Бетон с композитной арматурой в коттеджном строительстве.

November 12, 2019


Одной из проблем коттеджного строительства является выбор вида
арматуры, который удовлетворял бы требованиям надёжности и
прочности конструкции, а также позволил бы повысить срок службы
коттеджа. Для долговечности коттеджа требуется арматура с
длительным сроком службы и обладающая коррозионной стойкостью. Этим
условиям отвечает появившаяся в семидесятых годах прошлого столетия
композитная неметаллическая арматура, поэтому поиск и анализ
характеристик существующих видов композитной арматуры, которые
могут быть применены в коттеджном строительстве, является важной
практической задачей. Целью данной статьи является выявление
целесообразности применения композитной арматуры в коттеджном
строительстве на основе сравнения трех видов композитной арматуры
(стеклопластиковой, углепластиковой и базальтопластиковой) между
собой и с их металлическим аналогом. Методом теоретического анализа
было установлено, что для получения максимально надёжной конструкции
следует армировать бетон комбинированно: и композитной, и
металлической арматурой. Было установлено, что применение
композитной арматуры в гражданском и коттеджном строительстве
повышает коррозионную стойкость сооружения. В работе было изучено
влияние таких условий окружающей среды, как ультрафиолетовое
излучение солнца и температура воздуха на состояние композитной
арматуры. Были приведены перспективы и рекомендации по дальнейшему
развитию применения композитной арматуры в коттеджном
строительстве.

Ключевые слова: композитная арматура; проблемы коррозии; волокнистонаполненные

полимерные композиты; коррозионная стойкость; строительные материалы;
проектирование строительных конструкций; гражданское строительство;
здания и сооружения.

1. С каждым годом на строительном рынке появляется все большее количество строительных материалов.

Но часто между переходом от предшествующих поколений материалов к новым, проходит
большое количество времени, которое необходимо для детального рассмотрения и сравнения
характеристик материалов, а также доказательства целесообразности перехода от одного материала к
другому. Проблема перехода от металлической арматуры к композитной в коттеджном строительстве
является весьма актуальной для современной России. Изучение и анализ характеристик существующих
видов композитной арматуры является важным шагом для рационального подхода к использованию
неметаллической арматуры в коттеджном строительстве в будущем.
Композитная арматура в сравнении со своим металлическим аналогом обладает рядом
преимуществ, которые могут быть рационально использованы при строительстве коттеджей. Но при
этом существует ряд характеристик, в которых композитная арматура все же уступает металлической.
Например, композитная арматура далеко не так пластична, как металлическая. Этот факт накладывает
свои ограничения на применение композитной арматуры при армировании фундаментов, в связи с тем,
что фундамент будет претерпевать перегрузку, что может повлечь за собой появление трещин. Также
стеклопластиковая арматура (один из видов композитной арматуры) не выдерживает значительных
перепадов температуры. Подобные недостатки часто отталкивают строителей от использования
композитной арматуры. Но, тем не менее, у композитной арматуры, как было отмечено ранее,
существует значительное количество преимуществ, а именно: коррозионная стойкость, долговечность,
экологичность, транспортабельность (бухтами), легкость. Эти преимущества целесообразно
использовать при строительстве коттеджей, но для этого необходимо понять, как применять
композитную арматуру таким образом, чтобы извлечь максимум ее положительных свойств.
Эта проблема требует поиска новых решений, оптимальных для коттеджного строительства.
Одним из возможных вариантов решения проблемы рационального применения композитной арматуры
является комбинирование композитной и металлической арматуры при армировании наружных стен
коттеджей. Данный способ решения проблемы позволяет извлечь преимущества от использования
каждого из видов арматуры. Другой способ заключается в том, чтобы использовать композитную
неметаллическую арматуру в качестве гибких связей для наружных многослойных стен коттеджей. Если
мы рассмотрим зарубежный опыт использования композитной арматуры, то убедимся в том, что
существует множество возможных практических решений по применению композитной арматуры как в
коттеджном строительстве, так и в других направлениях строительства. Таким образом, изучение и
поиск путей решения проблемы перехода от металлической к композитной арматуре не ограничивается
только вышеперечисленным, данная проблема еще не изучена досконально и требует дальнейшего
рассмотрения и изучения.

