-
-
-
WhatsApp
1. Введение
На протяжении длительного времени железобетон остаётся одним из наиболее широко применяемых базовых материалов в строительной отрасли. Однако многолетняя практика показала, что при недостаточно корректном проектировании или эксплуатации в агрессивных условиях долговечность и эксплуатационные характеристики железобетонных конструкций могут существенно снижаться.
Ряд исследований подтверждает, что замена традиционной стальной арматуры стеклопластиковой арматурой в ряде специализированных инженерных областей является эффективным способом повышения долговечности конструкций.
Стеклопластиковая арматура на эпоксидной основе представляет собой композитный материал нового поколения, изготовляемый методом пултрузии из стекловолоконного наполнителя с эпоксидной смолой в качестве связующего, с последующим термическим отверждением. Такой материал обладает высокой прочностью, коррозионной стойкостью и стабильностью характеристик, что делает его перспективным для применения в современных строительных проектах.
2. Свойства стеклопластиковой арматуры на эпоксидной основе
2.1. Характеристики стекловолокна
Стекловолокно производится из стекольного сырья путём высокотемпературного плавления, вытягивания и последующей намотки волокон. Помимо высокой прочности на растяжение и значительной ударной стойкости, стекловолокно обладает превосходными электроизоляционными свойствами и устойчивостью к коррозии и влаге. Благодаря этому материал широко применяется для армирования бетонных и цементных изделий.
2.2. Свойства эпоксидной смолы
После отверждения эпоксидная смола демонстрирует развитый комплекс физических и химических свойств, включая высокие диэлектрические характеристики, стабильность размеров, низкую усадку, повышенную твёрдость и одновременно достаточную гибкость. Материал отличается хорошей стойкостью к щелочной среде и большинству растворителей.
Благодаря высокой адгезионной способности эпоксидная смола способствует улучшению сцепления стеклопластиковой арматуры с бетонной матрицей, что повышает надёжность и долговечность композитных конструкций.
2.3. Стеклопластиковая арматура на эпоксидной основе
Стеклопластиковая арматура на эпоксидной основе обладает прочностью на растяжение, превышающей аналогичный показатель стальной арматуры того же диаметра более чем в два раза. Плотность материала составляет 1,9–2,2 г/см³, что примерно в четыре раза меньше плотности стали. Это обеспечивает существенные преимущества при снижении собственного веса конструкций, а также облегчает транспортировку и монтаж изделий.
Основные технические показатели стеклопластиковой арматуры на эпоксидной основе и её сравнение со стальной арматурой представлены в таблице ниже:
Таблица 1 — Технические показатели стеклопластиковой арматуры на эпоксидной основе и их сравнение со стальной арматурой
| Показатель | Стеклопластиковая арматура на эпоксидной основе | Стальная арматура |
|---|---|---|
| Плотность (г/см³) | 1,9–2,2 | 7,8–7,9 |
| Прочность на растяжение (МПа) | ≥600 | ≥500 |
| Модуль упругости (ГПа) | ≥40 | 210 |
| Относительное удлинение (%) | ≥1,5 | ≥7,5 |
Композитная арматура сохраняет форму и не проявляет выраженной пластической деформации даже при достижении предельной прочности на растяжение. Материал легко поддаётся резке на строительной площадке, что позволяет эффективно применять его в нестандартных конструкциях.
Коэффициент теплового расширения стеклопластиковой арматуры близок к аналогичному показателю бетона, обеспечивая высокую анкеровку и надёжное сцепление. Арматура обладает превосходной химической стойкостью, что делает её пригодной для эксплуатации во влажной, кислой и щелочной среде. Срок службы материала значительно превосходит долговечность традиционной стальной арматуры.
Сравнительные параметры приведены в таблице 2.
Таблица 2 — Сравнение щёлочестойкости и коэффициента теплового расширения стеклопластиковой арматуры на эпоксидной основе со стальной и медной арматурой
Показатель Стеклопластиковая армат
| Показатель | Стеклопластиковая арматура на эпоксидной основе | Стальная арматура | Медная арматура |
|---|---|---|---|
| Коэффициент теплового расширения (×10⁻⁶ / °C) | 21–22 | 11,7 | 17,6 |
| Щёлочестойкость (сохранение прочности, %) | ≥75 | Низкая | Низкая |
3. Технологический процесс производства стеклопластиковой арматуры на эпоксидной основе
Стеклопластиковая арматура на эпоксидной основе изготавливается из стекловолокна в качестве армирующего компонента и эпоксидной смолы в качестве матрицы с добавлением функциональных модифицирующих добавок. Производственный процесс включает несколько последовательных операций: подача волокон с крейцкопфа, пропитка эпоксидной смолой, циркумферентальная намотка, предварительное формование, термическое отверждение и последующая резка.
Дополнительное введение специализированных наполнителей позволяет регулировать такие характеристики композита, как адгезия, механическая прочность, износостойкость и теплопроводность.
Технологическая схема производства стеклопластиковой арматуры:
Подача волокна с рам → пропитка эпоксидной смолой → циркумферентальная намотка и предварительное формование → инфракрасное высокотемпературное отверждение → резка → выпуск готовой композитной арматуры.
4. Области применения стеклопластиковой арматуры на эпоксидной основе
4.1. Метрополитены и тоннельное строительство
Коэффициент теплового расширения стеклопластиковой арматуры близок к показателю бетона, что обеспечивает хорошую адгезию и совместную работу материалов. Относительно низкая прочность на срез позволяет арматуре легко разрушаться при проходе тоннелепроходческого комплекса, что делает её эффективной заменой стальной арматуры в ограждающих конструкциях шахт и котлованов метро.
Использование композитной арматуры позволяет существенно снизить объём ручной резки металла, уменьшить износ режущего инструмента щитового комплекса, повысить безопасность и скорость строительства, а также добиться значительного экономического эффекта.
4.2. Анкерные системы и геотехническое крепление
Стеклопластиковая арматура обладает высокой прочностью на растяжение и выдающейся стойкостью к коррозии, что делает её подходящим материалом для геотехнических анкерных систем. Опыт зарубежных проектов показывает её широкое применение в дорожных тоннелях и сооружениях на откосах в таких странах, как Швейцария, США, Великобритания и Италия.
Использование композитных анкеров эффективно устраняет проблему разрушения традиционных стальных стержней вследствие коррозии, значительно повышая долговечность сооружений и срок их эксплуатации.
4.3 Бетонное дорожное покрытие
Стеклокомпозитная арматура обладает высокой прочностью, устойчивостью к коррозии и обеспечивает высокую структурную целостность. Она может использоваться при устройстве непрерывно армированных бетонных покрытий, что позволяет предотвратить коррозию традиционной стальной арматуры и последующее развитие трещин, вызванных проникновением дождевой воды. Коэффициент термического расширения стеклокомпозитной арматуры близок к коэффициенту бетона, что снижает риск образования температурных напряжений и растрескивания покрытия, повышая эксплуатационные характеристики и срок службы дорожной конструкции.
5. Итоги
Эпоксидно-стеклокомпозитная арматура в полной мере реализует синергетический эффект эпоксидной смолы и стекловолокна, обладая малым весом, высокой прочностью, коррозионной стойкостью и удобством монтажа. Она постепенно заменяет традиционную стальную арматуру в бетонных конструкциях тоннелей, дорожных покрытий и мостов, демонстрируя значительные технико-экономические преимущества и высокий потенциал для широкого внедрения. Использование данного материала оказывает положительное влияние на повышение долговечности строительных объектов и способствует развитию устойчивого строительства.
6. Примеры производства и применения эпоксидно-стеклокомпозитной арматуры