Арматура из стеклопластика для фундамента – что, зачем и как?

Новое всегда пробивает себе дорогу с трудом. Утверждение в полной мере относится к «старому» (разработана в 70-х годах прошлого столетия) «новому» виду арматуры (активно стала рекламироваться последнее десятилетие). Причина активности производителей и продавцов в резком снижении стоимости изделий. Позиционируется композит, как продукт, имеющий массу преимуществ перед старым знакомым: металлическим прутком.

Несмотря на активную компанию по внедрению продукта в строительную отрасль, в частном строительстве композит практически не встречается. Да и в промышленном возведении зданий и сооружений он редкий гость. Проблемы две: низкий показатель модуля упругости при растяжении (пруток при сильном воздействии может растянуться до 2 см, а это однозначно трещины в бетоне) и отсутствие нормативной базы, в связи с чем проектные организации не рискуют связываться с композитом в непонятных ситуациях (неизвестно, как поведет себя армирующий каркас в процессе эксплуатации, например, в зоне с сильной вибрацией).

Команда сайта StroyGuru.com попросила своего постоянного эксперта рассказать, где возможно армирование композитной арматурой и почему.

Что такое стеклопластиковая арматура

Процесс изготовления композитной арматуры одинаковый для всех видов прутка. Поэтому рассмотрим его на примере стеклокомпозита.

Композитные материалы – это продукция из нескольких компонентов (не менее двух) с разными физическими и химическими свойствами, которые при соединении в одно целое дают совершенно другие технико-эксплуатационные характеристики, не являющиеся их простой суперпозицией (наложение свойств друг на друга).

В стеклокомпозитной арматуре первый вид сырья – стекловолокно, второй – термореактивный полимер (смола).

Изготавливается пруток методом протягивания. Для этого расплавленное стекло вытягивается в нить толщиной 10-20 мк, пропитывается замасливателем и скручивается в пучки, которые наматываются на катушки.

Бобины помещаются в специальную камеру, где стекловолокно разматывается и пропитывается эпоксидными смолами с отвердителем. Полученный таким образом пруток пропускают через фильеры для отжима лишнего термореактивного полимера. Там же происходит уплотнение композита и придание ему круглого сечения с заданным диаметром.

На отвердевшую заготовку наматывается сплеточная (по спирали) нить из стекловолокна. Операция нужна для лучшей адгезии с бетоном.

После этого пруток проходит через трубчатую печь, где связующее вещество полимеризуется и сразу направляется на протяжный механизм. Готовая продукция нарезается на прутки или наматывается в бухты длиной 50 или 100 м.

Отметим, что современное оборудование способно до полимеризации смолы, сгибать пруток под любым углом, что позволяет вместо стальной арматуры использовать композит для усиления углов или примыкающих стен.

Классификация

Арматура из композитных материалов классифицируется по ГОСТ 31938— 2022. Критерии следующие:

• по виду волокна;
• пределу прочности;
• назначению;
• способу применения;
• форме.

Вид волокна

По типу армирующего наполнителя композиты подразделяются на:

• стеклопластиковые (АСК) – наполнитель из стекловолокна. Спиральные рифли, расположенные поперечно, улучшают адгезию армирующих прутков с бетоном;
• базальтопластиковые (АБК). Основа – базальтовые волокна, благодаря которым стержни на выходе из печи становятся черными. Арматура из базальта превосходит стеклокомпозит по ряду показателей: прочности на растяжение, модулю упругости и стойкости к агрессивным веществам, что естественно сказывается на стоимости. Она выше;
• углепластиковые (АУК). Основа композита – карбон, хорошо зарекомендовавший себя при производстве композитных бетонов. Большая цена компенсируется рядом преимуществ в эксплуатационных характеристиках;
• арамидокомпозитные (ААК);
• комбинированные (АКК). В основе сразу два наполнителя: волокно из стекла и базальта. Специалисты дали этому композиту название стеклобазальтовый композит. Область использования ограничена – решаются специальные задачи.

Предел прочности

У перечисленных выше композитных прутков разный предел прочности на растяжение и модуль упругости. По этому показателю арматура подразделяется на:

• высокопрочную;
• среднемодульную;
• высокомодульную;
• сверхвысокомодульную.

Назначение

В строительной индустрии композитный материал подразделяется на:

• изделия для монтажных работ;
• несущий или рабочий;
• распределительный;
• композитную арматуру для фундамента и других конструктивных элементов из бетона.