2. Большой вклад в изучение композитной арматуры и бетона внесли следующие российские и
зарубежные исследователи: Староверов В. Д., Бароев Р. В., Цурупа А. А., Кришталевич А. К., Степанов
А. Ю., Римшин В. И., Меркулов С. И., Польской П. П., Мерват Х., Михуб А., Уманский А. М., Беккер А. Т.,
Устинов В. П., Устинов Б. В., Птухина И. С., Туркебаев А. Б., Тлеуханов Д. С., Бижанов Н. Ж., Далабаева
А. Е., Далабаев А. С., Семёнов В. В., Буторов И. А., Дронов А. В., Дрокин С. В., Фролов Н. В., Моргун Л.
В., Виснап А. В, Sawpan M. A., Avdeeva A., Shlykova I., Antonova M., Barabanschikov Y., Belyaeva S.
Результаты исследований напряженно-деформированного состояния бетонной балки,
армированной композитной арматурой, приведены в работах [1,2,28,29].
Польской П. П., Мерват Х., Михуб А. в своей статье исследовали прочность нормальных сечений
железобетонных балок, армированных стеклопластиковой арматурой. По итогам исследования было
выяснено, что деформации в таких балках выше, чем в армированных металлической арматурой, а
прочность таких балок ниже [1].
Семёнов В. В. и Буторов И. А. в своей работе изучали напряжённо-деформированное состояние
балки, усиленной стеклопластиковой арматурой. По результатам были проанализированы сферы
применения стеклопластиковой арматуры в современном строительстве. Среди достоинств
стеклопластиковой арматуры были выявлены химическая стойкость и малый вес, среди недостатков -
высокая деформативность в сравнении со стальной арматурой [2].
В работах рассмотрены перспективы и целесообразность дальнейшего использования
композитной арматуры для армирования бетона в строительной отрасли [3-7,13,15,21,27,30].
В своей статье Уманский А. М. и Беккер А. Т. оценили, какие аспекты вызывают наибольшие
затруднения в применении композитных армирующих материалов. По результатам был предложен
комплекс мероприятий, которые в будущем могут увеличить область практического использования
композит-бетонных конструкций в строительстве [3].
Alfabuild. 1 (1). 2017. 16-26
18
Шимко Д.А., Бондарчик О.Б., Проблема дефицита пресной воды в мире / Shimko D.A., Bondarchik O.B. The problem of fresh water
deficiency in the world ©
В своей работе Птухина И. С., Туркебаев А. Б., Тлеуханов Д. С., Бижанов Н. Ж., Далабаева А. Е.,
Далабаев А. С. проанализировали актуальность замены металлической арматуры на композитную. По
итогам исследования были разработаны мероприятия по замене металлической арматуры её
композитным аналогом. Была выявлена целесообразность перехода от металлической арматуры к
композитной в связи с лучшей транспортабельностью, меньшим весом и, как следствие, меньшей
стоимостью [4].
В работе Римшина В. И. и Меркулова С. И. рассмотрена проблема повышения долговечности
железобетонных конструкций с помощью композитной арматуры. По результатам статьи выдвинуты
направления разработки теории расчета конструкций с композитной арматурой [5].
В работах Моргун Л. В. и Виснап А. В. рассматривается целесообразность армирования
фибропенобетона композитной арматурой. По итогам исследования было установлено, что при
подобном армировании повышается прочность сцепления бетона с арматурой [6,7].
Глубокое и всестороннее рассмотрение свойств композитной неметаллической арматуры при
работе с бетоном представлено в работах [8-10,14,16-20,22,23].
В статье Староверова В. Д., Бароева Р. В., Цурупа А. А., Кришталевича А. К. дана комплексная
оценка существующим видам полимеркомпозитной арматуры. По результатам были предложены
рекомендации по применению полимеркомпозитной арматуры [8].
Устинов В. П. и Устинов Б. В. в своей статье изучают физико-механические характеристики
стеклопластиковой арматуры. По результатам были предложены рекомендации для проектирования
конструкций с использованием стеклопластиковой арматуры [9].
Дронов А. В., Дрокин С. В., Фролов Н. В. в своей работе изучают сцепление стеклопластиковой
арматуры с бетоном. По итогам работы было проведено сравнение различных видов арматуры по их
сцеплению с бетоном. По результатам было предложено изменить технологию производства
стеклопластиковой арматуры [10].
Существует ряд работ, в которых рассматриваются свойства одного из самых распространенных
видов композитной неметаллической арматуры - стеклопластиковой арматуры (АСП) [11,12,24-
26,31,32].
Sawpan M. A. в своей статье исследовал реакцию стеклопластиковой арматуры на нахождение в
щелочной среде и на изменение температуры окружающей среды. По результатам было выяснено, что
стеклопластиковая арматура не теряет своих свойств при низких температурах [11].
В своей статье Avdeeva A., Shlykova I., Antonova M., Barabanschikov Y., Belyaeva S. проводили
сравнение бетона, усиленного стеклопластиковой арматурой, и бетона без усиления. По результатам
было выявлено, что прочность первого образца в два раза выше. Также было выяснено, что прочность
бетона на изгиб возрастает на 40% [32].
Однако, несмотря на большой объем исследований, посвященных данной теме, до
настоящего времени не было полноценно изучено армирование бетона композитной арматурой
в коттеджном строительстве.
3. Целью исследования является рассмотрение характеристик различных видов композитной
арматуры, выявление преимуществ и недостатков этих видов композитной арматуры друг перед другом,
а также в сравнении с металлической арматурой, и выявление целесообразности применения
композитной арматуры в коттеджном строительстве.
4. Виды, определения и назначение композитной неметаллической
арматуры
Композитная арматура — это неметаллические стержни, которые выполнены из стеклянных,
базальтовых или углеродных волокон. Волокна пропитаны термопластичным или термореактивным
полимерным связующим и отверждены. На сегодняшний день вопрос о целесообразности применения
композитной неметаллической арматуры в коттеджном строительстве остаётся открытым.
В соответствии с существующими видами композитной неметаллической арматуры их можно
классифицировать следующим образом:
 Стеклопластиковая арматура (АСП);
 Базальтопластиковая арматура (АБП);
 Углепластиковая арматура (АУП) [13].
Из трёх вышеперечисленных видов композитной неметаллической арматуры самой широко
используемой является стеклопластиковая арматура.
К основным преимуществам стеклопластиковой арматуры относятся:
1. Малый вес, обуславливающий высокую транспортабельность данного строительного
материала.

