предел прочности». Чем больше этот предел, тем большую нагрузку выдержит наша конструкция. Предел прочности бетона при растяжении меньше прочности при сжатии в 8—20 раз. Например, обозначение В25 означает, что бетон данного класса в 95% случаев выдерживает давление 25 МПа. Получаем предел прочности на растяжение 1-4 МПа у бетона, ~ 400 МПа у стали и ~1200 МПа у композитной арматуры. Перекрытие с композитной арматурой выдержит в 3 раза большую нагрузку, но «провиснет» в 4 раза больше. Получается, при одинаковой нагрузке микротрещины в бетоне с композитной арматурой будут шире в 4 раза.

При стальной арматуре накладываются ограничения на ширину раскрытия трещин (ГОСТы, СНиПы и др.), так как она может начать ржаветь, что приведет к заблаговременному разрушению всей конструкции. Композитная же арматура не подвержена коррозии и разрушение внутри бетона ей не грозит. Но вопрос раскрытия трещин, это не только вопрос коррозии, когда микротрещины переходят в видимые трещины. Относительная деформация стеклопластиковой арматуры при разрыве равна 2,2%, в то время как у металлической этот показатель составляет 25%. В соответствии  с СП52-101-2003 появление трещин в армированных конструкциях из бетона происходит при относительных деформациях растяжения на 0,015%, то есть трещины появятся задолго до того, как лопнет та или иная арматура, и успеют раскрыться вне зависимости от материала арматуры (сталь или стеклопластик).

При  желании замены металлической арматуры на композитную в несущих конструкциях и перекрытиях нужен перерасчет проектной документации, чтобы  не произошло слишком большого раскрытия трещин. Перерасчет нужен только для таких мест, где бетон подвергается предельным нагрузкам. Там, где вы не собираетесь перегружать конструкцию, можно использовать композитную арматуру взамен металлической, применив меньший  диаметр, исходя из равнопрочной замены. В СНиП есть оговорка, что расчет на раскрытие трещин не ведут, если они не предусмотрены в конструкции. Так что в элементах конструкции, не имеющих большого значения, можно смело использовать стеклопластиковую арматуру. И хотя наша арматура и «резиновая», она выдержит в 3 раза большую нагрузку, чем металлическая.

Второй миф. Равнозначная или равнопрочная замена? Как понять где правда, а где ложь?

Стоит понимать разницу между равнопрочной и равнозначной заменой.  Равнопрочная, это когда по прочности взятый образец не уступает, а даже превосходит заменяемый. Под прочностью понимается «предел прочности». Предел прочности — механическое напряжение, выше которого происходит разрушение материала. Согласно ГОСТу 1497-84 более корректным термином является «Временное сопротивление разрушению», то есть напряжение, соответствующее наибольшему усилию, предшествующему разрыву образца при (статических) механических испытаниях. Возьмем два образца, металлический и композитный, произведем замеры, получаем прочность на разрыв у композитной арматуры АКП-10 мм составляет ~63 000 МПа, у стальной арматуры А-III (А-400) диаметром 14 мм составляет ~60 000 МПа. Как видно из замеров, равнопрочная замена на самом деле не совсем равнопрочная, так как композитная арматура еще прочнее приблизительно на 5%. Но это всего лишь равнопрочная замена.  Получаем при равнопрочной замене можно смело заменить металлическую арматуру диаметра 14 мм на стеклопластиковую 10 мм в диаметре.

Давайте теперь разберемся с равнозначной. Под равнозначной заменой подразумевают замену образцов, не уступающими по всем физическим характеристикам. Так как модуль упругости АКП меньше в 4 раза, то для равнозначной замены металлической арматуры нам понадобиться в 4 раза больше стеклопластиковой.  Модуль упругости — общее название нескольких физических величин, характеризующих способность твердого тела (материала, вещества) упруго деформироваться (то есть не постоянно) при приложении к нему силы. Давайте подсчитаем диаметр при равнозначной замене. Площадь окружности берем по формуле (3,14/4*10 мм*10 мм=78,5 мм2), площадь нам нужна в 4 раза больше, получаем 78,5 мм2*4=314 мм2. А теперь вычислим диаметр по той же формуле sqrt(314/(3,14/4))=20.   Получаем, чтобы использовать равнозначную замену  металлической арматуры диаметра 10 мм на стеклопластиковую, нужно использовать не меньше 20 мм в диаметре.

Вот такие у нас получились расчеты. На это стоит обратить особое внимание и разобраться с данными характеристиками до начала строительства или проектирования. Необходимо четко понимать грань между равнопрочной и равнозначной заменой. В некоторых моментах, где прогиб арматуры особо не важен, следует учесть то, что композитная арматура в несколько раз прочнее металлической. В других случаях (допустим плиты  перекрытия), нам очень важно знать, что модуль упругости в 4 раза ниже, а это серьезно сказывается на трещинообразовании всей конструкции. Чтобы использовать стеклопластиковую арматуру в перекрытиях и несущих конструкциях требуется перерасчет.

Третий миф. Какой диаметр соответствует наименованию профиля.

Как много споров  возникает между производителями и покупателями. Кто то считает, что внешний диаметр соответствует наименованию профиля, кто то — внутренний. Давайте разбираться. Существует такая табличка по стальной арматуре.

Таблица 1. В миллиметрах.

Номинальный диаметр арматурной стали (номер профиля) Параметры периодического профиля
d h, не менее d1
номинал отклонения при точности
обычное повышеное
6 5,8 0,4 7,0 -0,2 ±0,6
8 7,7 0,6 9,3    
10 9,5 0,8 11,5 -0,7  
12 11,3 1,0 13,7    
14 13,3 1,1 15,9    
16 15,2 1,2 18,0 -0,6 ±0,8
18 17,1 1,3 20,1    
20 19,1 1,4 22,3    
22 21,1 1,5 24,5    
25 24,1 1,6 27,7    
28 27,0 1,8 31,0 -0,8 ±1,2
32 30,7 2,0 35,1    
36 34,5 2,3 39,5    
40 38,4 2,5 43,8    

 

arm

Из таблицы видно, что не тот, и не другой диаметр не соответствует номеру профиля. Более того, идут существенные допуски. Арматура 16 профиля может быть ~19 мм во внешнем диаметре, а 28 профиля и того более — 32,2 мм. Внутренний диаметр почти всегда меньше номера профиля, у 6 на 0,2 мм, у 10 на 0,5 мм, а у 27 на 1 мм. Если учесть различные отклонения, можно считать, что номинальный диаметр (номер профиля) соответствует внутреннему диаметру, то есть самому стержню арматуры.