В статье подведены некоторые итоги работ по разработке и созданию композитной арматуры на основе базальтовых и стеклянных волокон, а также представлены типы и классификация, характеристики, достоинства и недостатки арматуры базальтопластиковой (АБП), результаты исследований и испытаний, проведенных ведущими профильными НИИ. В статье даются рекомендации по применению композитной арматуры для гражданского строительства, включая дорожное строительство и сейсмостойкое строительство. Представлена нормативная документация – технические условия (ТУ), государственные стандарты КНР, Украины, РФ на производство и применение композитной арматуры. Намечены пути совершенствования и создания новых типов композитной арматуры на основе базальтовых непрерывных волокон (БНВ).
УДК 691
С.Х. НЕГМАТУЛЛАЕВ, академик, НИИ геологии, сейсмологии и сейсмостойкого строительства, Душанбе, Таджикистан; С.П. ОСНОС, доктор техн. наук, украинский филиал Basalt Fiber & Composite Materials Technology Development (BF&CM TD, Hong Kong), Киев, Украина; В.Ф. СТЕПАНОВА, доктор техн. наук, НИИЖБ им. А.А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство», Москва, Россия
Ключевые слова: композитная арматура, базальтовые волокна, ровинг, связующее, стержень, жгут, бетон, профиль
Keywords: composite rebar, basalt fiber, roving, binder, rod, wiring, concrete, profile
Работы по созданию композитной арматуры на основе непрерывных стеклянных волокон были начаты в 1970-х годах. В тот период были заложены основы для создания будущих производств композитной арматуры. Отработаны технологии, оптимальные пропорции ровингов и связующих в составе арматуры, образцы оборудования (пултрузионные линии, узлы навивки, камеры полимеризации, тянущие устройства). Были изготовлены опытные партии нескольких типов арматуры на основе стекло- и базальтовых ровингов: прутки с покрытием крупным песком и отсевом базальтов (фото 1); прутки с навивкой арматурного профиля жгутом ровинга (фото 2); арматура на основе жгутов ровинга с вдавленным профилем (фото 3 и 4); арматура на основе плетеных ровингов с пропиткой связующими.
Прочностные испытания образцов арматуры на растяжение (фото 5) и изгиб показали, что образцы арматуры на основе прутков с песчаным покрытием и прутков с навивкой арматурного профиля жгутом ровинга являются более прочными по сравнению с образцами арматуры из пропитанных жгутов ровинга с вдавленным профилем (фото 3 и 4). Вполне очевидно, что сформованный плотный пруток является более прочным основанием (стержнем) для арматуры, чем неплотные жгуты ровингов с вдавленным профилем.
Испытания композитной арматуры на вытяжку из бетона (фото 6) показали, что арматура с навивкой арматурного профиля и арматура с покрытиями отсевом крупного песка или базальтовой крошки удовлетворяют требованиям стандартов.
Арматура на основе жгутов ровинга с вдавленным профилем (фото 3) для получения удовлетворительных результатов испытаний потребовала дополнительного покрытия ее поверхности отсевом базальта (фото 4).
Однако, как показала практика, композитная арматура с классическим арматурным профилем более привычна для проектировщиков и строительных компаний.
В НИИ строительных конструкций (НИИСК им.В.А. Кучеренко) были проведены комплексные испытания, разработаны технические условия на применение композитной арматуры. Прочностные испытания образцов композитной арматуры на основе базальтового и стекловолокна показали:
— прочность на разрыв композитной арматуры на основе стекловолокна составляет бкас=1000 МПа, а на основе базальтового непрерывного волокна бкаб=1200-1300 МПа;
— прочность на разрыв арматуры базальтопластиковой (АБП) на 20-30% выше арматуры стеклопластиковой (АСП) и в 2,5 раза стальной арматуры А3-бса=390 МПа;
— модуль упругости стальной арматуры А3 Еса=200 ГПа в 2,5-3 раза превышает показатель композитной арматуры АБП Ека=70 ГПа.