2. Высокая коррозионная и химическая стойкость, что делает возможным применение

данного вида арматуры в агрессивных средах.
3. Возможность использования данного вида арматуры для зданий и сооружений,
возводимых в районах с сейсмичностью 7-10 баллов, в виду отсутствия повреждений
стеклопластиковой арматуры в этих условиях [14].
У стеклопластиковой арматуры, как и у любого другого материала, помимо достоинств,
существуют свои недостатки. Основные недостатки АСП следующие:
1. Низкий модуль упругости. Этот параметр усложняет применение стеклопластиковой
арматуры для армирования перекрытий, так как в этом случае необходимы
дополнительные расчеты [15].
2. Данный вид арматуры не выдерживает сильных температурных перепадов, поэтому
использование стеклопластиковой арматуры возможно лишь в районах, где температура
окружающей среды остается относительно стабильной [16].
Основным преимуществом другого вида композитной неметаллической арматуры, а именно
углепластиковой, является высокая прочность. Среди АСП и АБП она обладает наибольшей
прочностью. Но из этого преимущества прямо вытекает и главный недостаток АУП, а именно: её
высокая, по сравнению с другими видами, стоимость.
Одним из главных преимуществ базальтопластиковой арматуры является её высокая
коррозионная стойкость к агрессивным средам, в частности, к цементно-песчаному раствору. Это
свойство базальтопластиковой арматуры обуславливает возможность её применения в таких
строительных работах, как закладка фундамента и кладка кирпичных стен.
Также стоит отметить преимущества, присущие всем вышеперечисленным видам композитной
неметаллической арматуры:
 Экологичность материала;
 Долговечность (срок службы составляет около 80 лет);
 Коррозионная устойчивость;
 Энергоэффективность.
При этом необходимо обратить внимание на недостатки композитной арматуры:
 Отсутствие пластичности;
 Низкая теплостойкость (арматура теряет свои несущие свойства при достижении
температуры 160˚С).
 Недостаточное сцепление с бетоном.
5. Сравнение композитной и неметаллической арматуры
Стоит подробнее рассмотреть вопрос о преимуществах и недостатках композитной арматуры в
сравнении с металлической арматурой, так как именно анализ данного сравнения позволит выяснить,
возможно и целесообразно ли заменять металлическую арматуру на композитную в коттеджном
строительстве, а также, для каких элементов коттеджа лучше использовать композитную арматуру, а
для каких следует применять металлическую арматуру.
В таблице №1 приведена сравнительная характеристика металлической и композитной (на
примере базальтопластиковой) арматуры.

