Стальная или композитная арматура - что лучше?

Постоянный рост объемов строительства объектов различного назначения заставляет застройщиков и производителей стройматериалов искать новые, более выгодные с точки зрения цены и качества решения. Одной из альтернатив традиционным металлоемким элементам, таким как арматура, становится её неметаллический аналог - композитные прутки на основе стеклянных или базальтовых волокон. Что представляют собой эти материалы? Сравним стальную и композитную арматуру по основным физико-механическим и химическим характеристикам.

Для изготовления металлических каркасов железобетонных конструкций без предварительного натяжения применяют сталь марок А240, А400, А500, А500С согласно ГОСТ 5781-82. Марка А240 изготавливается из углеродистой стали, а её прокат имеет гладкую поверхность. Такой тип арматуры используется как вспомогательный элемент: из него формируют хомуты в объемных каркасах или фиксируют готовые арматурные сетки.

Для изготовления арматуры марки А500 используют высокоуглеродистые сплавы, содержание углерода в которых превышает 0,6%. Из-за этого такие прутки имеют ограничения по гибкости и не всегда подходят для сварки. Более усовершенствованный вариант с маркировкой “С” отличается хорошими сварочными свойствами и пластичностью, что делает его востребованным в жилищном строительстве и при производстве железобетонных изделий. Пруток имеет серповидный профиль с продольными и поперечными ребрами, которые не пересекаются. Такая форма обеспечивает надежную адгезию с бетоном. Буква “С” в маркировке указывает на пригодность материала для сварки.

Композитная арматура представляет собой прутки, выполненные из минеральных компонентов. По информации производителей, основа таких изделий - это продольно расположенные сверхпрочные волокна, заключенные в эластичную оболочку.
В строительстве применяют три основных типа композитных каркасов:

• с традиционным (ребристым) рельефом;
• с гладкой поверхностью и песчаным слоем;
• смешанные (ребристый рельеф + песчаное покрытие).

Наибольшей популярностью пользуются прутки, изготовленные из стеклянных или базальтовых волокон. Изделия на основе углеродного или синтетического волокна обходятся значительно дороже, поэтому используются в крупных строительных проектах. Нормативные требования к сырью и техническим параметрам композитной арматуры регламентируются ГОСТ 31938-2012.

Преимущества и недостатки композитной арматуры

Прутки из стеклопластика или базальтового волокна, применяемые в строительной сфере, обладают рядом значительных преимуществ, выгодно отличающих их от традиционных стальных армирующих элементов в железобетонных конструкциях.

Стоимость.
По сравнению со стальной арматурой, цена композитных стержней того же диаметра на 25–30% ниже. При этом итоговая стоимость арматурного каркаса зависит от множества факторов - от цены на исходное сырьё до особенностей производственного процесса, затрат на транспортировку и условия хранения.

Коррозионная стойкость.
Стеклопластиковые материалы не подвержены разрушению под воздействием влаги, что позволяет железобетонным конструкциям сохранять прочность на протяжении длительного времени. Они не вступают в реакцию с агрессивными веществами, возникающими в бетонной среде, поскольку относятся к первой категории по химической стойкости. Композитная арматура не требует особых условий при перевозке и хранении.

Высокая прочность на растяжение.
Прочностной показатель достигает 1200 МПа - это более чем в четыре раза превышает аналогичное значение для стальной арматуры при продольных нагрузках.

Диэлектрические свойства.
Композитные стержни из стеклопластика не проводят ток, что положительно влияет на долговечность армирующего каркаса. Хотя использовать их как элемент заземления нельзя, в отличие от стали они не подвержены ускоренному окислению при контакте с электрическим током.

Низкий вес.
Малая масса облегчает доставку, монтаж и разгрузку изделий, а также снижает нагрузку на фундамент и несущие конструкции здания.

Стабильность при температурных изменениях.
Коэффициент теплового расширения у композитной арматуры сопоставим с бетоном, благодаря чему исключается риск появления трещин и других повреждений конструкции при температурных колебаниях.

Недостатки:

Чувствительность к высокой температуре.
При нагреве свыше +600 °C стеклопластик теряет ключевые характеристики, указанные в ГОСТ - такие как прочность и устойчивость к нагрузке. Поэтому композитную арматуру не рекомендуют применять в зонах с высокими требованиями к огнестойкости, например, на предприятиях или при строительстве зданий I класса по огнестойкости.