Композитная арматура полностью соответствует требованиям климатических испытаний и циклических испытаний на замораживание и размораживание.
Испытания на химическую стойкость при кипячении в воде, растворах солей, кислоте показали высокую химическую и коррозионную стойкость композитной арматуры.
Поскольку бетон является щелочной средой, особое внимание было уделено испытаниям композитной арматуры на химическую стойкость в щелочной среде.
Известно, что стекловолокно в отличие от базальтового волокна в щелочной среде подвержено разрушению. При создании АСП была надежда, что стекловолокно может быть защищено эпоксидными связующими от воздействия щелочной бетонной среды. Испытания стеклопластиковой арматуры на химическую стойкость показали, что Е-стекловолокно в составе арматуры гигроскопично и подвержено разрушению щелочной бетонной средой.
Разрушение стеклопластиковой арматуры происходит следующим образом. На поверхности арматуры всегда имеются микротрещины. Через эти микротрещины проникает влажная щелочная бетонная среда. За счет капиллярности стекловолокна щелочная среда проникает вдоль волокон вглубь арматуры. При этом происходит разрушение стекловолокна и ослабление арматуры. По образовавшимся каналам внутрь стеклопластиковой арматуры увеличивается приток щелочной влаги. С течением времени стеклопластиковая арматура разрушается и ослабевает по нарастающей. Процесс разрушения стекловолокна в составе арматуры может занимать несколько лет в зависимости от влажности бетона. Во влажных средах – фундаментах зданий и опор, дорожных плитах, балках мостов, плотинах, дамбах – процесс идет более интенсивно по сравнению с разрушением стеклопластиковой арматуры, установленной в сухих местах.
В результате испытаний НИИСК запретил применение композитной арматуры на основе стекловолокна в ответственных строительных конструкциях. К аналогичным выводам пришли зарубежные компании. Поэтому арматура на основе стекловолокна не получила распространения также и за рубежом.
Испытания АБП показали, что арматура на основе БНВ обладает высокой стойкостью к действию кислот, щелочей, агрессивных сред, солей и окружающей среды. Базальтовые волокна в 6-8 раз менее гигроскопичны по сравнению со стекловолокном, не подвержены разрушению в щелочной среде. АБП обеспечивает гарантийные сроки эксплуатации арматуры не менее 50 лет без следов разрушения базальтовых волокон в щелочной бетонной среде, а также при воздействии растворов антиобледенительных солей в дорожных бетонных покрытиях и плитах, циклов замораживания-размораживания.
Однако широкого применения в 1990-х годах композитная арматура не получила по ряду причин: 1) ограниченные объемы производства и высокая себестоимость производства БНВ на единственном тогда в мире заводе «Теплозвукоизоляция» под Киевом; 2) стоимость погонного метра композитной арматуры на основе БНВ в 5 раз превышала стоимость стальной арматуры; 3) отсутствие нормативной документации на применение композитной арматуры.
Вполне очевидно, что строительные компании не стали широко применять композитную арматуру без нормативной документации и по цене в 5 раз выше стальной арматуры.
Работы по совершенствованию технологий и оборудования производства БНВ были проведены на Украине, затем украинскими специалистами в КНР и РФ. Достигнутые результаты позволили в 6 раз снизить расход природного газа и в 7 раз электроэнергии на производство БНВ, существенно снизить себестоимость производства, повысить прочностные характеристики БНВ [1]. БНВ по своим характеристикам стали сопоставимы с дорогими углеродными волокнами, а по себестоимости производства – с Е-стекловолокном.
Специалистами компаний BFM TD и «Базальтовые волокна и композитные материалы» были проведены работы по повышению прочностных характеристик АБП. Установлено, что прочностные характеристики АБП зависят от нескольких факторов:
1. Прочности ровингов БНВ – основной армирующей составляющей композитной арматуры, которые в составе композитной арматуры составляют 75-77%. Практика показывает, что наиболее высокими показателями по прочности обладает АБП из ровингов БНВ с диаметрами элементарных волокон 13-15 микрон и прочностью на разрыв не менее 3000 МПа.
