Работаем с 1991 года
Режим работы
ПН-ПТ: 8:00 - 17:00
04:00 - 13:00 МСК
Паспорт качества

Во всех ли случаях возможна замена стальной арматуры на стеклопластиковую?

 

АСК.jpgСреди потребителей композитной арматуры, к сожалению, до сих пор распространен миф о так называемой «равнопрочной замене» стальной арматуры на композитную в армированных строительных конструкциях. Чтобы убедиться в этом, достаточно набрать в любом поисковике «равнопрочная замена композитной арматурой».

Если верить некоторым рекламным источникам, достаточно при проектировании армированной бетонной конструкции сравнить прочность на растяжение стальной арматуры и стеклопластиковой. При этом о необходимости учитывать то, что в рекламе указана именно предельная прочность на растяжение, а не рабочая (расчётная) нигде не говорится. Также не учитывается модуль упругости (влияющий на трещинообразование), температурная, химическая стойкость арматуры и др. Так появились «ТАБЛИЦЫ РАВНОПРОЧНОЙ ЗАМЕНЫ», которые, если ими воспользоваться, могут привести к катастрофическим последствиям.

Рассмотрим данную проблему шире.

1. Рекламная «уловка» в сравнении прочности.

Прежде всего, следует понимать, что расчёты прочности не только строительных, но и любых, конструкций проводят не по предельным и нормативным, а по расчётным значениям механических характеристик материалов, из которых эти конструкции изготовлены, а практика (жизненный опыт) показывает, что расчётные значения характеристик могут в разы отличаться от нормативных.

Как известно, бетон армируют для повышения способности конструкций, которые из него изготовлены, противостоять воздействию, прежде всего, растягивающих и изгибающих нагрузок.

При проектировании бетонных конструкций, армированных стальной арматурой следует руководствоваться положениями свода правил СП63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции», а при проектировании конструкций, армированных композитной арматурой, следует руководствоваться положениями СП295.1325800.2017 «Конструкции бетонные, армированные полимерной композитной арматурой. Правила проектирования».

Согласно разделу 6 СП63.13330.2018 для железобетонных конструкций без предварительного напряжения арматуры в качестве устанавливаемой по расчету применяют арматуру периодического профиля классов А400, А500 и А600. Расчётные значения сопротивления стальной арматуры растяжению определяют с учётом коэффициентов надежности и для предельных состояний по первой группе они составляют:

- для стали А400 Rs = 350 МПа;

- для стали А500 Rs = 435 МПа.

При расчёте бетонных конструкций с композитной (в частности стеклопластиковой) арматурой по первой группе предельных состояний, согласно требованиям СП295.1325800.2017, от нормативной прочности к расчётной переходят через понижающие коэффициенты, такие как: коэффициент надёжности по материалу, коэффициент, учитывающий условия эксплуатации конструкций, армированных композитной полимерной арматурой, коэффициент снижения сопротивления растяжению полимерной композитной арматуры при действии длительных нагрузок.

С учётом всех перечисленных коэффициентов при нормативном сопротивлении растяжению 890-1100 МПа, расчетное сопротивление для стеклокомпозитной арматуры АСК следует принимать равным: 267-330 МПа (напомним, для стали А400 – 350МПа).

Таким образом, согласно требованиям действующих строительных норм, равнопрочная замена стальной арматуры на стеклопластиковую требует применения аналогичного, либо большего диаметра стеклопластиковой арматуры.

В таком случае, напрашивается резонный вопрос: «где же выгода от применения композитной арматуры?», о которой говорят в рекламных материалах.

В действительности, выгода и эффективное использование достигается при применении композитной арматуры там, где будут использованы её отличительные свойства: высокая коррозионная стойкость, инертность к воздействию электромагнитного поля и блуждающих токов, низкая теплопроводность, меньший удельный вес.

2. Рекламная «уловка» в сравнении удлинения при разрушении.

