Композитная арматура и металлическая арматура сравнение: Сравнение композитной и металлической арматуры. Какая арматура лучше: стеклопластиковая или стальная?

Содержание

Какая арматура лучше — металлическая или стеклопластиковая: сравнение, плюсы и минусы

По причине активного внедрения в строительную отрасль новых технологий многие специалисты задаются вопросом, какая арматура лучше решит задачу укрепления бетонных конструкций: металлическая или стеклопластиковая? Чтобы обоснованно сделать такой выбор, следует разобраться в преимуществах, которыми обладает арматура из стеклопластика по сравнению с металлическим аналогом. Несмотря на свое относительно недавнее появление, она уже приобрела огромную популярность на рынке строительных материалов.

Стеклопластик или металл?

Особенности стеклопластика

Арматура, изготовленная из стеклопластика, — это пруток, диаметр которого может находиться в интервале 4–18 мм, а длина составлять до 12 метров. Производится он из сверхпрочного пластика. На поверхность такого прутка в процессе его изготовления наносятся спиралевидные ребра, благодаря которым обеспечивается его надежное сцепление с бетонными конструкциями.

Пластиковая арматура, если сравнивать ее с металлическими изделиями аналогичного назначения, благодаря своим прочностным характеристикам и коррозионной устойчивости позволяет создавать более надежные и долговечные каркасные сооружения, что и объясняет популярность, которую активно приобретает данный материал.

Сравнение характеристик металлической и композитной арматуры

Немаловажным является и то, что арматура, изготовленная из стеклопластика, в отличие от металлических изделий, требует особых условий производства, использования качественного сырья и специального оборудования, поэтому ее изготовление в кустарных условиях исключено. Именно поэтому, приобретая на современном строительном рынке арматуру, изготовленную из стеклопластика, вы можете быть уверены в том, что это материал, изготовленный в полном соответствии с требованиями соответствующего нормативного документа.

Уникальные характеристики, которыми отличается арматура, сделанная из стеклопластика, объясняются свойствами ее структуры, включающей в себя:

  • внутренний стержень, обеспечивающий прочность арматуры; такой стержень изготовлен из параллельных стеклопластиковых волокон, надежно соединенных полимерной смолой;
  • внешний слой, который представляет собой волокнистое тело, накрученное по спирали вокруг внутреннего стержня; этот слой стекловолокна может быть нанесен по технологии песчаного напыления или двунаправленной навивки.

Стеклопластиковая арматура лучше, чем стальная, работает на сжатие на 30%, а на растяжение на 20%

Стеклопластиковая арматура, в зависимости от предпочтений производителя, может быть изготовлена по различным методикам. Так, на современном рынке есть возможность встретить изделия, внутренний стержень которых выполнен в виде косички из стеклопластикового волокна.

Достоинства и недостатки арматуры из стеклопластика

Арматурные каркасы, выполненные не из традиционных металлических, а из стеклопластиковых элементов, отличаются следующими преимуществами.

  • В отличие от металлических, имеют легкий вес сооружений, которые не создают значительной нагрузки на фундамент строения, что позволяет продлить срок его эксплуатации.
  • Стеклопластиковые элементы арматурных каркасов, в отличие от своих металлических аналогов, лучше переносят нагрузки на разрыв, что дает возможность использовать их при укреплении наиболее ответственных бетонных конструкций. Стеклопластиковые арматурные каркасы характеризует оптимальное соотношение их легкого веса и высокой прочности, что позволяет отнести их к отдельной группе строительных материалов, набирающих с каждым годом все большую популярность.
  • В отличие от металлической арматуры, которая подвержена окислительным процессам и с течением времени уменьшает прочность фундаментных конструкций, каркасы из стеклопластиковых элементов не поддаются влиянию таких негативных факторов внешней среды.
  • Части арматурных систем, изготовленные из стеклопластика, являются диэлектриком и не проводят электрический ток, что также сказывается на их долговечности. Используемые в качестве элементов заземления металлические арматурные конструкции под воздействием электрического тока окисляются значительно быстрее, чего нельзя сказать о прутках из композитных материалов. Естественно, арматуру из стеклопластика нельзя использовать в качестве заземляющего элемента, но это только самым положительным образом сказывается на ее долговечности.
  • Износоустойчивость стеклопластиковой арматурной конструкции, как и стальной, также находится на достаточно высоком уровне.
  • Коэффициент теплового расширения арматурного каркаса, изготовленного из стеклопластиковых элементов, имеет очень близкое значение с аналогичным параметром бетонных конструкций, что значительно снижает риск образования в них трещин при использовании подобного материала.

Соотношение диаметров стержней при устройстве армирующего каркаса фундамента

Если судить по отзывам, то можно выделить следующие недостатки стеклопластиковой арматуры.

  • В сравнении с изделиями из металла арматура из стеклопластика обладает значительно большим модулем упругости, превышающем аналогичный параметр стальных изделий приблизительно в 4 раза. Означает этот факт то, что стеклопластиковые элементы по сравнению с металлическими будут значительно лучше прогибаться под воздействием механических нагрузок. При использовании данных элементов для армирования дорожного полотна и фундамента такая их характеристика является некритичной, но для укрепления плит перекрытия лучше использовать металлические конструкции или производить дополнительные расчеты.
  • Армирующие элементы, изготовленные из стеклопластика, обладают свойством сильно размягчаться и терять свою упругость при нагревании до температуры 600 градусов. Поэтому при использовании стеклопластиковых деталей лучше позаботиться о надежной теплоизоляции каркаса, произведенного из композитных материалов.
  • Выполненные из стеклопластика арматурные прутки нельзя сваривать, в отличие от металлических, поэтому если необходимость в такой операции имеется, лучше воспользоваться изделиями, во внутреннюю часть которых еще на стадии их производства вмонтирована стальная трубка.
  • Арматуру, изготовленную из композитных материалов, лучше не сгибать на строительной площадке: это может вызвать ее повреждение. Такую операцию, ориентируясь на чертежи арматурного каркаса, лучше выполнить на производственной площадке.
  • Сложность и непривычная для современных строителей технология монтажа — еще один недостаток армирующих элементов, изготавливаемых из стеклопластика. Между тем такой недостаток нельзя считать слишком значительным, если учитывать, какой надежностью и долговечностью отличаются стеклопластиковые конструкции.

Крепление стеклопластиковой арматуры с помощью хомутов и фиксаторов

Применение арматуры из стеклопластиковых материалов

Уникальные характеристики, которыми отличается арматура, изготовленная из стеклопластиковых материалов, позволяет применять ее в самых различных сферах. Так, данный материал успешно используется в следующих областях:

  • укрепление фундаментных систем, в особенности тех, которые относятся к ленточному типу;
  • армирование бетонных конструкций, которые играют роль опорных элементов, в частности, опор ЛЭП;
  • укрепление бетонных элементов различных ограждений, мостовых систем, дорожного полотна;
  • армирование элементов железнодорожных путей, тротуарной плитки;
  • укрепление бетонных конструкций, подверженных высокой коррозионной и динамической нагрузке: причалов, доковых сооружений и др.;
  • укрепление береговых сооружений;
  • монтаж канализационных и мелиоративных сооружений;
  • использование в качестве стержней и сеточных систем в сельском хозяйстве и различных отраслях промышленности;
  • монтаж сейсмостойких поясов в бетонных конструкциях различного назначения.

Пример использования композитной арматуры при возведении стен по технологии несъемной опалубки

Арматурные элементы, изготовленные из стеклопластика, — это инновационный материал, использование которого позволяет избежать трещин и разрушений в бетонных конструкциях. Преимуществом его применения является и то, что он способен сохранять свои характеристики на протяжении длительного периода времени, чего нельзя сказать о его металлическом аналоге. Между тем выбирая, какие армирующие элементы лучше использовать, следует иметь в виду, что изделия из композитных материалов, достаточно недавно появившиеся на строительном рынке, еще не прошли длительной проверки на практике.

Какую арматуру выбрать: стеклопластиковую или металлическую, каждый пользователь решает сам, но в пользу изделий из стеклопластика и других композитных материалов говорят их механические характеристики, надежность и долговечность.

Выбираем между металлической арматурой и стеклопластиковой продукцией. Все «за» и «против». Мнения и отзывы

В строительной отрасли все чаще и активнее используются новые технологии и высокотехнологичные инновационные материалы, качественные и эксплуатационные параметры которых на порядок превышают аналогичные показатели обычного строительного сырья. Одним из перспективных направлений развития передовых материалов является создание стеклопластиковой арматуры, которая, несмотря на свое недавнее появление, уже успела стать достойной альтернативой металлическому аналогу.

Что такое стеклопластиковая арматура?

Внешне стеклопластиковая арматура, многочисленные отзывы о которой Вы можете найти у нас на сайте, напоминает специальный стержень из сверхпрочного пластика диаметром 4-18 мм и длиной до 12 м.

Поверхность спиралевидного профиля на ощупь ребристая, благодаря чему ее крепление в бетонное основание получается наиболее прочным и надежным, следовательно, подходит для успешного выполнения широкого спектра строительно-монтажных работ.

стеклопластиковая арматура

преимущества стеклопластиковой арматуры

 

Сравнивая прочностные характеристики традиционной и известной всем арматуры из металла и перспективным стеклопластиковым изделиям, обнаружим, что каркас последней более устойчив, что увеличивает в несколько раз эксплуатационный период различных конструкций промышленного, гражданского или строительного назначения даже в условиях агрессивной внешней среды. Особая, сложнейшая технология изготовления, использование качественного сырья и современного оборудования полностью исключают возможность кустарного изготовления, поэтому вся стеклопластиковая продукция, которую Вы встретите на рынке, произведена в заводских условиях в соответствии с требованиями и нормами ГОСТов.

Достоинства и недостатки стеклопластиковой арматуры. Отзывы

Прежде всего, отметим важнейшие характеристики арматуры, не имеющей металлических опор:

  • Легкий вес, не создающий дополнительную нагрузку на основание фундамента, что позволяет увеличить срок службы здания;
  • Отличная устойчивость к разрывам дает возможность применять стеклопластиковые элементы на наиболее ответственных и сложных участках. Композиция малого веса и хорошей прочности выделили подобный строительный материал в отдельную группу и сделали его наиболее популярным;
  • Хорошая устойчивость к агрессивному воздействию окружающей среды. Вспомним металлическую арматуру, которая со временем окисляется и негативным образом сказывается на технических характеристиках строения;
  • В некоторых отзывах о целесообразности использования арматуры из стеклопластика можно встретить упоминание о том, что этот стройматериал не является проводником электрического тока. И это правда. Отметим, что постоянный ток, который присутствует в металлической арматуре, используемой для заземления, считается катализатором процесса окисления металла, что, как мы обозначили выше, пагубно сказывается на эксплуатационных параметрах стен. Безусловно, арматура из стеклопластика не предназначена для обустройства столь удобного заземления, но на сроке эксплуатации дома Вы явно выиграете;
  • Высокая износоустойчивость гарантирует длительный срок службы.
сравнительная характеристика видов арматуры
таблица равнопрочной замены металлической арматуры на стеклопластиковую

 

Обобщив отзывы об использовании стеклопластиковой арматуры в строительстве, выделим следующие отдельные негативные моменты:

  1. Сравнивая модуль упругости арматуры из стеклопластика и из стали, отметим, что первый вариант проигрывает приблизительно в 4 раза, другими словами, при одинаковом диаметре стеклопластиковая продукция будет значительно сильнее прогибаться. Этот показатель позволяет применять подобный материал при создании дорожных плит и выполнении фундаментных работ, однако при изготовлении плит перекрытий понадобятся дополнительные расчеты;
  2. Нагреваясь до 600˚С, композит значительно размягчается и теряет упругость. Поэтому для повышения огнеупорности необходимо задуматься о проведении дополнительных теплоизоляционных мероприятий тех конструкций, в которых используется композитный, стеклопластиковый материал;
  3. Судя по многочисленным отзывам, электросварка в отношении арматуры из стеклопластика недопустима. Вместо нее можно воспользоваться трубками из стали, которые традиционно монтируются внутрь стержня непосредственно на заводе. С такими изделиями можно работать с помощью электрической сварки;
  4. Не рискуйте сгибать арматуру из стеклопластика на строительной площадке, Вы можете повредить ее. Целесообразнее придать ей нужную форму еще на производстве, ориентируясь на готовые чертежи будущего здания;
  5. Пожалуй, к последнему, но существенному недостатку можно отнести сложность монтажа. Впрочем, это не должно отпугнуть профессионального строителя, ведь на кону – надежность, прочность и эффективность.

Сфера применения

Изучив мнения пользователей, определив и разложив по полочкам все плюсы и минусы инновационного продукта, смело можно сказать, что она не ограничивается узконаправленным применением, а активно используется в самых различных областях:

  1. Фундаментные работы, в особенности ленточного типа;
  2. Создание опор освещения, ЛЭП;
  3. Дорожная реконструкция, строительство опор для ограждающих конструкций, мостов, усиления полотна;
  4. Для повышения прочностных характеристик ж/д шпал, тротуарной плитки, дорожных плит;
  5. В подверженных ускоренной коррозии конструкциях: причалах, доках, в сооружениях с высокой динамической нагрузкой;
  6. Берегоукрепление;
  7. Канализационные, мелиоративные работы;
  8. В роли стержней и сеток в сооружениях промышленного и сельскохозяйственного назначения;
  9. Для сооружения сейсмоустойчивых поясов вновь возводимых конструкций.

Обобщая вышесказанное, можно сделать вывод, что стеклопластиковая арматура – это надежный и прочный строительный материал нового поколения, который исключает образование трещин и разрушений в бетонном основании, а также сохраняет свои первоначальные механические характеристики в течение длительного времени. В следующей статье мы расскажем как устанавливать столбы для электричества на участке.

Какая арматура лучше — металлическая или стеклопластиковая

При строительстве фундамента, производится его обязательное армирование. Раньше, когда арматура выпускалась только из металла вопрос о ее выборе не стоял так остро. Достаточно было только рассчитать количество материала и выбрать подходящее сечение.


Сегодня, кроме металлической арматуры существует еще и стеклопластиковая. Поэтому у частных застройщиков появляется вопрос: Какая арматура лучше — металлическая или стеклопластиковая?

В этой статье попробуем в этом разобраться и проведем сравнение стеклопластиковой и металлической арматуры.

Стеклопластиковая арматура

По отношению к этому материалу есть стереотипы: пластик — значит хрупкий, горит и т.д. Однако если знать где она применяется, то мнение кардинально меняется. Сфера применения арматуры из стеклопластика:

  1. Возведение ЛЭП;
  2. Строительство и ремонт дорожного полотна;
  3. Возведение ограждающих опор и мостов;
  4. Строительство объектов химической промышленности;
  5. Объекты требующие отсутствия электромагнитного излучения;
  6. Несъемная опалубка и армирующие пояса зданий, в районах с высокой сейсмической активностью.

