Альтернатива металлу: стеклопластиковая арматура и её применение

Преимущества и недостатки использования стеклопластика

Стеклопластиковые стержни, применяемые в качестве арматуры при вязке каркасов, обладают следующими положительными качествами:

• пруты из композитных материалов значительно легче аналогичных железных изделий. Эта особенность позволяет снизить нагрузку на фундамент и, значит, сэкономить на вложениях;
• арматура из стеклопластика имеет более высокую сопротивляемость на разрыв, по сравнению со стальной арматурой. Это свойство используется при заливке бетонных конструкций, испытывающих повышенные нагрузки, и в других ответственных элементах. Небольшой вес и отличные прочностные характеристики дают оптимальное сочетание, благодаря чему новинка быстро завоевывает популярность;
• стеклопластик не подвержен коррозии. Металлическая арматура, особенно в жестких условиях эксплуатации, не может справиться с окислительными процессами и ржавеет, в итоге бетон теряет изначальные прочностные характеристики. В агрессивных средах при бетонировании лучше использовать пластиковую арматуру;
• пластик не является проводником электрического тока, что также способствует повышению срока службы готовых изделий. Металлический арматурный каркас быстрей изнашивается и окисляется, при возникновении контакта даже со слабыми токами, поэтому для опор ЛЭП и прочих конструкций, связанных с источником электричества, желательно выбирать именно стеклопластиковую арматуру;
• сравнение пластиковой и металлической арматуры по общей износоустойчивости показало, что заметных отличий между двумя материалами нет;
• главным достоинством стеклопластика считается его коэффициент теплового расширения. Этот показатель, в отличие от металла, практически совпадает с коэффициентом расширения бетона. В результате, при температурных изменениях, арматура изменяет свои размеры в той же пропорции, что и бетон. Эта особенность позволяет избежать появления трещин и сколов.

Помимо достоинств, у стеклопластиковой арматуры есть и недостатки:

• модуль упругости прутков из композитных материалов превышает этот показатель у металла в 4 раза. Бетонная плита со стеклопластиковым каркасом будет сильнее прогибаться под воздействием нагрузки, чем та же плита со стальным каркасом. При строительстве дорожного полотна из бетона, эта особенность является плюсом – плиты будут дольше служить без разрушений. Но для плит перекрытия или других железобетонных изделий, где требуется сохранение жесткости, такой показатель упругости не допустим;
• композитные материалы не выдерживают высокой температуры. При +60oС арматура из стеклопластика начинает терять свои свойства, размягчаться. Поэтому изготавливать армирующий каркас из стеклопластика в бетонных элементах, предназначенных для работы в условиях с повышенной температурой, нельзя;
• пластик нельзя сваривать, поэтому, при формировании каркасов со сложной, криволинейной конфигурацией, лучше использовать металлические пруты;
• металлическим прутам легко придать нужную криволинейную форму прямо на строительной площадке, а для того, чтобы согнуть под нужным углом стеклопластиковую арматуру, придется заранее подавать заявку на завод, где смогут выполнить эту операцию;
• к недостаткам можно отнести более сложную схему сборки каркаса на строительной площадке и недостаточную квалификацию у большинства монтажников. Но это скорее издержки нового материала, к которому еще не привыкли строители. Со временем эта проблема исчезнет сама собой.

Возможные области применения

Предыдущий пункт расписывает все в черных красках. Но при его прочтении не стоит забывать о достоинствах материала. Благодаря своим физическим свойствам данный тип арматуры будет хорошим решением для:

Армирования кладки. В кладочных растворах часто используются противоморозные и другие агрессивные добавки, которые оказывают плохое влияние на стальные изделия. Стеклопластику такие модификаторы не страшны. Армирование ленточного фундамента

Закладка арматуры в ленточный фундамент часто носит конструктивный характер (без расчета), поэтому стеклопластиковая арматура, легкая и устойчивая к химическим воздействиям может подойти, но применять её стоит осторожно, особенно для массивных зданий и фундаментов на проблемных грунтах (высокий уровень грунтовых вод, пучинистая, просадочная почва и т.д.). Армирование дорожного полотна

Арматура не разрушается при контакте с грунтом.

Помните, что не существует нормативной документации на композитную арматуру (СП, СНиП), поэтому ни один проектировщик не сможет грамотно посчитать конструкцию с такой арматурой. Не может идти никакой речи о применении данной арматуры в плитных фундаментах и ростверках, т.к. растягивающие нагрузки могут быть велики.

