2. Содержание
1. Введение……………………………………………………………………………………………3 стр.
2. Историческое развитие и опыт применения
композитной арматуры в СССР, России и за рубежом……………………….…………….7 стр.
1. Композитная арматура – новый этап развития строительства в России………………..17 стр.
2. Перспективы применения композитной арматуры в бетонных конструкциях…………..18 стр.
3. Динамика рынка композитной арматуры……………………………………………………...20 стр.
4. Область применения композитной арматуры……………………………………………......24 стр.
5. Тенденция рынка композитной арматуры…………………………………………………….27 стр.
6. Сравнительные характеристики металлической и композитной арматуры…………….28 стр.
7. Преимущества композитной арматуры……………………………………………………….30 стр.
8. Технологическая схема производства стеклопластиковой арматуры…………………..31 стр.
9. Модель производства…………………………………………………………………………...35 стр.
10. Экономика………………………………………………………………………………………….36 стр.
11. Казахстан – страна больших возможностей………………………………………………....37 стр.
12. Приложение……………………………………………………………………………………......38 стр.
2
3. 1. Введение
Интерес к неметаллической арматуре возник в середине XX столетия в связи с рядом
обстоятельств. Расширилось применение армированных бетонных конструкций в
ответственных сооружениях, эксплуатируемых в сильно агрессивных средах, где трудно было
обеспечить коррозионную стойкость стальной арматуры. Возникла необходимость
обеспечения антимагнитных и диэлектрических свойств некоторых изделий и сооружений. И,
наконец, надо было учитывать ограниченность запаса руд, пригодных для производства стали
и всегда дефицитных легирующих присадок. Практическое решение возникшей проблемы
стало возможным благодаря ускоренному развитию химической промышленности. В ряде
технически развитых стран (Германия, Нидерланды, СССР, Япония, США и др.) были начаты
соответствующие научные исследования.
В качестве несущей основы высокопрочной неметаллической арматуры сначала было
принято щелочестойкое стеклянное волокно диаметром 10-15 мкм, пучок которого
объединялся в монолитный стержень посредством синтетических смол: эпоксидной,
эпоксифенольной, полиэфирной и др.
В СССР (Минск, Москва, Харьков) была разработана непрерывная технология
изготовления такой арматуры диаметром 6 мм из щелочестойкого стекловолокна
малоциркониевого состава марки Щ-15 ЖТ, подробно изучены ее физико-механические
свойства.
Особое внимание уделялось изучению химической стойкости и долговечности
стекловолокна и арматуры на его основе в бетоне при воздействии различных агрессивных
сред. Выявлена возможность получения стеклопластиковой арматуры со следующими
показателями: временное сопротивление разрыву - до 1500 МПа; начальный модуль
упругости - 50 000 МПа; плотность - 1,8-2 т/м³ при содержании стекловолокна 80 % (по массе);
рабочая диаграмма при растяжении - прямолинейна вплоть до разрыва (предельные
деформации к этому моменту достигают 2,5-3 %); долговременная прочность арматуры в
нормальных температурно-влажностных условиях - 65 % от временного сопротивления;
коэффициент линейного расширения - 5,5-6,5х10*6
3
4. Были всесторонне исследованы опытные предварительно напряженные изгибаемые
элементы с такой арматурой под воздействием статических нагрузок, разработаны
технологические правила изготовления арматуры и рекомендации по проектированию
бетонных конструкций с неметаллической арматурой, намечены целесообразные области их
применения.
Экспериментальные образцы электроизолирующих траверс опор ЛЭП были установлены
на опытных участках линий электропередачи в Белоруссии, РСФСР и Аджарии. Проведены
исследования по использованию стеклопластиковой арматуры в опорах контактной сети и в
напорных трубах. Стеклопластиковая арматура нашла также применение в ваннах из
полимербетона в цехах электролиза предприятий цветной металлургии, в плитах перекрытий
на нескольких складах минеральных удобрений.
К сожалению, заводского производства стеклопластиковой арматуры организовать не
удалось; в небольших количествах такая арматура изготовлялась на лабораторной установке
НТПО "Белстройнаука" в Минске.
В последние годы в Мире начали больше внимания уделять изучению неметаллической
арматуры из базальтового волокна, производство которого менее трудоемко, а сырье вполне
доступно. Можно констатировать, что в настоящее время разработаны основные исходные
данные для промышленного выпуска стеклопластиковой арматуры, проектирования и
изготовления различных, предварительно напряженных, конструкций с такой арматурой,
намечены области их применения.
В Германии разработана и подробно изучена стеклопластиковая арматура диаметром 7,5
мм из алюмоборосиликатного стекловолокна и полиэфирной смолы под названием
"полисталь". Испытания на статические, динамические и длительные нагрузки позволили
установить следующие исходные характеристики этой арматуры: кратковременная прочность
на растяжение - 1650 МПа; модуль упругости - 51000 МПа; удлинение при разрыве - 3,3 %;
долговременная прочность - 1100 МПа; потери напряжения от релаксации - 3,2 %; перепад
напряжений при 2*106 циклах нагружений - 55 МПа; коэффициент температурного
расширения - 7х10*6
4
5. После испытания опытных балок были разработаны основные положения по расчету и
конструированию ответственных инженерных сооружений. За последние годы было
возведено десять одно-, двух- и трехпролетных автодорожных и пешеходных мостов с
арматурой "полисталь". Пролетные строения мостов, достигавшие 25 м, армировались
пучками из стеклопластиковых стержней диаметром 7,5 мм с натяжением на бетон. На
стержни наносилось защитное полиамидное покрытие толщиной 0,5 мм. Число стержней в
пучке - 19, рабочее усилие натяжения пучка - 600 кН.
Особое внимание разработке проблемы создания и применения высокопрочной
неметаллической арматуры уделяется в Японии. Освоено производство фибропластиковой
арматуры на базе углеродных и арамидных волокон, исследованы их физико-механические
свойства. Проволока и канаты изготовляются из углеродного волокна диаметром 7 мкм с
пределом прочности 3600 МПа. Проволока собирается из 12 тыс. волокон, соединяемых
между собой пластиком. Из проволоки свиваются канаты различной несущей способности,
подвергаемые после свивки термической обработке.
Разработан перспективный сортамент арматуры, в который входят проволока, а также 7-,
9- и 37-про-волочные канаты с усилием от 10 до 100 кН. Например, установлены
характеристики 7-проволочных угле-пластиковых канатов: временное сопротивление - 1750
МПа; модуль упругости - 140 000 МПа; удлинение при разрыве - 1,6 %; плотность - 1,5 т/м3;
релаксация напряжений - 2,5 %; теплостойкость - 200 °С; высокие кислото - и
щелочестойкость.
Разработана арматура из арамидных волокон диаметром от 3 до 16 мм с разрывным
усилием 8*250 кН. Стержни получают путем сплетения жгутов из непрерывных волокон с
последующей пропиткой пластиком и тепловой обработкой. Предельное удлинение
арматуры при разрыве - 2 %, модуль упругости - 66 ООО МПа. Следует отметить, что эта
арматура малых диаметров (до 5 мм) пригодна для поперечного спирального армирования
конструкций.
5
6. В Японии проведен значительный комплекс исследований опытных балочных конструкций
с различными видами неметаллической арматуры, возведены автомобильные и пешеходные
мосты небольших пролетов. Ведутся активные исследования возможности применения
углепластиковой арматуры в различных областях строительства. Так, высокопрочные ленты
различного поперечного сечения из углепластика начали использовать для усиления
железобетонных конструкций в эксплуатируемых ответственных сооружениях.
Необходимо отметить пионерные работы, выполненные в Нидерландах с неметаллической
арматурой из арамидных волокон. Накопленный материал по свойствам такой арматуры
прямоугольного и круглого сечения был впервые доложен на конгрессе FIB в 1986 г. и вызвал
большой интерес. Позднее в этой же стране была разработана композитная проволока
диаметром 5 мм из углеродных волокон и эпоксидного связующего. Временное
сопротивление проволоки колеблется от 2300 до 3300 МПа в зависимости от прочности
волокна и доли его содержания в сечении. Освоено производство такой проволоки и получен
опыт ее применения в качестве напрягаемой арматуры в сваях. Отмечается перспективность
применения пучков из композитной проволоки в вантах большепролетных мостов и для
внешнего армирования различных предварительно напряженных конструкций.
Большой эксперимент проведен учеными США и Канады на одном пролете
предварительно напряженного балочного автодорожного моста, армированного проволокой и
канатами из углепластика японского производства. Применение современных измерительных
систем и продолжение испытаний вплоть до разрушения позволили получить обширный
комплекс данных, необходимых для положительной оценки мостов с такой арматурой.
Постоянный рост числа публикаций о высокопрочной неметаллической арматуре и
активная деятельность комиссии FIB по этой тематике подтверждают перспективность
данного материала для предварительного напряженного железобетона и необходимость
более внимательного отношения к этой проблеме в Мире.
6
7. 2. Историческое развитие и опыт применения композитной
арматуры в СССР, России и за рубежом
Интерес к неметаллической арматуре возник в середине XX столетия в связи с рядом
обстоятельств. Расширилось применение армированных бетонных конструкций в
ответственных сооружениях, эксплуатируемых в сильно агрессивных средах, где трудно
было обеспечить коррозионную стойкость стальной арматуры. Возникла необходимость
обеспечения антимагнитных и диэлектрических свойств некоторых изделий и сооружений.
И, наконец, надо учитывать на перспективу ограниченность запаса руд, пригодных для
удовлетворения непрерывно растущих потребностей в стали и всегда дефицитных
легирующих присадках.
В качестве несущей основы разработанной высокопрочной неметаллической арматуры
было сначала принято непрерывное щелочестойкое стеклянное волокно диаметром 10-15
микрон, пучок которой объединялся в монолитный стержень посредством синтетических
смол (эпоксидной, эпоксифенольной, полиэфирной и др.).
В СССР (Минск, Москва, Харьков) была разработана непрерывная технология
изготовления такой арматуры диаметром 6 мм из щелочестойкого стекловолокна
малоциркониевого состава марки Щ-15 ЖТ, подробно исследованы ее физико-
механические свойства.
Особое внимание уделялось изучению химической стойкости и долговечности
стекловолокна и арматуры на ее основе в бетоне в различных агрессивных средах.
Выявлена возможность получения стеклопластиковой арматуры со следующими
показателями: временное сопротивление разрыву до 1500 МПа, начальный модуль
упругости 50 000 МПа, плотность 1,8-2 т/м³ при весовом содержании стекловолокна 80%,
рабочая диаграмма при растяжении прямолинейна вплоть до разрыва, предельные
деформации к этому моменту достигают 2,5-3%, долговременная прочность арматуры в
нормальных температурно-влажностных условиях составляет 65% от временного
сопротивления, коэффициент линейного расширения 5,5-6,5х10*6.
7
8. Были всесторонне исследованы опытные предварительно напряженные изгибаемые
элементы с такой арматурой под воздействием статических нагрузок, разработаны
технологические правила по изготовлению арматуры и рекомендации по проектированию
бетонных конструкций с неметаллической арматурой, намечены целесообразные области
их применения.
Были разработаны экспериментальные образцы электроизолирующих траверс опор
ЛЭП, изготовленные экземпляры установлены на опытных участках линий
электропередачи в Белоруссии, России и Аджарии. Проведены исследования по
использованию стеклопластиковой арматуры в опорах контактной сети и в напорных
трубах. Стеклопластиковая арматура нашла также применение в ваннах из
полимербетона в цехах электролиза на предприятиях цветной металлургии, в плитах на
нескольких складах минеральных удобрений.
К сожалению, заводского производства стеклопластиковой арматуры в то время
организовать не удалось.
В 70-х годах XX века неметаллическая арматура была применена в конструкциях из
лёгких бетонов (ячеистых бетонов, арболита и др.), а также в фундаментах, сваях,
электролизных ваннах, балках и ригелях эстакад, опорных конструкциях конденсаторных
батарей, плитах крепления откосов, без изоляторных траверсах и других конструкциях.
В 1976 г. построены два надвижных склада в районах г. Рогачев и г. Червень. Несущие
наклонные элементы верхнего пояса арок армированы четырьмя предварительно
напряжёнными стеклопластиковыми стержнями диаметром 6мм. Стержни расположены в
двух пазах сечением 10х18 мм, выбранных в нижней пластине элементов. Приопорные
участки элементов (в коньковом и опорных узлах) усилены деревянными накладками из
досок толщиной 20 мм.
Экономия древесины в несущих армированных элементах составила 22% , на 9%
была снижена стоимость, масса конструкций уменьшена на 20%. Стоимость сооружения
по сравнению с существующими типовыми решениями складов такой же емкости
снизилась в 1,7 раза.
8
9. На кислотной станции Светлогорского комбината искусственного волокна перекрытия
над технологическими галереями выполнены из полимербетона ФАМ со
стеклопластиковой арматурой. Плиты армировали стеклопластиковыми стержнями
диаметром 6 мм с предварительным напряжением рёбер и плиты в поперечном
направлении. Распределительная арматура полки выполнена без предварительного
напряжения. Экономический эффект в результате снижения приведенных затрать на 1
м2 перекрытия составил 57,95 руб.
В 1969 г. ИСиА Госстроя БССР совместно с ГПИ «Сельэнергопроект» (г. Москва)
разработаны и исследованы электроизолирующие траверсы для ЛЭП-10 кВ и ЛЭП-35 кВ.
В 1970г. в районе Костромы сдан в эксплуатацию опытный участок ЛЭП-10 кВ со
стеклопласт-бетонными траверсами.
В 1972 г. в районе Ставрополя сдан в эксплуатацию опытный участок ЛЭП-35 кВ с
электроизолирующими стеклопластбетонными траверсами. Конструкция траверса
состояла из трёх предварительно напряжённых стеклопластбетонных элементов (лучей),
соединённых болтами на стальной пластине, которая хомутами закреплялась на
вершине железобетонной опоры.
В 1975 г. в Гродно и Солигорске сданы в эксплуатацию два опытных участка ЛЭП-10
кВ с траверсами из стеклопластбетона. Конструкция траверсы сборная, трёхлучевая,
состоит из двух прямолинейных предварительно напряжённых стеклопластбетонных
элементов: горизонтального, на котором расположены два провода, и вертикального на
вершине которого крепится третий провод. Сборная траверса основанием вертикального
элемента присоединена к железобетонной опоре ЛЭП с применением стальных хомутов.
Траверсы изготовлены из электроизолирующего бетона. Арматура – четыре стержня
диаметром 6 мм в каждом элементе.
В 1979 г. в районе г. Батуми сданы в эксплуатацию два опытных участка опор ЛЭП на
0,4 и 10 кВт с траверсами из бетонополимера, армированного стеклопластиковой
арматурой диаметром 6 мм.
9
10. На Усть-Каменогорском комбинате цветной металлургии освоено производство
предварительно напряжённых электролизных ванн из ФАМ полимербетона,
армированного стеклопластиковыми стержнями диаметром 6 мм. Размерами ванны в
плане 1080х2300 мм, высота 1650 мм, толщина стенки 100 мм. Стенки и днище
армированы двойной симметричной арматурой с шагами стержней 200 мм.
Экономический эффект на одну ванну без учёта затрат, связанных с остановкой
производства при замене железобетонных ванн, - 1015, 5 руб.
В 1975 г. по проекту кафедры «Мосты и тоннели» Хабаровского политехнического
института закончено строительство первого в мире клееного деревянного моста длиной
9 м, балки которого с поперечным сечением 20х60 см изготовлены из древесины ели и
армированы четырьмя предварительно напряжёнными пучками из четырёх
стеклопластиковых стержней диаметром 4 мм.
Второй мост в СССР со стеклопластиковой арматурой построен в 1981 г. в
Приморском крае через р. Шкотовка. Пролётное строение моста состоит из шести
металлических двутавров №45, предварительно напряженных затяжками из 12
стеклопластиковых стержней диаметром 6 мм. Балки объединены монолитной
железобетонной плитой проезжей части. Пролетное строение имеет длину 12 м,
габариты проезжей части и тротуаров – Г8+2х1 м, расчётные нагрузки Н-30, НК-80.
В Хабаровском крае мост с применением стеклопластиковой арматуры построен в
1989 г. В поперечном сечении пролётного строения длиной 15 м установлено 5
ребристых без уширения в нижней зоне балок. Армирование балок пролётного строения
моста было принято комбинированным: создание начальных напряжений в них
осуществлялось четырьмя пучками по 24 стеклопластиковых стержня диаметром 6 мм в
каждом и одним типовым пучком из стальных проволок. Армирование балок не
напрягаемой арматурой классов А-I и А-II было оставлено без изменений.
10
11. Историческое развитие применения композитной арматуры за рубежом
(по материалам Института Бетона США)
Историю разработки арматуры из FRP можно проследить до начала широкого
использования композитов после 2 мировой войны. В аэрокосмической промышленности
были широко признаны преимущества высокой прочности и легкости композитных
материалов, а во время холодной войны достижения в аэрокосмической и оборонной
промышленности привели к еще более широкому использованию композитов. Далее, в
условиях быстро развивающейся экономики, США требовались недорогие материалы,
отвечающие потребительскому спросу. Получение соосно-ориентированного волокнистого
пластика стало быстрым и экономичным методом формирования деталей с постоянным
профилем сечения, а композитные пластики, изготовленные из непрерывного волокна,
использовали для изготовления клюшек для игры в гольф и удочек. Однако, только в 60-
годах, эти материалы стали серьезно рассматривать при производстве арматуры
железобетона.
Распространение Федеральных систем скоростных автострад в 50-х годах обострило
нужду в проведении их круглогодичного техобслуживания. