Материалы, получаемые путём соединения в массе сырья природного происхождения и органики, называют полимерными композитами. Одним из таких материалов является стеклопластик – полимер на основе синтетических смол, армированный волокнами из расплавленного стекла. Суть такого смешения заключается в получении композита с отменными физико-химическими и механическими характеристиками, который нашёл широкое применение в строительстве. В частности, при возведении малоэтажных зданий стеклопластиковая арматура для фундамента – лучший выбор, и далее мы расскажем, почему.
Что такое стеклопластиковая арматура
Своё название стеклопластик приобрёл из-за стеклянных волокон, коими армируется полимерная матрица. В качестве связующего при его производстве могут применяться смолы самого разного происхождения: эпоксидные, фенольные, фурановые. Как вариант, могут использоваться термопласты типа полиэтилена, полиамида, полипропилена или эластомеры (искусственные каучуки).
Наполнителем могут служить не только короткие стеклянные волокна, но и цельные нити, ленты, жгуты, ткани (последний вариант называется стеклотекстолитом). В первых стеклопластиках, которые появились ещё лет 90 назад и применялись исключительно в радиопромышленности, количество наполнителя было небольшим и было призвано лишь устранить хрупкость полимерной основы. Позднее, когда композит стал применяться в строительстве, содержание в нём волокон увеличилось до 80%, а роль матрицы свелась к роли склеивающего материала.
Разновидности
Одним из важных для строительства качеств является невысокая цена стеклопластика – и это не только в сравнении с металлической арматурой, но и на фоне других видов композиционных материалов. Поэтому его широко используют не только в строительстве, но и авиа- и судостроении, производстве окон и дверей, спортинвентаря и бытовых предметов.
- Свойства стеклопластика зависят от его конкретного состава, длины и диаметра стекловолокна, его процентной пропорции со связующим, технологии производства. Все эти факторы влияют на итоговые характеристики готового композита: его плотность и теплопроводность, прочность на растяжение, химическую стойкость и диэлектрические свойства.
- На прочность и упругость СПА влияет направленность волокон, которые могут располагаться взаимно параллельно или быть перекрёстными. Наилучшими показателями обладают стеклопластики на эпоксидном связующем с волокнами, направленными в одну сторону.
- Вариант, когда нагрузка прикладывается вдоль волокон, наиболее надёжный, поэтому в стержневой арматуре наполнитель располагается по её длине. Изменяя направленность волокон, можно варьировать и свойства стеклопластика в соответствии с воспринимаемыми нагрузками.
- При неориентированном расположении, волокна используются рубленные и наносят их на форму одновременно с матрицей. У таких стеклопластиков меньше содержание наполнителя, но состав более однороден, а механические и физические свойства более стабильны.
- Стеклопластиковую арматуру изготавливают в соответствии с требованиями ГОСТ 31938. Минимальный диаметр 4 мм, максимальный 32 мм, и она, как и металлическая, может иметь разные варианты периодического профиля, чтобы обеспечить высокую прочность сцепления с бетоном.
- Стержни небольшого диаметра (до 8 мм) выпускаются в бухтах, остальные – в виде мерных стержней длиной 50-1200 см. Согласно стандарту, композитная арматура для строительства должна изготавливаться из термореактивной смолы и содержать минимум 75% наполнителя по массе.
Кроме стеклопластика по тому же стандарту изготавливается ещё 4 вида композитов – на основе базальта, угля, арамида и их сочетаний. Свойства у этих наполнителей них разные, поэтому для каждого вида свои требования по физико-механическим свойствам.
Для стеклопластика и базальтопластика, которые в основном и применяют в строительстве, минимальный набор характеристик выглядит так:
- предел прочности на растяжение 800 мПа;
- модуль упругости 50000 мПа;
- предел прочности на сжатие 300 мПа;
- прочность при срезе 150 мПа.
Плюсы и минусы
Как и у любого материала, у стеклопластиковой арматуры есть не только достоинства, но и недостатки. К достоинствам можно отнести:
- коррозионную устойчивость;
- высокую прочность на разрыв;
- длительный срок службы;
- малый удельный вес, снижающий расходы на транспортировку и перемещение внутри объекта;
- стабильность характеристик при положительных и отрицательных температурах;
- гальваническую и химическую стойкость;
- отсутствие статического электричества и диэлектрические свойства;
- экономичность.
Недостатком стеклопластика является невысокая прочность на срез (изгиб) – он ломается там, где металлический прут просто согнётся. По этой причине, композит не применяют для армирования конструкций, не имеющих опоры по всей площади: плит перекрытий, рандбалок, ригелей и т. д. Предельная температура нагрева тоже не высока, поэтому при воздействии открытого огня композитная арматура внутри бетона разрушится быстрее, чем стальная. Однако после такого пожара наземная часть дома всё равно не устоит, поэтому, какая арматура в фундаменте, уже не имеет значения.
