Эффективность стеклокомпозитных решений

18 июня 2018

С середины 1970-х годов в России и других странах начали возводить здания и искусственные сооружения с применением композитной арматуры. Эти объекты эксплуатируются по сегодняшний день. В последние годы, с развитием технологий производства стройматериалов, на строительном рынке все большее внимание привлекает композитная арматура, изготовленная из стеклянных волокон и полимерных связующих на основе эпоксидных смол.

Арматура стеклокомпозитная (АСК) активно внедряется на строительном рынке России благодаря своей высокой прочности на растяжение, более чем в три раза превосходящей прочность стальной арматуры, химической стойкости, не требующей защиты от коррозии, и малому весу — почти в четыре раза меньшей, чем у стали. Основными областями применения АСК являются: армирование кладки; слабо нагруженные, работающие на упругом основании плитные конструкции (полы, ростверки и фундаментные плиты). В то же время стеклокомпозитная арматура практически не применяется для армирования сборных конструкций, изготавливаемых на заводах ЖБИ.

Пожалуй, главной причиной, сдерживающей применение АСК в несущих и особенно пролетных конструкциях, является низкий модуль упругости этого материала (50-60 ГПа). Тем не менее попытки замены стали на стекловолоконные стержни в армировании целого ряда конструкций, эксплуатация которых связана с рисками коррозии арматуры, представляются вполне обоснованными, так как технико-экономические преимущества в этом случае очевидны. Одним из примеров являются дорожные плиты, укладываемые на грунтовые основания.

Специалистами ООО «ПолиКомпозит» были разработаны рабочие чертежи на дорожную плиту ПАГ-14-В25, аналогичную ПАГ-14 ГОСТ 25912-2015 (плита аэродромная гладкая 6000x2000x140 мм, серия 3.506-3). Вся стальная арматура (за исключением монтажных петель) заменена на композитную стекловолоконную, соответствующую ГОСТ 31938-2012. Не смотря на то что в ПАГ-14 предполагается применение предварительно напряженных стальных стержней марки А-М, АСК используется в данной конструкции без предварительного напряжения. Диаметр рабочих стержней и стержней в сетках принят в соответствии с ГОСТ 25912-2015.

Схема испытаний дорожных плит согласно ГОСТ 25912-2015: 1 — испытуемая плита; 2 — нагрузка на всю ширину плиты; 3 — деревянные брусья сечением 10×10 см; 4 — пригрузочный балласт; размеры в скобках относятся к схемам испытания плит ПАГ-18 и ПАГ-20.

При этом, учитывая высокую коррозионную стой­кость композитной арматуры, величина защитного слоя сверху и снизу была принята 20 мм, что позволило усилить несущую способность нормальных сечений, увеличив плечо внутренней пары сил без изменения диаметра стержней.

В соответствии с разработанными чертежами в декабре 2018 года филиалом завода железобетонных мостовых конструкций (Беларусь, Минская область, г. Фаниполь) были изготовлены две опытные плиты ПАГ-14-В25, армированные композитной арматурой. Соединение стержней в сетки, а также крепление стальных монтажных петель выполнялось вязкой низкоуглеродистой проволокой 01,2 мм. Укладка готовых сеток в инвентарные формы осуществлялась вручную. Класс бетона по прочности на сжатие, подвижность бетонной смеси и технология бетонирования приняты согласно ГОСТ 25912¬2015 без изменений. Изделиям присвоены номера №631 и №647.

После набора бетоном прочности, соответствующей серийному классу В25, Белорусским дорожным научно-исследовательским институтом (Белдор НИИ) были проведены испытания двух опытных плит ПАГ- 14-В25 согласно расчетной схеме, приведенной в ГОСТ 25912-2015, с учетом требований ГОСТ 33147¬2014, ГОСТ 33148-2014 и ГОСТ 8829-94.

По результатам измерений и испытаний по каждому образцу составлен официальный протокол (№4-239 и №4-240 от 09.02.2018). Заключение БелдорНИИ: «Плиты композитобетонные для устройства сборных покрытий аэродромов, дорог и площадок для складирования (марка ПАГ-14-В25) соответствуют требованиям ТР ТС 014/2011 и ГОСТ 8829-94 по прочности и трещиностойкости».

После сравнительной технико-экономической оценки стекловолоконной арматуры в дорожных плитах можно отметить ряд преимуществ по сравнению со стальной:

  • коррозийная стойкость АСК по сравнению с металлом намного выше, что приводит к более длительному сроку службы изделия;
  • уменьшается стоимость конструкции за счет замены металлической арматуры марок А-III, A-IV, A-V на более дешевую композитную;
  • применение АСК дает возможность уменьшить защитные слои бетона, которых стекловолоконная арматура практически не требует, а способ ее расположения позволяет увеличить несущую способность без изменения диаметра стержней;
  • из технологии производства плиты исключается процесс предварительного напряжения и отпуска арматуры;
  • уменьшается трудоемкость установки армирования, так вес АСК более чем в три раза меньше по сравнению со стальной арматурой;
  • АСК имеет коэффициент температурного расширения, практически идентичный бетону поэтому при перепадах температур не возникает напряжений между бетоном и арматурой;
  • АСК является диэлектриком, обладает радио-прозрачной и магнитоинертностью, в производстве дорожных покрытий это не является решающим фактором, однако может быть необходимым условием в других конструктивах;
  • отсутствие металлической арматуры значительно облегчает переработку изделий, армированных АСК, для повторного использования щебня.

В целом результаты исследований свидетельствуют о возможности эффективного применения композитной арматуры для изготовления дорожных плит.

Источники