Использование композитной стеклопластиковой арматуры для фундамента

Характеристики стеклопластиковой арматуры

В строительстве различают три основных типа стеклопластиковых изделий, применяемых для формирования арматурных каркасов при бетонировании:

• стеклокомпозитные;
• углекомпозитные;
• комбинированные.

Различные виды арматуры предназначены для работы в определенных условиях.

По пределу прочности на растяжение лидирует углепластиковая арматура с показателем 1400 МПа (у стеклокомпозитных изделий этот показатель, для аналогичного по диаметру прута, составляет 800 МПа). Есть также различие по модулю упругости – пруты из углепластика надежнее композитных элементов в 2,5 раза.

Стеклопластиковые прутки изготавливаются на заводе в бухтах. Диаметр изделий варьируется от 4 до 32 мм. Для лучшего сцепления с бетоном, поверхность прутов делают ребристой.

Читайте также: Арболитовый бетон — из чего делают и где применяют стройматериал?

Применение стеклопластиковых прутов имеет ограничение по температуре. При температуре свыше 60oС, стеклопластик теряет свои прочностные характеристики. Также следует учитывать предельный показатель для стеклопластика по прочности на сжатие – 300 МПа.

Подробнее про композитную арматуру мы уже писали в этой статье.

Стоимость в Москве

АСП, сечение в мм	Цена в рублях за погонный метр
	Рифленая АСП	АСП с песчаной обсыпкой
4	7	11
6	9	12
8	14	17
10	20	25
12	25	37
14	35	47
16	46	53

Отзывы специалистов-проектировщиков однозначны: применение стеклокомпозита следует ограничить исключительно малоэтажным строительством.

Сравнение стеклопластика и металла

Стеклокомпозит позиционируется как альтернатива металлопрокату. Проведем сравнительную характеристику:

1. Деформационные и физико-механические свойства.

Показатель	Арматура из стеклопластика	Арматура металлическая
Габариты: Длина Диаметр	6-100 погонных метров 4-18 мм	6-12 погонных метров 4-80 мм
Модуль упругости	30-55 кН/мм2	200кН/мм2
Теплопроводность	47 Вт/м*К	0,5 Вт/м*К
Масса	От 0,03 кг/погонный метр	От 0,222 кг/погонный метр

Исходя из данных таблицы, стеклокомпозит хуже работает на растяжение и не выдерживает тех нагрузок, что металл. Но при этом первый вид арматуры в отличие от сталепроката не создает «мостиков холода».

2. Реактивность.

Металлоизделия боятся влаги в любом виде, так как она способствует коррозии продукции и ее расщеплению. Материал выдерживает любые минусовые температуры без потери основных свойств, а пожары каркасу не страшны – температура плавления стали начинается от +1400 °С.

Стеклопластик не вступает в реакцию с водой, солевыми, щелочными и кислыми растворами, отсутствует взаимодействие и с такими агрессивными составами, как битум, растворители и тому подобное. Однако при понижении температуры ниже -10 или -15 °С продукция становится хрупкой на излом. Стеклокомпозит относится к группе горючести Г2 (умеренно горючая) и при пожаре может создать дополнительный очаг возгорания.

Читайте также: Плотность асфальтобетона: расход и состав материала

3. Безопасность.

Сталь – это материал, в составе которого отсутствуют такие летучие примеси, как формальдегид, толуол и прочие, поэтому говорить о выделениях вредных веществ неразумно. Чего нельзя сказать о стеклокомпозите. Связующие термореактивные смолы – это синтетические полимерные композиции, в которых присутствуют различные токсичные компоненты, включая фенол, бензол, всем известный формальдегид и прочее. Поэтому стеклопластик не относится к категории экологичных товаров.

Еще один момент: металлическая арматура проверена временем и наработан огромный опыт ее использования, есть реальные отзывы. Достоинства и недостатки стали отлично известны, разработаны методы преодоления последних. Подтвержденный срок службы составляет в среднем 30-40 лет, того же нельзя сказать о стеклокомпозите. Производители утверждают, что их материал может прослужить не меньше.

Вывод из вышесказанного подтверждает мнение специалистов: арматурный прокат лидирует почти по всем параметрам и заменять его на стеклопластиковый нерационально.