Как посчитать реальную выгоду при использовании композитной арматуры

Часто допускается ошибка при подсчете прямой выгоды выбора того или иного типа арматуры, если в расчет берется только цена за погонный метр. А ведь учитывать следует все расходы: на погрузку и разгрузку, на транспортировку, электроэнергию и т.д. Если сделать правильный расчет, видно, что экономия при выборе пластиковой арматуры значительно превышает разницу в стоимости за погонный метр .

Для расчета возьмем воображаемую плиту 10м х 10м, то есть площадью в 100 квадратных метров, и рассчитаем затраты на стальную и стеклопластиковую арматуру. Причем расчет сделаем на шаг 200 в обоих направлениях (X и Y) и обеих зонах (верхней и нижней). Все расчеты делаем для арматур А-500СП, Ø 12 мм (стальной) и АКП-СП, Ø 8 мм (стеклопластиковой).

Диаметр стеклопластиковой арматуры берем меньше, потому что при равных диаметрах ее прочность на разрыв превышает в три раза этот же показатель стальных стержней. Согласно расчетам 8-миллиметровая пластиковая арматура имеет прочность на разрыв такую же, как 12-миллиметровая стальная (это называется «равно прочностная замена»).

Проведя дальнейшие расчеты, мы узнаем, что для заливки нашего воображаемого фундамента нам потребуется 2000 погонных метров (200 хлыстов Х 10 метров) арматуры любого типа.

Расчет арматуры

При строительстве фундамента своими руками важно правильно рассчитать необходимые материалы, включая стеклопластиковую арматуру. Расчет должен выполняться в соответствии со следующими важными нюансами:

должно быть проведено правильное определение параметров длины основания

Во время проведения измерений необходимо брать во внимание длину внутренней несущей перегородки;
требуется провести расчет длины армирующих прутьев. При этом стоит учитывать, что армирующие элементы будут размещены в несколько ярусов;
нужно определить число мест с соединениями

Композитные изделия соединяются не при помощи сварки, а внахлест. По этой причине на область каждого угла добавляется по 100 см;
должны быть проведены расчеты для поперечных соединений.

Чтобы точно понять, как выполняется расчет прутков стеклопластиковой арматуры, стоит рассмотреть пример с использование параметров дома с размерами основания 12х12 метров, которое выполнено с использованием ленточной технологией.

При расчете будут выполняться следующие действия:

• рассчитывается периметр дома. Р = 2*(12+12) = 48 м;
• общая сумма длины арматурных элементов, которые протягиваются в два яруса из 4 краевых стержня, будут вычисляться так – Д = 48*4 = 192 м.
• количество перемычек должно высчитываться с учетом минимально допустимого разбега в 0,5 метра. На примере это выглядит так, П = 48/0,5 = 96 штук;
• обязательно выполняются расчеты периметра каркаса (500х500 мм). Рк = (0,5+0,5)*2 = 2 м;
• выполняются расчеты длины армирующих колец – Дк = 96 шт*2м = 192 м. При этом должна учитываться подрезка – 192 + 5 % = 202 м;
• в итоге потребуется – 192 + 202 = 394 метров изделия с одинаковым профилем;
• стоит рассчитать требуемое количество хомутов для вязки – Х = 96 шт*4 = 384 штук.

Виды стеклопластиковой арматуры и сферы ее применения

Арматура, для производства которой используется стекловолокно, имеет множество разновидностей, различающихся между собой не только по диаметру и форме профиля (гладкая и с рифлением), но и по области использования. Так, специалисты выделяют стеклопластиковую арматуру:

• рабочую;
• монтажную;
• распределительную;
• специально предназначенную для армирования бетонных конструкций.

В зависимости от решаемых задач такая арматура может использоваться в виде:

• штучных прутков;
• элементов армирующих сеток;
• арматурных каркасов различной конструкции и габаритов.

Арматурная стеклопластиковая сетка 100х100 мм

Несмотря на то, что арматура, изготовленная из стеклопластика, появилась на отечественном рынке недавно, предприятия, строительные компании и частные лица уже достаточно активно используют ее для решения различных задач.

Так, набирает популярность применение стеклопластиковой арматуры в строительстве. С ее помощью армируют фундаменты и другие конструкции из бетона (дренажные колодцы, стены и др.), ее применяют для укрепления кладки, выполняемой из кирпича и блочных материалов.

