Низкая жесткость. Жесткость композитной обрешетки составляет 55000 МПа, что в четыре раза меньше, чем у стального аналога. Высокая жесткость каркаса играет важную роль: чем выше этот показатель, тем больше надежность и прочность железобетонной конструкции.
Сравнение композитной и металлической арматуры: какую лучше использовать
Стеклопластиковая и металлическая арматура активно используется в различных сферах — от промышленного и коммерческого строительства до частного строительства. Оба материала иногда сходны по своим техническим характеристикам, но имеют значительные различия. В случае стеклопластика основой является полимерный материал, а в случае металлической арматуры — сталь. Для принятия верного решения необходимо тщательно изучить особенности, преимущества и недостатки каждого из этих материалов.
Композитная и металлическая арматуры применяются для создания фундаментов, колонн, панелей и множества других бетонных конструкций, которые рассчитаны на определенные механические нагрузки, такие как давление, изгиб и растяжение. Основная задача каркаса заключается в обеспечении монолитности, гибкости и упругости сооружений.
Тем не менее, стеклопластиковая и стальная арматура имеют несколько ключевых отличий, которые определяют и ограничивают сферы их применения.
В таблице представлено соотношение основных технических параметров этих строительных материалов:
- Диапазон рабочей температуры
- Адгезия с бетоном
- Длина одного фрагмента
- Стоимость за единицу длины
Эти данные представлены в сравнительном формате, без указания конкретных цифр, так как они будут варьироваться в зависимости от состава и модификации материалов. Поэтому однозначно ответить на вопрос о том, какая из арматур лучше, невозможно; это зависит от условий конкретного строительства.
Технические характеристики стеклопластиковой арматуры
Прут диаметром 4-12 мм имеет многослойную структуру: в его основе лежит стержень из стеклопластиковых (базальтовых, углеродных) волокон, пропитанных эпоксидной смолой. На эту основу накручиваются и наплавляются пластиковые жгуты. Поверхность готовых изделий может быть как ребристой, так и гладкой с песчаным напылением, а иногда используется комбинированная текстура, где на ребра наносится слой песка.
- Конкурентоспособная цена. Полимерный материал стоит на 25-30% дешевле стали при сопоставимом расходе материалов, что учитывает расходы на сырье, транспортировку и хранение.
- Устойчивость к коррозии. Пластики не подвергаются ржавчине и не изменяются в размерах даже при воздействии агрессивных сред, таких как соленая вода. Это позволяет располагать каркас в непосредственной близости к опалубке.
- Долговечность. Ожидаемый срок службы стеклопластиковой арматуры составляет не менее 100 лет.
- Высокая прочность на изгиб и растяжение. Материал подходит для создания конструкций, которые подвергаются продольной деформации, позволяя использовать более тонкие прутки по сравнению с металлическими аналогами.
- Небольшой удельный вес. Это приводит к снижению расходов на транспортировку, сокращает время монтажа и уменьшает вес фундамента или передвижных объектов, облегчая процесс монтажа каркаса.
- Низкая теплопроводность. Это исключает появление мостиков холода, которые могут образовываться в железобетонных стенах.
Чтобы обеспечить полное сопоставление композитной арматуры и стальной, следует также обсудить недостатки полимерного материала:
- Ограниченный температурный диапазон. При значительном охлаждении пластик становится хрупким, а при нагревании — мягким. Это ограничивает области применения материала в зависимости от климатических условий и сфер его использования.
- Низкая жесткость. Это создает проблемы при использовании в плитах перекрытия или плоских фундаментах. Такие конструкции могут прогибаться под собственным весом, что приводит к образованию критических искривлений и трещин в бетоне.
- Усложненный процесс монтажа. Прутки гибкие и могут деформироваться от оси во время заливки раствора, что делает их трудными для точного размещения. Сварка и сгибание изделий при формировании углов каркаса также невозможны.
Пластиковая арматура применяется в различных отраслях, включая создание несущих конструкций с прочным основанием, а также в строительстве сооружений, эксплуатирующихся в условиях повышенной влажности, таких как причалы, доки, стены каналов, дренажные системы и опоры для легких ограждений.