Необходимые материалы и инструменты

Перед тем, как вязать стеклопластиковую арматуру для фундамента, необходимо закупить материалы и подготовить инструменты для работы.

Обычно для усиления монолитных конструкций применяются горизонтальные плоские сетки, соединенными пространственными связями в единое целое. Такая схема подходит для укладки ленточного и плиточного фундамента под здание, или для подготовки каркаса под заливку основания для забора.

Отдельные пруты между собой связывают металлической проволокой с помощью специальных крючков или пистолета (материал по теме вязки арматуры представлен здесь).

Также их можно соединять хомутами.

До начала работ приобретают следующие материалы:

• стеклопластиковые пруты (диаметр должен соответствовать проектной документации);
• металлическую проволоку или пластиковые хомуты.

Арматура из пластика поставляется в бухтах, поэтому перед началом работ ее необходимо нарезать по размеру. Резать арматуру можно обычной ножовкой по металлу или отрезным диском углошлифовальной машинки (материал по резке стеклопластиковой арматуры размещен тут). Размечать пруты на отдельные куски удобно будет маркером.

Для вязания выбирают металлическую проволоку диаметром от 1 мм. Такой размер позволяет создать надежный узел, который будет удерживать пересечение отдельных прутов без перепадов по высоте.

Для нарезки проволоки на отдельные куски будет достаточно бухту с проволокой раскроить на 3 части углошлифовальной машинкой.

Для придания проволоке большей эластичности, ее рекомендуют отжечь на костре. После термической обработки проволока легко гнется и затягивается узлом на месте соединения арматурных прутов. Необработанная проволока хуже затягивается и не дает плотного захвата соединения, а также чаще рвется.

Читайте также: Как расчитать количество пеноблока на дом: подсчеты и решения задач по строительству

В качестве инструмента для вязания проволоки могут использоваться:

• плоскогубцы;
• вязальные крючки;
• вязальные пистолеты.

Работать плоскогубцами неудобно. Для получения правильного узла приходится прикладывать много усилий, а скорость работы будет ниже в несколько раз, чем при использовании других инструментов. Чаще всего строители применяют вязальные крючки.

Крючки бывают двух видов:

• Ручные. Такой инструмент потребуется вращать усилием руки.
• Полуавтоматические. Они снабжены внутренней резьбой, и при протягивании ручки назад, крючок проворачивается, затягивая узел.

Обычный крючок можно приобрести в строительном магазине, но также его легко смастерить самостоятельно из толстой стальной проволоки (об этом читайте в этом материале).

Вязальный пистолет существенно ускоряет процесс подготовки каркаса, но это достаточно дорогой инструмент. Кроме того, габариты пистолета не позволяют осуществить захват соединения прутов в труднодоступных местах — там все равно придется работать обычным крючком.

Инструкция по вязке композитной арматуры

Чтобы создать прочный пространственный каркас из арматурных прутов, места соединений необходимо связать. Надежность узла должна обеспечить сохранность арматурной сетки без изменений первоначального вида при заливке раствора.

Для фиксации соединений чаще всего используют металлическую проволоку. Это самый простой и надежный способ, который не требует специальной подготовки монтажника. Металлическую арматуру также сваривают, но для стеклопластика такой вариант не подходит.

Процесс вязки стеклопластиковых прутов можно разбить на несколько этапов:

• Арматуру нарезают по заданным размерам, для чего потребуется размотать бухту.

• Поперечные прутки укладывают на специальные пластиковые подставки-фиксаторы.

• Сверху на поперечные пруты укладывают продольные, соблюдая равномерное расстояние между отдельными элементами.
• В тех точках, где есть пересечение прутов, необходимо выполнить связку. Для этого под место соединения протягивают сложенный вдвое отрезок проволоки и скручивают петлю крючком, захватывая свободный конец (на фото вариант с лагами вместо фиксаторов).

• Собрав нижнюю горизонтальную сетку, приступают к выставлению вертикальных прутов.

• Закрепив нижнюю часть вертикальных прутов, приступают к монтажу следующего горизонтального ряда.
• Готовый каркас опускают в опалубку.

На практике рабочие часто сперва готовят рамку из металлической арматуры, к которой уже монтируют стеклопластиковые пруты. Такой каркас получается более прочным, хоть и довольно дорогим.