Технические характеристики стеклопластиковой арматуры позволяют успешно использовать ее в дорожном строительстве: для армирования дорожного полотна, укрепления насыпей и слабых оснований, создания монолитных бетонных оснований.

Частные лица, самостоятельно занимающиеся строительством у себя на приусадебном участке или на даче, также успели оценить достоинства данного материала. Интересен опыт применения стеклопластиковой арматуры на дачах и в огородах частных домов в качестве дуг для возведения парников. В интернете можно найти множество фото таких аккуратных и надежных конструкций, которые не подвержены коррозии, легко ставятся и так же легко демонтируются.

Каркас самодельного парника из стеклопластиковой арматуры

Большим преимуществом использования такого материала (особенно для частных лиц) является простота его транспортировки. Смотанную в компактную бухту стеклопластиковую арматуру можно увезти даже на легковом автомобиле, чего нельзя сказать об изделиях из металла.

Сферы применения

Арматура, изготовленная из стеклопластика, применяется как в жилищном, так и в промышленном строительстве. Популярность данного материала, используемого для армирования фундаментов и других бетонных конструкций, в последнее время набирает все большие обороты.

Учитывая вышеперечисленные преимущества стеклопластиковой арматуры, можно сделать выводы о том, где лучше использовать этот инновационный материал, а где можно прибегнуть к наиболее традиционным и проверенным временем вариантам. Например, очень распространенными сферами использования арматуры, изготовленной из стеклопластика, является берегоукрепление, а также армирование дорожного покрытия на тех участках, где на него воздействуют агрессивные факторы внешней среды.

Арматура из стеклопластика часто используется при строительстве мостов и эстакад

В коттеджном строительстве арматура, изготовленная из стеклопластика, также находит широкое применение. В частности, подобные изделия используют для армирования:

• бетонных конструкций, выступающих в роли ограждения (следует иметь в виду, что нельзя использовать стеклопластиковые изделия для армирования несущих конструкций и перекрытий);
• ленточных и других типов фундаментов;
• кладки, выполняемой из газобетонных и пенобетонных блоков.

Композитная арматура применяется и при возведении стен по технологии несъёмной опалубки

Как избежать проблем?

Основные проблемы, которые связаны с использованием прутков из волокон стекла, заключатся в некачественном/бракованном материале и неграмотном инженерном расчете конструкции. Проблемы могут возникнуть в строительстве дома, если не учтены характеристики используемой стеклопластиковой арматуры.

Избежать проблем во время и после строительства помогут точные расчеты, аккуратность выполнения работ, строгое соблюдение рекомендаций производителя по выбору и монтажу материала.

Проверить качество товара до приобретения возможно лишь визуально

Для этого следует обращать внимание на следующие моменты

• Производитель. Если товар приобретается не на заводе, необходимо запросить документацию на товар, подтверждающий его качество и заводской (не кустарный) вид производства.
• Цвет. Однородный по всему прутку цвет говорит о качестве. Неравномерно окрашенное изделие означает, что была нарушена технология производства.
  • Коричневый цвет указывает на выгорание вещества.
  • Зеленый – о недостаточной термообработке.
• Поверхность стержня должна быть без сколов, выемок, раковин и прочих дефектов, спиральная навивка – ровной, непрерывной, с постоянным шагом.
• Несмотря на желание сэкономить, нужно помнить, что качественную стеклопластиковую арматуру не продают дешево. Слишком низкая стоимость говорит о малой прочности и недолговечности.

Применение стеклопластиковой арматуры в ряде случаев целесообразно вместо металлической арматуры. Иногда допустимо комбинировать металлические и стеклопластиковые прутки при сооружении одной конструкции. Чтобы впоследствии не сожалеть об использовании АКС, следует тщательно проводить расчеты будущих построек на стадии проектирования. Подбирают композитную арматуру аналогично стальной, учитывая ключевые параметры: прочность на изгиб, показатель прочности на разрыв и пр.

Возможность использования стекловолоконных прутков оценивается исходя из подвижности и типа грунта, требований пожарной безопасности, продольных и поперечных нагрузок, которые будут воздействовать на конструкцию. Например, на болотистых и подвижных почвах для армирования применяют металлическую арматуру. Стеклопластиковую арматуру просто сломают подвижки грунта ввиду ее малой прочности на излом.

Технология армирования фундаментов композитными материалами

Небольшой вес пластиковой арматуры для фундамента упрощает процесс сборки арматурного каркаса любой конструкции. При этом, благодаря повышенной прочности материала, диаметр поперечного сечения берется на один номер меньше, чем для металлических аналогов.