По способу применения

По способу применения композит может быть:

• в виде нарезанных прутков разной длины;
• арматурной сетки;
• армирующего каркаса.

По форме профиля

Профиль у стержней двух видов:

• гладкий – посыпан мелким песком для лучшей адгезии с бетоном;
• рифленый.

Некоторые специалисты пытаются вести классификацию по размеру сечения прутка. Однако здесь возникают разногласия между рядом показателей, в результате чего сложно определить какой диаметр у прутка. Так, продавцы указывают внешний диаметр, а в расчетах берется номинальный, который меньше. Поэтому при покупке нужно быть очень внимательным.

Номинальный диаметр по ГОСТу – 4-32 мм, но в продажу пока не поступал пруток толще 22 мм. Возможно в ближайшем будущем на строительном рынке будет представлена вся линейка композитного стержня.

Характеристики

У композитной арматуры к технико-эксплуатационным характеристикам относятся следующие показатели:

• предел прочности при растяжении – величина прилагаемых усилий, при которых испытуемый материал разорвет;
• модуль упругости при растяжении;
• предел прочности при сжатии;
• предел прочности при поперечном срезе;
• предельные температуры эксплуатации;
• сила сцепления с бетоном;
• долговечность;
• теплопроводность;
• электропроводность.

А сейчас в таблице дадим каждому показателю конкретное значение.

Таблица 1. Основные технико-эксплуатационные характеристики композитной арматуры

Вес композитной арматуры зависит от сечения прутка. Крайние значения: 0,025 -2,512 кг на 1 м погонный.

Вес стеклопластиковой арматуры: 0.049 кг (6 мм); 0.082 кг (8 мм); 0.134 кг (10 мм); 0.185 кг (12 мм); 0.276 кг (12 мм); 0.352 кг (16 мм); 0.44 кг (18 мм).

Сколько стоит

Производители и продавцы в один голос утверждают о низкой цене на композитную арматуру. Даже приводят конкретные цифры, сведенные в таблицу. Но многолетний опыт поиска информации в интернете говорит: доверяй, но проверяй. Уж, очень много неточностей встречается – большинство материалов готовят журналисты, не понимающие в строительстве. Анализ цен у продавцов показал, что по стоимости композит практически не выигрывает у стальной арматуры. А где-то даже проигрывает, примерно на 30%. Так, если сравнивать цену на пруток диаметром 12 мм, то оказывается, что металл в среднем можно купить за 47 руб. 1 м, а стеклопластик за 45 руб. Экономия небольшая, но есть. Но дальше начинается самое интересное – пруток композита сечением 10 мм стоит уже 53-57 руб. за 1 м. А если брать композитную базальтовую арматуру, то она еще дороже. И где экономия, уважаемые производители и продавцы?

Для справки: усредненные цены приведены по Санкт-Петербургу на конец 2023 года.

Вывод: при покупке арматуры нужно считать внимательно стоимость товара и затраты на доставку. При этом не вестись на утверждение, что металл диаметром 12 мм можно заменить на композит сечением 8 мм с выигрышем в цене.

Плюсы и минусы

У каждого стройматериала есть свои достоинства и недостатки. В случае со стеклопластиковой арматурой плюсов больше. Чтобы картина была более полная, вначале рассмотрим плюсы и минусы композитной арматуры, а затем преимущества и недостатки стеклопластиковой, как самой популярной.

Справка: радиоволны – подкатегория электромагнитных волн.

Плюсы и минусы стеклопластиковой арматуры практически такие же, как у АКП. Отличия имеются только в недостатках:

• не гнется. В лучшем случае получится дуга, в худшем – сломается;
• при ударе по стержню молотком рассыпается, а металл выдерживает;
• горит (класс горючести Г1).

Сферы применения

Пока не будут разработаны нормативные документы для проектировщиков, об областях применения композитной арматуры можно говорит только, как о возможностях. Хотя мало-помалу промышленность начинает пользоваться новинкой. В частном строительстве проще – застройщик волевым способом может решить вопрос в пользу арматуры из стеклопластика.

Опираясь на преимущества композитной арматурыможно указать перспективные направления ее использования.