Недостаточная жесткость.
Жесткость каркасов из композита составляет около 55 000 МПа, что примерно в 4 раза ниже по сравнению со стальной арматурой. А чем выше жесткость, тем более прочной и устойчивой будет железобетонная конструкция.

Повышенное удлинение при растяжении.
Коэффициент удлинения при разрыве составляет 2.0–2.2%. Это означает, что при нагрузке на, скажем, балку длиной 3 метра возможна деформация с образованием трещин шириной до 60 мм.

Ограничения в сварке и гибке на объекте.
Композитные стержни нельзя сваривать и гнуть на стройплощадке. Для сборки сетки применяются пластиковые хомуты. В случае необходимости сварки используют композитные прутки с металлической арматурой внутри или специальные закладные элементы. Гибку деталей рекомендуется выполнять заранее на производстве, чтобы избежать повреждений.

Наиболее рациональными направлениями использования стекловолоконной и базальтовой сетки считаются:

• армирование цементных стяжек, отмосток, садовых и пешеходных дорожек;
• создание гибких связей в облицовочной кладке;
• возведение каркасных, щитовых и других конструкций с низкой нагрузкой;
• производство опор для линий электропередач;
• монтаж различных типов ограждений;
• прокладка инженерных сетей и систем канализации;
• строительство береговых укреплений и аналогичных объектов.

Преимущества и недостатки стальной арматуры

Металлическая арматура производится методом горячей прокатки из низколегированных сталей марок Ст3кп, 35ГС, 25Г2С, 32Г2Рпс согласно требованиям ГОСТ 5781-82. Диаметр стержней варьируется от 6 до 80 мм, длина - от 6 до 12 м. Поверхность может быть как гладкой, так и рифленой - с продольными и поперечными ребрами. Серповидный профиль поперечных ребер обеспечивает прочное сцепление с бетонной массой.

 
В сравнении с армированием на основе стеклопластика, базальта и других неметаллических материалов, стальная арматура выигрывает по нескольким критериям:

• Повышенная жесткость - 200 000 МПа, что обеспечивает высокую прочность каркаса и улучшает устойчивость конструкции.
• Низкий коэффициент удлинения - всего 0,25%. При крайней нагрузке на элементы, например, на балку длиной 3 метра, деформация будет минимальной - трещины расширятся не более чем на 7,5 мм, что считается допустимым.
• Хорошие показатели прочности на разрыв - до 500 МПа, соответствующие строительным нормативам.
• Огнестойкость - подходит для объектов любого класса огнестойкости, включая I-й.
• Удобство монтажа - возможна сварка и соединение стержней при помощи металлической проволоки.

Недостатки стального армирования напрямую связаны с особенностями физико-химических свойств углеродистых и низколегированных сталей:

• Значительная масса, создающая дополнительную нагрузку на несущие конструкции и усложняющая транспортировку и монтаж.
• Высокая теплопроводность, что может привести к промерзанию конструкций при отрицательных температурах.
• Уязвимость к коррозии при воздействии влаги и агрессивных химических сред.
• Электропроводность, способствующая ускоренному окислению металла.
• Сравнительно высокая стоимость, обусловленная ценой исходного металла, сложностью обработки и затратами на производство.

Какая арматура лучше?

Несмотря на активное продвижение композитной арматуры, она пока не стала и в обозримом будущем вряд ли станет полноценной альтернативой стальным армирующим каркасам.

Особенно это касается капитального строительства - таких объектов, как мосты, многоэтажные здания и другие ответственные сооружения. Основные причины - недостаточная устойчивость композитов к изгибу и сжатию, а также низкий модуль упругости, что характерно для всех неметаллических армирующих материалов.

Стальная арматура по-прежнему остается незаменимой при возведении несущих железобетонных конструкций, рассчитанных на большие постоянные и переменные нагрузки - балок, плит перекрытия, ригелей и т.п.

В то же время более доступная по цене композитная арматура отлично подходит для строительства малоэтажных каркасных зданий. Ее прочности и жесткости достаточно для конструкций, не подверженных чрезмерным нагрузкам. Кроме того, композиты особенно востребованы в инфраструктурных проектах, связанных с повышенной влажностью - для береговых укреплений, систем водоотведения, мелиорации и объектов сельского хозяйства.

Сравнительная таблица