История

Разработка и применение композитной арматуры: взгляд в историю

Впервые вопрос об изготовлении неметаллической арматуры из композитных материалов был затронут еще в середине 20 века. Этому способствовало несколько причин.

Расширилось строительство сооружений на основе армированных бетонных конструкции, эксплуатируемых в агрессивных средах, поэтому использование традиционной стальной арматуры с характерной для нее низкой коррозийной стойкостью стало нерациональным.

Возникла необходимость возведения зданий с антимагнитными и диэлектрическими характеристиками (медицинские центры, научно-исследовательские институты).

Широкое использование стали в перспективе ставило вопрос об ограниченности запаса залежей железа и металлов, используемых для легирования.

Этапы использования арматура из композиционных материалов в СССР и России

В качестве основного материала для изготовления композитной арматуры в 60-е годы использовалось щелочестойкое стеклянное волокно 10-15 микрон в диаметре, а для формирования его в монолитный стержень – синтетические смолы по типу эпоксидной или полиэфирной. Отечественные исследователи организовали пробное производство такой арматуры с целью более подробного изучения ее физико-механических свойств. Так, было выявлено, что композитная арматура из щелочестойкого стекловолокна диаметром 5 миллиметров имеет следующие технические характеристики:

Начальный модуль упругости – 50 ГПа;

Сопротивление разрыву – 1,5 ГПа;

Плотность -1,8-2 т на кубический метр;

Долговременная прочность в условиях нормальных температур и влажности – 65%. К сожалению, на тот момент организовать масштабное производство композитной арматуры в СССР не удалось, однако данный материал был использован для строительства целого ряда сооружений:

1969-1979гг. – сданы в эксплуатацию опытные участки ЛЭП со стеклопластбетонными траверсами в Москве, Ставрополе, Батуми и Гродно.

1976 год – в городах Рогачев и Червень были построены два надвижных склада, наклонные элементы арок, в которых армированы стеклопластиковыми стержнями диаметром 6мм.

1975 год – в СССР был построен первый в мире клееный деревянный мост с применением композитной арматуры диаметром 4 мм, спроектированный по проекту специалистов Хабаровского политехнического института.

1981 год – со стеклопластиковой арматуры в Приморском крае построен мост через р. Шкотовка.

1989 год – в Хабаровском крае сдан в эксплуатацию мост, для армирования балок которого использовалась композитная и стальная арматура.

Согласно результатам обследования мостов, построенных в период с 1975 по 1989 года в качестве экспериментальных сооружений, за годы эксплуатации эффект предварительного напряжения АСП остался без изменений.

После долгого затишья, исследования в области создания неметаллической композитной арматуры были возобновлены в 2000 году. Благодаря совместным усилиям НИИЖБ, ФГУП «НИЦ МАТИ» и ООО «Ярославский завод композитов» были разработаны и введены в эксплуатацию две опытно-промышленные установки по производству композитной арматуры, работающие по принципу пултрузии и безфильерной технологии. На сегодняшний день вышеописанный метод производства арматуры из композитных материалов выбран как наиболее перспективный.

Композитная арматура. Опыт западных стран

Преимущества использования легких и прочных композитных материалов в аэрокосмической промышленности впоследствии стали основой для их более широкого использования во всех производственных сферах. Что же касается производства неметаллической арматуры из FRP, то данный вопрос начал серьезно рассматриваться американскими специалистами только с середины 60-х годов 20 века. Однако стоит отметить, что в силу высокой стоимости композитной арматуры, она не получила коммерческого распространения вплоть до конца 70-х годов.

В США ответственной за разработку строительной арматуры из FRP была корпорация Marshall-Vega Inc. В 80-90 годы неметаллическая композитная арматура использовалась в основном в следующих отраслях

при строительстве мостов (мост в г. Поттер Каунти и г. Беттендорф);

при строительстве портовых сооружений;

при возведении медицинских центров, в которых предполагается использование оборудования для магнитной резонансной томографии (Национальный институт здравоохранения г. Бетесда, здание клиники Майо в г. Рочестер и т.д.).

Практическое применение стеклопластиковой арматуры в Южной Америке сводится к строительству здания винного завода в Британской Колумбии (1998 год).

В Канаде арматура из FRP использовалась для строительства нескольких демонстрационных проектов автодорожных мостов. Во второй половине 90-х годов здесь были сданы в эксплуатацию 4 автодорожных моста, при возведении которых была использована композитная арматура (мост в г. Манитобе, мост через реку Сен-Франсуа и т.д.). На сегодняшний день Канада занимает лидирующие позиции по применению арматуры из FRP при строительстве мостового настила.

Что касается Европы, то первой страной, обратившей свое внимание на композитную строительную арматуру, стала Германия. В 1986 году здесь был построен автодорожный мост, для армирования которого использовалась арматура из преднапряженного FRP. Европейскую программу исследований волоконных композитов и технологии применения неметаллической арматуры возглавила компания EUROCRETE. Использование композитной арматуры также получило широчайшее распространение в развитых странах Азии и Востока. Так, уже к середине 90-х годов 20 века в Японии насчитывалось более 100 коммерческих объектов, бетонные конструкции которых были армированы арматурой из FRP. На сегодняшний день крупнейшим потребителем композитной арматуры является Китай: здесь данный строительный материал используется при возведении большинства новых конструкций – от промышленных сооружений до мостов и метрополитенов.