1. Армирование ленточного фундамента стеклопластиковой арматурой. Целесообразно лишь при ряде условий:

• здание построено из легких материалов;
• лента глубокозаглубленная – главное, чтобы заглубление было ниже точки промерзания грунта;
• грунт спокойный, не пучинистый;
• подземные воды были под отсыпкой под подошву на расстоянии не менее 0,5 м.

2. Усиления свайного и столбчатого фундамента из стеклопластиковой арматуры. Здесь прочностные характеристики материала используются по максимуму. Но есть одно но – нельзя использовать при боковых нагрузках на излом. Композит просто растянется или лопнет с одинаковым результатом – свая или столб разрушится.

3. Армирования тротуарной плитки. Нагрузки сверху и снизу не такие большие, чтобы привести дорожное покрытие к растрескиванию.

К утверждению некоторых специалистов о возможности армировать дорожное полотно на проезжей части команда сайта отнеслась со скепсисом – там большие нагрузки на излом, особенно в жару, когда асфальт плавится.

4. Не возникает вопросов при использовании композитной арматуры для бетонных конструкций, выступающих в роли ограждения: заборные плиты и опоры.

5. Можно использовать пластиковую арматуру для укрепления стен из кирпича, газосиликатных блоков, пенобетона и других похожих материалов при малоэтажном строительстве. Находит применение композитный пруток и при связке кладки с облицовочными перегородками. Хорошо зарекомендовал себя материал и при связке многослойных панелей.

6. Стойкость к коррозийным процессам сделало возможным применение композитной арматуры в строительстве припортовых сооружений, укрепляющих берег конструкций, морских объектов.

Важно: прочность стеклопластиковой арматуры на излом низкая. Из-за этого область применения ограничена. Производители подобного продукта обязательно указывают сферу его применения. Если застройщик не соблюдает рекомендации, то делает это на свой страх и риск.

Как выполняется армирование фундамента

Сборка армирующего каркаса выполняется в несколько этапов:

• определяется диаметр арматуры и ее количество;
• составляется подробнейшая схема расположения рабочих стержней, хомутов и усиливающих углы прутков. Их, кстати, можно заказать у производителя или использовать металлические стержни;
• приобретается необходимая арматура, комплектуется набор инструментов;
• вяжется каркас;
• усиливаются углы и места прилегания внутренних стен.

Какой диаметр арматуры нужен

Пока нет нормативных документов, регулирующих процесс расчета стеклопластиковой арматуры для фундамента. Появившийся ГОСТ отсылает к методике определения диаметра арматуры из стали, а производители приводят таблицу соответствия сечений композитной арматуры стальной по ПРОЧНОСТИ. Из таблицы видно, что металлическому прутку диаметром 12 мм соответствует композит сечением 8 мм.

Специалисты предлагают такую схему расчета:

• определяется площади поперечного сечения фундаментной ленты, а затем металлических арматурных прутков;
• методом подбора находится сечение армирующего стержня;
• из таблицы берется диаметр композитной арматуры.

С такой методикой расчета нельзя согласиться. Важна упругость, а не прочность. Поэтому диаметру 12 мм у металла должно соответствовать сечение в 16-18 мм у композита. Об этом пока никто не пишет – нет накопленной ствтистики.

Более подробно, с конкретными цифрами, схема расчета показана здесь.

Количество прутка определяется отдельно для рабочей арматуры и вспомогательной. В первом случае перемножаются количество нитей с длиной фундамента. Во втором считается количество хомутов, после чего умножается на их длину.

Отдельно учитывается усиливающая арматура.

Материалы и инструменты

Для работы потребуется приобрести материалы и собрать набор инструментов:

• рифленую арматуру ПВХ для фундамента;
• гладкий пруток для хомутов;
• металлическую арматуру для усиления проблемных мест;
• вязальную проволоку;
• приспособление для гибки металлического прутка;
• болгарку;
• рулетку;
• отвес.

Как вязать

Вязать пластиковую арматуру для фундамента можно вязальной проволокой или пластиковыми стяжками. В частном строительстве предпочтение отдается проволоке. Связать ее в узел можно с помощью пистолета, полуавтоматического крючка, простого крюка, шуруповерта, пассатижей и клещей.

Вязальный пистолет покупать для одного фундамента нерационально (стоит 1,0-2,0 тыс. долларов). А вот крючок самое то. При этом специалисты советуют использовать ручной инструмент. Шуруповерт, пассатижи и клещи на любителя повозиться с арматурой.

Усиление углов проводится П-образными вставками или уголками.