2. Замасливатели на первичных базальтовых волокнах должны быть совместимы со связующими для производства арматуры. Переходы «волокно – замасливатель – связующее» должны образовывать прочную монолитную структуру в составе АБП.
3. Типа и структуры арматуры. Арматура, сформованная на основе плотных стержней, имеет более высокие прочностные характеристики, чем на основе неплотных жгутов ровинга.
4. Технологическое оборудование должно обеспечивать требуемые технологические параметры производства прочной АБП: равные натяжения первичных жгутов БНВ в ровинге и натяжения жгутов ровингов в арматуре, удаление влаги из ровингов перед пропиткой, качество пропитки ровингов связующим, плотность формирования стержня (прутка) арматуры.
Технологии и оборудование изготовления композитной АБП с высокими прочностными показателями представлены в патенте 99794 UA «Способ производства композитной арматуры и устройство для его осуществления» [2].
НИИЖБ, НИИ дорожного строительства, НИИ строительных конструкций, лабораторией в Канаде были проведены работы по испытаниям композитной арматуры, разработаны технические условия (ТУ) [3, 4, 5, 6].
НИИЖБ были проведены физико-механические испытания композитной арматуры. Характеристики стальной и композитной арматуры приведены в табл. 1 [3].
Таблица 1. Сравнительные характеристики стальной и композитной арматуры
| Характеристики | Стальная арматура А3 ГОСТ 5781-82 |
Композитная арматура ТУ 5769-183-40886723-2004 ТУ 5769-248-35354501-2007 |
| Временное сопротивление разрыву, МПа |
бв=390; брасч=360 |
АСП: бв=1000; брасч=900; АБП: бв=1100; брасч=1000 |
|
АСП: бв=1200; брасч=1100; АБП: бв=1300; брасч=1200 |
||
| Модуль упругости, МПа | Ер=200000 | АСП: Ер=41000; АБП: Ер=47000 |
| АСП: Ер=55000; АБП: Ер=71000 | ||
| Характер поведения арматуры под нагрузкой (зависимость «б и Е») |
 Площадка тягучести под нагрузкой |
 Упруго-линейная зависимость до разрушения |
| Относительное удлинение, Е, % | 14 | 2,2 |
| Плотность, γ, г/см3 | 7,8 | 1,9 |
| Коррозионная стойкость | Корродирует с выделением ржавчины | Не корродирует |
| Теплопроводность | Теплопроводима | Нетеплопроводима |
| Электропроводность | Электропроводна | Неэлектропроводна |
| Теплостойкость | Испытана в среде горячего асфальтобетона (+2000С) и при пропаривании бетонных изделий (+1000С). Потери прочности не выявлено | |
| Морозостойкость | Испытана в климатической камере в режиме замерзания и оттаивания до температуры -550С в течение 100 циклов. Потери прочности не выявлено |
Замена стальной арматуры на композитную
Расчет и конструирование бетонных изделий производятся в соответствии СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения», ГОСТ Украины ДСТУ-Н Б В.2.6-185:2012 [7]. При проектировании бетонных конструкций с использованием композитной арматуры следует руководствоваться равенством нагрузок, прикладываемых к арматуре.
Порядок замены стальной арматуры на композитную приведен в табл. 2.