Видео: Композитная арматура — сравнение со стальной

Достоинства стеклопластиковой арматуры

Одним из преимуществ читается — небольшой вес. Ее вес в пять раз меньше по сравнению с классической арматурой из металла. Отсюда вытекает еще несколько плюсов, а именно: с ней становится легче не только работать, но и доставлять на площадку. Эта арматура выпускается в бухтах, поэтому для транспортировки не потребуется нанимать длинномер.
Не проводит электроток и не создает электромагнитных помех. Благодаря таким качествам стала широко применяться при обустройстве и реконструкции коммуникаций аэропортов и больниц.
Можно использовать в агрессивной среде: морская вода, щелочь, кислота. Устойчива к морозам, не теряет свойства даже при температуре минус 40º С.


Остальные достоинства:

  • доступна любая длина стержня;
  • высокая прочность на разрыв;
  • не подвержена коррозии.

Недостатки

Несмотря на все свои плюсы, этот материал имеет и минусы. Из недостатков можно выделить:

Прут из стеклопластика изогнуть не получится. Если при строительстве есть необходимость в фигурном армировании лучше выбирать стальную арматуру;

Нельзя сваривать. Хотя лучший способ соединения считается связывание прутов арматуры, все же иногда возникает необходимость в электросварке;

Низкий показатель термостойкости. Стеклопластик выдерживает температуру до плюс 100º С, при температуре выше он начинает плавиться. Поэтому после пожара конструкция здания будет ненадежной.

Металлическая арматура

Классическая арматура из металла проверенна временем и в некоторых случаях просто незаменима. Сфера применения широка, вот только несколько пунктов где без нее не обойтись:

Конструкции из железобетона — не смотря на достоинства пластиковой арматуры, при армировании бетона используется металлическая, а стеклопластик играет вспомогательную роль;

Используется при строительстве конструкций гражданского и промышленного назначения, изготовление тяжелого бетона и монолитного фундамента также не обходится без нее;

Конструкции с повышенным поперечным сжатием.

Преимущества металлической арматуры

  • Высокая прочность;
  • Упругая, выдерживает высокие нагрузки на изгиб;
  • Прут можно согнуть как угодно;
  • Устойчива к внешнему воздействию.

Недостатки

  • Основной недостаток — подверженность коррозии;
  • Еще один значительный минус — большой вес;
  • Длина прута фиксирована и не превышает 11,7 м.

Таблица сравнения стеклопластиковой арматуры с металлической

Подведем итоги

Нельзя дать однозначный ответ о том какая арматура лучше, металлическая или стеклопластиковая. Выбор будет зависеть от конструктивных особенностей здания и условий в которых оно будет эксплуатироваться. Специалисты рекомендуют использовать стеклопластик для армирования стен. Так же она подходит для создания армопояса.

В этом случае снижается нагрузка на фундамент. При монтаже фундамента выбор зависит от массы сооружения. Для тяжелых зданий от 2х этажей и выше лучше использовать металлическую арматуру, а для легкого строения подойдет и стеклопластиковая.

Не самый последний фактор который влияет на выбор — стоимость. Может показаться, что стеклопластиковый вариант стоит дороже, но это только на первый взгляд.

При равной прочности, стеклопластик имеет сечение меньше чем сталь. Таким образом получается, что стоимость равных по своим параметрам элементов будет примерно одинакова.

Посмотрите видео: арматура стеклопластиковая и металлическая сравнение

В каких случаях какая арматура лучше: металлическая или стеклопластиковая

Автор perminoviv На чтение 5 мин Просмотров 14 Опубликовано

На строительном рынке недавно появилась арматура для ЖБИ-изделий из композитного материала – стеклопластика. Продавцы ее активно продвигают, и она уже заняла значительную потребительскую нишу. Арматура из стеклопластика характеризуется неплохими эксплуатационными параметрами и ассортиментным разнообразием, но всегда ли целесообразно ее использование?

Давайте попробуем разобраться, какая арматура лучше металлическая или стеклопластиковая. В каких случаях рационально использовать тот или иной вариант.

Стальная арматура производится и используется давно, на сегодняшний день разработано много ее видов. Их принято классифицировать по таким параметрам:

  • конфигурация профиля;
  • нагрузкам, которые может принять изделие;
  • способ распределения нагрузок;
  • принцип работы;
  • технологии производства.

При изготовлении железобетонных конструкций чаще всего используются такие варианты стальной арматуры:

  • Рабочая. Прутки прекрасно принимают все нагрузки на растяжение, и оптимально выдерживают – соскальзывающие воздействия.
  • Распределительная. Эти стержни удерживают арматурную конструкцию в определенном положении, и однородно распределяют нагрузки между ее частями.
  • Монтажная. Применяется для формирования каркаса.
  • Анкерная. Этот вид используется в качестве закладных конструкций.

По принимаемым нагрузкам арматурная продукция подразделяется:

  • Продольная. Она предназначена для купирования растягивающих нагрузок, она предотвращает появление трещин вертикального направления, в том числе в «узких местах».
  • Поперечная. Этот вид препятствует формированию разрывов по наклону, которые формируются в зоне опор от скользящих напряжений.

По способу распределения нагрузок различают:

  • единичные стержни;
  • каркасы;
  • армирующие сетки.

По технологии изготовления арматуру из металла классифицируют:

  • проволока
  • стержни
  • канаты

Арматура стеклопластик или металл в обязательном порядке классифицируется по эксплуатационным параметрам. А композитные изделия еще принято различать по типу использованного материла в изготовлении волокон, помимо стекловолокна:

  • базальт;
  • арамид;
  • углерод.

Волокна пропитывают полимером. Чаще в производстве используется эпоксидная смола. Стержни отправляются в печь для просушки. После этого изделие является готовым, его можно использовать в производстве железобетонных конструкций. Диаметр прутков может варьироваться от 0,4 до 1,8 см, длина стандартных стержней может достигать 12 метров. На поверхности стеклопластиковых изделий сформированы спиралеобразные ребра, подобно металлической продукции, для надежного соединения с железобетоном.

Достоинства и недостатки

Сначала рассмотрим свойства металлической арматуры, хотя, ее достоинства очевидны – дома, построенные в начале XX века с применением этих изделий, до сих пор не только сохранились, но и вполне функциональны. Стержни из стали характеризуются такими преимуществами:

  • высокая прочность на изгиб, сжатие и другие деформации;
  • прутки универсальны в применении;
  • хорошо адгезируются с бетоном;
  • широчайший диапазон рабочих температур;
  • монтируются стандартно, с применением сварочных установок.

Но в сравнении с новой композитной продукцией, изделия из металла проявляют следующие недостатки:

  • они имеют значительную массу;
  • металл подвержен коррозии;
  • металл характеризует высокая способность проводить температуру, что вызывает промерзание конструкций в холодное время года;
  • высокая стоимость, включая транспортировку.

Композитная продукция привлекает потребителей своей ценой, которая вдвое ниже. У арматуры стеклопластиковой технические характеристики также весьма высоки:

  • высокая устойчивость к коррозии;
  • небольшая масса;
  • нейтральность к большинству агрессивных веществ;
  • эластичность;
  • стеклопластик не проводит электроток;
  • не формирует радио- и электронных помех, не создают преграду электромагнитным волнам.

Сравнение стальной и стеклопластиковой арматуры формирует понимание недостатков материала из композита:

  • стержни из стекла и пластика плохо переносят нагрузки на изгиб, что обуславливает невозможность их использования в конструкциях, подверженных таким нагрузкам: балки, перекрытия и подобные элементы;
  • небольшой диапазон рабочих температур, особенно к низким значениям;
  • установка арматуры сложна, поскольку композитные стержни не подлежат технологии обработки сваркой.

Из сопоставления двух типов арматур становится понятно, что стеклопластиковые изделия следует применять строго, согласно техническим характеристикам. В противном случае железобетонные конструкции будут ненадежны.

Область применения

Не смотря на все имеющиеся достоинства стеклопластиковой арматуры, использовать ее следует с большой осторожностью. Лучше предварительно проконсультироваться со специалистами, которые не заинтересованы в раскрутке данной продукции. Главная причина тому – кардинальные отличия материалов: бетона и стеклопластика.

На самом деле не существует результатов независимых экспертиз, все технические характеристики заявлены производителями, после локальных экспериментов. Тем более что компании порой делают совершенно различные заявления, поскольку их технологии производства различаются существенно. Рекламации производителей остаются только рекламациями, и не являются нормативной базой. Так, прочность стеклопластика на растяжении выше, чем у металла, в 4 раза, но поведение материала напрямую зависит от направления вектора нагрузки. Поэтому реальные показатели данного параметра до сих пор остаются инкогнито.

Арматура из металла, сваренная в конструкции

Относительно применения стеклопластиковой арматуры разработан СНиП52-01, но он содержит лишь общие предписания. Поэтому целесообразно для ответственных железобетонных конструкций использовать металлические изделия.

Ценовой аспект использования при строительстве

При выборе арматуры чаще покупатели руководствуются ценовым аспектом в отношении единицы веса готового изделия. Но данный подход в сравнении стоимости арматуры из металла и стеклопластика абсолютно не верен, поскольку материалы имеют различную плотность. Так, тонна арматурной продукции из композита, благодаря меньшему значению вышеназванного параметра, может иметь в партии до 5 раз больше изделий, в сравнении с металлической, такого же диаметра. Поэтому сложно определить, какая арматура дешевле металлическая или стеклопластиковая, поскольку следует учитывать параметры расхода бетона, затраты на транспортировку и качество готовых железобетонных конструкций. Следует понимать, что по завершении гарантийного срока, у предприятия, которое возвело ненадежное сооружение или изделие остается законодательная и моральная ответственность.

Сравнение композитной арматуры и металлической

Для укрепления бетона используется арматура разных видов. Какая из них лучше? Что выбрать: стеклопластиковую или металлическую арматуру? Чтобы дать точный ответ на эти вопросы, стоит основательно разобраться в преимуществах этих материалов.

Стеклопластиковая или композитная арматура: особенности

Для изготовления композитной арматуры используют стекловолокно, базальт и высокопрочный пластик. Волокна в бухтах могут иметь диаметр от 4 до 12 мм. На волокна наносятся ребра, чтобы обеспечить максимальное сцепление арматуры с конструкцией.

По характеристикам композитная арматура по многим критерием превосходит металлическую, так как она имеет меньший вес, высокую прочность, большую устойчивость к коррозии. К преимуществам стеклопластиковой арматуры отнести можно также влагоустойчивость, диэлектрические свойства, большой выбор сечений, легкость транспортировки. Только вот композитные изделия используются не во всех сферах деятельности. Например, для конструкций с высокими нагрузками на изгибах, в перекрытиях они не подходят. В основном, композитную арматуру используют для армирования ж/д путей, ленточного фундамента, береговых сооружений, мостов, канализационных конструкций и т.п.

Монтаж стеклопластиковой арматуры производится с помощью специальных хомутов, сваривать такие изделия нельзя. Пруты также сгибать не рекомендовано, иначе можно повредить стержень.

Немаловажен тот факт, что эта арматура требует особых условий производства, использование специального оборудования, сырья. Это дает гарантии того, что приобрести композитный материал, изготовленный кустарным способом невозможно.

Металлическая арматура: особенности

Изготавливают ее в виде стальных прутов с рифленой или гладкой поверхностью. В зависимости от области использования выделяют несколько видов этих изделий:

· Рабочие. Отличаются устойчивостью к нагрузкам на растяжение. Нашли применение в изготовлении ригелей, фундаментов и т.п.

· Монтажные. Эти изделия используются при возведении каркасов.

· Распределительные. Способны равномерно распределить нагрузку и удерживать в нужном положении конструкцию.

· Анкерные. Применяется для закладных конструкций.

· Продольные. Купируют растягивающие нагрузки, что не допускает возникновения трещин.

· Поперечные. Не допускают разрыва от скользящих напряжений.

Стальная арматурная продукция имеет разный класс, диаметр. Также маркируются изделия в зависимости от прочности структуры, класса устойчивости к коррозии. Реализуются они в пачках или связках с прутами до 12 м в длину.

К преимуществам стальной арматуры можно отнести отличные адгезионные свойства, огнестойкость, универсальность, устойчивость к деформациям. Огромным достоинством является возможность монтажа как путем связки проволокой, так и сварки.

Что касается недостатков, то стоит отметить большой вес, теплопроводность, подверженность коррозии.

Ценовой аспект

Поскольку материалы имеют различную плотность, то и определить, какая из арматур дешевле, выгоднее с точностью нельзя. Нужно учитывать параметры расхода бетона, качество готовых конструкций, затраты на транспортировку.

Что надежнее?

Изучая все достоинства и недостатки металлической и композитной арматуры можно сказать одно – выбор зависит от нагрузок конструкции. Например, для многоэтажных построек использовать стоит металлические изделия с нужным диаметром сечения. Как упоминалось ранее, стеклопластиковый материал в силу своих характеристик лучше всего подойдет для устройства ленточного фундамента. Кроме того, многие застройщики стали успешно практиковать комбинирование материалов. К примеру, основной каркас сваривается из металлических прутов и заполняется стеклопластиковыми стержнями.

Композитная или металлическая арматура | Компания «АСТИМ»

На российском рынке уже несколько лет можно встретить композитную арматуру.

Ее производители и дистрибьюторы наперебой вещают об уникальности этого вида строительного материала. Не будем утверждать, что композитной арматуре не место на стройке.

Мы лишь проведем сравнение и определим, где лучше использовать из композитного материала, а где из металла.

Долговечность

Металл может сохранять свойства 150 лет, композитная арматура
50—80 лет.

Весьма условное свойство. Чтобы его рассчитать точно, понадобится учесть десятки факторов. Статическая, динамическая нагрузка, сейсмические волнения, перепады температур в каждой конкретной местности, где производится строительство. И это только общие обозначения некоторых из них.

При корродировании металла образуется ржавчина, которая оказывает разрушающее действие на бетон. Однако при соблюдении правил строительства, металл может сохранять свои свойства более 150 лет. Подтверждением тому являются здания, построенные еще в 19 веке, и стоящие по сей день. Кстати, патент на железобетон был выдан аж в 1854 году.

Производители композитной арматуры сообщают о 50-80 годах долговечности. Но эти данные пока что не имеют фактического подтверждения. Да, проводились неоднократные испытания, в которых моделировали совокупность воздействий окружающей среды на армированные конструкции. Но вряд ли их результаты могут гарантировать отсутствие деформации строения в течение прогнозируемого времени.

Предел прочности

на растяжение

стальная арматура
17-25%, стеклокерамическая
2,2 %.

