История применения АКП

Еще в 1960-х года прошлого века в СССР были начаты исследовательские работы, направленные на создание и изучение свойств неметаллической арматуры высокой прочности. Важное место в этих работах было отведено областям её применения.

Изначально была создана технология непрерывного изготовления арматуры диаметром 6 мм. Основным строительным материалом служил щелочестойкий стекловолоконный мало- циркониевый состав марки Щ-15ЖТ. Параллельно были подробно изучены физические и механические свойства. Изучению химической стойкости уделялось особое внимание. Также была очень важна долговечности стеклянного волокна и арматуры и особенности ее поведения в бетоне и других агрессивных средах. В результате исследований установили влияние на вышеописанные показатели разных замасливателей, которые покрывают волокно. Также определили возможность получения арматуры из стекловолокна со следующими показателями: временная способность сопротивления разрыву до 1500 МПа, модуль упругости порядка 50000 МПа, плотность 1,8-2,0 т/м3 при весовом показателе содержания стекловолокна до 80%. Интересно, что при растяжении диаграмма арматуры остается практически прямолинейной до разрыва, а предельные деформации к этому моменту достигают лишь 2,5-3,0%. Так долговременная прочность арматуры из стекловолокна в условиях нормального температурно-влажностного режима составляет 65% от её временного сопротивления, а коэффициент линейного расширения 5,5-6,5•10-6.

Чтобы повысить показатели сцепления стекловолоконной арматуры с бетоном перед термообработкой стержней, на них по спирали навивали стеклянную нить с усилением, которая создавала своеобразную ребристую поверхность. Использовать композитную арматуру целесообразней всего в предварительно напряжённых бетонных конструкциях, ведь к ним предъявляются особые требования относительно коррозионной и электроизоляционной стойкости, немагнитности и радиопрозрачности. Эффективность использования стекловолоконной арматуры в сочетании со специальными полимерными или полимерселикатными бетонами повышается.

В 1970-х годах 20 столетия неметаллическая арматура была использована в конструкциях из лёгких бетонов, например, ячеистых бетонов или арболита, а также в электролизных ваннах, сваях, фундаментах, ригелях эстакад, балках, конденсаторных батареях, опорных конструкциях, плитах крепления откосов, безизоляторных траверсах и многих других конструкциях.

В 1976 году в районе городов Рогачев и Червень были впервые построены два надвижных склада. Именно там с помощью четырех предварительно напряжённых стеклопластиковых стержней диаметром 6мм. Были армированы несущие элементы верхнего пояса арок. Стержни расположились в двух пазах сечением 10х18 мм. А приопорные зоны элементов, расположенные в коньковом и опорных узлах, усилили накладками из досок 20 миллиметровой толщины. Благодаря этому экономия древесины в этих армированных элементах достигла 22% , а стоимость была снижена на 9%. Также на 20% уменьшилась масса конструкций. Немаловажно, что по сравнению с уже существующими типовыми решениями складов такой же емкости стоимость, стоимость нового инженерного решения снизилась в 1,7 раза.

Эффективность

Согласно результатам исследования трех пролетных строений мостов, где несущие конструкции были предварительно напряжены композитной неметаллической арматурой, можно сделать такие выводы:

Пролетные строения мостов из клееной древесины — срок эксплуатации составляет 31 год;
Сталежелезобетонные пролетные строения -срок эксплуатации составляет 25 лет;
Пролетные строения из стеклопластбетона — срок эксплуатации составляет 17 лет, при этом сохраняется эффект предварительного напряжения АСП.
АСП оправдано использовать в качестве анкеров в несущих конструкциях на основе эпоксидных смол.
Позитивные результаты также дает использование неметаллической арматуры при строительстве дорог, а также в промышленно-гражданском строительстве.