Таблица 2. Порядок замены стальной арматуры на композитную
| Металлическая арматура А3 ГОСТ 5781-82 | Композитная арматура АБП ГОСТ 31938-2012 |
| Диаметр 6А3 Fсеч = 28,3 мм2 Ррасч = 10200 Н | 5АБП Fсеч = 10,2 мм2 Ррасч= 10200 Н |
| 8 А3 Fсеч = 50,3 мм2 Ррасч= 18100 Н | 6 АБП Fсеч = 18,2 мм2 Ррасч= 18100 Н |
| 10 А3 Fсеч = 78,5 мм2 Ррасч= 28300 Н | 7АБП Fсеч = 28,3мм2 Ррасч= 28300 Н |
| 12 А3 Fсеч = 113,1 мм2 Ррасч= 40720 Н | 8 АБП Fсеч = 40,7 мм2 Ррасч= 40720 Н |
| 14 А3 Fсеч = 154 мм2 Ррасч= 55450 Н | 10 АБП Fсеч = 55,5 мм2 Ррасч= 55450 Н |
| 16 А3 Fсеч = 201 мм2 Ррасч= 72360 Н | 11 АБП Fсеч = 72,4 мм2 Ррасч= 72360 Н |
| 18 А3 Fсеч = 254 мм2 Ррасч= 91450 Н | 12 АБП Fсеч = 91,5 мм2 Ррасч= 91450 Н |
| 20 А3 Fсеч = 314 мм2 Ррасч= 113040 Н | 13 АБП Fсеч = 113 мм2 Ррасч= 113040 Н |
| 22 А3 Fсеч = 380 мм2 Ррасч= 136800 Н | 14 АБП Fсеч = 137 мм2 Ррасч= 136800 Н |
Примечания: Fсеч – поперечное сечение арматуры, мм2; Ррасч – усилие растяжения арматуры при расчетном временном сопротивлении разрыву, Н
Согласно данным табл. 2, стальную арматуру А3 диаметром 22 мм по своим прочностным характеристикам можно заменить АБП диаметром 14 мм. В реальных бетонных конструкциях замена стальной арматуры на композитную осуществляется на основе расчета по первому и второму предельному состоянию.
По табл. 3 можно сравнить количества погонных метров в тонне АБП и стальной арматуры.
Таблица 3. Сравнение количества погонных метров в тонне АБП и стальной арматуры
| Композитная арматура АБП | В сравнении со стальной арматурой А2, А3 | ||
| БПА, диаметр ∅, мм | Количество, м/т | Равнопрочная замена на А3 или А2 диаметр ∅, мм | Количество п.м. арматуры в тонне |
| 4 АБП, ∅ 4 | 48780 | 6 А3, ∅ 6 | 4504 |
| 6 АБП, ∅ 6 | 20618 | 8 А3, ∅ 8 | 2531 |
| 10 А2, ∅ 10 | 1620 | ||
| 8 АБП, ∅ 8 | 11299 | 12 А3I, ∅ 12 | 1126 |
| 10 АБП, ∅ 10 | 7092 | 14 А3, ∅ 14 | 826 |
Погонный метр АБП имеет в 8-10 раз меньший вес по сравнению с аналогичной по прочности стальной арматурой А3.
Отработаны методы соединений композитной арматуры: вязка проволокой – так же, как и стальной арматуры; вязка препрегами ровингов и полимерными фиксаторами.
Сетки из композитной арматуры
Сетки изготавливают из стержней композитной арматуры диаметрами от 5 до 12 мм (рис. 1).
Крепление стержней сетки производится полимерными фиксаторами, препрегом ровинга или отожженной металлической вязальной проволокой аналогично вязке сеток из стальной арматуры.
Прочностные характеристики композитных арматурных сеток проведены в табл. 4 [4].
Таблица 4. Прочностные характеристики композитных арматурных сеток
| Прочность сетки на растяжение, кН/м | Шаг ячейки сетки, t (мм) | |||||
| ∅ 5 мм АСП | 6 АСП | 7 АСП | 8 АСП | 10 АСП | 12 АСП | |
| 50 | 200*200 | |||||
| 100 | 200*200 | |||||
| 200 | 150*150 | 200*200 | 300*300 | |||
| 300 | 150*150 | 200*200 | 300*300 | |||
| 400 | 150*150 | 200*200 | ||||
| 500 | 150*150 | |||||
Преимущества АБП – высокие прочностные характеристики, отсутствие коррозии, вес, низкое энергопотребление при производстве и более низкая себестоимость производства по сравнению со стальной арматурой [7].