Арматура из стеклопластика
Арматура из стеклопластика доступна в различных размерах и классах в зависимости от применения. В производственных процессах используются стекловолокно, базальт, армид и углерод, а для пропитки выбирают термостойкие смолы, такие как эпоксидная, эпоксидно-диановая и винил-эфирная смола. Чтобы обеспечить лучшее сцепление с бетоном, арматура часто имеет спиралевидные ребра жесткости, а иногда дополнительно обсыпается песком.
Однако проблема заключается в том, что стержни нельзя изгибать на месте. Материал не отличается высокой огнестойкостью и в этом аспекте серьезно уступает металлу. Тем не менее, стекловолоконная арматура предлагает множество преимуществ:
- Небольшой вес.
- Не подвержена воздействию влаги и химических веществ.
- Прочность на разрыв почти в три раза выше, чем у металлической арматуры.
- Низкий коэффициент теплового расширения снижает вероятность трещин.
- Низкая теплопроводность. Стеклопластиковая арматура не проводит тепло, что позволяет строить здания без мостиков холода.
- Стекловолокно является диэлектриком. Это означает, что оно не проводит электрический ток.
- Простота при монтаже и транспортировке.
- Широкий выбор сечений.
Благодаря такому набору преимуществ стекловолоконная арматура находит широкое применение в строительстве жилых домов, промышленных и сельскохозяйственных зданий, а также дорожных покрытий.
Сравнение стеклопластиковой арматуры и металлической
Бетон крайне прочен, однако его армирование может потребовать особых усилий. Для этого представлено множество вариантов, среди которых можно выбрать.
Стальная арматура широко известна и используется по всему миру для различных конструкций, от обычных бетонных плит до внушительных небоскребов. Благодаря широкому ассортименту, большая часть арматуры доступна по низкой цене как в производстве, так и в покупке. Существует множество марок и длин арматуры, чтобы соответствовать требованиям различных проектов.
Несмотря на популярность, стальная арматура не предотвращает образование трещин в бетонных конструкциях — она лишь значительно замедляет их появление. Более того, она подвержена коррозии, если контактирует с водой или кислородом, что существенно сокращает срок службы как зданий, так и инфраструктуры. В результате, многие такие проекты требуют значительного количества арматуры, трудно транспортируемой и требующей больших затрат на установку.
Таким образом, стальная арматура подходит тем, кто ищет недорогой продукт и не беспокоится о долгосрочных эксплуатационных расходах.
Арматура из стекловолокна, в свою очередь, не подвергается коррозии и может служить значительно дольше, чем металлическая. Кроме того, ее прочность на растяжение выше. Однако у нее есть свои недостатки: стекловолоконная арматура должна быть изготовлена с учетом всех изгибов заранее, что может увеличить затраты и временные расходы на производство. Несмотря на то что легкий материал легче в транспортировке, это может занять несколько дней до завершения монтажа.
Достоинства и недостатки
- Композитные стержни гораздо легче стальных прутьев одинакового объема. Это приводит к снижению нагрузки на фундамент здания.
- Стеклопластик обладает высокой прочностью, несмотря на малый вес, позволяя легче переносить нагрузки на разрыв по сравнению с металлом.
- Композитная арматура не окисляется при воздействии влаги и агрессивных веществ, в отличие от металлической, которая подвержена ржавению.
- Полимерные волокна имеют меньшую теплопроводность, чем сталь. Это исключает возможность образования мостиков холода в конструкции здания.
- Металлические каркасы могут вызывать помехи для радиосигналов, мобильной связи и работы высокоточных приборов. Стеклопластик свободен от этого недостатка, поскольку является диэлектриком.
Композитные прутья характеризуются высоким модулем упругости, что означает, что они легче и сильнее прогибаются под механическими нагрузками, чем стальные. При проектировании зданий с использованием стеклопластика требуется проведение точных расчетов, чтобы избежать деформаций бетонных перекрытий.
В отличие от металлических стержней, композитные прутья не могут быть соединены сваркой. Сгибать их вручную также не рекомендуется. Для соединения прутков могут использоваться петли, что характерно для композитных сеток. Если для строительства необходимы стержни с определенными углами изгиба, такие изделия следует заказать у производителя.