Ещё одну особенность в различиях механических характеристик композитной полимерной и стальной арматуры следует учитывать при расчете конструкций по предельным состояниям второй группы (т.е. по деформациям, возникающим в конструкции при эксплуатации). Некоторые рекламные источники утверждают, что удлинение при разрыве стальной арматуры составляет 14%, тогда как для стеклопластиковой арматуры этот показатель на уровне 2-3%. Это, якобы является существенным преимуществом композитной арматуры, т.к. при удлинении 14% у стальной арматуры, бетон будет разрушен необратимо. Разберёмся так ли это.

Как известно, деформации конструкции при одинаковом силовом воздействии на неё определяются модулем упругости материала, из которого эта конструкция изготовлена.

В соответствие с нормативными документами значения модулей упругости:

- для стальной арматуры Es = Es,n ≈ 200 ГПа

- для стеклопластиковой арматуры Ef = Ef,n ≥ 50 ГПа

Т.о. модуль упругости стеклопластиковой арматуры примерно в 4 раза меньше модуля упругости стальной. Проще говоря, деформации бетонных конструкций, армированных стальной и композитной арматурой с одинаковыми геометрическими параметрами при одинаковом растягивающем или изгибающем воздействии будут отличаться примерно в четыре раза. Это может привести к раскрытию трещин и увеличенному прогибу конструкции. Наглядно понять работу композитной и стальной арматуры под действием нагрузки может помочь диаграмма нагружения арматуры классов А400 и А500С, а также стеклопластиковой арматуры, выпускаемой Бийским заводом стеклопластиков, представленная на рисунке 1.


на сайт к статье рисунок.jpg


Рисунок 1 - Диаграммы нагружения стальной и стеклопластиковой арматуры

 

Из диаграмм видно, что при растяжении до относительной деформации, примерно 0,2% характеристики стальной арматуры подчиняются закону Гука (R=E·ε), то есть происходит линейная упругая деформация и при снятии нагрузки удлинение аннулируется. При дальнейшем нагружении происходит так называемый «процесс текучести», когда деформации в стальном арматурном стержне нарастают без изменения уровня нагрузки. Максимальное значение деформации для стальной арматуры в момент разрыва может достигать тех самых значений из рекламных источников, то есть 14%.

В соответствии с нормативными документами расчёты прочности конструкций, армированных стальной арматурой, ведут по характеристикам арматуры, определяемым в области её упругих деформаций. То есть при расчётных сопротивлениях, при которых деформации арматуры менее 0,2%. Для стали А400, при нагрузке до 350МПа, деформация составляет около 0,1%. При такой величине не возникает опасного трещинообразования в бетоне, которое может повлечь проникновение влаги, способствующей прогрессирующей коррозии арматуры и разрушению бетона. Таким образом, стальная арматура в конструкции, рассчитанной в соответствии с требованиями норм и правил, никогда не достигает деформаций более 0,2% и уж тем более и близко не приближается к критическим 14%.

Стеклопластиковая же арматура является упругим материалом вплоть до момента разрушения. Предельная её деформация в момент разрушения составляет 2,5-3,0%. Как следует из представленной на рисунке 1 диаграммы, при расчётных значениях сопротивления при растяжении АСК (270-350 МПа), относительная деформация составляет около 1%. При таком значении деформаций армированный АСК бетон также будет иметь трещины, однако вследствие высокой коррозионной стойкости АСК работоспособность бетонной конструкции, армированной АСК, не нарушится.

Таким образом, получается, что при равных рабочих нагрузках на армированную бетонную конструкцию деформация стеклопластиковой арматуры при равных коэффициентах армирования будет в 4-5 раз выше, чем у стальной. При этом, есть вероятность раскрытия значительных трещин в бетоне, которые, однако, не будут приводить к критическим последствиям, поскольку проникающая в трещины влага не будет разрушать стеклопластиковую арматуру, так как она является устойчивой к коррозии.

 


Отдел продаж
+7 (3852) 255-444
Режим работы
ПН-ПТ: 8:00 - 17:00
04:00 - 13:00 МСК