Основой АБП являются базальтовые непрерывные волокна (БНВ). БНВ производятся из природного сырья – магматических базальтовых пород. Основные энергозатраты на подготовку базальтов выполнены природой. АБП производится по «холодным» технологиям, что требует в 30 раз меньше энергоносителей, чем для выпуска стальной арматуры. Поэтому себестоимость производства АБП в 2-2,5 раза ниже, чем у стальной арматуры.
По результатам исследований долговечность бетонных конструкций с использованием АБП составляет не менее 100 лет. Такая долговечность эксплуатации обусловлена высокой химической стойкостью арматуры в агрессивных средах: щелочной среде бетонов, хлористых солях противогололедных реагентов, морской воде, кислотной среде.
АБП по своим характеристикам, энергозатратам, себестоимости производства имеет значительные перспективы роста объемов производства и применения. К настоящему времени созданы все условия для массового производства и применения композитной арматуры на основе БНВ, созданы эффективные технологии и оборудование для промышленного производства БНВ и АБП, разработана и принята нормативная документация – ТУ и ГОСТы.
При создании производств композитной арматуры БНВ следует учитывать опыт производства стального аналога. Стальная арматура производится крупными металлургическими комбинатами в соответствии с требованиями ГОСТ. Данные предприятия имеют центральные заводские лаборатории (ЦЗЛ) и службы ОТК, которые осуществляют научное, технологическое сопровождение производства и контроль качества арматуры. В то же время мелкие производства арматуры из металлолома не всегда соответствуют требованиям качества.
Производства АБП также следует создавать на заводах-производителях БНВ с контролем их характеристик и качества: от базальтового сырья, производства БНВ, ровингов до АБП, с контролем партий арматуры.
Производители композитной арматуры, которых в последние годы возникло достаточно много (15 в РФ и Украине, около 60 в КНР, создаются производства и в других странах) должны также обеспечивать заводской контроль качества, стремиться к созданию собственного законченного цикла производства от БНВ до АБП. Производства композитной арматуры нужно обеспечивать централизованным контролем технологических процессов, ввести систему контроля образцов выпускаемой арматуры и сертификации соответствия требованиям ТУ и ГОСТов.
На основе исследований ведущих НИИ разработаны государственные стандарты ряда стран на производство и применение композитной арматуры. Государственные стандарты на композитную арматуру приняты в КНР, Украине, РФ и ряде стран СНГ. Стандарты имеют различия и дополняют друг друга.
Государственный стандарт КНР (принят в 2007 г.) содержит основные положения, диаметры арматуры от 6 до 50 мм (6 мм, 8 мм, 10 мм, 12 мм, 16 мм, 20 мм, 25 мм, 32 мм, 40 мм, 50 мм), таблицы характеристик и допусков. Общий объем стандарта – 15 стр.
*При строительстве жилых зданий композитная арматура в отличие от стальной не экранирует помещения здания от магнитного поля Земли, что положительно сказывается на самочувствии и здоровье жителей дома.
Государственный стандарт Украины ДСТУ-Н Б В.2.6-185:2012 «Руководство по проектированию и производству бетонных конструкций с неметаллической композитной арматурой на основе базальтового и стеклоровинга» (принят 01.04.2013, объем 32 стр.) [8]. В стандарте представлены сферы применения, характеристики и расчетные данные композитной арматуры (КА), расчетные данные бетонных конструкций с КА, расчеты элементов с КА при действии продольных, поперечных сил, при кручении и продавливании, расчеты и ограничения образования и раскрытия трещин, прогибов. Конструктивные требования: анкерование КА, сеток КА, способы соединения КА и сеток КА. Правила конструирования бетонных элементов с КА: балок, сплошных и безбалковых плит, колонн, стен. Правила изготовления бетонных конструкций с КА, входной контроль качества, способы вязки продольных и поперечных каркасов арматуры.