Сферы применения
В современном строительстве композитная арматура применяется довольно широко. В первую очередь это монолитные фундаменты малоэтажных домов: плиты, ленты и столбы. При их армировании стальные стержни можно с выгодой заменить равнопрочными стеклопластиковыми прутами меньшего диаметра, что даст немалую финансовую экономию. Если при этом не увеличивать шаг арматуры, получится ещё и весьма солидный запас прочности.
Кроме фундаментов, стеклопластиковые стержни можно применять для армирования:
- бетонных полов;
- отмостки;
- армопоясов;
- в качестве гибких связей при соединении слоёв в двухслойной кладке (например, газобетон-кирпич);
- для горизонтального армирования рядов газобетонной кладки;
- монолитных перекрытий в комбинации с металлической арматурой (стеклопластиковая монтируется только в верхнем уровне каркаса);
- бетонной чаши бассейна;
- садовых бетонных дорожек;
- площадки для парковки машины;
- железобетонных элементов забора.
Выполнение расчетов количества стержневой арматуры
Обратите внимание: Количество арматуры, необходимое для усиления бетонного монолита фундамента, рассчитывается по одному принципу – как для металла. Просто, если будет использоваться композит, пользуются таблицей взаимозаменяемости.
Расскажем, как рассчитать количество арматуры. Для примера возьмём плоскую фундаментную плиту толщиной 250 мм, размером в плане 9х9 м.
- В каркасах плит, которые имеют толщину больше 15 см, шаг между стержнями в сетке может составлять 40*40 см. Так как расчёты у нас простейшие и непрофессиональные, предусмотрим запас прочности и возьмём шаг минимально допустимый – 20*20 см.
Меньший размер ячеек сеток даст возможность не делать усилений в зонах опирания стен, а распределить всю арматуру равномерно.
- Плита у нас квадратная, поэтому в продольном и поперечном положении будет одинаковое количество стержней. Учитывая толщину защитного слоя бетона с двух сторон, делим размер плиты на размер ячейки, и получаем количество стержней: (900 см - 3,5 см х 2) : 20 см = 45 стержней.
- Учитывая, что другая сторона фундамента имеет такой же размер, 45 умножаем на 2, и получаем 90 стержней на один уровень армирования. Так как уровней два, стержней понадобится 180 штук.
Стальную арматуру для фундамента дома обычно берут диаметром 12 мм. Равнопрочный ей композит будет иметь диаметр 8 мм. Такую арматуру продают в бухтах, поэтому очень удобно производить нарезку стержней заданной длины.
Необходимые материалы и инструменты для работы
Стеклопластиковую арматуру нельзя сваривать, можно только вязать, поэтому главным инструментом, применяемым в монтаже, будет специальный вязальный крючок, закреплённый на деревянной или пластиковой рукоятке. Инструмент может иметь различное исполнение и размер, поэтому цена значительно варьируется. Самый недорогой вязальный крючок стоит 150-200 руб, а чтобы свободно пользоваться им, нужно всего лишь немного набить руку.
При большом объёме работ можно приобрести аккумуляторный вязальный пистолет, заряженный проволочной катушкой - правда, инструмент слишком дорогой для однократного использования. Монтажники часто приспосабливают для этой цели шуруповёрт с установленным на него самодельным крючком из большого гвоздя. Придерживать проволоку и делать скрутки удобнее всего клещами. В целом на одно соединение уходит не более 4-5 секунд.
Для сборки каркаса из стеклопластиковой арматуры понадобится отожжённая проволока диаметром 1,2 мм или пластмассовые стяжные хомуты. Нужны так же пластиковые фиксаторы, за счёт которых вокруг «скелета» фундамента создаётся бетонный защитный слой. Нижняя подставка за счёт своей формы называется стульчик – стержень просто укладывается на её горизонтальную часть. Боковой фиксатор имеет форму звёздочки, за счёт лучей которой и обеспечивается необходимый отступ. В центре у неё есть отверстие, в которое и продевается прут арматуры.
Правила работы с композитной арматурой
Каркас любой конструкции является её основой, и очень важно зафиксировать его в определённом положении - а чтобы он сохранял свою пространственную форму, все элементы должны быть надёжно закреплены между собой. Так как соединять стеклопластиковые стержни с помощью сварки нельзя, остаётся только вязка. Кстати, если для этой цели использовать пластиковые хомуты, вязальный крючок и вовсе не понадобится.
Вот как выглядит весь процесс работ пошагово:
- Бухту с арматурой разматывают и нарезают на отрезки заданного размера.
- Под поперечные прутья нижнего уровня устанавливаются фиксаторы. Интервал между ними должен быть таким, чтобы стержни не прогибались. При диаметре арматуры 8 мм это порядка 80-90 см.