Мы не будем приводить различные формулы расчета и путать вас цифрами. Возьмем лишь два значения по данному параметру из официальных данных ГОСТов: стальная 17-25%, стеклокерамическая 2,2 %. Что нам дают эти цифры? Железобетонная конструкция в момент своих предельных состояний может деформироваться и даже разрушиться. Но при разрушении бетона арматура сохранит свою целостность до достижения указанных значений. То есть, прежде чем разрушится, арматура получит растяжение, равное четверти от ее длины. Не стоит забывать, что расчет количества берется с учетом необходимого запаса прочности конструкции. Если на ЖБК (железобетонные конструкции) оказывается воздействие, по силе и продолжительности превышающее расчеты проекта, то разрушение будет происходить не сразу. Это позволит оперативно принять соответствующие меры.
Что же будет с АСК (стеклокерамическая) при аналогичном воздействии? Прочность бетона на растяжение крайне мала. И если предельное состояние для стеклокерамической арматуры будет достигнуто, то ее разрыв произойдет, как только она растянется всего на 2,2%. Человек может не заметить и трещинки в фундаменте, как все строение может обрушиться в одно мгновение без видимых на то причин.

Модуль упругости


стальная арматура
200 000 мПа,
стеклокерамическая
55 000 мПа.

Данный модуль влияет на то, как арматура устойчива к прогибу. А-3 А400С имеет модуль упругости равный 200 000 мПа, в то время как АСК имеет показатель в 55 000 мПа. Это означает, что использование АСК в перекрытиях, а так же в фундаменте с высокими нагрузками и без предварительного напряжения крайне нежелательно и не экономично.

Анкеровка

стальная арматура
готова к анкеровке,
стеклокерамическая
не предусмотрено производителем .

Чтобы арматура воспринимала воздействие усилий, необходимо завести ее за расчетное сечение на определенную длину или установить на концах прута специальных анкеров.

С металлической арматурой все просто. Ее можно загнуть крюком, сплющить конец, поставить муфту, сделать резьбу и установить анкерную гайку. В некоторых случаях допускается даже сварка.

Композитная не обладает выше указанными возможностями. К сожалению, ее производители не выпускают какие-либо устройства, помогающие произвести анкерование должным образом. При этом стоит обратить внимание, что АСК хуже сцепляется с бетоном и в результате продергивания сможет привести к разрушению конструкции.

Термостойкость

стальная арматура
600℃,
стеклокерамическая
140℃.

Металлическая выдерживает температуру до 600℃. В АСК начинает разрушаться при 150℃.

Полное разрушение волокон произойдет при достижении 400℃. Из этого следует, что в случае наступления предельных  для АСК температуры, стальная арматура останется целой.

Электропроводность

стальная арматура
является проводником,
стеклокерамическая
диэлектрик.

Металлический металлопрокат является хорошим проводником. Может использоваться как элемент заземления, громоотвода.

Композитный материал по своей сути является диэлектриком. Поэтому все выше указанные свойства ему недоступны. Но при этом такой вид арматуры может применяться в конструкциях, где диэлектрическое свойство является крайне важным.

Коррозийность

стальная арматура
корродирует,
стеклокерамическая
не подвержена коррозии.

Металлическая корродирует. Особенно в местах, где она контактирует с окружающей средой, а так же в местах сварки. Отрицательно так же влияет бетон с добавками хлоридов и сульфатов, которые часто применяются для ускорения его застывания. Однако, если брать бетон без подобных присадок, то он, являясь щелочным по своей сути и полностью покрывающим арматуру, надежно защищает ее от коррозии продолжительное время.

Стеклопластиковая и подобные ей по типу не подвержены коррозии совсем. Что позволяет их использовать в агрессивной среде. Например, при контакте с морской водой.

Транспортировка

стальная арматура
требует спец техники,
стеклокерамическую
можно перевозить в легковой машине.

Тут бесспорное превосходство композитного материала. Если для перевоза металлической арматуры потребуется специальный грузовой транспорт, то композитную (в небольших количествах) можно перевезти и на легковой машине. До диаметра в 12 мм. АСК производят в виде бухты. Что тоже способствует удобству разгрузки и транспортировки.

Экономия на стоимости транспортировки композитной арматуры ощущается при малом строительстве. Так как при больших поставках разница будет не столь существенна.

Вес конструкции

вес конструкции с применением
арматуры стальной или композитной
примерно равен.

Металлический каркас армирования весит в 4-5 раз больше, чем стеклопластиковая арматура. Но давайте разберемся, насколько это критично.

Например, в плите перекрытия ПП 2,2.48.10-20-к7-п весом чуть более 1,5 тонны, количество металлической арматуры составит 21 кг. Если мы посчитаем вес стеклопластикового армирования, то поймем, что разницы между 1555 кг. с металлом и 1538 кг. с композитным материалом практически нет.

Гибкость

стальная арматура гибкая,
стеклокерамическая ломкая.

Металл хорошо гнется. Это позволяет избегать лишней резки при угловых соединениях арматуры.

Композитный оппонент напротив — сломается при первой попытке согнуть прут под углом 45 градусов. Чтобы композитная арматура имела необходимые по вашему расчету изгибы, ее придется заказывать специально на заводе-изготовителе. Что увеличивает как временные, так и денежные затраты. Экономия на стоимости транспортировки композитной арматуры ощущается при малом строительстве. Так как при больших поставках арматуры разница будет не столь существенна.

Репутация производителей

производители стальной арматуры — крупные компании
стеклокерамическую арматуру проще потделать

Металлическая арматура производится по жестким правилам на специализированных заводах. Технология производства отработана десятилетиями. Проводятся масштабные проверки качества каждой партии металла. Компания Астим работает только с самыми крупными и проверенными производителями стальной арматуры и металлопроката: НЛМК, СЕВЕРСТАЛЬ и  ЕВРАЗ. Это дает гарантию качества и отсутствие подделок.

АСП могут производить как крупные, так и мелкие предприятия. Для изготовления такой арматуры не нужны сталелитейные цеха, многотонные краны, металлургические станки. Для организации производства стеклокерамической арматуры нужны куда меньшие объемы вложений. Чем стали пользоваться не чистые на руку дельцы. Поэтому на рынке можно встретить достаточное количество подделок.

Применение:

Металлическая арматура применяется повсеместно. Везде, где требуется устойчивость к внезапным разрушениям из-за критических внешних нагрузок, в несущих кладках, фундаментах и перекрытиях. Жилищно-гражданское, промышленное, сельскохозяйственное, гидротехническое, транспортное строительство не может пока что обойтись без стальной арматуры. Методология определения необходимого количества металла позволяет добиться нужного результата: надежной и долговечной службы возводимого строения. Металлическую арматуру выбирает тот, кто не хочет рисковать ни своими вложениями, ни своим здоровьем и здоровьем близких.

Композитная арматура может использоваться для создания фундамента для легких строений (веранда, подсобное помещение, уличный туалет), малоэтажного строительства при допущении столь низкого модуля упругости (в 4 раза меньше металлического аналога), временных построек, не несущих кладок. Композитную арматуру можно использовать там, где требуется возведение конструкций с изоляцией электричества (опоры ЛЭП), конструкций, которые будут подвергаться воздействию агрессивной окружающей среды. Ее применение возможно только при выше указанных условиях и проведении качественных предварительных расчетов.АСП могут производить как крупные, так и мелкие предприятия. Для изготовления такой арматуры не нужны сталелитейные цеха, многотонные краны, металлургические станки. Для организации производства стеклокерамической арматуры нужны куда меньшие объемы вложений. Чем стали пользоваться не чистые на руку дельцы. Поэтому на рынке можно встретить достаточное количество подделок.

Навигация по записям

Какая арматура лучше металлическая или стеклопластиковая: применение,сравнение, плюсы и минусы

2018.04.19

В нашем быстро развивающемся мире технологий, всегда есть нужда в альтернативных вариантах, будь то сырье или готовый материал во всех областях промышленности. Речь идет о выборе между чем-то, в нашем случае поговорим об арматуре. Сейчас без её использования не обходится не одна строительная сфера, ну если вы, конечно, не строите деревянный дом без гвоздей. В нашем примере мы рассмотрим строительство железобетонных конструкций, домов и дорог, из металлических и стеклопластиковых элементов, а также поговорим о свойствах, отличиях и областях их применения.

СОДЕРЖАНИЕ:

  1. Свойства и недостатки
  2. Сравнение стеклопластика с металлом
  3. Характеристики
  4. Применение стеклопластиковых материалов

Начнем, пожалуй, с самого распространенного вида металлической арматуры, область ее применения достаточно широка (от строительства железобетонных конструкций до полотна дорог), одним из основных преимуществ металла является то, что он поддается сварке, что дает возможность сделать наиболее прочные соединения между прутьями.

Также она является проводником, благодаря чему ее использование в качестве заземления можно отнести, как к достоинствам, так и к недостаткам. Давайте попробуем разобраться, что для вас важнее: во-первых, поставить целью добиться заземления какого-то объекта, то конечно её использование не оставляет никаких сомнений, соответственно, если металлическая арматура используется в качестве заземления, то это подвергает ее окислению, уменьшая срок службы, плюс к этому не забываем, что метал подвержен коррозиям; во-вторых, если вашей целью не стоит вопрос заземлять что-то и варить соединения, то конечно же отдаем преимущество композитной.

Свойства и недостатки

Стеклопластиковая арматура изготавливается из стекловолокна и полимерных смол, её преимущество легкий вес и сверхпрочность, внутренний стержень обернут спиралевидными ребрами с помощью которых осуществляется надежное сцепление с бетоном. К самым важным недостаткам относятся, пожалуй, это отсутствие текучести при растяжении. В результате этого исключается возможность изменять форму без нагрева.

Еще одним недостатком будет фактор нанесения вреда здоровью, при резке данного композита образуется пыль, состоящая из мелких стеклочастиц. При распылении подобной стеклопыли есть вероятность занесения заноз, повреждения глаз и дыхательной системы.

Арматура стеклопластиковая и металлическая сравнение

Если сравнивать композитную и металлическую, рассмотрим такие качества, как легкий вес, сверхпрочность и коррозийную стойкость, что помогает создавать более крепкие каркасные сооружения. Отличительные характеристики которыми обладают композитные элементы, объясняются особенностями внутренней структурной сетки будут следующими:

По сравнению со сталью, композит превосходит достаточно большим модулем упругости превышающий аналогичные характеристики изделий из металла примерно в 4 раза. Из этого следует что уровень прогиба под влиянием нагрузок у композита будет значительно выше нежели у прутков из металла. При армировании данных элементов в полотна дорого, откосов и фундамента подобные свойства не критичны. Но для использования в напряженных конструкциях предпочтительнее использовать сталь.

Полимерная арматура превосходит, стальную по параметрам, на сжатие на 40%, на растяжение на 30%

Еще одним аргументом будет прочностной потенциал удельной прочности в 10 раз превышающий стальные элементы. Внутренний стержень задает своего рода основание для прочности, благодаря параллельному соединению стекловолокон, композитные смолы, выступают в качестве связующего.

Внешний слой обволакивает внутренний стержень и образует спираль, которая обеспечивает высокую связку с бетоном.

Сравнение характеристик арматуры

Каркасные сооружения из стеклопластика несут в себе ряд преимуществ:

Сравнение характеристик:

  1. полимер не обладает электропроводностью, поэтому в конструкции из этого композита отсутствует наводящий ток и магнитные поля, в результате исключаются радиопомехи;
  2. влияние стеклопластика на окружающую среду на сегодняшний день не зафиксировано; не обладает токсичностью при распаде, не обсорбирует радиацию даже спустя много лет нахождения в экстремальной бетонной среде.

При соответствии изделия всем техническим нормам сертификации, температурный коэффициент расширения с бетоном одинаков, не зависимо от изменений температуры окружающей среды. Под влиянием внешних факторов среды армированная конструкция расширяется и сужается в совокупности с бетонными сооружениями, исключая возникновение разрывов и трещин.

Пропорции диаметров прутков при армировании каркаса фундамента

Напоследок хотелось отметить еще одно явное преимущество, объемы транспортировки стеклопластика. Вы только представьте, что перед вами стоит задача доставить два камаза (в одном грузовике стальные элементы, в другом стеклопластиковые). Если к примеру загрузить 5 метров стальных прутков весом 10 кг и взять пруток полимера той же длинны весом 2 кг. Чувствуете разницу? Загрузив тонну металла, у вас будет половина кузова, а если взять тонну стеклопластика, грузовик будет набит доверху. Вывод очевиден.

Применение композитной арматуры

На сегодняшний день использование полимеров в больших масштабах не ограничивается в промышленном и гражданском строительстве, на малоэтажных и коттеджных объектах. Уникальными особенностями, которыми обладает этот материал, позволяет применять ее в самых различных областях, таких как строительство дорожного полотна (используется для устройства покрытий, субъектов), так же практикуется применение в укреплении откосов.

Полимерный материал рекомендовано использовать в сейсмоопасных зонах 7 — 9 баллов в качестве основного эксплуатируемого материала бетонных сооружений.

При выборе материала нужно задать себе вопрос, а что я собираюсь делать, какой объект строить. Из всего, что мы выяснили по ходу нашего сравнения, следует сделать вывод не о том, что лучше, а какой материал целесообразнее использовать в конкретных случаях.

Ниже приведены несколько информационных роликов, которые будут интересны для вас, если вам понравилась эта статья, просим поставить лайк или оставить отзывы на сайте. Спасибо.

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.

Композитная арматура по сравнению со стандартной стальной арматурой

Q. Что будет со стекловолокном и арматурой из углеродного волокна? Я узнал об этих вариантах композитной арматуры недавно, когда услышал, как подрядчик упомянул, что их стоимость теперь сопоставима со стандартной стальной арматурой. Но я не уверен, насколько точен мой источник, и когда вы использовали бы один по сравнению с другим. И где в эту смесь вписалась бы арматура с эпоксидным покрытием?

A. Билл Палмер, редактор woc360.com , член Американского института бетона, лицензированный профессиональный инженер и бывший редактор Concrete Construction , отвечает: Арматура из углеродистой стали уже более века используется для обеспечения прочности на растяжение железобетона. Это дополнительное армирование необходимо, потому что прочность бетона на растяжение (при прямом растяжении) составляет всего от 10% до 15% от его прочности на сжатие, поэтому бетон под давлением 3000 фунтов на квадратный дюйм может иметь предел прочности на разрыв всего 300 фунтов на квадратный дюйм по сравнению со сталью марки 60, которая имеет предел прочности на разрыв 60 000 фунтов на квадратный дюйм.

Когда к бетонной балке прикладывается нагрузка, она прогибается или изгибается, и бетон в верхней половине балки сжимается, а нижняя половина находится в растяжении. Сталь кладется около нижней части балки, и когда бетон, окружающий сталь, трескается — хотя вы можете даже не видеть трещины — сталь обеспечивает прочность на разрыв.

Обратной стороной стали в бетоне является то, что со временем влага, хлориды и кислород проникают в бетон и вызывают коррозию стали.Если коррозия достаточно сильная, бетонная балка (колонна или стена) теряет прочность на растяжение или изгиб. Это особенно проблема в конструкциях, которые подвергаются воздействию солей для борьбы с обледенением, таких как мосты или гаражи.