*Применение АБП – монолитное строительство жилых зданий
ГОСТ 31938-2012 «Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций» (введен в действие в качестве национального стандарта РФ 01.01.2014, объем 33 стр.) [9]. В ГОСТе представлены: основные положения; методы и аппаратура контроля прочностных характеристик КА на растяжение, сжатие, срез, а также контроля прочности сцепления КА с бетоном; предельная температура эксплуатации.
ГОСТ 31938-2012 также принят Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и оценке соответствия в строительстве рядом стран: Азербайджан, Армения, Беларусь, Киргизия, Молдова, Таджикистан, Узбекистан. Проводятся работы по подготовке и принятию стандартов стан ЕС и США [10].
Применение композитной арматуры: строительство, сейсмостойкое строительство (армирование фундаментов, свай, колонн, армирование бетонных изделий, сейсмических поясов), гидротехническое строительство (армирование плотин, дамб, русел каналов), дорожное строительство (армирование бетонных дорог, дорожных плит, лотков, опор и перекрытий мостов) [11].
Специальные виды композитной арматуры: полая, тросы, плоская, профили
Полая арматура, анкеры из полой арматуры (фото 11). Применение полой арматуры больших диаметров позволяет обеспечить высокую прочность арматуры при минимуме расхода материалов и снизить стоимость композитной арматуры.
Анкеры из полой арматуры. Применение – строительство тоннелей, горных выработок шахт. Анкеры устанавливаются в пробуренные шурфы горных выработок. В отверстие анкера вводится цементно-песчаная смесь, которая затвердевает, и анкеры вмуровываются в горную выработку тоннеля. К анкерам крепятся композитные арматура и армирующие сетки.
Композитные тросы. Вантовые тросы на основе БНВ (фото 12) превосходят по своим характеристикам стальные. Применение вантовых тросов в мостостроении позволяет повысить прочность и несущую способность мостов.
Плоская арматура на основе конструкционных лент и ровинговых тканей БНВ
Применение плоской арматуры БНВ предназначено для повышения прочности, сейсмостойкости зданий и сооружений. Тканые ленты и конструкционные ткани БНВ предварительно пропитываются связующими, при этом получают препреги. Препрегами как бандажом с усилием внатяг обтягивают здания. Затем препреги полимеризуются и образуют плоскую арматуру. Плоская арматура обеспечивает повышение прочности и сейсмической стойкости зданий, сооружений, препятствует образованию и развитию трещин. Плоская композитная арматура применяется для обрамления и усиления зданий и сооружений (вместо металлоконструкций), дополнительного армирования и усиления панелей перекрытий, пролетов мостов, бетонных плотин, дамб.
Композитные профили: Т, П, уголки, двутавры, полые квадратные, прямоугольные, треугольные, трубки и других сечений (рис. 2) могут найти применение для армирования и усиления бетонных конструкций и изделий.
Для сцепления с бетоном поверхность армирующих профилей покрывают крупным песком или отсевом базальта.
Недостатки композитной арматуры и их устранение
1. Основой композитной арматуры являются негорючие волокна – базальтовые, стеклянные и углеродные. Однако применение горючих эпоксидных и полиэфирных связующих делает композитную арматуру также горючей. Такую арматуру можно применять под защитой слоя бетона или в фундаментах, основаниях зданий, сваях, дамбах и плотинах, бетонных покрытиях дорог, дорожных плитах и в других местах, где не может быть воздействия открытого пламени.
Устраняют этот недостаток применением антипиренов – добавок в связующие, которые делают связующие и композитную арматуру трудногорючей. Либо применением негорючих неорганических связующих, которые делают арматуру полностью негорючей и огнестойкой. Неорганические связующие имеют щелочную реакцию. Поэтому производить негорючую и огнестойкую композитную арматуру возможно только на основе БНВ.