Нюансы вязки пластиковой арматуры

При подготовке каркаса для разных видов фундамента, также применяют различные техники вязки композитной арматуры. Методы вязки учитывают особенности монолитных конструкций. Рассмотрим самые популярные варианты вязания стеклопластиковых прутов.

Для ленточного фундамента

Вязка стеклопластиковой арматуры для ленточного фундамента осложняется наличием боковых примыканий, множеством пересечений и необходимостью готовить углы.

В точках соприкосновения фундаментных линий каркасы связывают, используя П-образные фрагменты. Таким образом соединяют перпендикулярную сетку с наружным армированием.

Для формирования углов стеклопластиковые пруты сгибают под прямым углом, но сделать это в условиях стройплощадки непросто, поэтому чаще просто заказывают готовые Г-образные изделия, которые и привязывают проволокой к основному каркасу. В этом случае перехлест должен составлять не менее 300 мм, а число вязок — не менее двух.

Если приходится выгибать пруты на месте, делать это следует очень осторожно. Применение огня или любого другого термического способа придания арматуре большей пластичности неприемлемо. В этом случае арматура потеряет свои первоначальные характеристики и не сможет справляться с расчетной нагрузкой.

Готовые арматурные сетки в каркасе ленточного фундамента соединяют прямыми отрезками. Пересечения состыковывают внутри опалубки в точке установки.

При вязке каркаса для ленточного фундамента следует придерживаться следующих правил:

• вязать каркас можно как внутри опалубки, так и на свободной площадке, но второй вариант предпочтительнее;
• расстояние от границ опалубки должно составлять не менее 2,5 см.

Для плитного фундамента

Для подготовки плитного монолитного основания под дом готовят арматурный каркас из горизонтальных сеток. В зависимости от проектной нагрузки, каркас может состоять из одного или двух горизонтальных рядов, связанных между собой.

При подготовке каркаса для плиты, пруты не делят на поперечные и продольные фрагменты.

Читайте также: Механизация процесса уплотнения асфальтобетонной смеси катком

Чтобы нижнюю сетку установить над уровнем пола на нужной высоте, используют специальные пластиковые подставки с направляющими выемками под пруты. Их расставляют на расстоянии 1000-1500 мм друг от друга, что позволяет придать всему каркасу строго горизонтальное положение.

Особенностью заливки плитного фундамента, как и плиты перекрытия, заключается в необходимости проведения работ на месте. Обычно это довольно большие бетонные конструкции, не предназначенные для перевозки и перемещения. Поэтому перед тем как связывать арматурный каркас для плитного фундамента, нужно подготовиться и выполнять работы осторожно, не наступая на собранные сетки.

Существует способ связывания арматурного каркаса плиточного фундамента с элементами ленточной конструкции. Для этого заготавливают пруты размером превышающим габариты плиты, чтобы была возможность связать их с каркасом ленточного фундамента. Между собой арматурные сетки связываются металлической проволокой с помощью вязального крючка.

Недостатки и мифы

Материал достаточно новый, поэтому не до конца изучен. Применение в массовом строительстве такого типа стержней делает невозможным отсутствие нормативной базы для расчета. По стеклопластику существует только ГОСТ 31938-2012. Это недавно появившийся и единственный нормативный документ. ГОСТ предусматривает технические требования к материалу, но не дает рекомендаций по расчету, производители приводят лишь примерные значения соответствующих стальных стержней.

Армирование композитом имеет следующие недостатки:

• Невозможность гибки: материал могут изогнуть только на заводе по заранее предоставленным схемам;
• Невозможность применения сварки. Обычно сварка применяется на больших каркасах, в частном домостроении арматуру чаще вяжут.
• Неустойчивость к высоким температурам. Сталь начинает терять свои свойства при нагреве до 600 градусов Цельсия. В случае с композитом потеря несущей способности происходит намного раньше. А это значит, что при пожаре бетонные перекрытия и балки обрушатся быстрее.

Помимо недостатков существуют сомнительные моменты, о которых стоит знать.

Расчетные характеристики

Расчет железобетонных элементов выполняют по СП «Бетонные и железобетонные конструкции» по 2 группам предельных состояний (ГПС).