Фото любезно предоставлено Owens Corning Infrastructure Solutions Арматура из стеклопластика доступна в различных размерах и марках для различных областей применения. Здесь показана арматура из стекловолокна Pinkbar №3 от Owens Corning, которая, по словам компании, хорошо подходит для плоских работ благодаря своей коррозионной стойкости, легкому весу и простоте обращения.Также доступна арматура из стекловолокна повышенной прочности для применения в строительстве.

Для защиты стали в 1970-х годах была изобретена арматура с эпоксидным покрытием. За последние 50 лет тысячи конструкций были построены с использованием стержней с эпоксидным покрытием, и эпоксидное покрытие в основном успешно продлевает время до начала коррозии. Однако недавно некоторые государственные департаменты транспорта запретили использование арматуры с эпоксидным покрытием после обнаружения многих мостов, на которых покрытие отслоилось от стали.Достаточно всего лишь небольшого скола на эпоксидной смоле, чтобы коррозия могла начаться и распространиться под покрытием.

Однако существуют альтернативные армирующие материалы для бетона, которые можно использовать для предотвращения коррозии. Арматура из нержавеющей стали доступна, но довольно дорога, есть и оцинкованная арматура. Другой выбор — материалы, которые сочетают в себе полимерную матрицу со стеклянными, углеродными или базальтовыми волокнами — армированный волокнами полимер (FRP). Эти материалы не подвержены коррозии, они намного легче стали (примерно треть веса), они не нагреваются на солнце на рабочем месте, а их 4.В 5 раз сильнее по напряжению. Более новые стержни имеют шероховатый внешний вид, поэтому они хорошо сцепляются с бетоном.

Однако арматурный стержень из стеклопластика имеет некоторые недостатки. Стекловолоконные стержни в настоящее время стоят от 15% до 25% больше, чем эквивалентная стальная арматура. Кроме того, есть несколько вопросов о том, насколько хорошо они работают в огне — тают ли они и теряют ли силу? И были некоторые опасения по поводу их длительного прогиба или ползучести. Вопросы проектирования привели к более консервативному (и, следовательно, более дорогому) проектированию конструкционных бетонных элементов.Еще одна проблема заключается в том, что прутки нельзя гнуть в поле, их нужно заказывать гнутыми на заводе.

Но для легкой арматуры в плоских конструкциях, где основной целью является предотвращение трещин, арматура из стеклопластика вполне конкурентоспособна даже с точки зрения затрат, а поскольку она намного легче стали, она снижает трудозатраты. А из-за его высокой прочности требуется меньше армирования. Несколько компаний сегодня производят арматуру из стеклопластика. Owens Corning продвигает свой Pinkbar из стекловолокна, а Neuvokas производит GatorBar в Мичигане.GatorBar состоит из стержней из стекловолокна и базальтового волокна.

Покупатель, тем не менее, будьте осторожны. Дуг Гремель из Owens Corning говорит: «Легко срезать углы, используя менее дорогостоящую полиэфирную смолу, которая не будет столь же прочной при щелочности бетона, как стержни, сделанные из более качественной винилэфирной смолы, которая, как было показано, выдерживает в тестах на ускоренное старение и в реальном времени. Есть много очень недорогих китайских производителей стекловолокна, которые продаются за небольшую часть его стоимости. Это немного похоже на проблему китайского гипсокартона, на мой взгляд, с некоторыми из этих плееров.

Что касается использования углеродного волокна в арматуре FRP, Гремель говорит: «Карбоновый стержень, на мой взгляд, все еще остается в лагере экзотики. Это, безусловно, лучший материал, который разумно и целесообразно используется для структурного усиления существующих конструкций. Карбоновые стержни из стеклопластика, закрепленные эпоксидной смолой в неглубоких бетонных канавках в покрытии конструкций, как лейкопластырь, придают элементу почти чудесную дополнительную способность к изгибу и сдвигу. Однако углеродные стержни или арматурные стержни из углеродного волокна остаются как минимум в 10 раз дороже, чем стержни из стеклопластика и стальной арматуры.”

Пожалуй, лучшим решением для конструкционного бетона, который будет подвергаться воздействию солей для борьбы с обледенением, является горячеоцинкованная арматура. Оцинкованные стержни будут противостоять коррозии примерно в четыре раза дольше, чем стержни из углеродистой стали, а надбавка к цене составляет всего около 10%. Оцинкованные стержни легко доступны по всей территории США

.

Арматура из стеклопластика — Почему арматура из стеклопласта, а не из стали

Арматура из композитного материала и арматуры из стекловолокна (GFRP) — это решение проблемы коррозии железобетонных конструкций.Стекловолоконная арматура — отличная замена обычным типам стальной арматуры, и вот почему?

Ограничение для стальной арматуры:

  • Heavy (Увеличение логистических затрат, а также увеличение веса конструкции, что влияет на собственную частоту бетонной конструкции)

  • Коррозийный (даже ржавчина из нержавеющей стали, хотя она в 2-4 раза дороже, чем стеклопластик)

  • Очень высокая жесткость (конструкция становится очень жесткой и жесткой)

  • Очень ограниченное сопротивление усталости (циклическое нагружение)

  • Высокая теплопроводность и электрическая проводимость

  • Очень высокая плата за обслуживание черной стальной, оцинкованной арматуры и арматуры с эпоксидным покрытием

  • Еще

    ? !!!

Арматура MST-BAR® и MFX-BAR® GFRP, композитная арматура, арматура из стекловолокна очень подходят для использования там, где стальная арматура ограничена своими свойствами.Там, где коррозия представляет собой проблему, например, во влажных, прибрежных и холодных странах, MST-BAR® и MFX-BAR® могут использоваться для устранения проблемы коррозии и всех затрат, связанных с коррозией и техническим обслуживанием.

Первоначальная стоимость использования MST-BAR® и MFX-BAR® на ранней стадии проекта может не увеличивать стоимость проекта, если необходимо учитывать надлежащий дизайн и факторы. Использование арматуры из стеклопластика может снизить стоимость проекта до 5%, а конструкция не требует капитального ремонта в течение следующих 100 лет.

Арматура MST-BAR® и MFX-BAR® GFRP устраняет ограничение стального стержня:

  • Легкий вес (в 4 раза легче)

  • Более низкая жесткость по сравнению со сталью (позволяет сделать конструкции менее жесткими)

  • Тепловая и электрическая изоляция

  • 100% коррозионная стойкость к щелочам и кислой среде

  • Отсутствие обслуживания в течение 100 лет

КОД ДИЗАЙНА

Арматура

FRP ведет себя не так, как стальная арматура, поскольку механические свойства в некоторых случаях отличаются.Арматура FRP имеет более высокую прочность, но более низкий модуль упругости, поэтому прямая замена стали не всегда возможна с использованием арматуры FRP и требуемых норм проектирования.

При проектировании арматуры из стеклопластика требуются следующие коды проектирования:

Канада

CSA

ISIS

США

ACI

  • ACI 440.1R-06

  • ACI 440R-07

  • ACI 440.5-08

  • АКИ 440.6-08

  • ААШТО ГФРП-1

На видео выше мы видели, что MST-BAR поднялся до 250 кН по сравнению со стальной арматурой, оторвавшейся от бетона при 78 кН, но почему?

  • MST-BAR не изменяет площадь поперечного сечения при растяжении

  • Коэффициент Пуассона очень низкий в MST-BAR

  • Интегральные ребра MST-BAR так хорошо сцепляются с цементным материалом

Как мы можем этим воспользоваться?

Чтобы предотвратить соскальзывание стальной арматуры с бетона, вам необходимо создать анкерное крепление, которое часто в стальной арматуре означает изгиб хвостовой части стержня в форме крюка или L-образной формы.

С MST-BAR № 5 (15 мм) с длиной заделки 100–120 мм вы можете достичь допустимого усилия отрыва 160 кН (36000 фунтов силы), что примерно на 65% выше, чем предел текучести стальной арматуры. Это означает, что прямой MST-BAR может иметь на 65% большую пропускную способность, чем сборный гнутый кусок стального стержня.

Мы что-то забыли? спросите нашего эксперта или просмотрите ответы на часто задаваемые вопросы

GFRP vs Black Steel | Арматура из стекловолокна

Черная сталь

стоит недорого и в изобилии.Это отличное армирование, если вы не несете ответственности за долгосрочное обслуживание бетонной конструкции.

Как видно из этой фотографии (зеленые полосы — стеклопластик), черная сталь практически не имеет коррозионной стойкости, часто на стройплощадке она уже ржавеет. Часто конечному потребителю продают даже сильно заржавевшую арматуру. Ржавчину называют раком бетона; он часто разлагается, и на поверхностях укрепленных им конструкций часто появляются некрасивые пятна ржавчины.

Сооружения, построенные из черной стали, обычно нуждаются в некотором ремонте всего за 5-10 лет и часто нуждаются в капитальном ремонте в течение 20 лет.

Эффект коррозии GFRP не обнаружен; по самым скромным подсчетам, конструкции из стекловолокна прослужат более 100 лет. Правильно армированные бетонные плиты из стеклопласта, подверженные большим усталостным нагрузкам (например, проезды, настилы мостов), будут иметь меньше трещин и, по прогнозам, прослужат до 20 раз дольше, чем аналогичные конструкции, армированные обычной черной сталью.

Ржавый новый арматурный стержень по сравнению с ненадежными анкерами из стеклопластика

Основная причина использования стеклопластика — долговечность бетона.Хотя черная сталь стоит недорого, она в конечном итоге разрушит ваш бетон. Не имеет смысла использовать грязное масло в вашем новом автомобиле… и не имеет смысла вводить раковые клетки в здоровое тело. Многие правительства, муниципалитеты и предприятия пришли к выводу, что они больше не могут позволить себе краткосрочные или долгосрочные затраты, связанные с черной сталью. Размещение незащищенной ржавой арматуры в новых бетонных конструкциях ставится под сомнение и исключается во многих частях Северной Америки.

Сколько стоит арматура из стекловолокна (GFRP) TUF-BAR по сравнению с черной стальной арматурой класса 40?

— Сравнение стоимости GFRP и простой черной стали Октябрь 2009 г.

Наибольшая разница в цене между стеклопластиком и черной сталью возникает при сравнении черной стали самого низкого качества с арматурой Арматура из стеклопластика

В зависимости от объема, обычная черная арматура № 3 из черной стали марки 40 толщиной 10 мм может стоить 1/3 стоимости арматуры из стекловолокна № 3 толщиной 10 мм.По мере увеличения диаметра стержней этот зазор сужается до точки, при которой простой черный стальной стержень №8 22 мм лишь немного дешевле, чем арматурный стержень из стекловолокна № 8 22 мм.

В некоторых случаях меньшее количество бетонного покрытия и снижение затрат на водонепроницаемость приводят к снижению первоначальной стоимости проекта.

Сколько стоит построить небольшую структуру из стеклопластика по сравнению с Black Steel?

При высокой цене на стеклопластик и очень низкой цене на стальную арматуру из черной стали стоимость строительства 20-футовой арматуры.x 20 футов. Гаражная площадка с Black Steel по сравнению с GFRP будет иметь следующий вид:

  • Палуба из черного стального бетона, класс 40, 4000-6000 долларов США
  • Железобетонная палуба из стеклопластика $ 4 400- $ 6 400

Стоимость жизненного цикла

Было завершено множество исследований затрат жизненного цикла по сравнению черной стали и стеклопластика. Постоянно приходят к выводу, что стоимость защиты, сохранения и ремонта черной стали в бетоне очень высока. Фактически настолько высока, что даже бесплатная черная стальная арматура в некоторых приложениях все еще имеет более высокую стоимость установки, чем стеклопластик.

Как такое может быть?

Рассмотрим наш пример гаражной площадки.

Если владелец хочет продлить срок службы бетона, у него есть несколько вариантов, и они дорогие:

  • Больше бетонного покрытия идет к более толстой плите
  • Высококачественный бетон
  • Добавки для защиты бетона от коррозии
  • Добавить защитную мембрану

Растрескивание трудно контролировать в любой конструкции.Риск того, что меры, используемые для защиты черной стали, выйдут из строя, если в бетоне возникнут трещины, очень высок. Как только эти меры не срабатывают, цикл коррозии стали начинается снова.

Хотя доказано, что продлевает срок службы бетона в целости и сохранности. Коммерческие мембраны обычно не используются в гаражных прокладках из-за дороговизны.

Если мы возьмем для примера площадку гаража; коммерческая мембрана увеличивает стоимость черной стальной прокладки на 600–3300 долларов. Прокладка теперь будет стоить от 4999 до 9700 долларов в зависимости от затрат на рабочую силу и качества мембраны.Прокладка, армированная черной сталью, будет стоить от 600 до 3300 долларов больше, чем прокладка из стеклопластика.

Стоимость мембраны может превышать стоимость армирования. Со временем конструкция по-прежнему будет подвержена усталостному растрескиванию.

Эффект усталости

Исследования настила моста, моделирующие интенсивное движение по бетонным плитам, показали, что опыт должным образом армированных арматурных плит из стеклопластика:

  • В 2,5 раза меньше трещин по сравнению с плитами, армированными сталью
  • Срок службы в 20 раз дольше, чем у армированных сталью плит при высоких усталостных нагрузках

Исследователи считают, что это связано с различиями в модуле упругости между стеклопластиком и сталью.Стеклопластик по модулю очень похож на бетон. Модуль стали во много раз выше. Сталь менее щадящая, чем стеклопластик. Повреждение бетона происходит из-за изгиба стали в заливке.

Вывод:

Арматура из стекловолокна

(GFRP) — это экономичный способ получить:

  • Устранение серьезных и дорогостоящих проблем ремонта, вызванных черной стальной арматурой.
  • Сохранение эстетически привлекательных структур с течением времени (меньше растрескивания и некрасивых пятен ржавчины), что приводит к более высокой стоимости имущества при перепродаже.
  • Уменьшить защитное покрытие бетона и принять меры по защите от коррозии для защиты черной стальной арматуры.
  • Обеспечьте, чтобы ваши конструкции прослужили до 4 раз дольше, что исключает дорогостоящие капитальные затраты с течением времени.
  • Сделать плиты, подверженные циклическим нагрузкам, долговечнее в 20 раз, чем плиты, армированные сталью.

Расчетный жизненный цикл составляет 100 лет

Арматура из стекловолокна по сравнению со стальной арматурой

Является ли арматура из стекловолокна конкурентоспособной по сравнению со сталью?

Арматура из стекловолокна является более дешевым материалом по сравнению со сталью с покрытием.Если коррозия не является проблемой или неметаллическое армирование не требуется, то подходящим вариантом может быть сталь. Основываясь на анализе затрат жизненного цикла, использование Mateenbar ™ обеспечивает конкурентоспособные цены, отсутствие необходимости в обслуживании, превосходную долговечность и длительный расчетный срок службы. Использование Mateenbar позволяет сэкономить в следующих областях:

  • Уменьшение покрытия бетона — дополнительная толщина бетона не требуется для защиты арматуры
  • Не требуются припуски на уменьшение диаметра из-за коррозии
  • Не требуются дорогостоящие гидроизоляционные добавки для бетона
  • Катодная защита не требуется
  • Значительно дешевле, чем нержавеющая сталь
  • Не требует защиты поверхности, как эпоксидная арматура, поэтому не требует подкраски после установки
  • Отсутствие затрат на обслуживание
  • Арматура из стеклопластика
  • на 75% легче стали — это экономит груз, ускоряет монтаж и снижает трудозатраты.