Работы по созданию негорючей и огнестойкой базальтовой арматуры проводились ранее (разработаны несколько видов неорганических связующих), а также проводятся и в настоящее время. Применение неорганических связующих позволяет производить АБП на температуры длительного применения до 6000С, что на 2000С выше предельных температур применения стальной арматуры. Предельная температура применения АСП до 4000С определяется термостойкостью стекловолокна.
2. Композитную арматуру нельзя гнуть по месту, как стальную арматуру. Этот недостаток также устраняется ее профилированием и приданием требуемой гибкой формы при ее изготовлении; вязкой прутков арматуры, а также применением препрегов, пропитанных связующим жгутов ровинга, узких лент, шнуров, которые по месту применения укладывают, вяжут и затем полимеризируют.
Классификация композитной арматуры
Предлагается следующая классификация композитной арматуры (см. табл. 5).
Таблица 5. Классификация композитной арматуры
| По форме сечения арматуры | По материалу основы | По профилю и покрытию поверхности арматуры | По степени горючести и температуре применения |
| Арматура круглого сечения (классическая) | |||
| Арматура круглого сечения, диаметр ∅, мм | На основе цельнотянутого прутка ровингов БНВ | С навивкой арматурного профиля ровингом (а) | Трудногорючая с антипиренами до 400°С (ТР) |
| Арматура круглого сечения, диаметр ∅, мм | На основе жгутов ровинга БНВ | С вдавленным профилем (в) | Негорючая на основе негорючих связующих, до 600°С (НГ) |
| Арматура круглая полая, диаметры ∅, ∅, мм | ——- « «——— | ——- « «——— | ——- « «——— |
| Арматура сложного сечения – профильная. Арматура плоская | |||
| Профили Т, П, двутавр, квадрат и др. сечений, с указанием размеров, мм | Ровинг базальтовый (Б), стекловолокно (С), углеродное волокно (У), химволокна (Х) | С покрытием песком, или отсевом базальтов (п), (б) | Горючая на температуры применения до 280°С (Г) |
| Арматура плоская с указанием ширины, мм | Ровинг базальтовый (Б), стекловолокно (С), углеволокно (У) | Без покрытия, или с покрытием песком (п), отсевом базальта (б) | Негорючая (НГ), или трудногорючая (ТР) |
| Арматура плоская тканевая АБП Т 600 | На основе базальтовых тканей | Однонаправленных ровинговых тканей, ширина ткани, мм | ——- « «——— |
| Арматура плоская ленточная АБП Л 50 | На основе базальтовых лент |
С указанием ширины ленты, мм |
——- « «——— |
По волокнам основы арматуры: на основе базальтовых непрерывных волокон – АБП; стекловолокна – АСП; углеродных волокон – АУП; химических волокон (арамидных и др.) – АХП.
По основе: арматура круглого сечения на основе цельнотянутого прутка; на основе жгута ровингов. Арматура профильная. Арматура плоская на основе однонаправленных лент и тканей.
По профилю арматуры и ее покрытию: выступающий арматурный профиль, вдавленный профиль, покрытие поверхности крупным песком или отсевом базальта.
Специальные виды композитной арматуры: полая арматура; плоская арматура на основе однонаправленных ровинговых тканей, лент; армирующие профили.
По степени горючести: арматура на основе горючих связующих (эпоксидных и полиэфирных смол), трудногорючая арматура с добавлением в связующие антипиренов, негорючая композитная арматура на основе негорючих (неорганических) связующих.
Предложенная классификация потребует согласований с производителями и потребителями композитной арматуры.
После наименования арматуры указать – на основе цельнотянутого прутка: с рельефным арматурным профилем (а), с вдавленным профилем (в), с покрытием песчаным (п) или отсевом базальта (б). Степень горючести: горючая (Г), трудногорючая (ТГ), негорючая (НГ).
Примеры:
8 АБПа (ТР) – диаметр прутка 8 мм, арматура базальтопластиковая, с рельефным арматурным профилем, трудногорючая.