• 1 ГПС — расчет по несущей способности. Проверяют, может ли элемент выдержать нагрузку, прикладываемую к нему. Расчет ведут с учетом прочности материала.
• 2 ГПС — расчет по жесткости. Здесь учитываются деформации и величина раскрытия трещин железобетонных конструкций. Расчет ведут с учетом модуля упругости материала.

В железобетонном элементе сжимающую нагрузку берет на себя бетон, а функция арматуры — предотвратить разрушение под действием деформаций. Производители композита заявляют о высоких прочностных характеристиках (Rs), но умалчивают о модуле упругости (Еs). Именно эта величина определяет деформативность конструкции.

Рассчитать деформативность можно, разделив прочность на модуль упругости. Для стальной арматуры А400 Rs = 360 МПа, Es = 200000 МПа, отсюда получаем деформативность равную 0,0018 или 0,18 %. Для стеклопластиковой арматуры Rs = 1000 МПа, Es = 50000 МПа. Деформативность равна 0,02 или 2%. Т.е. на 1 метр конструкции растяжение композитной арматуры возможно до 2-х см против 0,18 см у стальной, представьте какие трещины будут образовываться в конструкции. Арматура предназначена для предотвращения растрескивания и растяжения. Композитная справляется с этой функцией в 10 раз хуже, чем стальная.

Особенно важно это качество при армировании плит перекрытия и различных балок. Здесь деформации очень велики, поэтому армирование таких элементов композитом невозможно.

При применении в конструкциях с предварительным напряжением, его потери со временем для стали составляют 20-30% (то насколько теряется жесткость конструкции). Для стеклопластиковой арматуры это значение может дойти за 5-10 лет до 80-90%, потому что это органический материал. То есть весь смысл предварительного напряжения пропадает.

Обратите внимание что ни один производитель напряженного железобетона (плиты, балки) не использует композитную арматуру. Для неё нет нормативных документов (СП, СНиП), поэтому невозможно рассчитать как она себя поведет.

Исходя из этого, заверения производителей о высокой прочности материала справедливы, но на нормальную работу конструкции влияет не только прочность. По деформативности стеклопластик значительно уступает стали.

Уменьшение веса конструкции

Небольшая масса материала существенно снижает трудоемкость, но стержни не могут дать существенного уменьшения веса всей конструкции, которым добиваются уменьшения нагрузок на фундамент.

Для обоснования приводятся числовые значения:

1. Нагрузка на фундамент от плиты 6 м на 1,5 м и толщиной 0,2 м из железобетона равняется сумме массы бетона и арматуры. Процент армирования принимаем 3%. Объем бетона = 6 * 1,5*0,3 = 2,7 м³. Умножив этот объем на процент армирования получим объем стали = 2,7 * 0,03 = 0,081 м³. Масса бетона = 2,7м³ * 2000 кг/м³ = 5400 кг. Масса стали = 0,081 м³ * 7850 кг/м3 = 636 кг. Итого масса плиты = 6036 кг.
2. Для такой же плиты армирование предусмотрено стеклопластиком. Объем бетона, арматуры не меняется, масса бетона тоже. Масса арматуры = 0,081 м³ * 1900 кг/м³ = 154 кг. Масса плиты равна 5400 кг + 154 кг = 5554 кг.

Из приведенных выше вычислений видно, что суммарная масса элемента отличается меньше, чем на 500 кг. При массе плиты более 5000 кг это не очень большое значение. Поэтому применение стеклопластиковой арматуры для снижения нагрузки на фундамент экономически необоснованно, так как композит стоит дороже.

Долговечность

Можно верить производителям композитной арматуры на слово, о том что срок службы композитной арматуры составляет 80 лет. Но сомнительными их слова делают два факта:

• Сталь применяется человеком уже долгие годы, о ней много информации, можно довольно точно определить ее срок службы в тех или иных условиях. Композитные стержни — новый материал. Сведений о ее эксплуатации в течение долгого периода, а именно заверенные 80 лет, нет.
• Композитные пруты — органический материал. Со временем в любом органическом веществе происходит разрыв полимерных связей, так называемый процесс “старения” органики, это приводит к потере свойств материала, иногда к разрушению (например резина становится жесткой и начинает растрескиваться через определенное время).