Таким образом, исходя из данных, приведённых в таблице №1, можно заключить, что композитная

арматура обладает рядом преимуществ и недостатков по сравнению с металлической арматурой.
Преимущества композитной арматуры перед металлической:
 Более долгий срок службы;
 Устойчивость к коррозии;
 Низкая тепло- и электропроводность;
 Высокая транспортабельность, обусловленная меньшим удельным весом и возможность
транспортировки смотанной в бухты.
Недостатки композитной арматуры перед металлической:
 Отсутствие пластичности;
 Вредность для человека, работающего с композитной арматурой (4 класс опасности);
 Низкая теплостойкость.
 Недостаточное сцепление с бетоном.
Композитная арматура обладает низкой теплостойкостью, так как полимерная матрица не
выдерживает температуры выше 150 ˚С. При превышении критической температуры полимерная
матрица начинает разрушаться.
Также, необходимо отметить, что немаловажным преимуществом композитной арматуры
является её экологичность, она не наносит вреда состоянию атмосферы, не является токсичной. При
этом, несмотря на «дружелюбность» такого вида арматуры по отношению к окружающей среде,
существуют интересные решения по применению композитной арматуры повторно, например,
применение уже использованной ранее и переработанной композитной арматуры в качестве крупного
заполнителя бетонной смеси.
В сравнении с металлической арматурой при горизонтальном армировании потери прочности на
сцепление с бетоном у композитной арматуры меньше. Низкая теплостойкость композитной
арматуры накладывает ряд ограничений на её применение, но, тем не менее, предложены и
разрабатываются новые варианты огнезащиты данного вида арматуры .

6. Воздействие условий окружающей среды на композитную арматуру
Отдельное внимание необходимо уделить рассмотрению вопроса о влиянии условий окружающей
среды на состояние композитной арматуры. Следует выделить основные экологические факторы,
оказывающие негативное воздействие на состояние композитной арматуры и приводящие к разрушению
материала:
 Воздействие ультрафиолетового излучения;
 Резкие перепады температур.
Эти факторы необходимо учитывать при строительстве коттеджа с использованием композитной
арматуры, так как, в противном случае, в будущем возможно появление дефектов в конструкции. Более
того, реальный срок службы здания станет меньше ожидаемого.
7. Целесообразность применения композитной арматуры в коттеджном
строительстве
В настоящее время в коттеджном строительстве в России в основном используют традиционное
армирование фундамента и стен металлической арматурой. Но у композитной арматуры есть ряд
преимуществ, которые позволяют совершить переход от традиционного способа армирования к новому.
Рассмотрим основные возможные варианты применения композитной неметаллической
арматуры в коттеджном строительстве:
3. Композитная неметаллическая арматура может применяться в наружных многослойных
стенах здания в качестве гибких связей. Стеклопластиковая арматура не уступает
металлической по характеристикам прочности и жесткости, необходимым гибким связям.
4. Если местоположение коттеджа находится в районе с влажным климатом, целесообразно
применять композитную неметаллическую арматуру вместо металлической для
армирования фундамента, в виду высокой коррозийной стойкости первой. Эта мера
обеспечит большую долговечность коттеджа.
5. Также композитная арматура применяется усиления конструкции коттеджа после ремонта.
Благодаря её высокой коррозийной стойкости, быстрому затвердеванию полимерного
связующего и долговечности ремонтируемые несущие элементы строения могут быть
восстановлены и усилены.
6. Часто более рациональным подходом является не применение какого-либо одного вида
арматуры в строительстве коттеджей, а комбинирование композитной и металлической арматуры. Например, при кладке газобетонных стен применяется АСП диаметром от 6 мм, а углы здания армируются металлической арматурой. В связи с этим, получается, что в сооружении задействованы преимущества и одного, и другого вида арматуры.