Каков модуль упругости Mateenbar ™ по сравнению со стальной арматурой?

Mateenbar ™ имеет два диапазона модуля: 46 ГПа и 60 ГПа. Диапазон 60 ГПа обычно предлагает проектировщику более экономичное решение. Сталь имеет модуль упругости при растяжении 200 ГПа.

Какова прочность на разрыв арматуры из стекловолокна по сравнению со стальной арматурой?

Mateenbar ™ — один из самых прочных композитных арматурных стержней с пределом прочности на разрыв более 1000 МПа. Это более чем в два раза превышает предел прочности стальной арматуры, который обычно составляет от 400 до 500 МПа.

Характеристики арматуры из стекловолокна

Как можно учесть более низкий модуль упругости в конструкции?

Более низкий модуль упругости можно преодолеть, поскольку Mateenbar ™ устойчив к коррозии. Для защиты не требуется большого бетонного покрытия, поэтому арматуру из стекловолокна можно разместить ближе к поверхности. Увеличенное расстояние от нейтральной оси увеличивает модуль упругости.

Из-за того, что Mateenbar ™ не вызывает коррозии, допуск на ширину трещины, определенный ACI, увеличивается с 0.От 3 мм до 0,7 мм.

Можно ли изготовить арматуру из стекловолокна с более высоким модулем упругости?

Модуль Mateenbar ™ превышает 60 ГПа, что является теоретическим пределом для арматуры, армированной стекловолокном ECR. Могут быть использованы другие армирующие элементы, такие как углеродное волокно, арамидное волокно или S-стекло. Однако все эти варианты армирования дороги.

Имеется ли пластичное разрушение арматуры из стекловолокна?

Арматура из стекловолокна является линейно упругой до точки разрушения, правильная методология проектирования гарантирует, что конструкция демонстрирует желаемый механизм пластического разрушения.Это достигается за счет сбалансированной конструкции армирования. Более высокая прочность на разрыв арматуры затем вызывает механизм прогрессирующего разрушения связи, что приводит к режиму пластического разрушения конструкции. Документ ACI 440 Американского института бетона содержит дополнительную информацию.

Влияет ли Mateenbar ™ на щелочные условия?

Mateenbar ™ изготовлен из высококачественного стекловолокна, называемого ECR-стеклом. Он невосприимчив к щелочной атаке.

Можно ли согнуть mateenbar ™ на месте?

Отводы Mateenbar ™ должны изготавливаться по форме на заводе.Однако доступны стандартные формы сгиба.

Изгибы такие же прочные, как прямые?

Как и в случае гибов стальных и других арматурных стержней, изогнутый участок арматурного стержня из стеклопластика не такой прочный, как прямые.

Работа с арматурой из стекловолокна

Существуют ли какие-либо особые требования при обращении с арматурой из стекловолокна?

Обработка стеклопластиковой арматуры на месте аналогична обработке стали. Посетите наши Инструкции по безопасности и обращению для получения дополнительной информации.

Нужно ли устранять повреждения на месте?

Любая арматура может привести к значительным повреждениям.Незначительные повреждения не повлияют на характеристики mateenbar ™, так как он не имеет никакого покрытия для защиты от коррозионных элементов.

Нужно ли проектировать специально для арматуры из стеклопластика?

При проектировании необходимо учитывать свойства арматуры из стеклопластика. Комитет ACI 440 Американского института бетона является отличным источником информации, и проектировщики должны ознакомиться с ACI 440.1R-06 или аналогичными руководствами. Узнайте о последних нормах и стандартах для арматуры из стеклопластика здесь.

Команда Mateenbar ™ всегда готова работать с инженерами-проектировщиками, если им потребуется помощь в переходе от стали к Mateenbar ™.

Когда мне следует использовать mateenbar ™?

Mateenbar ™ представляет собой не подверженную коррозии альтернативу арматурным стержням с увеличенным сроком службы в самых сложных и агрессивных средах. Если проблема коррозии присутствует в каком-либо проекте, Mateenbar ™ следует рассматривать как превосходную альтернативу стали — исключающую риск коррозии и связанные с этим расходы на техническое обслуживание.Не требует защитного покрытия или катодной защиты.

Mateenbar ™ неметаллический, что делает его идеальным для сред, где проводимость представляет угрозу безопасности или создает помехи для чувствительного оборудования. Mateenbar можно безопасно использовать в ближнем МРТ-сканере в больницах, на проектах скоростного трамвая, на площадках для калибровки компаса в аэропортах и ​​на электрических подстанциях.

В чем разница между арматурой из стеклопластика и стеклопластиком?

GFRP означает полимер, армированный стекловолокном (обычно называемый стекловолокном).Арматура из стеклопластика доказала, что обеспечивает лучшее соотношение цены и качества среди всех различных волокон. так это наиболее часто используемый материал в композитной промышленности.

FRP — это армированный волокном полимер, который включает в себя другие волокна, такие как базальт (BFRP) и углерод (CFRP).

Арматура, композитная арматура из стекловолокна, производство и продажа арматуры купить по выгодной цене в «Композит Групп Челябинск».

композитная арматура из стекловолокна перед испытаниями на осевое растяжение

композитная арматура из стекловолокна перед испытаниями на осевое растяжение

композитная арматура из стекловолокна перед испытаниями на осевое растяжение

процесс испытаний на осевое растяжение композитной стеклопластиковой арматуры

процесс испытаний на осевое растяжение композитной стеклопластиковой арматуры

процесс испытаний на осевое растяжение композитной стеклопластиковой арматуры

процесс испытаний на осевое растяжение композитной стеклопластиковой арматуры

процесс испытаний на осевое растяжение композитной стеклопластиковой арматуры

процесс испытаний на осевое растяжение композитной стеклопластиковой арматуры

процесс испытаний на осевое растяжение композитной стеклопластиковой арматуры

процесс испытаний на осевое растяжение композитной стеклопластиковой арматуры

процесс испытаний на осевое растяжение композитной стеклопластиковой арматуры

процесс испытаний на осевое растяжение композитной стеклопластиковой арматуры

композитная арматура из стекловолокна после испытаний на осевое растяжение

композитная арматура из стекловолокна после испытаний на осевое растяжение

композитная арматура из стекловолокна после испытаний на осевое растяжение

композитная арматура из стекловолокна после испытаний на осевое растяжение

композитная арматура из стекловолокна до испытаний на осевое сжатие

композитная арматура из стекловолокна до испытаний на осевое сжатие

композитная арматура из стекловолокна до испытаний на осевое сжатие

композитная арматура из стекловолокна до испытаний на осевое сжатие

процесс испытаний на осевое сжатие композитной стеклопластиковой арматуры

процесс испытаний на осевое сжатие композитной стеклопластиковой арматуры

процесс испытаний на осевое сжатие композитной стеклопластиковой арматуры

процесс испытаний на осевое сжатие композитной стеклопластиковой арматуры

процесс испытаний на осевое сжатие композитной стеклопластиковой арматуры

процесс испытаний на осевое сжатие композитной стеклопластиковой арматуры

процесс испытаний на осевое сжатие композитной стеклопластиковой арматуры

композитная арматура из стекловолокна после испытаний на осевое сжатие

композитная арматура из стекловолокна после испытаний на осевое сжатие

композитная арматура из стекловолокна после испытаний на осевое сжатие

композитная арматура из стекловолокна перед испытаниями на поперечный разрез

композитная арматура из стекловолокна перед испытаниями на поперечный разрез

композитная арматура из стекловолокна перед испытаниями на поперечный разрез

процесс испытаний композитной стеклопластиковой арматуры на поперечный разрез

процесс испытаний композитной стеклопластиковой арматуры на поперечный разрез

процесс испытаний композитной стеклопластиковой арматуры на поперечный разрез

процесс испытаний композитной стеклопластиковой арматуры на поперечный разрез

процесс испытаний композитной стеклопластиковой арматуры на поперечный разрез

процесс испытаний композитной стеклопластиковой арматуры на поперечный разрез

процесс испытаний композитной стеклопластиковой арматуры на поперечный разрез

процесс испытаний композитной стеклопластиковой арматуры на поперечный разрез

процесс испытаний композитной стеклопластиковой арматуры на поперечный разрез

процесс испытаний композитной стеклопластиковой арматуры на поперечный разрез

процесс испытаний композитной стеклопластиковой арматуры на поперечный разрез

композитная арматура из стекловолокна после испытаний на поперечный разрез

композитная арматура из стекловолокна после испытаний на поперечный разрез

композитная арматура из стекловолокна после испытаний на поперечный разрез

композитная арматура из стекловолокна после испытаний на поперечный разрез

испытаний образцов бетона, использованных при испытаниях на прочность сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

испытаний образцов бетона, использованных при испытаниях на предел прочности сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

испытаний образцов бетона, использованных при испытаниях на прочность сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

испытаний образцов бетона, использованных при испытаниях на предел прочности сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

испытаний образцов бетона, использованных при испытаниях на прочность сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

испытаний образцов бетона, использованных при испытаниях на прочность сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

Стеклопластиковые стержни

перед испытаниями на предел прочности сцепления с бетоном

Стеклопластиковые стержни

перед испытаниями на предел прочности сцепления с бетоном

Стеклопластиковые стержни

перед испытаниями на предел прочности сцепления с бетоном

процесс испытаний на предел прочности сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

процесс испытаний на предел прочности сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

процесс испытаний на предел прочности сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

процесс испытаний предела прочности сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

процесс испытаний на предел прочности сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

процесс испытаний предела прочности сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

процесс испытаний на предел прочности сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

процесс испытаний предела прочности сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

процесс испытаний предела прочности сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

процесс испытаний на предел прочности сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

процесс испытаний предела прочности сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

процесс испытаний на предел прочности сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

процесс испытаний на предел прочности сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

процесс испытаний на предел прочности сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

процесс испытаний на предел прочности сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

процесс испытаний на предел прочности сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

процесс испытаний на предел прочности сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

процесс испытаний предела прочности сцепления стеклопластиковых стержней с бетоном

прутка стеклопластиковая после испытаний на предел прочности сцепления с бетоном

прутка стеклопластиковая после испытаний на предел прочности сцепления с бетоном

прутка стеклопластиковая после испытаний на предел прочности сцепления с бетоном

прутка стеклопластиковая после испытаний на предел прочности сцепления с бетоном

прутка стеклопластиковая после испытаний на предел прочности сцепления с бетоном

дорог общего пользования — сталь против арматуры Gfrp? , Сентябрь / октябрь 2008

Роджер Х.Л. Чен, Чон-Хун Чой, Хота В. Ганга Рао и Питер А. Копач

Полевые исследования показывают, что армированный стекловолокном полимер обеспечивает низкую стоимость жизненного цикла армирования бетонных покрытий.

Этот грузовик едет по первому в стране испытательному участку GFRP-CRCP, построенному на участке Маршрута 9 в Западной Вирджинии. Исследовательская группа сделала эту фотографию во время полевого наблюдения 31 января 2008 года.

Полимерная арматура, армированная стекловолокном, является одним из новых продуктов на рынке, который может предложить ряд преимуществ для транспортной отрасли. Поскольку он легкий и не подвержен коррозии, затраты на строительство должны быть ниже, а тротуары должны служить дольше. Однако лабораторные исследования мало помогают в определении реальных характеристик арматурных стержней из стекловолоконного полимера (GFRP) в непрерывно армированных бетонных покрытиях (CRCP).Причины: трудности моделирования полевых граничных условий, таких как трение от основания и удержания от обочин или прилегающих тротуаров; изменения окружающей среды; транспортные нагрузки; и возможные варианты строительных работ. Чтобы преодолеть эти ограничения и лучше понять поведение GFRP-CRCP, исследователи обратились к полевым исследованиям.

При поддержке и сотрудничестве Федерального управления шоссейных дорог (FHWA), Департамента транспорта Западной Вирджинии (WVDOT) и подрядчиков исследователи из Университета Западной Вирджинии (WVU) недавно завершили первый в стране испытательный участок GFRP-CRCP вместе со стальной конструкцией. Тестовый сегмент CRCP для изучения характеристик двух материалов арматуры.Сегменты для испытаний из стеклопласта и стали расположены на шоссе 9 в Мартинсбурге, в северо-восточном углу Западной Вирджинии.

«Использование арматурных стержней из стеклопластика вместо обычной стальной арматуры в CRCP, как было продемонстрировано прошлой осенью [2007] в Западной Вирджинии, дает некоторые интересные соображения относительно производительности», — говорит Сэм Тайсон, инженер по бетонным покрытиям, FHWA. «Во-первых, коррозионная стойкость стержней из стеклопластика делает их привлекательными по очевидным причинам, особенно в штате, где зимние условия требуют частого применения антиобледенителей.Кроме того, высокая прочность на растяжение и небольшой удельный вес GFRP, его соответствующие термические характеристики и соответствующие характеристики жесткости обеспечивают уникальный подход к проектированию и изготовлению CRCP. Наконец, поскольку GFRP не является магнитным, его использование на бетонных покрытиях, где должны быть установлены различные устройства контроля трафика и дорожных сборов, может быть выгодным ».

Эти качества являются явными преимуществами GFRP, но исследование WVU не привело к заключению относительно рабочих характеристик, включая коррозионную стойкость, поскольку прошло недостаточно времени для получения достаточных результатов.Тем не менее, исследование показало, что CRCP, армированные стекловолокном, можно построить с низкими затратами и без дополнительных затрат времени на строительство.

Обзор исследования

WVDOT выделила 610-метровую (2000 футов) двухполосную секцию на Маршруте 9 в качестве испытательного полигона для исследования. План эксперимента включал два раздела CRCP для сравнения. Сегменты из стеклопластика и армированные сталью имеют длину 305 метров (1000 футов) и толщину 25 сантиметров (10 дюймов). WVU уточнил, что оба сегмента должны были быть построены из бетона, содержащего крупнозернистый известняк, размещенного на цементно-стабилизированном основании.

Подрядчик построил две экспериментальные секции CRCP 25 сентября 2007 г., и WVU непрерывно контролировал их в течение первых 3 дней, чтобы исследовать поведение растрескивания в раннем возрасте. По мере того, как бетон застывал в течение этого периода, исследователи WVU зафиксировали изменения в деформации бетона, деформации арматуры и температуре. Исследователи WVU обнаружили, посчитали и измерили трещины раннего возраста, чтобы оценить расстояние и ширину. Затем исследовательская группа проанализировала и сравнила данные, а также дополнительные данные о трещинах, полученные примерно через 1 и 4 месяца после строительства.