Технологический процесс монтажа бетонных монолитных конструкций с применением полимерных стержней состоит из следующих этапов:

1. установка опалубки и отметка уровня заливки бетонной смеси;
2. сборка и установка армирующего каркаса;
3. заливка бетона в опалубку;
4. снятие опалубочных щитов.

Работы по монтажу армированных монолитных конструкций необходимо выполнять в соответствии с принятыми проектными решениями. Конфигурация палубы должна полностью соответствовать размерам и форме фундамента. В качестве опалубочного материала можно использовать штатные щиты заводского изготовления, доски, влагостойкую фанеру или ДСП. Для несъемной опалубки чаще всего применяют листовой пенополистирол.

После сборки и закрепления опалубочных щитов, на их внутренней стороне, при помощи водяного уровня, делают отметки верхнего предела заливки бетонной смеси. Это сократит время выполнения работы и поможет более равномерно распределить бетон.

Пространственный армирующий каркас для ленточного фундамента

Схема армирования фундамента, укладки и диаметр прутьев всегда указываются в проекте. Применение композитной арматуры, особенно на основе углеволокна, позволяет уменьшить диаметр стержней на один размер. Укладка материала должна точно соответствовать расчетным данным. Сборка каркаса производится на ровной площадке.

Работа начинается с нарезки заготовок. Для этого из бухты отматывают отрезки необходимой длины и устанавливают из на подставки на высоте 35-50 мм над опорной подушкой или грунтом. После этого укладываются поперечные перемычки, согласно чертежу, и в местах пересечений связываются проволокой или стяжками. Таким образом будет собран нижний ряд пространственного арматурного каркаса.

На следующем этапе необходимо собрать решетку, полностью аналогичную первой, уложить ее сверху и после этого нарезать вертикальные стойки проектной длины. Первая стойка привязывается на углу плоских решеток, вторая — на соседнем пересечении, в итоге так постепенно образуется пространственная конструкция. Если горизонтальных рядов больше, то вторая решетка фиксируется на нужной высоте, а потом закрепляется следующая. Вертикальная стойка в этом случае представляет собой один целый отрезок.

Пластиковые фиксаторы.

На дно траншеи необходимо насыпать песчано-щебеночную подушку и хорошо ее утрамбовать. После этого слой песка рекомендуется накрыть геотекстилем или гидроизолирующим материалом. Это предотвратит поступление влаги к бетону и прорастание сорных растений.

Горизонтальное армирование плитных фундаментов

При заливке фундаментных оснований плитного типа применяют технологию горизонтального армирования. Ее главная особенность заключается в отсутствии поворотных и примыкающих участков. Обычно это две сетки, расположенные друг над другом из длинных прямых прутов и вертикальных стоек.

Все работы выполняются по месту. Сначала, по проектному чертежу, вяжется нижняя сетка, а поверх нее укладывается верхняя. После этого устанавливаются вертикальные стойки, как было рассказано для ленточных конструкций. Нижняя сетка должна быть обязательно установлена на подставки.

Заливка бетона на пластиковый арматурный каркас

Технологически заливка бетонной смеси ничем не отличается от работ при использовании стальной арматуры

Однако, учитывая меньшую прочность материала при боковом радиальном воздействии, уплотнение вибратором следует производить осторожно, чтобы не нарушить целостности пластиковых прутов

Использовать ручную трамбовку не рекомендуется, т.к. давление бетона может изменить конфигурацию армирующей конструкции.

Особенности производства и монтажа

Любой вид стеклопластиковой арматуры производится из сырьевого волокна, связанного полимерными смолами, в который добавляется отвердитель и ускоритель твердения. Все компоненты определяются производителями в зависимости от применяемых технологий, от типа и назначения элементов, которые будут армироваться изготовленной стеклопластиковой арматурой.

Материал производится на специальных технологических линиях. Сначала стекловолокно пропитывается смолой, отвердителем и ускорителем реакции. После этого оно пропускается через фильер, где отжимается лишняя смола. Тут же стекловолокно уплотняется, и приобретает форму – условно гладкую или с анкерными ребрами и технологически заданный диаметр.

На следующем этапе происходит вязка композитной стеклопластиковой арматуры – на нее наматывается дополнительная навивка в виде жгута, чтобы повысить адгезию. После этого она направляется в печь, где полимерные смолы с отвердителем схватываются. Полученные изделия укладываются в бухты или разрезаются на хлысты нужной длины.

Скрепляются прутки пластиковыми хомутами или зажимами. Край армирующей сетки должен отступать от опалубки на 50 мм, что позволит создать . Это делается подручными средствами или пластиковых фиксаторов. Если прут выступает за пределы опалубки, ее нужно обрезать ножовкой по металлу или болгаркой с алмазным или абразивным кругом.

Согнуть стеклопластиковую арматуру на площадке без специального оборудования невозможно. После того, как на прут перестает действовать усилие, он снова возвращает первоначальную форму. Если размягчить его температурой, и все же согнуть, он потеряет расчетные характеристики. Единственный выход – заказать предварительно изогнутый стеклопластиковый элемент на заводе, в этом случае они полностью будут отвечать техническим и эксплуатационным требованиям.

Основные преимущества

Среди преимуществ, которыми отличается углепластиковая арматура, стоит выделить следующие.

Важным преимуществом стеклопластиковой арматуры является ее небольшой удельный вес, что дает возможность использовать ее для армирования легких конструкций из ячеистого бетона и некоторых других строительных материалов. Это позволяет значительно снизить вес конструкций, которые армируются с ее помощью. Между тем вес обычной бетонной конструкции при использовании стеклопластиковой арматуры снизится незначительно, так как сам строительный материал обладает внушительной массой. Низкая теплопроводность также относится к преимуществам стеклопластиковой арматуры. При использовании такой арматуры в бетонных конструкциях не образуется мостиков холода (чего нельзя сказать об армирующих элементах из металла), что значительно улучшает их теплоизоляционные параметры. Высокая гибкость стеклопластиковой арматуры позволяет отгружать ее заказчику в бухтах, а не нарезанной отдельными прутками. Благодаря компактной форме упаковки транспортировать такую арматуру значительно проще, для чего можно использовать багажник любого легкового автомобиля, а это серьезно сокращает расходы на доставку материала к месту выполнения строительных работ. Использование армирующих элементов, которые отгружаются не нарезанными прутками, а в бухтах, позволяет также снизить расходы материала за счет уменьшения количества нахлестов

Это положительным образом сказывается как на прочностных характеристиках будущей бетонной конструкции, так и на ее стоимости, что особенно важно при выполнении строительных работ. Достаточно спорным считается такое преимущество стеклопластиковой арматуры, как ее долговечность внутри бетонной конструкции

Арматура из металла, находясь в изолированном состоянии, также не подвергается негативному влиянию внешних факторов, что обеспечивает долговечность ее использования

Углепластиковая арматура – это диэлектрический материал, что является преимуществом изделий из данного материала. Проводящая электрический ток металлическая арматура больше подвержена коррозии, что негативным образом сказывается на ее долговечности. По сравнению с армирующими элементами из металла, стеклопластиковые изделия не подвержены воздействию химически активных сред. Такое преимущество стеклопластиковой арматуры особенно актуально в случаях возведения строений в зимнее время, когда в бетон добавляются различные солевые растворы, ускоряющие процесс застывания. Являясь диэлектриком, углепластиковая арматура не создает радиопомех внутри здания, в отличие от металлических прутков

Такое преимущество важно тогда, когда в бетонной конструкции имеется много армирующих элементов. В противном случае использование композитной арматуры не станет минусом, но будет не столь актуально

Арматура из металла, находясь в изолированном состоянии, также не подвергается негативному влиянию внешних факторов, что обеспечивает долговечность ее использования. Углепластиковая арматура – это диэлектрический материал, что является преимуществом изделий из данного материала. Проводящая электрический ток металлическая арматура больше подвержена коррозии, что негативным образом сказывается на ее долговечности. По сравнению с армирующими элементами из металла, стеклопластиковые изделия не подвержены воздействию химически активных сред. Такое преимущество стеклопластиковой арматуры особенно актуально в случаях возведения строений в зимнее время, когда в бетон добавляются различные солевые растворы, ускоряющие процесс застывания. Являясь диэлектриком, углепластиковая арматура не создает радиопомех внутри здания, в отличие от металлических прутков

Такое преимущество важно тогда, когда в бетонной конструкции имеется много армирующих элементов. В противном случае использование композитной арматуры не станет минусом, но будет не столь актуально

Главные достоинства композитной арматуры

Имеются у стеклопластиковой арматуры и недостатки, о которых также следует знать ее потенциальным потребителям.