8. Зарубежный опыт применения композитной арматуры.
Композитная неметаллическая арматура активно используется за рубежом в таких странах, как
США, Германия, Великобритания. Стоит рассмотреть подробнее варианты использования этого
материала в других странах для оценки перспектив развития применения композитной арматуры в
России в будущем.
За границей широко применяется метод усиления железобетонных конструкций с помощью
добавления пластин из углепластиковой арматуры. Примерами исполнения этого метода являются:
 балконные плиты жилого дома в немецком городе Хемнитц;
 консольные балконные плиты в итальянском городе Лоано-Генова;
 ступени железобетонной лестницы в школе Ярборо в британском городе Линкольн.
Также необходимо отметить то, что композитная арматура нашла свое применение за границей,
а именно в США, не только в конструкции балконов, но и в медицинских сооружениях. В данном случае
металлическую арматуру невозможно было использовать в виду того, что поля, которые создает металл,
оказывают влияние на аппараты МРТ. Таким образом, композитная неметаллическая арматура была
использована в здании клиники Майо в городе Рочестер и в здании Национального института
здравоохранения в городе Бетесда.
Более того, за границей на сегодняшний день активно экспериментально исследуется прочность
на сцепление композитной арматуры с бетоном. Также большое внимание уделяется
исследованию сопротивления сдвигу при армировании бетона композитной арматурой.
Из вышеперечисленного можно сделать вывод, что за рубежом применение композитной
арматуры является более частым, чем в России. Следует более детально изучить, почему в России
композитная арматура еще не обрела такой популярности, а также каковы перспективы развития
применения этого материала в России в коттеджном строительстве.
9. «Камни преткновения» перед применением композитной арматуры в
России
 На протяжении многих лет в России не существовало никаких нормативных документов,
которые бы позволяли проектировать здания на основе стеклопластиковой и других видов
композитной арматуры, что стало одной из причин отставания от таких стран, как Китай и
США, в применении данного вида арматуры в строительстве. Таких документов не
было вплоть до 2014 года.
 Отсутствие программных комплексов, функцией которых является проектирование
конструкций на основе композитной арматуры. Более того, нет точных математических
моделей для создания подобных конструкций.
 Недоверие со стороны большинства представителей строительной отрасли к композитной
арматуре.
10. Перспективы развития применения композитной арматуры в
коттеджном строительстве
Композитная арматура обладает как преимуществами, так и недостатками относительно
металлической арматуры. В ближайшем будущем полимерная композитная арматура не сможет
заменить металлическую арматуру в коттеджном строительстве, так как такие её свойства, как низкая
теплостойкость и недостаточная пластичность накладывают ряд ограничений на её применение.
Но при этом в некоторых элементах коттеджного здания использование композитной арматуры
является наиболее рациональным и целесообразным.
Во-первых, так как коттеджи строятся за городом, возникает вопрос о транспортировке.
Композитная арматура, как было отмечено ранее, значительно легче металлической, соответственно,
транспортировать её гораздо удобнее, особенно если она смотана в бухты.
Во-вторых, если рассматривать районы с влажным климатом, то большую роль при закладывании
фундамента коттеджа будет играть коррозионная стойкость арматуры. Композитная арматура обладает
высокой коррозионной стойкостью, в отличие от металлической. Соответственно, при постройке
коттеджа в районе с влажным климатом лучше использовать композитную арматуру для повышения
долговечности сооружения.
Таким образом, можно прийти к выводу, что композитная арматура более желательна для
применения в строительстве коттеджа, чем металлическая, в условиях влажного климата. Но при этом Alfabuild. 1 (1). 2017. 16-26
22
Шимко Д.А., Бондарчик О.Б., Проблема дефицита пресной воды в мире / Shimko D.A., Bondarchik O.B. The problem of fresh water
deficiency in the world ©
данный строительный материал не всегда может быть применен в районах с большими перепадами
температур. Исходя из анализа вышеперечисленного, можно сделать вывод, что у композитной
арматуры определённо есть будущее в коттеджном строительстве.
11. Рекомендации по применению композитной неметаллической
арматуры в коттеджном строительстве
Согласно в информации, можно выдвинуть ряд рекомендаций по применению композитной
неметаллической арматуры в коттеджном строительстве:
1. Для оптимизации и для наиболее выгодного применения композитной арматуры в
коттеджном строительстве следует армировать бетон комбинированно: и композитной, и
металлической арматурой, для того чтобы максимально использовать преимущества
каждого из видов арматуры. При кладке газобетонных стен можно использовать
композитную арматуру (например, стеклопластиковую), а в углах проводить армирование
стоит с помощью металлической арматуры. Это позволит получить максимально
надежную конструкцию. В будущем комбинирование композитной и металлической
арматуры способно значительно развить отрасль коттеджного строительства и помочь
найти решение для многих вопросов коттеджного строительства, связанных с
армированием бетона.
2. В районах с влажным климатом следует применять композитную неметаллическую
арматуру для повышения долговечности сооружения.
3. Следует уделить внимание зарубежному опыту применения композитной арматуры в
гражданском строительстве для развития этого направления в России.
4. Следует применять композитную арматуру в многослойных наружных стенах коттеджей в
качестве гибких связей.
5. Не следует применять стеклопластиковую арматуру при строительстве коттеджей в
районах с большими перепадами температуры окружающей среды.
6. Необходимо учитывать «слабые» стороны композитной арматуры (разрушение
полимерной матрицы под длительным воздействием ультрафиолета, невозможность
применения в районах с большими перепадами температуры) при использовании данного
материала в конструкции коттеджа.
7. Следует обратить внимание на зарубежный опыт применения композитной арматуры в
строительстве.
12. Заключение