Члены бригады подрядчика укладывают слой земляного полотна во время строительства испытательных участков.

Детали конструкции

Каждая секция CRCP состоит из двух проезжих полос с асфальтированными обочинами. Слой земляного полотна, состоящий из обработанного цементом заполнителя, обеспечивает равномерную поддержку секциям CRCP. Поверх земляного полотна в качестве подосновы используется открытый грунт со свободным дренированием с заполнителем № 57.Подрядчик стабилизировал основание с помощью портландцемента типа 1, чтобы получить устойчивую к эрозии стабилизированную опору под обеими секциями.

Для секции, армированной стеклопластиком, проект предусматривал использование продольных стержней из стеклопластика №7. Для стального профиля в проекте предусмотрена стальная продольная арматура №6. В обоих испытательных сегментах подрядчик разместил продольные стержни посередине плиты.

Для поперечной арматуры, которая поддерживает продольную арматуру, подрядчик разместил поперечные стержни из стеклопластика №6 и №5 из черной стали в точке 1.Расстояние 2 метра (4 фута). Подрядчик поместил поперечную арматуру на пластиковые стулья для арматуры из стеклопластика и стальные стулья для стальной арматуры. Стулья — это опоры, которые удерживают арматуру в правильном положении во время укладки бетона.

Обеспечение адекватной прочности сцепления в нахлестанных стыках продольных арматурных стержней важно для предотвращения расширения трещин и последующих разрушений конструкции. Следовательно, требуется минимальная длина стыка, в 40 раз превышающая диаметр арматурного стержня для стеклопластика и в 25–30 раз для стали, с как минимум тремя надежными стяжками для каждого стыка внахлест.Для стальной арматуры использовалась обычная стальная стяжка, а для стеклопластика — пластиковые стяжки. Подрядчик также расположил стыки внахлест на тротуаре в шахматном порядке, чтобы предотвратить локальные деформации в плите.

Подрядчик использовал три оконечных соединения балки с широкими полками между двумя испытательными участками и примыкающими полосами обычного сочлененного гладкого бетонного покрытия (JPCP) на Маршруте 9. Соединение с широкими полками балки спроектировано для размещения, а не ограничения движения свободного конца. плиты CRCP.В системе соединения балок с широкими полками нижняя часть балки частично заделана в железобетонную шпалевую плиту, большую горизонтальную плиту, которая поддерживает концы примыкающих друг к другу тротуаров. Шпальная плита под стыком обеспечивает большую опорную поверхность и дополнительную опору для свободных концов. Стальной фланец помогает защитить углы от выкрашивания и способствует передаче нагрузки через соединение.

Бетонные смеси и свойства армирования

Для обоих тестовых участков подрядчик использовал один и тот же состав бетонной смеси в соответствии с разделом 601 Стандартных спецификаций и процедур по материалам MP 711 Отделения автомобильных дорог Западной Вирджинии.03.23 для портландцементного бетона. Подрядчик использовал портландцемент типа I в бетонной смеси вместе с летучей золой класса F. Крупный заполнитель представлял собой известняк № 57, а мелкий заполнитель — природный песок. Подрядчик также включил воздухововлекающую добавку и водовосстанавливающую добавку. Соотношение вода / цемент составило 0,42. Проектировщики WVU указали, что бетонная смесь имеет относительно высокую прочность бетона, чтобы избежать чрезмерно узких промежутков между трещинами.

На этой фотографии показаны сборки сплошной арматуры с арматурой из стеклопластика.

Здесь показаны сборки непрерывной арматуры со стальной арматурой.

Свойства арматурного стержня из стеклопластика, предоставленные производителем из стеклопластика, включают модуль продольной упругости (показатель деформации арматуры) 40,8 гигапаскалей, ГПа (5,92 на 106 фунтов на квадратный дюйм, psi) и предел прочности при растяжении 620,6 мегапаскалей. , МПа (90 тысяч фунтов на квадратный дюйм) для арматурного стержня №6 и 586.1 МПа (85 тысяч фунтов / кв. Дюйм) для арматуры №7. Арматура из стеклопластика состоит из стекловолокна из алюмосиликата кальция и матрицы на основе винилэфирной смолы, модифицированной уретаном, с минимальным содержанием волокон 70 процентов по массе. Подрядчик использовал типичную деформированную арматуру из стали марки 60 для секции сталь-CRCP.

Строительство

Укладка бетона для секции сталь-CRCP началась примерно в 9:00 при температуре окружающей среды около 20 градусов по Цельсию (68 градусов по Фаренгейту). Подрядчик завершил строительство секции сталь-CRCP примерно в 12:30 p.м. а затем началась бетонная укладка секции GFRP-CRCP.

Свойства тестовых участков

Товар

CRCP, армированный сталью

CRCP, армированный стеклопластиком

Ширина перекрытия

7,32 метра (24 фута): две полосы движения длиной 3,66 метра (12 футов)

7,32 метра (24 фута): две полосы движения длиной 3,66 метра (12 футов)

Асфальт Ширина плеча

3.Ширина 05 метров (10 футов) рядом с правой полосой движения;

Ширина 1,22 м (4 фута) рядом с полосой для обгона

Ширина 3,05 метра (10 футов) рядом с правой полосой движения;

Ширина 1,22 м (4 фута) рядом с полосой для обгона

Продольная арматура

Арматурный стержень № 6 с шагом 15,24 см (6 дюймов)

# 7 арматура на 15.Расстояние 24 см (6 дюймов)

Диаметр продольной арматуры

1,91 см (0,75 дюйма)

2,22 см (0,875 дюйма)

Подбаза

10.Открытый градиентный дренажный слой толщиной 16 сантиметров (4 дюйма), стабилизированный с содержанием цемента 9062 кг / м3 (15065 фунтов / ярд3)

Земляное полотно

Земляное полотно из обработанного цементом заполнителя толщиной 27,31 см (10,75 дюйма)

Земляное полотно из обработанного цементом заполнителя толщиной 27,31 см (10,75 дюйма)

Требуемая прочность бетона на сжатие

40.7 мегапаскалей, МПа (5900 фунтов на квадратный дюйм, фунт / кв. Дюйм)

40,7 МПа (5900 фунтов на кв. Дюйм)

Продольный коэффициент теплового расширения

11,88 микродеформации на градус Цельсия, мкэ / ° C (6,6 микродеформации на градус Фаренгейта, мкэ / ° F)

6,58 мкэ / ° C (3,66 мкэ / ° F)

По мере продолжения укладки температура поверхности основания увеличивалась из-за постоянного пребывания на солнце.Подрядчик измерил температуру поверхности основания около 39 ° C (103 ° F) в 13:30. Чтобы избежать ухудшения обрабатываемости, связанного с температурой, из-за того, что заполнители сухого основания поглощают воду из бетонной смеси, и нежелательного растрескивания из-за ускоренной потери влаги, подрядчик перед укладкой бетона разбрызгивал воду на основание из спринклерной машины. Рабочие завершили обе секции CRCP примерно в 18:30, когда температура окружающей среды была около 29 ° C (85 ° F).

Строительные бригады укладывали секции CRCP с помощью машины для укладки скользящей формы.Машина смогла уместить всю ширину дорожного покрытия. Автобетоносмесители доставили бетон, а ленточный конвейер распространил его по центру полосы тротуара. Бригады закончили поверхность тротуарной плитки сразу после проезда тротуарной машины.

После укладочной машины машина для текстурирования / полимеризации выполнила две дополнительные операции. Машина протащила ткань мешковины, чтобы создать микроструктуры на готовой поверхности, а затем тонировала поверхность, чтобы получить макротекстуры, чтобы обеспечить адекватное трение для сухой и влажной погоды.Затем машина для текстурирования / отверждения распылила отверждающий состав на текстурированную поверхность, чтобы замедлить испарение воды из бетона.

На этой первой из серии из четырех фотографий показана схема усиления шпальной плиты во время строительства концевого соединения широкополочной балки.

Здесь широкополочная балка частично заделана в плиту шпалы.

На этой третьей фотографии показаны узлы сплошной стальной (слева) и арматуры из стеклопластика (справа), размещенные на плите шпалы.

На этой четвертой фотографии показана завершенная система оконечных соединений широкополочной балки, соединяющая секции сталь-CRCP и GFRPCRCP.

Экспериментальное оборудование и мониторинг

Исследователи WVU и подрядчики протестировали бетонную смесь, чтобы измерить ее свойства как в свежем, так и в затвердевшем состоянии.Подрядчики взяли образцы бетона с поля и немедленно измерили температуру, осадку и содержание воздуха. В то же время исследователи WVU отлили 30 цилиндрических образцов бетона для испытания прочности на сжатие, прочности на растяжение и модуля упругости в разном возрасте, а также отлили три призматических образца для испытания на усадку при высыхании.

инженеры WVDOT также взяли керны примерно через 4 месяца после строительства; средняя прочность на сжатие керна была почти на 40 процентов выше, чем у 28-дневного образца, как для секции сталь-CRCP (два образца керна), так и для секции GFRP-CRCP (три образца керна), хотя прочность на сжатие GFRP была немного выше чем у стали.

Примерно на середине обеих секций CRCP исследователи установили термопары и тензодатчики, чтобы исследовать поведение каждого CRCP в первые 3 дня с точки зрения температуры бетона, деформации бетона и деформации арматуры. Чтобы установить контрольную точку и измерить деформации в продольном направлении, исследователи создали известное искусственное местоположение поперечной трещины. Исследователи WVU разместили индуктор трещин поперек каждой полосы CRCP в месте, где был установлен набор термопар и тензодатчиков.Исследователи прикрепили пластиковую трещину в форме обратной Т-образной формы к поверхности основания.

Для измерения температуры на месте команда WVU установила 18 термопар на разной глубине и в продольном направлении. Комплект термопары состоял из трех термопар и металлической стойки. Исследователи привязали термопары к стойке вертикально, что позволило проводить измерения температуры на расстоянии 5, 13 и 20 сантиметров (2, 5 и 8 дюймов) от верха тротуарной плиты, и приклеили четыре ножки металлической стойки к подставке. поверхность основания.

Исследовательская группа разместила пять комплектов термопар в различных продольных точках в секции GFRP-CRCP и один комплект в секции сталь-CRCP. Исследователи контролировали температуру окружающей среды (с помощью стандартного термометра), поверхности (с помощью инфракрасного термометра) и внутренней температуры (с помощью термопар) бетона каждые 2-4 часа, чтобы получить полное представление о колебаниях температуры в разных местах в течение время под воздействием гидратации бетона и температуры окружающей среды.

Исследователи установили восемь тензодатчиков бетонной заделки, чтобы измерить изменения деформации бетона с течением времени. Чувствительная сетка замковых датчиков, заключенных в полимербетон, имеет активную измерительную длину около 10 сантиметров (4 дюйма). Набор датчиков для заливки включал в себя два датчика и металлическую стойку, соединенных вместе для измерения деформаций в двух вертикальных точках: 5 см (2 дюйма) сверху и снизу плиты дорожного покрытия.

Станок для укладки тротуарной плитки.

Чтобы избежать каких-либо эффектов от края плиты, исследователи разместили все комплекты датчиков на расстоянии около 1,2 метра (4 фута) от края плиты. Были использованы две системы сбора данных, одна для секции сталь-CRCP, а другая для секции GFRP-CRCP, для сбора данных о деформации бетона каждые 10 минут в течение первых 3 дней после укладки бетона.

Исследователи прикрепили к арматуре в общей сложности 10 тензорезисторов общего назначения для измерения продольных деформаций арматуры в стальных профилях и секциях из стеклопластика и CRCP.Тензодатчики были самокомпенсированы по отношению к материалам арматуры из стали или стеклопластика, так что нежелательные тепловые мощности, возникающие из-за несоответствия теплового расширения между тензодатчиком и материалом арматуры, могли быть минимизированы. В каждом разделе, чтобы избежать потенциальной потери полевых данных из-за неисправности датчика, исследователи установили три тензодатчика арматуры в том месте, где возникла поперечная трещина, где возникло максимальное напряжение арматуры. Исследователи также установили два датчика на 25 и 0 сантиметров.9 метров (3 фута) в продольном направлении от наведенной поперечной трещины.

Чтобы защитить провода от дорожек мощения, исследователи собрали их в электрический канал и вложили его в траншею, вырытую в основании. Кабель вёл провода в электрические шкафы, соединяющиеся со станцией сбора данных. Провода термопар из двух дополнительных точек рядом с основной станцией сбора данных в секции GFRP также были собраны в небольшие электрические кожухи, которые были встроены в плечевое основание.Когда соединители проводов не использовались, исследователи держали их внутри корпусов.

Здесь рабочие распределяют бетон по основанию.

Исследователи провели визуальные исследования расстояния и ширины поперечных трещин в течение первых 3 дней, а затем 1 месяца после укладки бетона. Команда наблюдала за длиной миделя 122 метра (400 футов) и концевым участком 55 метров (180 футов) в каждой секции CRCP.Они классифицировали все трещины в исследуемых областях по месту и дате их появления.

Исследователи наблюдали трещины на гладкой поверхности кромки дорожного покрытия, которые имели более четкий вид трещин. Они измерили ширину трещин, в частности, от верхнего угла кромки дорожного покрытия, что дает завышенные (или консервативные) значения по сравнению со значениями для проезжей части. Наибольшие изменения объема бетона обычно происходили в верхнем углу кромки дорожного покрытия, где было меньше ограничений от трения арматуры и основания.Изменения ширины трещины в этом месте должны быть больше, чем при измерении в других местах.

Результаты экспериментов через 7, 28 и 38 дней и 4 месяца

Тест

CRCP, армированный сталью

CRCP, армированный стеклопластиком

Средняя прочность на сжатие через 7 дней (испытано в WVU)

19,7 МПа (2850 фунтов на кв. Дюйм)

19.7 МПа (2850 фунтов на кв. Дюйм)

Средняя прочность на сжатие через 28 дней (испытано в WVU)

26,9 МПа (3900 фунтов на кв. Дюйм)

26,9 МПа (3900 фунтов на кв. Дюйм)

Средняя прочность на сжатие через 4 месяца (проверено в WVDOT и WVU)

37,6 МПа (5450 фунтов на кв. Дюйм)

37,9 МПа (5,500 фунтов на кв. Дюйм)

Трещины средней части через 3 дня

45

19

Трещины средней части через 38 дней

75

40

Среднее расстояние между трещинами в средней части за 3 дня

2.88 метров (9,44 фута)

6,91 метра (22,67 футов)

Среднее расстояние между трещинами в средней части через 38 дней

1,71 метра (5,61 фута)

3,31 метра (10,86 футов)

Средняя ширина трещины в средней части за 3 дня

0,025 см (0,01 дюйма)

0,043 сантиметра (0.017 дюймов)

Средняя ширина трещины в средней части через 38 дней

0,028 см (0,011 дюйма)

0,053 см (0,021 дюйма)

Максимальная ширина трещины на 31 января 2008 г.