Вот еще пример. В Светлогорске, на кислотной станции комбината искусственного волокна перекрытия, расположенные над технологическими галереями,также сделаны из полимербетона с применением стеклопластиковой арматурой. Плиты укрепили вышеописанными стеклопластиковыми стержнями с предварительным напряжением ребер и плиты в поперечном направлении. В тоже время распределительная арматура полки была сделана без предварительного напряжения. В результате был достигнут ощутимый экономический эффект. Затраты на 1 м2. перекрытия составили 57,95 руб.

В 1970 году был сдан в эксплуатацию опытный участок ЛЭП-10 Квт в районе Костромы, при постройки которого использовались стеклопластбетонные траверсы. Двумя годами позже, в 1972 году Ставропольском крае в эксплуатацию был сдан еще один опытный участок ЛЭП-35 кВ, где были применены электроизолирующие стеклопластбетонные траверсы. Конструктивно траверс состоял из трёх предварительно напряжённых стеклопластбетонных лучей, которые были соединены болтами на стальной пластине. А она, в свою очередь, закреплялась хомутами на вершине опоры из железобетона.

В 1975 году в городах Солигорске и Гродно сданы в эксплуатацию 2 опытных участка ЛЭП-10 кВ также с траверсами из композита. В траверсах была использована сборная, трёхлучевая конструкция, состоящая из двух предварительно напряжённых прямолинейных стеклопластбетонных элементов. Один — горизонтальный (не нем расположены два провода), второй — вертикальный, а на его вершине крепится третий провод. Своим основанием сборная траверса присоединена к железобетонной опоре ЛЭП с помощью стальных хомутов. Материалом для траверсы послужил электроизолирующий бетон. Арматура пластиковая же состояла из четырех стержней диаметром 6 мм.

Вскоре, в 1979 году недалеко от города Батуми начали работать еще два опытных участка опор ЛЭП на 0,4 и 10 кВт, где траверсы были изготовлены из армированного стеклопластиковой арматурой диаметром 6 мм. Экономический эффект от внедрения стеклопластбетонных-безизоляторных траверс составил 61,01 руб. на 1 км линии электропередач.

На комбинате цветной металлургии в Усть-Каменогорске было освоено производство электролизных ванн из ФАМ полимербетона, который армирован инновационными стеклопластиковыми стержнями диаметром 6 мм. Размеры ванны в плане составляли 1080х2300 мм: высота – 1650 мм, а толщина стенки равнялась 100 мм. Как стенки, так и днище армированы двойной симметричной арматурой, расстояние между стержнями составляло 200 мм. И опять-таки, экономический эффект из расчета на одну ванну без учёта затрат, связанных с остановкой производства при замене железобетонных ванн, был ощутим – 1015, 5 руб.

В 1975 году кафедра «Мосты и тоннели» Хабаровского политехнического института реализовала проект строительства первого в мире моста длиной 9 м, балки которого с поперечным сечением 20х60 см изготовлены из древесины ели и армированы четырьмя предварительно напряжёнными пучками стеклопластиковых стержней, диаметр которых составлял 4 мм.

Через 6 лет, в 1981 году в СССР был построен второй мост с использованием стеклопластиковой арматурой. Он соединял берега реки Шкотовка в Приморском крае. Пролётное строение моста состояло из 6 металлических двутавров №45, предварительно напряженных 12 стеклопластиковыми стержнями по 6 мм. Сами балки были объединены единой железобетонной плитой, служившей проезжей частью. Длина моста составляла 12 м, а габариты проезжей части и тротуаров – Г8+2х1 м. Расчётные нагрузки были Н-30, НК-80.

С годами технология проникала в строительную сферу, и в 1989 году в Хабаровском крае был возведен мост с использованием композитной арматуры. Пролётное строение было длиной 15 м, а в поперечном сечении было установлено 5 ребристых балок без уширения в нижней зоне. Армирование балок пролётного строения моста было принято комбинированным: создание начального напряжения в них осуществлялось с помощью четырех пучков по 24 стеклопластиковых стержня диаметром 6 мм в каждом.плюс один типовой пучок из стальных проволок. Армирование балок не напрягаемой арматурой классов А-I и А-II было оставлено без изменений.

