Полимеркомпозитная арматура

1. ПОЛИМЕРКОМПОЗИТНАЯ АРМАТУРА

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Заведующий кафедрой технологии строительных материалов,
изделий и конструкций
Заслуженный деятель науки Российской Федерации и Республики Татарстан
Доктор технических наук, профессор
Хозин Вадим Григорьевич
ПОЛИМЕРКОМПОЗИТНАЯ
АРМАТУРА
Казань, 2017

2.

В последнее время наряду с традиционной стальной арматурой
в
строительстве
все
шире
используют
арматуру
стеклокомпозитную полимерную (АСК), изготовленную из
стеклянных волокон и полимерных связующих на основе
эпоксидных и винил- эфирных смол.
Арматурные стержни производят либо методом пултрузии –
протяжкой стеклянного ровинга, пропитанного жидким
связующим, через фильеру круглого сечения с одновременной
обмоткой сформированного стержня по спирали тонким жгутом,
либо методом нидлтрузии – бесфильерным, при котором
формирование круглого стержня из собранных в пучок
пропитанных прядей
ровинга осуществляется винтовой
обмоткой его двумя такими же прядями при непрерывной
протяжке стержня с заданной скоростью.
АСК по структуре
и свойствам относится к волокнистым
высокоориентированным полимерным материалам, высокая
прочность на растяжение которых обусловлена прочностью
неорганических параллельно ориентированных волокон,
неподвижно связанных в монолит полимерной матрицей.
Высокая адгезия и некоторая пластичность последней
обеспечивает непревзойденные показатели их совместной
работы под нагрузкой. Благодаря высокой прочности на
растяжение (более чем в 3 раза превосходящей прочность
стальной арматуры), химической стойкости (АСК не требует
защиты от коррозии), относительно низхкой плотности (более
чем в 3 раза ниже плотности стальной арматуры), низкой
теплопроводности, низкой трудоемкости в использовании АСК
активно внедряется в отечественный и зарубежный
2
строительные рынки.

3.

Виды АКП
АСК
АБК
АУК
ААК
АКК
–
–
–
–
–
стеклокомпозитную;
базальтокомпозитную;
углекомпозитную;
арамидокомпозитную;
комбинированную композитную.
Тип поверхности АКП:
- песчаные покрытие;
- ребристой со спиральной или переплетающейся
намоткой;
- деформированным профилем.
3

4.

Основное назначение волокна:
• выдерживать нагрузки (гл.образом растягивающие)
• обеспечивать прочность
• расположены по направлению основных нагрузок
Основные функции смолы:
• передача напряжения между волокнами
• обеспечение боковой поддержки и предотвращение
вспучивания
• защита волокон от механических повреждений и
отрицательного влияния внешних факторов
Содержание волокна по массе
70-85%
4

5.

Технические требования к АКП
Наименование показателя
Предел прочности при растяжении,
МПа, не менее
Модуль упругости при растяжении,
ГПа, не менее
Предел прочности при сжатии, МПа,
не менее
Предел прочности при поперечном
срезе, МПа, не менее
АСК
АБК
АУК
ААК
АКК
800
800
1400
1400
1000
50
50
130
70
100
300
300
300
300
300
150
150
350
190
190
Наименование показателя
Предел прочности сцепления с бетоном, МПа, не
менее
Снижение предела прочности при растяжении после
выдержки в щелочной среде, %, не более
Предел прочности сцепления с бетоном после
выдержки в щелочной среде, МПа, не менее
Предельная температура эксплуатации, 0С, не менее
Норма
12
25
10
60
5

6.

Характеристики ПКА
ПКА обладает рядом неоспоримых достоинств:
• высокая прочность при растяжении R до 1600 МПа (у стали А-400 - 355 МПа);
• низкая объемная плотность ~ 1900 кг/м3, (у стали 7850 кг/м3);
• низкая теплопроводность – 0,45 Вт/м•К (сталь – 58 Вт/м•К; бетон = 1,7
Вт/м•К);
• высокая коррозионная стойкость в агрессивных средах;
• высокое электрическое сопротивление (диэлектрик);
• радиопрозрачность.
… и недостатков:
1. Низкий модуль упругости E=40000-50000 ГПа (у стали А-400 - 200000 МПа);
2. Низкая теплостойкость ПКА (max t=120 C);
3. Невозможность изготовления гнутых стержней, сварки в построечных
условиях.
4. Отсутствие отечественной нормативной базы на проектирование
бетонных конструкций, армированных ПКА;
5. Отсутствие отечественной базы исследований долговременной
прочности и опыта эксплуатации конструкций, армированных ПКА.
6

7.

7

8.

8

9.

9

10.

10

11.

11

12.

1 – ПКА со стеклянными волокнами
2 – ПКА с комбинированными волокнами
3 – ПКА с углеродными волокнами
12

13.

