НОВОСТИ

СПРАВОЧНИК/Неметаллическая композитная арматура/Мировой опыт и технология производства неметаллической арматуры

Потребность капитального строительства в неметаллической арматуре возникла в середине прошлого века. Расширение применения армированных бетонных конструкций в ответственных сооружениях, эксплуатируемых в сильноагрессивных средах, потребовало создание арматуры, способной выдержать воздействие такой среды. Кроме того, необходимо было обеспечить антимагнитные и диэлектрические свойства некоторых изделий и сооружений. Ограниченные запасы руд, пригодных для получения стали и легирующих присадок, также были причиной, ускорившей применение неметаллической арматуры.

В Германии, Нидерландах, СССР, США, Японии и др. странах были проведены научные исследования, позволившие приступить к практическому решению проблемы.

В качестве несущей основы высокопрочной неметаллической арматуры было выбрано непрерывное тонкое высокопрочное стеклянное волокно диаметром 10-15 мкм, нити которого формовали в виде монолитного стержня с использованием синтетических смол (эпоксидной, эпоксифенольной, полиэфирной и др.). К волокну предъявлялись повышенные требования к сохранению прочности в щелочной среде бетона и высокому сопротивлению растяжению.

В последние годы в России пришли к выводу, что целесообразнее использовать вместо стеклянного волокна базальтовое, производство которого менее трудоемко, а сырье вполне доступно.

В последние годы научные исследования в области неметаллической арматуры за рубежом значительно продвинулись. Такую арматуру стали использовать в различных сооружениях. Получили применение углеродное и арамидное волокна с более высокими механическими свойствами, расширен сортамент арматуры за счет витых канатов, возведено более десятка автодорожных и пешеходных мостов с различными пролетами.

На рисунке 1 приведены рабочие диаграммы различных видов неметаллической арматуры: углепластиковой, арамидопластиковой, стеклопластиковой, базальтопластиковой, а также металлической (семипроволочный канат диаметром 15 мм). Из диаграммы видно, что наиболее высокими свойствами обладает углепластиковая арматура, однако стоимость ее слишком высока.

Многочисленные публикации о неметаллической арматуре в мировой научной литературе подтверждают перспективность этого материала и необходимость интенсификации исследований в этой области. За последние годы в России научные и производственные организации освоили производство неметаллических композитных элементов гибких связей. В основном производятся стеклопластиковые гибкие связи и анкерные стержни. Однако к арматуре бетонных конструкций, в отличие от гибких связей, предъявляются особые требования, касающиеся длительной прочности, сцепления с бетоном, модуля упругости и т.д.

НИИЖБ разработал новый способ безфильерного изготовления композитной арматуры периодического профиля – метод нидлтрузии.

При таком способе производства стержень, состоящий из волокнистых нитей, пропитанных полимерным связующим, сначала разделяют на отдельные части, пропускают по раздельным каналам, после чего вновь соединяют с одновременной спиральной оплеткой и натягом обмоточного жгута, внедряющегося в пучок волокон. Авторами получены патенты на технологию производства арматуры.

Арматура, изготовленная методом нидлтрузии, имеет высокие анкерующие свойства в бетонной среде, надежное крепление спиральной обмотки на силовом стержне, а также высокие физико-механические свойства.

В таблице 1 приведены основные характеристики стеклопластиковой арматуры (АСП) и базальтопластиковой арматуры (АБП). 

Таблица 1 – Физико-механические характеристики АСП и АБП

Совершенствование технологии производства позволило повысить физико-механические характеристики композитной арматуры АСП и АБП.

На основании результатов исследований разработаны Технические условия «Арматура неметаллическая композитная периодического профиля» (ТУ 5769-248-35354501-2007).

На предприятии ОАО «Моспромжелезобетон» при участии НИИЖБ и ООО «Промтрест-18» были изготовлены и испытаны образцы дорожных плит ПД 3×1,75-2АСП; 3×1,75-2АБП с неметаллической арматурой производства НПФ УралСпецАрматура (г. Пермь) и металлической арматурой. В результате испытаний установлено:

1. максимальный момент, при котором произошло разрушение плиты, армированной металлической арматурой А500С составил 1,12 тм, а плиты, армированной базальтопластиковыми стержнями производства ООО «АСП» – 1,5 тм;

2. момент трещинообразования образцов был равен соответственно 0,46 тм и 0,45 тм;

3. ширина раскрытия трещин для железобетонной плиты составляла при М=0,77 тм – 0,1 мм, при М=1,0 тм – 0,2 мм, а для плиты, армированной базальтопластиковой арматурой при М=0,77 тм – 1,5 мм, при М=1,08 тм – 2,0 мм;

4. максимальное перемещение плиты составило соответственно 2,7 см и 8,0 см.

В плите с базальтопластиковыми стержнями после образования трещин на каждом этапе загружения наряду с интенсивным раскрытием трещин отмечено существенное перемещение плит. Следует отметить, что вследствие малых относительных деформаций базальтопластиковых стержней, сопоставимых, по-видимому, с деформациями сжатого бетона, разрушений последнего не происходит, что и вызывает существенные перемещения плит. Испытания показали достаточную надежность сцепления базальтопластиковой арматуры с бетоном, о чем свидетельствуют равномерный по длине образца шаг трещин в бетоне растянутой зоны и отсутствие продергивания стержней, вплоть до разрушения образцов.

Проведенные исследования подтвердили принципиальную возможность использования неметаллической композитной арматуры в элементах конструкций, работающих на упругом основании. Разработаны рабочие чертежи дорожных плит массового изготовления размером 3,0×1,75×0,14 м (шифр НСК 296-07), армированных неметаллической композитной арматурой, и предназначенных для покрытий внутрипостроечных и объездных дорог.

Для расширения областей применения композитной неметаллической арматуры и детального изучения ее совместной работы с бетоном целесообразно продолжить исследования и провести испытания конструкций различного назначения. Особый интерес представляет использование неметаллической арматуры в предварительно напряженных железобетонных конструкциях. Однако для изготовления таких конструкций в заводских условиях препятствием является отсутствие захватных приспособлений и оснастки, которые предстоит разработать.