- Поверх фиксаторов раскладываются поперечные стержни нижнего ряда.
- В местах их пересечения с продольными прутами выполняются соединения проволокой или пластиковыми стяжками.
- Затем устанавливаются вертикальные элементы, за счёт которых обеспечивается отступ верхней сетки от нижней. При сборке каркасов плит для этой цели можно использовать как готовые покупные плоские каркасы, так и элементы типа «лягушка».
- На поддерживающие элементы укладываются и привязываются ряды верхней арматуры.
- Если это плита, торцы сеток 1 и 2 рядов соединяются П-образными хомутами.
Нюансы сборки каркаса плитного фундамента
Плита является плоской конструкцией с большой площадью, поэтому при сборке её каркаса вместо отдельных стержней можно установить готовые сетчатые карты и связать их между собой. Это очень ускорит работу, но обойдётся дороже, поэтому многие подрядчики всё же производят сборку из отдельных стержней.
В отличие от длинномерных каркасов под ленты и столбы, сетки для плиты собирают по месту, иногда используя в качестве подставок пятаки нужной толщины, нарезанные из пластиковой трубы. Если плита ребристая, каркас для выступающих частей собирается отдельно, по принципу ленточного, а укрупнённые фрагменты закладываются в вырытые в грунте углубления. Только после этого начинают собирать горизонтальную часть каркаса, обязательно фиксируя её выпуски к арматуре рёбер.
Стеклопластиковую арматуру можно сочетать с металлической. Если вы не находите в продаже подставок-лягушек или плоских каркасов из композитного материала, вполне можете использовать металлические. То же самое касается и хомутов, с помощью которых формируют остовы смотрящих вниз рёбер или верхнего ростверка.
Особенности сборки ленточного каркаса
По сути, сборка каркаса ленты особо ничем не отличается от плиты. Единственное принципиальное отличие заключается в том, что у неё имеются угловые соединения и пересечения наружного контура с поперечными стенками, которые нужно правильно обустроить. Выполняют их с помощью Г- или П-образных элементов, позволяющих сделать плавный переход арматуры из одной плоскости в другую.
Длина этих элементов, которые невозможно изготовить на объекте, а нужно покупать вместе с арматурой, должна быть такой, чтобы обеспечить нахлёст не менее 50 диаметров арматуры. Если части длинномерного каркаса могут для удобства собираться на отдельной площадке, а потом уже устанавливаться в опалубку, то арматуру в местах пересечений придётся привязывать на месте.
Сравнение с арматурой из металла
Так как стеклопластику приходится на стройплощадке конкурировать с металлом, застройщики интересуются, как различаются их характеристики. Многих настораживает более низкая цена композита.
| Характеристика арматуры | Ед. изм. | Стеклопластик | Арматура А400 |
| Как ни странно, но порвать стеклопластик гораздо сложнее, чем сталь, так как прочность на разрыв у металла на порядок ниже. | МПа | 800-1000 | 400 |
| Модуль упругости у металла выше, и в этом плане стеклопластик ему уступает. | МПа | 56000 | 200000 |
| Очень важен такой показатель, как относительное удлинение. Чем он меньше, тем лучше. | % | 2,2 | 25 |
| Чем меньше коэффициент теплопроводности, тем медленнее материал отдаёт тепло. | Вт/м*С | 0,35 | 46 |
| Устойчивость к коррозии. | Устойчив | Неустойчива | |
| Коэффициент теплового расширения вдоль стержня (меньше лучше). | 10-6С | 8-10 | 11,7 |
| Коэффициент теплового расширения поперёк стержня (меньше лучше). | 10-6С | 22 | 11,7 |
| Устойчивость к изгибающим нагрузкам. | Низкая | Высокая | |
| Электропроводность | Диэлектрик | Проводник | |
| Нормальное восприятие температур без нарушения структуры | Градус Цельсия | -60…..+90 | -200…..+750 |
| Проницаемость для электромагнитных волн | Да | Нет | |
| Цена за м/п (на октябрь 2021 г.) | Руб. | 26 | 63 |
Заключение
Не надо быть специалистом, чтобы увидеть в таблице, что по большинству пунктов стеклопластик имеет лучшие характеристики. Подкачал только модуль упругости – величина нагрузки, при снятии которой материал может без проблем восстановить свою форму. Металл в этом плане более вынослив, поэтому при формировании конструкций ответственных сооружений используют всё же стальную арматуру. Хотя того модуля, что есть у стеклопластика, для фундамента частного дома вполне достаточно - с этим согласны все инженеры.
Минусом композита является и его способность сильно расширяться при нагревании, однако в сфере жилищного строительства материал, да ещё защищённый слоем бетона, таким воздействиям не подвергается. Зато каркас из стеклопластика обойдётся почти в три раза дешевле металлического – а это весомый аргумент в пользу данного материала.