13

14. Опыт применения ПКА для армирования бетонных конструкций

Армирование полов
пром. корпуса , г.Казань
(ООО «АрКом»)
Армирование фундамента коттеджа в г.Пермь (ООО «НПК «Армастек»)
14

15. Опыт применения ПКА для армирования бетонных конструкций

Устройство фундаментной плиты, г.Казань (ООО «АНП»)
15

16. Опыт применения ПКА для армирования бетонных конструкций

Устройство фундаментной плиты, ленточного фундамента
(ООО «АНП»)
16

17. Опыт применения ПКА для армирования бетонных конструкций

Устройство фундаментной плиты, г.Москва
17

18. Опыт применения ПКА для армирования бетонных конструкций

Сваи L-9 м, изготовлены на «Домодедовском заводе железобетонных изделий»
и «Битиар 22» из ПКА «Армаплюс», ТД «ЕвроПластГрупп», г.Москва
18

19.

Опыт применения ПКА для укрепления дорог
Укрепление полотна дорожной одежды, Республика Удмуртия, (ООО «КомАр»)
19

20. Исследование ПКА

1. Прочность и модуль упругости
Зависимость прочности от диаметра
1500
1477,3
1450
1400
1350
1390
Прочность на разрыв, МПа
1300
1268
1250
1197,3
1200
1169,5
1150,2
1150
1189,83
1092,1
1146,9
1100
1116,6
1090,8
1050
1003,1
1000
966,43
950
900
889,1
850
1
2
3
Производители арматуры:
4
5
6
7
Диаметр арматуры, мм
1,
2,
8
9
3,
10
11
4
20
12

21. Исследование ПКА

2. Сцепление ПКА с бетоном
№1
№2
№3
№4
№5
№6
№7
№8
Сцепление,
кг/ см 2
140
137,2
127,5
120
100
86,6
80
Сцепление,
кг/ см 2
60
55,6
40
140
41,34
20
130,95
302 кг/ см2
( В 22.5)
125,8
120
- ПКА тип 1
- ПКА тип 2
107,58
100
85,68
61,8
457 кг/ см2
( В 35)
- ПКА тип 3
- ПКА тип 4
525 кг/ см2
( В 40)
Прочность бетона,
кг/ см 2
- ПКА тип 5
- сталь А 240
- сталь А 240+эпк.
100,24
80
68,44
66,85
60
50,54
40
161 кг/ см 2
(В 12.5)
302 кг/ см 2
(В 22.5)
457 кг/ см 2
(В 35)
525 кг/ см 2
(В 40)
Прочность бетона,
кг/ см 2
21

22. Исследование ПКА

3. Мостовые балки армированные ПКА
Стальная арматура А-400 2 Ø18мм (Rs = 355МПа)
СПА 2 Ø12мм (Rs = 900МПа)
БПА 2 Ø12мм (Rs = 900МПа)
График f/P
Базаль т
160
С текло
метал
150
150
140
140
130
118.15
120
120
110
97.535
100
Прогибы
90
105.925
96.26
87.63
81.625
79.905
90
80
97.005
95.795
79.73
70.74
68.085
70
60
58.465
50
61.025
60
47.255
40
30
34.71
38.255
29.295
25.07
20
11.3
10
4.335
0
0
- 1000
27.695
15.175
0
2.685
1000
5.97
2000
9.54
3000
12.765
4000
16.615
5000
18.58
6000
22.04
7000
8000
9000
10000
11000
12000
13000
14000
22

23. Опытные образцы

Дорожная плита ПД 3х2х0.18 по ГОСТ 8829-77, армированная
полимеркомпозитной АСП-7, (ООО НПФ «УралСпецАрматура-Татарстан» )
Испытание плиты по прочности:
7 тн (к.н.), 12 тн (факт.)
23

24. Опытные образцы

Дорожная плита 2П30.18-30, выполненная по ГОСТ 21924.2-84, армированная
композитной арматурой Ø6, 8 ООО «АрКом», ООО «АНП» г.Казань.
Армирование плиты
Контрольная нагрузка 3.8т –
трещины отсутствуют
Бетонирование плиты
Контрольная нагрузка 8т –
плита не разрушена
24

25. Перспективы

Цели, стоящие перед научными организациями:
1. Совершенствование технологии производства ПКА (связующие,
прочность, Е, рельеф, теплостойкость)
2. Изучение совместной работы ПКА с бетоном от технологии
изготовления до условий эксплуатации.
3. Экспериментальные
исследования
бетонных
конструкций,
армированных ПКА (изготовление, испытание, расчет, разработка ТУ,
сертифицирование) для создания базы - реестра композитбетонных
конструкций.
4. Обоснование экономической эффективности применения ПКА в
строительстве.
Для всего этого необходим центр ПКА, который бы занимался всеми
выше приведенными вопросами. Стоимость центра приближенно $1
млн.
25