В начале 80-х годов в Германии также стали применять арматуру из стекловолокна. Она использовалась для армирования бетонных мостов. Например, в г. Дюссельдорфе был построен мост для пешеходного движения. Позже был возведен автодорожный двухпролётный мост шириной 15 м на Уленбергштрассе. Максимальная неподвижная нагрузка для транспорта составляла 600 кН . Длина пролётов составила 21,3 и 25,6 метра.

В 1986 г. и 1988 г. напрягаемая углепластиковая арматура из стекловолокна была применена в Японии при постройке мостов. Также было положено начало использования неметаллической арматуры в конструкциях морских сооружений, в частности портов.
В Соединенных Штатах стеклопластиковая арматура марки Parafil применена в конструкциях фундамента и пола при строительстве легендарного госпиталя Сан-Антонио в штате Техас. Благодаря высокой коррозионной стойкости канат Parafil можно применять вместо стальной арматуры в условиях, в которых сталь просто корродирует. Канаты Parafil можно использовать при закладке фундамента, при строительстве конструкций, эксплуатируемых в морской воде. Также канаты годятся в качестве внешней напрягаемой арматуры при строительстве мостов. С помощью подобной арматуры построен виадук в Великобритании, а также мост в США.

Канаты Parafil отлично годятся для ремонта самых разнообразных конструкций, могут быть применены как вант в конструкциях платформ, служащих для добычи нефти как в открытом море, так и в других случаях.

В свое время компания английская Statestyle, Ltd. Предложила инновационный способ производства сеток из стеклопластика Fibremesh-G. На сетку при производстве наносится полиэфирная смола, пропитывающая пряди стекловолокна, и, становясь твердой, образует прочный долговечный материал. Целевое назначение у сеток очень различно, в том числе их широко можно использовать в строительстве. Например, при отделке помещений на них наносится штукатурка. Сетки легко крепятся к древесине, кирпичу, бетону. Размеры отверстий сеток из композита составляют 4 и 2,5 мм, линейная плотность 410 и 260 г/м. Сетки продаются в рулонах шириной 1,5 м и длиной до 50 м. Прочность на растяжение сеток марок 410 G соответственно 5,05 и 2,60 кН/5 см.

В 2000 году Московское правительство внесло инициативу, и были возобновлены исследовательские работы по производству арматуры стеклопластиковой повышенной долговечности.

Вскоре после начала работ были разработаны и смонтированы 2 опытных промышленных установки по новой безфильерной технологии и по традиционному принципу пултрузии. Первая технология обеспечивает очень высокую производительность при производстве композитной базальтопластиковой и стеклопластиковой арматуры, поэтому технология эта сегодня считается наиболее перспективной.

Важно, что замена арматуры традиционной на композитную исключает коррозирование армированных конструкций, как в стали, где защитный слой может повреждаться. Все это позволяет сохранить внешний вид и качество конструкций в процессе их использования, снизить расходы на эксплуатацию за счёт увеличения межремонтного периода.
Неметаллическую композитную арматуру (НКА) желательно применять в бетонах, которые отличаются пониженным защитным действием в сравнении со стальной арматурой. Например:

в бетонах на портландцементе, где содержание щелочей не превышает 0,6%. Также в шлакопортландцементе, пуццолановом цементе, смешанных вяжущих цементах, допустим гипсоцементно-пуццолановом, цементах с низкой водопотребностью или в тех, где есть высокое содержание активных минеральных добавок;
в монолитных бетонах с хлоридсодержащими противоморозными добавками без содержания щелочей, таких как хлорид кальция ХК, нитрат-хлорид кальция НХК, нитрат-хлорид кальция с мочевиной НХКМ и некоторые другие;
в крупнопористых бетонах, предназначенных для дренажных труб, лёгких крупнопористых бетонах, монолитных ячеистых бетонах;
Как материал для армирования сооружений и конструкций, подверженных воздействию агрессивных хлоридных сред, например в тротуарных плитах, дорожных покрытиях и многом другом.