Устойчивость и долговечность стальной арматуры была подтверждена временем, в то время как композитные аналоги остаются новинкой на строительном рынке Казани. Ожидаемый срок службы стеклопластика составляет 50-80 лет, однако это показатель является теоретическим и еще не был подтвержден в практической эксплуатации.
Сфера применения
Стеклопластиковая арматура может быть использована в тех же областях, что и металлическая:
- Укрепление и армирование фундаментов.
- Армирование бетона в различных конструкциях.
- Строительство дорожных покрытий.
- Создание опор для высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП).
- Возведение мостов, причалов и доков.
- Укрепление береговых линий.
- Строительство заборов и ограждений.
- Монтаж систем канализации и мелиорации.
В отличие от металла, стеклопластик будет служить дольше в условиях повышенной влажности. Поэтому в проектах, где конструкции постоянно взаимодействуют с водой, предпочтение следует отдать именно этому материалу.
Какой тип арматуры лучше?
Несмотря на утверждения маркетологов, композитная арматура не смогла и не сможет в ближайшем будущем полностью заменить армирующие каркасные элементы, выполненные из стали.
Это особенно касается строительства капитальных сооружений, таких как мосты, многоэтажные здания и так далее. Основная причина заключается в том, что у стеклопластика низкие показатели прочности на изгиб и сжатие, а также недостаточная жесткость — все эти аспекты делают композитное армирование менее привлекательным в сравнении с металлическим.
Стальная арматура, безусловно, продолжит использоваться при производстве несущих железобетонных элементов, которые подвержены высоким статическим и динамическим нагрузкам, таких как балки, перекрытия и ригели.
Композитная арматура, обладая более низкой стоимостью, оказывается подходящей для малоэтажного каркасного строительства, так как ее прочность и жесткость вполне достаточны для восприятия небольших нагрузок. Так или иначе, композиты становятся востребованными для возведения инфраструктуры, функционирующей в условиях повышенной влажности, включая береговые сооружения, системы канализации и мелиорации, а также в сельском хозяйстве.
Прочность на изгиб
Этот параметр зависит от модуля упругости используемого материала. Для стали марки Ст3 значение модуля составляет 200 ГПа (гигапаскалей), в то время как для стеклопластика — от 30 до 55 ГПа. Это значит, что в конструкциях, где армирование выполняется с учетом изгибов (например, во всех типах плавающих фундаментов, плитах и балках перекрытий, перемычках над проемами и ригелях), диаметр стеклопластиковой арматуры должен быть больше, чем у стальной. Однако для определения точных размеров потребуется расчет, который на данный момент разработан только для железобетона (СП 63.13330.2012), а для бетона с композитным армированием методика еще не создана.
Опытные специалисты рекомендуют при использовании стеклопластиковой арматуры в указанных конструкциях увеличивать коэффициент армирования примерно на 20% или диаметр прутков на 4 мм по сравнению со сталью. Это ставит под сомнение рентабельность применения композитного материала в таких случаях.
Прочность на разрыв
Стеклопластиковая арматура демонстрирует прочность на разрыв, превышающую 1,1 ГПа, тогда как у стальной она составляет 390 МПа, что почти в три раза ниже. Однако относительное удлинение при разрыве (которое обозначает степень деформации материала до момента разрыва, выраженная в процентах от первоначальной длины) у стеклопластиковых материалов меньше в 10 раз. Таким образом, в конструкциях, подверженных в основном растягивающим нагрузкам (таких как сваи, вертикальное и горизонтальное армирование ленточных фундаментов глубокой закладки), стеклопластиковая арматура может быть тоньше стальной. Однако это всего лишь теоретический подход, так как методики точного расчета для стеклопластика пока не разработаны.
Теплопроводность является важным показателем, особенно в стеновых кладочных конструкциях, где поясное армирование часто приводит к образованию мостиков холода. И в этом аспекте стеклопластиковая арматура обходит стальную: ее коэффициент теплопроводности в 13 раз ниже, что значительно повышает энергоэффективность зданий, в которых она применяется.