С целью выявления целесообразности применения композитной арматуры в коттеджном

строительстве был проведен анализ русскоязычных и англоязычных научных публикаций.
Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы о рациональности использования
композитной неметаллической арматуры в сфере коттеджного строительства:
1. Выяснено, что комбинированное армирование бетонных конструкций, то есть применение и
композитной, и металлической арматуры, при строительстве коттеджей позволяет выгодно
использовать преимущества и первого, и второго видов арматуры, а именно: композитная
арматура обеспечивает коррозийную стойкость конструкции в то время, как металлическая
арматура придает конструкции прочность.
2. Определено, что стеклопластиковую арматуру не следует применять в условиях резких
перепадов температур в связи с тем, что данный вид арматуры не выдерживает таких условий.
3. Выяснено, что при использовании композитной арматуры в строительстве необходимо
учитывать «слабые» стороны данного материала (разрушение полимерной матрицы под
длительным воздействием ультрафиолета, невозможность применения в районах с
большими перепадами температуры) во избежание снижения срока службы здания.
4. Установлено, что транспортабельность композитной арматуры в виду её малого удельного
веса, а также коррозийная стойкость композитной арматуры делают данный материал
пригодным для применения в сфере коттеджного строительства.
5. Выяснено, что целесообразно применять композитную арматуру в качестве гибких связей в
многослойных наружных стенах коттеджей в связи с её характеристиками прочности и
жесткости.
Таким образом, композитная арматура благодаря своим характеристикам является материалом,
который целесообразно применять в коттеджном строительстве. Но, несмотря преимущества
композитной арматуры, до сих пор не существует точных математических моделей для создания
конструкций на основе композитной арматуры, поэтому последующее изучение и развитие данной
области является необходимым и востребованным.
Alfabuild. 1 (1). 2017. 16-26
23
Шимко Д.А., Бондарчик О.Б., Проблема дефицита пресной воды в мире / Shimko D.A., Bondarchik O.B. The problem of fresh water
deficiency in the world ©
Благодарности
Авторы выражают признательность и благодарность Инженерно-строительному институту СанктПетербургского политехнического университета и руководителю отдела корпоративных продаж ООО
«СК» Алексею Сергеевичу Козютенко за оказанную помощь при проведении данного исследования и
при написании настоящей статьи.

Автор статьи и исследований: Алексеева Л.А., Игнатович А.В., Бетон с композитной арматурой в коттеджном строительстве 

// Alfabuild. 2017. №1 (1).