<!— Подробно процесс рассмотрен в отдельной работе здесь. Как вязать стеклопластиковую арматуру. —>

Прочие нюансы

Основные проблемы, которые связаны с применением стеклопластиковой арматуры в фундаменте – это некачественные материалы, допущенные ошибки в инженерных расчетах и использование арматуры не по назначению, например. использовать стеклопластиковую сетку для армирования в плиточном фундаменте.

Избежать неприятностей при проектировании помогут аккуратность и перепроверка несколько раз полученных результатов.

Проверку качества композитного материала можно провести только с помощью визуального контроля.

1. У продавца должны быть сертификаты, подтверждающий отсутствие кустарного производства.
2. Цвет прутка должен быть однородным. Пятна или участки с другим оттенком говорят о нарушении технологии. Так, коричневые цвета говорят о выгорании связующего вещества, а зеленый о недостаточной термической обработке.
3. Поверхность прутка не должна иметь сколы, выемки, раковины и прочие дефекты.
4. Спиральная навивка ровная, непрерывная, с постоянным шагом.

В заключение отметим, что жадный платит дважды. Поэтому обходите стороной дешевую арматуру. Она по определению не должна быть такой.

Сравнение с металлической

Производители композитной арматуры всеми силами стремятся доказать, что их продукция лучше металлического прутка. Для этого в интернете размещаются соответствующие материалы с привлечением фото и видео доказательств. На первый взгляд кажется, что они правы. Но есть маленькое но. Наука социология шагнула так далеко, что массы можно убедить в чем угодно с помощью специального инструментария.

Попробуем разобраться в вопросе на примере полимерной арматуры для фундамента. Возьмем всего два пункта из огромного вороха сравниваемых характеристик.

<!— будущая работа по сравнению (полный сравнительный анализ можно посмотреть здесь) —>

1. Композит легче стальной арматуры в 8-10 раз (в действительности в 4-5 раз). Поэтому фундамент будет много легче, что сэкономит бетонный раствор.
2. Долговечность инновационного стержня около 80 лет.

Согласитесь, звучит убедительно.

А что на самом деле?

Уменьшение веса конструкции

Чтобы показать, насколько правы сторонники композита, обратимся к цифрам. Для этого вначале рассчитаем вес фундаментной ленты с арматурой из стали. Исходные данные следующие:

• длина фундамента – 6 м;
• высота – 1,5 м;
• толщина – 0,2 м;
• процент армирования – 3%;
• удельный вес бетона – 2000 кг/м³;
• удельный вес стали – 7850 кг/м³;
• удельный вес стеклопластика – 1900 кг/м³.

Дальше все просто. Находим объем бетона: 6×1,5×0,2×0,97=2,619 м³. Его вес в таком случае будет равен 5 238 кг (2,619 м³×2000 кг/м³). С арматурой проще. Объем находится с помощью простой системы уравнений. Приводим сразу решение: 2,619×0,03/0,97=0,081. Тогда вес арматуры будет 636 кг (0,081×7850). Общий вес фундамента – 5 874 кг.

При армировании стеклокомпозитом этой же ленты получаем общий вес 5 392 кг (0,081 м³×1900 кг/м³, после чего складываем массу бетона и прутка).

Разница менее 500 кг, что для фундамента весом почти 6 т, то же самое, что дробинка для слона. Учитывая, что композит стоит дороже, а снижение веса менее 10%, замена арматуры экономически не обоснована.

Долговечность

Практика пока не дает подтвержденных временем сроков службы усиливающей фундамент конструкции из композитных материалов – внедрение в строительный процесс произошло недавно. Поэтому пока приходится верить на слово производителям, что армирование фундамента стеклопластиковой арматурой выдержит более 80 лет. Сомневаться в их словах заставляют два факта:

• любое органическое вещество стареет, из-за чего рвутся полимерные связи. В результате чего железобетон превращается в обычный бетонный камень. Пример – шины автомобиля, начинающие покрываться сетью трещин даже находясь на складе;
• нигде не приводятся результаты испытаний композитного материала на износ и старение. Поэтому не понятно откуда взялась цифра в 80 лет.

Заключение

Автор работы попытался доходчиво объяснить, можно ли использовать стеклопластиковую арматуру для фундамента. Как ему это удалось, решать посетителям сайта. Для этого внизу работы есть оценки и поле для комментариев.