АБП Т1200 (ТР) – арматура базальтопластиковая плоская на основе ткани, шириной 1200 мм, трудногорючая.
АБП Л60 (НГ) – арматура базальтопластиковая ленточная, ширина ленты 60 мм, негорючая.
Выводы:
АБП имеет преимущества по сравнению со стальной арматурой по прочностным характеристикам, коррозионной и химической стойкости, весовым показателям, долговечности эксплуатации, электроизоляционным свойствам.
Создание производств БНВ и АБП также имеет ряд преимуществ.
1. Возможности создания производств БНВ на основе местных месторождений базальтов. Инвестиции в создание производств БНВ и АБП требуются относительно незначительные, поэтапные, при сжатых сроках окупаемости.
2. Экономия энергоресурсов при производстве АБП – в 30 раз ниже, чем для производства стальной арматуры. Экологичность производства БНВ и АБП.
3. Низкая себестоимость и высокая рентабельность производства.
4. Возможность создания производств БНВ и АБП как в странах-экспортерах стальной арматуры (создание энергосберегающих и высокотехнологичных производств), так и в странах-импортерах стальной арматуры (замещение импорта собственным производством, возможности экспорта АБП).
5. Гарантированный сбыт. Созданы все условия по широкой замене арматурой базальтопластиковой традиционной стальной арматуры – нормативная база для широкого применения АБП, современные технологии и оборудование производства БНВ обеспечивают более низкую себестоимость производства АБП по сравнению со стальной арматурой.
Рынок стальной арматуры составляет десятки миллионов тонн в год. Даже частичная замена стальной арматуры на АБП в объемах 5-10% потребует создания десятков-сотен крупных заводов БНВ и АБП. Стальная арматура будет широко применяться в больших объемах в ближайшем и обозримом будущем. Композитную арматуру ни в коем случае нельзя рассматривать как какого-то конкурента арматуры из стали. В настоящее время объемы производства композитной арматуры – это капля в море. Только по мере роста объемов производства БНВ АБП будет постепенно и частично заменять стальную.
Библиографический список
1. Оснос М.С., Оснос С.П. Базальтовое непрерывное волокно – вчера, сегодня и завтра. Развитие технологий и оборудования, промышленных производств и сбыта // Композитный мир, № 2, 2015, с. 24-29. См. также раздел «Статьи» сайта basaltm.com
2. Патент 99794 UA. Способ производства композитной арматуры и устройство для его осуществления. Оснос С.П., Оснос М.С.
3. Арматура неметаллическая композитная периодического профиля. ТУ 5769-248-35354501-2007. Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона (НИИЖБ), – Москва, 2007.
4. Технические рекомендации по применению неметаллической композитной арматуры периодического профиля в бетонных конструкциях, НИИЖБ. – Москва, 2004.
5. Экспертное заключение о возможности использования арматуры композитной базальтопластиковой АБП для армирования бетонных изделий. ГосдорНИИ Украины. – 2009.
6. Physical, Mechanical, and Durability Characteristics of Basalt FRP (BFRP) Bars Preliminary Test Results, Canada, Universite De Sherbrooke, April, 2010.
7. Степанова В.Ф., Степанов А.Ю., Жирков Е.П. Арматура композитная полимерная, – Москва, 2013.
8. ДСТУ-Н Б В.2.6-185:2012. Руководство по проектированию и производству бетонных конструкций в неметаллической композитной арматурой на основе базальтового и стеклоровинга.
9. ГОСТ 31938-2012. Арматура композиционная полимерная для армирования бетонных конструкций.
10. Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRP Bars. Reported by Committee 440. ACI 440. 1R-06. – 44 p.
11. Негматуллаев С.Х., Оснос С.П. Применение материалов на основе базальтовых волокон в строительстве и сейсмостойком строительстве. Результаты исследований, заключения и опыт применения материалов БНВ в строительстве // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, № 5-6, с. 20-24. См. также раздел «Статьи» сайта basaltm.com