0,058 см (0,023 дюйма)

0,086 см (0,034 дюйма)

Чтобы измерить ширину трещины, исследователи использовали увеличительное стекло и компаратор трещин, который представляет собой прозрачную линейку с нанесенными градуировками разной ширины.Трещина из GFRP-CRCP, наблюдаемая на третий день и снова через 125 дней, показала максимальную ширину трещины на испытательном участке GFRP-CRCP, равную 0,058 сантиметра (0,023 дюйма) на третий день и 0,086 сантиметра (0,034 дюйма) на 125-й день.

Наблюдение за расстоянием и шириной трещин в раннем возрасте

Все трещины в бетоне были поперечными, продольных трещин не наблюдалось. Ожидаемое отсутствие продольных трещин связано с проектированием продольного стыка, который ограничивает ширину полосы движения до 3.7 метров (12 футов), что снижает вероятность появления трещин в этом направлении. Исследователи оценили максимальные, средние и минимальные значения расстояния между поперечными трещинами и ширины трещин для каждой секции CRCP для каждой даты, когда было произведено измерение. После строительства команда проследила ширину каждой трещины для четырех разных возрастов, чтобы наблюдать изменения ширины трещины с течением времени.

Исследователи WVU установили датчик растрескивания и тензодатчики в секции GFRPCRCP, как показано здесь.

Резкое уменьшение среднего расстояния между трещинами произошло между первым и вторым днями, потому что ряд трещин образовался из-за комбинации большого изменения объема бетона и низкой прочности бетона, которые присущи этому раннему возрасту. . Расстояние между трещинами для секции GFRP-CRCP было больше, чем для секции стали-CRCP, из-за более низкой жесткости арматуры GFRP. Использование арматуры из стеклопластика в качестве арматуры может уменьшить нежелательное развитие напряжений в бетоне, вызванное несоответствием жесткости и теплового расширения между стальной арматурой и бетоном.Жесткость стали примерно в шесть раз больше, чем у бетона или стеклопластика. Улучшенная совместимость может быть полезной в зависимости от других факторов проектирования CRCP для контроля ширины трещин и расстояния между ними, таких как уменьшение напряжений, окружающих арматуру в месте трещины, которые могут вызвать выкрашивание или пробой в CRCP. Как и ожидалось, с концевыми соединениями, которые допускают движение свободного конца плиты CRCP, средний интервал трещин в соединительном сечении был больше, чем в среднем сечении.

Что касается ширины трещины, то исследователи наблюдали неоднозначные результаты.Ширина осталась неизменной или даже уменьшилась на вторые сутки, а затем начала увеличиваться. Трещины, обнаруженные в первый день, обычно имели большую ширину, в то время как дополнительные трещины, обнаруженные в более позднем возрасте, имели меньшую ширину из-за меньшего изменения объема бетона. «Мы полагаем, что сдерживающее напряжение в бетоне, вероятно, было снято, когда возникли дополнительные трещины, что привело к сужению ширины существующих трещин», — говорит Уильям «Билл» Шанклин, инженер-строитель отдела автомобильных дорог Западной Вирджинии.

Исследователи поместили этот тензодатчик, установленный непосредственно над источником трещин в секции CRCP, армированной сталью.

Исследователи обнаружили больше новых трещин на второй день, чем в более поздние дни. С третьего дня и позже ширина трещины начала медленно увеличиваться из-за непрерывной, но менее резкой усадки бетона. Несмотря на то, что ширина трещины для секции GFRP-CRCP была больше из-за большего расстояния между трещинами и более низкой жесткости арматуры, она по-прежнему соответствует критерию ограничения ширины трещины Американской ассоциации государственных служащих автомобильных дорог и транспорта (AASHTO) — # 0 .1 сантиметр (0,04 дюйма), что имеет первостепенное значение для обеспечения надлежащего сцепления с заполнителем и обеспечения целостности дорожного покрытия. Кроме того, ширина трещин в сечении стыка оказывается меньше, чем в среднем сечении, из-за более низких удерживающих напряжений, возникающих в сечении стыка.

Показанный здесь набор термопар установлен в секции GFRP-CRCP.

В настоящее время обе секции CRCP открыты для движения.Согласно полевым наблюдениям 31 января 2008 г., максимальная ширина трещины для секции GFRP-CRCP и секции стали-CRCP соответствовала текущему ограничивающему критерию AASHTO, даже несмотря на то, что руководство основывалось на опыте и понимании, полученном при использовании армированной стали CRCP. Ограничивающие критерии, такие как расстояние между трещинами, ширина трещин и уровень напряжений арматуры для CRCP, армированного стеклопластиком, все еще нуждаются в разработке.

Предложения для будущих исследований

Необходимы дополнительные исследования эффективности CRCP, усиленной GFRP, в ответ на нагрузку трафика.Уроки, извлеченные из этого краткосрочного полевого исследования, предполагают, что необходимы дальнейшие исследования для дальнейшего улучшения конструкции CRCP, усиленного GFRP, если такое улучшение окажется необходимым после длительной нагрузки трафика. Периодические наблюдения за эффективностью передачи нагрузки в трещинах, расстоянием между трещинами и шириной под нагрузкой, профилем ширины трещины по всей глубине плиты под нагрузкой и повреждениями дорожного покрытия необходимы для получения всестороннего понимания общих характеристик CRCP, армированного стекловолокном.Это понимание в конечном итоге поможет в разработке стандартных руководящих принципов проектирования для будущих CRCP, усиленных GFRP.

Исследователи поместили эти три набора тензодатчиков в секцию GFRP-CRCP.

Что касается затрат на жизненный цикл CRCP, то в настоящее время ожидается, что затраты на секцию из стеклопластика будут значительно ниже, чем на стальные секции. Затраты на долгосрочное обслуживание будут ниже для GFRP-CRCP, чем для стали-CRCP, потому что не будет структурных повреждений, вызванных коррозией арматуры.

Два исследователя WVU измеряют температуру, зарегистрированную небольшим электрическим кабелепроводом, встроенным в основание плеча.

Данные о показателях раннего возраста из секции полевых испытаний GFRP-CRCP выгодно отличаются от данных из секции стали-CRCP. При дополнительном опыте строительства с использованием CRCP, армированного GFRP, и улучшении конструкции GFRP-CRCP, должна быть достигнута даже лучшая производительность.

Исследователи поместили шариковую ручку на секцию GFRP-CRCP, чтобы показать масштаб ширины этой трещины 0,058 см (0,023 дюйма) на третий день (28 сентября 2007 г.) после укладки бетона. Ржаво-оранжевая краска под ручкой отмечает местоположение каждой трещины, обнаруженной в первый день после укладки бетона, а идентификационный номер написан на красной ленте.

Сечение GFRP-CRCP показало ширину трещины 0.086 см (0,034 дюйма) через 128 дней после размещения (31 января 2008 г.). Эта трещина такая же, как на предыдущем фото. Когда обочина была установлена, подрядчик удалил всю краску и ленты, но места были записаны по номерам строительной станции.

Роджер Х. Л. Чен, доктор философии, , профессор гражданского строительства в Университете Западной Вирджинии (WVU), Моргантаун. Он активно участвовал в исследованиях в области структурной динамики, неразрушающей оценки (NDE), динамического взаимодействия грунта и конструкции и определения характеристик бетона, композитов, древесины и керамических материалов в течение примерно 25 лет, а также имеет текущие исследовательские проекты в области CRCP, армированной стекловолокном. , самоуплотняющийся бетон, оценка мостов для транспортировки угля и диагностика термобарьерных покрытий.Он работает в нескольких технических комитетах Американского института бетона, Американского общества инженеров-строителей и Американского общества неразрушающего контроля (ASNT), связанных с бетоном, неразрушающим контролем, FRP, динамикой и экспериментальным анализом. Он получил докторскую степень. из Северо-Западного университета и является научным сотрудником ASNT.

Jeong-Hoon Choi — старший научный сотрудник Департамента гражданской и экологической инженерии WVU. Он получил степень бакалавра гражданского строительства в университете Ханьян, Республика Корея, и степень магистра гражданского строительства в WVU.Его доктор философии. исследования связаны с разработкой и применением GFRP-CRCP.

Хота В. Ганга Рао — профессор гражданского строительства и директор Центра построенных сооружений в WVU. Он является членом ASCE и входит во многие технические комитеты профессиональных обществ.

Питер А. Копац является старшим инженером-исследователем в группе проектирования дорожного покрытия и моделирования характеристик в Управлении исследований и развития инфраструктуры FHWA. Он имеет почти 40-летний опыт работы на автомагистралях, в том числе 31 год в FHWA.Компания Kopac руководила, контролировала и участвовала в многочисленных исследованиях, касающихся бетонных и бетонных покрытий.

Это исследование финансируется FHWA через Центр построенных сооружений в WVU. Для получения дополнительной информации свяжитесь с Роджером Х. Л. Ченом по телефону 304-293-3031, доб. 2631 или [email protected], Чон-Хун Чой, тел. 304-293-3031, доб. 2434, [email protected], Hota V. GangaRao, 304-293-3031, доб. 2634, [email protected], или Питер А. Копач, тел. 202-493-3151, питер[email protected] См. Также www.fhwa.dot.gov/pavement/pccp/pubs/05081/05081.pdf.

Предел прочности на разрыв арматурных стержней из стеклопластика с полым сечением

Полимер, армированный волокном (FRP), был предложен для замены стали в качестве арматурного стержня (арматуры) из-за его высокой прочности на разрыв и некоррозионных свойств материала. Одним из препятствий при использовании арматуры из стеклопластика является высокая цена. Обычно FRP дороже, чем обычная стальная арматура. В основном есть два способа снизить стоимость.Например, можно сделать цену на каждый состав арматуры из стеклопластика (например, волокна, смолы и т. Д.) Ниже, чем у стальной арматуры. Другой — создание оптимизированной конструкции по поперечному сечению и снижение стоимости материала. Первый подход непрост, потому что цена на сталь очень низкая по сравнению с компонентами из стеклопластика. Для последнего подхода стоимость может быть снижена за счет снижения стоимости материала. Таким образом, идея создания полого сечения по поперечному сечению арматуры FRP была предложена в этом исследовании путем оптимизации конструкции поперечного сечения с приемлемыми характеристиками растяжения по сравнению со стальной арматурой.В этом исследовании арматурные стержни из армированного стекловолокном полимера (GFRP) с полым сечением и наружным диаметром 19 мм были изготовлены и испытаны для оценки характеристик растяжения в соответствии с коэффициентом пустотности. По результатам испытаний было замечено, что предел прочности на растяжение уменьшался почти линейно с увеличением коэффициента пустотности, а модуль упругости уменьшался нелинейно.

1. Введение

Оцинкованная арматура начала использоваться в конструкции бетонных мостов после 1960-х годов из-за проблем с коррозией.Однако электролиз между покрытием на основе цинка и сталью вызвал различные проблемы, включая повреждение антикоррозийной пленки арматурного стержня (арматуры) из оцинкованной стали, и привел к тому, что от него отказались. В начале 1970-х годов Федеральное управление шоссейных дорог США провело исследование 50 типов армирующего стального покрытия, в результате чего была представлена ​​стальная арматура с эпоксидным покрытием, которая используется до сих пор [1]. Однако сообщалось о серьезных проблемах с коррозией для стального заделанного бетона с эпоксидным покрытием [2], но при этом не предлагалось какое-либо решение, позволяющее решить эту проблему коррозии в корне.

Поскольку коррозия стальной арматуры не является структурной проблемой, а в основном является проблемой материала, возможным решением было бы использование арматуры из некоррозионного материала, даже если было изготовлено несколько некоррозионных арматурных стержней, таких как нержавеющая арматура. Исследования по разработке арматуры с использованием армированного волокном полимера (FRP) были начаты в 1960-х годах и привели к его использованию в качестве конструктивного элемента [1]. FRP состоит из смолы и эпоксидной смолы, волокна и смолы и отличается выдающимися свойствами, включая коррозионную стойкость, высокую удельную прочность, сопротивление усталости, низкий удельный вес, немагнетизм и непроводимость.Благодаря этим характеристикам, FRP может использоваться в морских конструкциях, таких как пирсы и плавучие конструкции, или бетонные конструкции, подверженные воздействию хлорида кальция, или когда необходимы немагнитные или непроводящие свойства [3].

США, Канада и Европа активно исследовали FRP, некоторые достижения из которых были фактически применены на строительных площадках (рис. 1). В Корее Корейский институт гражданского строительства и строительных технологий (KICT) разработал арматурный стержень из армированного стекловолокном полимера (GFRP), имеющий форму, аналогичную армирующей стали на Рисунке 2.Тем не менее, арматура из стеклопластика по-прежнему плохо применяется в строительстве конструкций с очень небольшим количеством применений в качестве основного элемента. Несмотря на многочисленные преимущества, причиной нерешительного использования арматуры из стеклопластика в качестве конструктивного элемента являются ее высокая стоимость по сравнению с традиционной арматурной сталью, низкий модуль упругости и возникновение хрупкого разрушения в отличие от стали, которая демонстрирует пластические свойства.



В случае круглой арматуры из стеклопластика прочность на разрыв обычно имеет тенденцию к уменьшению с увеличением диаметра.Это явление можно объяснить тем, что напряжение, возникающее в волокне, расположенном вблизи поверхности арматуры, не полностью передается волокнам, расположенным в центре.

Соответственно, в этом исследовании оценивается стабильность арматурного стержня из стеклопластика с полым сечением, разработанного с целью снизить стоимость изготовления и имеющего приемлемые характеристики растяжения. Испытание на растяжение проводится на 5 наборах образцов диаметром 19 мм, изготовленных для 5 различных соотношений полостей.На основании результатов испытаний исследуется изменение свойств растяжения арматуры из стеклопластика в отношении коэффициента пустотности и характеристик при растяжении, чтобы предложить эффективный коэффициент полноты сечения. Характеристики сцепления также являются важным фактором для арматуры из стеклопластика, поскольку поверхность арматуры из стеклопластика не стандартизирована и имеет различные формы (например, рисунок 1) [4, 5]. Этот проект является продолжающимся исследованием, и предварительные результаты представлены в этой статье. Характеристики склеивания в настоящее время исследуются авторами.

2. Предпосылки исследований

В отличие от стали, FRP испытывает хрупкое разрушение, и его модуль упругости достигает примерно четверти от стали в случае стекловолокна. Такие недостатки можно преодолеть, используя волокна, которые обладают более высокими показателями прочности на разрыв. Джонс и ДиБенедетто [6] провели эксперименты с композитами из углерод / углерод, стекло / стекло, арамид / углерод и стекло / углеродные волокна и пришли к выводу, что псевдодуктильное поведение может быть обеспечено равномерным распределением небольших количеств волокон с небольшим удлинением.Однако обеспечение такого поведения сопровождается более высокими производственными затратами, поскольку волокно с более высокими характеристиками имеет более высокую цену [7, 8].

Прочность на растяжение арматуры FRP зависит от содержания, размера волокна и системы захвата. В отличие от стальной арматуры предел прочности арматуры FRP зависит от диаметра. В частности, когда растягивающее усилие прикладывается через стальную рукоятку (позже показано на рисунке 8), прочность на разрыв стержня из стеклопластика претерпевает изменение с увеличением диаметра, вызванное развитием более высокого напряжения во внешних волокнах, чем во внутренних, из-за к запаздыванию сдвига, возникающему в сечении арматурного стержня, как показано на рисунке 3.По этой причине увеличение диаметра арматуры, чтобы справиться с этим запаздыванием сдвига, приводит к неэффективности сечения и потере прочности [9, 10]. Рисунок 4 подтверждает потерю прочности на разрыв в зависимости от увеличения диаметра коммерчески выпускаемой арматуры из стеклопластика [11].



Поскольку задержка сдвига мешает центральным волокнам полностью развить их надлежащие характеристики, можно спроектировать экономически эффективную секцию, удалив эти центральные волокна из поперечного сечения.В случае стержня из стеклопластика, показанного на Рисунке 2, диаметром 19 мм, сумма затрат на материалы и рабочую силу может быть оценена примерно в 2,84 доллара США / м. Например, общая стоимость изготовления и стоимость материала могут быть снижены на 12% и 20% соответственно, если будет иметь полость на 20%.

3. Оценка характеристик полой арматуры из стеклопластика
3.1. Материалы

Арматура из стеклопластика была изготовлена ​​путем смешивания стекловолокна Е (волокно 1 в таблице 1) и ненасыщенных полиэфирных смол, таких как DION-9100 и HETRON-922.Нейлоновое волокно на основе полиамида (волокно 2 в таблице 1) использовалось для образования выступа на поверхности деформированной арматуры, чтобы обеспечить механическое соединение с бетоном. Свойства принятых материалов поясняются в таблице 1.

98

98 905

14905 905 905

5 905


Материал Модель Предел прочности
(МПа)
Модуль упругости
(МПа)
Смола 1 HETRON-922 86 3,170
Смола 2 DION-9100 79 3,216
97
97
Волокно 2 Нейлон 70 75000

3.2. Метод изготовления арматуры из стеклопластика

Типичными методами, применяемыми при производстве стеклопластика, являются пултрузия, плетение и намотка нити. Пултрузия — это непрерывный производственный процесс, в котором производятся однонаправленные элементы с постоянным поперечным сечением, и он известен как наиболее экономичный и быстрый метод производства предварительно напряженных арматурных стержней и арматурных стержней, что делает его наиболее распространенным методом производства арматуры из стеклопластика [12, 13 ].

Эффективность сцепления с бетоном представляет собой максимальную производительность, необходимую для того, чтобы член FRP выполнял свою роль внутри бетона.Даже если пултрузия предлагает преимущество непрерывного производства элементов с постоянным поперечным сечением, необходим дополнительный процесс для достижения характеристик сцепления с бетоном, поскольку изготовленный таким образом элемент имеет гладкую поверхность [14]. Желая решить эту проблему, Ко и др. [15] предложили процесс, сочетающий как пултрузию, так и плетение. Этот процесс, называемый плетением, дополнительно выполняет плетение во время процесса пултрузии, чтобы сформировать сетчатую оболочку на поверхности пучка армированных волокон.Таким образом, плетение обеспечивает непрерывное изготовление и сохранение постоянного поперечного сечения, характерного для пултрузии, вместе с шероховатой поверхностью или кожей, характерной для плетения. Однако арматурный стержень из стеклопластика с оплеткой теряет свои характеристики растяжения из-за пустот, создаваемых в сечении воздухом, увлеченным во время пропитки смолой относительно рыхлых пучков волокон, составляющих сердцевину арматуры [16].

Чтобы уменьшить пустоты внутри секции, KICT [17] предложил усовершенствованный процесс плетения, как показано на рисунке 5.Сохраняя преимущества предыдущей оплетки, этот модифицированный процесс улучшает характеристики растяжения за счет уменьшения пустот и улучшения расположения волокон за счет введения определенного предварительного напряжения в пучки армированных волокон и струну для выпуклости для обеспечения сцепления с бетоном. . Образцы арматуры GFRP этого исследования были изготовлены с использованием этого процесса.


3.3. Изготовление полой арматуры из стеклопластика

Было запланировано пять типов образцов для наблюдения за изменением свойств растяжения арматуры из стеклопластика в зависимости от степени пустотности по поперечному сечению.Контрольный образец был изготовлен первым, чтобы сравнить изменение характеристик растяжения в соответствии с коэффициентом пустотности в сечении путем изготовления арматурного стержня из стеклопластика без вставленной трубы. Все остальные образцы были вставлены с помощью полиуретановой трубки 4 различных диаметров (например, 6, 8, 10 и 12 мм). Размеры и характеристики образцов приведены в Таблице 2 и на Рисунке 6. В Таблице 2 коэффициент полноты сечения был рассчитан с учетом внешнего диаметра вставленной полиуретановой трубки, поскольку ожидается, что ее свойства материала будут незначительно влиять на предел прочности на разрыв. образец.


145 905 905 905 905 9014 905 905

98

8

8


Образец Диаметр (мм) Коэффициент пустотности профиля Количество ровниц
Обозначение
D19HD0 3 18,58 20,87 0% 217
D19HD6 6 18.63 20,97 10,4% 196
D19HD8 6 18,68 20,83 18,3% 180979797 159
D19HD12 6 19.03 21.12 39,7% 133

9128 91984 960118 диаметр арматуры GFRP, а HD — диаметр полой трубы.Например, D19HD8 обозначает арматуру из стеклопластика с общим диаметром сечения 19 мм и внешним диаметром 8 мм для вставленной полой трубы. В таблице 2 внутренний диаметр арматурного стержня соответствует значению, измеренному на участке без выступа, а внешний диаметр включает выступ.

Полиуретановая труба была использована для формирования полого сечения арматуры из стеклопластика. На рисунке 7 показано поперечное сечение готовых стержней из стеклопластика с полым сечением.



3.4. Метод испытаний

После завершения стержни из стеклопластика были нарезаны на определенную длину, а зажимы для испытания на растяжение были изготовлены с использованием стальных цилиндрических труб толщиной 7,1 мм и длиной 1000 мм. Два стопора с отверстием, перфорированным в их центре, были расположены на обоих концах каждой стальной трубы, чтобы вставить и расположить арматурный стержень в центре стальной трубы. Как показано на Рисунке 8, одна боковая ручка была заранее сформирована на другой стороне арматурного стержня. Затем пространство между арматурным стержнем и стальной трубой было заполнено безусадочным раствором, и в течение 7 часов проводилось отверждение, поддерживая вертикальность арматурного стержня.После этого захват был сформирован на противоположном конце арматурного стержня тем же способом.

Винт был расположен на одном конце цилиндрической стальной трубы, составляющей захват, для фиксации образца гайкой. Образец имеет две гайки с обеих сторон стальной трубы, и испытательная машина натягивает эти гайки.

Образец был установлен на универсальной испытательной машине (UTM) мощностью 1000 кН до прикрепления тензорезистора электрического сопротивления в центре образца.Нагрузка применялась посредством управления перемещением со скоростью 2 мм / мин. Нагрузка и соответствующие деформации были собраны с использованием регистратора данных.

4. Результаты тестирования
4.1. Механические характеристики прочности на растяжение

В таблице 3 и на рисунке 9 показан образец результатов испытаний и показана взаимосвязь между растягивающим напряжением, рассчитанным из приложенной силы, деленной на площадь поперечного сечения, и деформацией, измеренной в центре арматурного стержня. Все образцы показали типичный механизм разрушения материала FRP: кривая между напряжением и деформацией линейно увеличивается до пиковой нагрузки и внезапно выходит из строя.Видно, что максимальная растягивающая нагрузка и модуль упругости изменяются в соответствии с коэффициентом пустотности с общей тенденцией к уменьшению с увеличением коэффициента пустотности. В таблице 3 приведены значения пиковой растягивающей нагрузки и модуля упругости, измеренные для каждого типа образцов. В таблице 3 соотношение означает измененное значение по сравнению с арматурным стержнем без полого сечения.

14

8148

5

148148,131

5

9

9

8

8


Образец Предел прочности (МПа) Модуль упругости (МПа)
Измеренный Среднее (S.D.) Соотношение Измеренное Среднее (SD) Отношение

D19HD0 1,218 1193 (54)

97202 905 905

100%
1,229 55,180
1,131 56,519

D19HD6 1016 D19HD6 10164% 59,276 56,917 (1,464) 103,3%
1,147 55,623
1,106 56,681
56,681
1,117 57,505

D19HD8 877 (26) 73.На 5% 843 54,674

D19HD10 746 736 (9) 61,7% 49,664 46,252 (2,00503)0%
741 45,073
722 46,453
736 4414148
D19HD12 684 686 (37) 57,5% 38,819 35,439 (2,233) 64,3%
731 35,442
33,410
666 37,175
667 32,999

S.D: стандартное отклонение.

4.2. Изменение характеристик растяжения

Изменение характеристик растяжения полого арматурного стержня из стеклопластика в зависимости от соотношения площади полости исследуется с использованием результатов таблицы 3. Поскольку средняя прочность на растяжение в таблице 3 как значение, полученное путем деления максимальной нагрузки по всей площади арматурного стержня имеет тенденцию к уменьшению с увеличением доли площади пустот, был проведен регрессионный анализ для изучения этой взаимосвязи, результаты представлены на рисунке 10.Для условий регрессионного анализа коэффициент площади пустот, равный 0, указывает на удовлетворение характеристик арматуры из стеклопластика без пустот, а коэффициент площади пустот, равный 100%, соответствует нулевому пределу прочности на растяжение. Как показано на Рисунке 10, можно с уверенностью сказать, что предел прочности арматуры из стеклопластика имеет тенденцию к уменьшению почти линейно с увеличением отношения площади пустот. Даже несмотря на то, что коэффициент детерминации аппроксимирующей кривой второго порядка ближе к 100%, чем коэффициент детерминации первой степени, и коэффициент детерминации становится 100%, когда применяется аппроксимирующая кривая четвертой степени, с учетом разницы этих двух значений не такой большой в этом испытании всего с шестью образцами и со ссылкой на рисунок 4 для серийно выпускаемых изделий, было бы разумно предположить, что предел прочности при растяжении уменьшается с увеличением коэффициента пустотности.


В общем, средняя прочность на растяжение волокнистого композита в осевом направлении может быть получена по правилу смесей, как указано в [18], где, и — средние значения прочности на растяжение композита, волокна и смолы, соответственно, и — соответствующие объемные отношения волокна и смолы, и,, и — модули упругости композита, волокна и смолы соответственно.

Если предположить, что в составном сечении нет пустоты, то. Когда прочность на разрыв арматуры GFRP рассчитывается с использованием правила смесей, прочностью на разрыв смолы часто пренебрегают, поскольку она значительно меньше, чем у стекловолокна.Соответственно, прочность на разрыв арматуры FRP становится пропорциональной количеству волокна.

Точная объемная доля волокна не может быть предоставлена, так как испытание на выгорание не проводилось на образцах в этом исследовании. Однако относительную объемную долю волокна можно вычислить, сравнив использованное количество ровингов, перечисленных в таблице 2. Количество ровингов, используемых при производстве 4 типов полой арматуры из стеклопластика, достигает, соответственно, 90%, 83%, 73 % и 61% по сравнению с количеством ровингов для производства простой арматуры из стеклопластика и практически аналогичен коэффициенту изменения прочности на разрыв.Следовательно, прочность на разрыв арматуры пропорциональна количеству волокна.

На рисунке 11 показано изменение модуля упругости в зависимости от соотношения площади полостей. Модуль упругости в основном уменьшается по мере увеличения пустотности. Несмотря на то, что D19HD6 показывает более высокий модуль упругости, чем D19HD0, это можно рассматривать как экспериментальное отклонение. В отличие от снижения предела прочности при растяжении видно, что это изменение носит нелинейный характер. Результаты регрессионного анализа показывают уменьшение модуля упругости на второй порядок.Хотя аппроксимирующая кривая третьего порядка более точно соответствует результатам испытаний, эта кривая показывает, что модуль упругости арматурного стержня с полым сечением увеличивается до 12% от пустоты, что может быть необоснованным. Уравнения (1a) и (1b) также выражают пропорциональность модуля упругости объему волокна в FRP. Однако правило смесей было получено, предполагая линейное упругое поведение и однородные и изотропные характеристики материала смолы и волокна при отсутствии пустот внутри FRP без теоретической формулы, выраженной в функции характеристик материала [19].Следовательно, применение правила смесей к результатам испытаний в данном исследовании также представляется неразумным.


4.3. Оптимальная конструкция полой арматуры из стеклопластика

Оптимизация кажется необходимой, поскольку прочность на растяжение и модуль упругости изменяются по-разному в зависимости от увеличения отношения полого сечения. Что касается производства арматуры из стеклопластика, можно учитывать различные целевые функции, такие как прочность на разрыв или стоимость производства арматуры.Таким образом, эта целевая функция должна быть адекватно выбрана с учетом обстоятельств. В этом исследовании количество волокна выбрано в качестве целевой функции, и оптимизация направлена ​​на определение соотношения площади полостей, при которой производительность оптимизируется в соответствии с производственной стоимостью.

На рисунке 12 одновременно показаны коэффициенты уменьшения прочности на разрыв, количества волокон и модуля упругости, полученные с помощью регрессионного анализа. Поскольку предел прочности при растяжении демонстрирует степень обжатия, идентичную степени уменьшения количества волокон, оптимальное соотношение площади полостей может быть найдено путем сравнения коэффициентов уменьшения количества волокон и модуля упругости.Как показано на рисунке 12, коэффициент уменьшения модуля упругости невелик, когда коэффициент площади полостей невелик, но внезапно уменьшается, когда коэффициент площади полостей достигает определенного уровня (примерно после 30%). Условие, при котором коэффициент уменьшения модуля упругости становится равным разнице между коэффициентами уменьшения модуля упругости и прочности на разрыв, выраженными как и, соответственно, на Фигуре 12, возникает для коэффициента площади полостей 36%. Это указывает на то, что даже если прочность на разрыв снижается с увеличением отношения площади полостей, наилучшее уменьшение количества волокон (т.е.е., оптимизированная цена за единицу) и характеристики растяжения достигаются при соотношении площади полостей, равном 36%.


5. Выводы

Это исследование было направлено на повышение эффективности характеристик арматуры из стеклопластика с точки зрения затрат на ее производство за счет использования характеристики, при которой характеристики прочности на растяжение арматуры снижаются с увеличением диаметра. Характеристики прочности на растяжение были исследованы с учетом полой арматуры из стеклопластика диаметром 19 мм, результаты испытаний были обсуждены и привели к следующим выводам.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *