ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ В МОРСКИХ СООРУЖЕНИЯХ

November 14, 2019

1 Г.Э. Окольникова, 2 Р.Х. Нурхонов, 3 А.К. Курбанмагомедов,

4Г.С. Пронин, 5Н.В. Новиков

1,2, 4, 5 Департамент строительства, Российский университет дружбы народов (РУДН),

Москва, Россия

3Кафедра математики, Московский политехнический университет, Москва, Россия

Аннотация

В данной статье проанализированы перспективы применения неметаллической арматуры в гидротехническом строительстве, рассмотрены проблемы долговечности железобетонных конструкций, построенных и эксплуатируемых в агрессивных условиях окружающей среды, а также возможные способы их решения, дано определение композитной арматуры, рассмотрены ее разновидности,приведены преимущества и недостатки арматуры данного типа, а также рассмотрен вопрос возможности замены стальной арматуры на композитную.

Ключевые слова:

композитная арматура, морские сооружения, гидротехнические сооружения, бетон

История статьи:

Дата поступления в редакцию:

25.04.19

Дата принятия к печати: 28.04.19

Цель. Целью данной работы является изучение композитной арматуры, выявление ее преимуществ и недостатков, а также влияния, оказываемого композитной арматурой на конструкции морских сооружений, которые возводятся и эксплуатируются преимущественно в условиях воздействия агрессивной среды.

Введение. В настоящее время, наибольшее внимание уделяется проблеме долговечности железобетонных конструкций. Учитывая факт малой приспособленности железобетона к ремонту, вследствие постепенной коррозии арматуры под воздействием внешней среды встает задача по обеспечению продления сроков службы железобетонных конструкций [1]. Рассмотрим долговечность конструкций, построенных в условиях агрессивной среды. Для таких конструкций коррозионная стойкость обеспечивается как для арматуры, так и для бетона. Более всего коррозии подвергаются морские сооружения, в силу того, что на них воздействуют такие негативные факторы как: отрицательная температура, постоянная влага, а также взаимодействие бетонного камня с содержащимся в воде хлоридом натрия (морская соль). Таким образом после 4-9 лет эксплуатации, в конструкциях гидротехнических сооружений обнаруживается коррозия структуры бетона: происходит разрушение защитного слоя бетона и начинается процесс корродирования арматуры. Из этого следует, что вопрос защиты морских сооружений от постепенного разрушения, а также дальнейшей коррозии арматуры под воздействием внешней агрессивной среды является центральным. Существует множество способов решения поставленной проблемы, но в данный момент, самым инновационным и востребованным является использование неметаллической (композитной) арматуры [1].

Композитная арматура — это неметаллические стержни, изготовленные из базальтовых, арамидных, стеклянных или углеродных волокон, пропитанных термопластичными, термореактивными или другими связующими [2].

Арматура, изготовленная из углеродных волокон, называется углепластиковой, из базальтовых волокон — базальтопластиковой (АБП), и из стеклянных волокон, соответственно, стеклопластиковой(АСП). [2].

Недостатки композитной арматуры [2]:

• Низкая жесткость (композитная арматура некоторых видов в виду своей низкой жесткости ограничена в применении в строительстве);

• Отсутствие пластичности (для изменения формы композитной арматуры ее необходимо подвергать термическому воздействию);

• Низкая теплостойкость (стеклопластиковая арматура теряет несущие свойства при 150 °С, в то

время как стальная арматура выдерживает до 500 °С).

Преимущества композитной арматуры[2]:

• Идентичный температурный коэффициент расширения композитной арматуры и бетона (т. е.

при изменении температуры в окружающей среде, композитная арматура расширяется и сужается вместе с бетонными конструкциями, тем самым не допуская возникновение трещин;

• Высокая транспортабельность (композитную арматуру малого диаметра можно перевозить

свернутую в кольца);

• Высокая коррозионная стойкость (композитная арматура не подвержена воздействию солей и

воды, что делает выгодным ее применение при армировании конструкций морских и других

агрессивных сред);

• По сравнению с металлической арматурой, композитная обладает весьма малым весом;

• Высокая удельная прочность (прочность стеклопластиковой арматуры в несколько раз (в 10)

превышает аналогичный показатель металлической арматуры.

Исследования [3, 4] показывают, что при проведении нескольких циклов замораживания и оттаивания образцов материала, армированного базальтопластиковой арматурой, в водной вытяжке при температуре -20 °С и -50 °С, арматура не теряет своих первоначальных физико-механических свойств. Также нахождение стержней базальтопластиковой арматуры в сухом бетоне в течение длительного промежутка времени не влияет на прочность арматуры. К тому же, базальтопластиковая арматура является более стойкой к морской воде, чем стеклопластиковая.

При использовании базальтопластиковой композитной арматуры для армирования железобетонных конструкций, их срок службы может достигать 80-100 лет [5].

В американском институте по результатам исследования авторы работы [6] выяснили, что при

использовании композитной арматуры вместо стальной, площадь сечения арматуры будет отличаться в силу того, что модуль упругости у композитной арматуры меньше чем у стальной. На рисунке 1 можно наблюдать график зависимости удлинений от растягивающих напряжений для разных видов арматур.

Применяя базальтопластиковую арматуру в бетонных конструкциях морских сооружений достигается ряд положительных изменений [3, 4 , 5, 7]:

• срок службы сооружения увеличивается;

• расходы на эксплуатационные нужды, в том числе на ремонт, снижаются;

• вес конструкции уменьшается, так как плотность композитной арматуры более низкая по

сравнению со стальной.

Выводы

Использование неметаллической арматуры и технология ее производства является наиболее

перспективным направлением в гидротехническом строительстве.

Рассмотрев анализ химической стойкости композитных арматур [3, 4, 5,], можем смело утверждать, что базальтопластиковая арматура обладает отличной химической стойкостью к щелочной и влажной среде, а также и к морской воде. Эти качества неметаллической арматуры позволяют применять её в условиях стопроцентной влажности. Использование композитной арматуры на основе базальтовых волокон в морских сооружениях дает возможность избежать такую проблему, как коррозия арматуры, вследствие чего долговечность конструкции увеличится. Плотность базальтопластиковой арматуры в 3,5-6,5 раза меньше плотности стальной, что способствует уменьшению веса конструкции в несколько раз. Неметаллические материалы способны заменить сталь в подземных сооружениях, сооружениях, работающих в агрессивных средах и повышенной влажности, а также за счет малого веса увеличить этажность зданий, длину пролетов, изменить архитектурный облик зданий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Алексеев С.Н., Иванов Ф.М., Модры С., Шиссль П. Долговечность железобетона в агрессивных средах.:

Стройиздат. 1990.

2. https://ru.wikipedia.org/wiki

3. Оснос С. П. Характеристики непрерывных базальтовых волокон и области их применения. Техника и технология теплоизоляции материалов из минерального сырья: доклады 4-й Всерос. науч.практ. конф. М.: ФГУП «ЦНИИХМ», 2006. С. 183-189.

4. Н. К. Розенталь, Г. В. Чехний, А. Р. Бельник, А. П. Жилкин. Коррозионная стойкость полимерных композитов в щелочной среде бетона / Бетон и железобетон. 2002. № 3. С. 20–23.

5. СТО 83269053-001-2010. Применение в транспортном строительстве неметаллической композитной арматуры периодического профиля.

6. ACI 440. 1R-06.Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRP Bars.

Статья написана авторами: 

Окольникова Г.Э., Нурхонов Р.Х., Курбанмагомедов А.К., Г.С. Пронин, Н.В. Новиков. Использование

композитной арматуры в морских сооружениях. — Системные технологии. — 2019. — № 31. — С. 55—57.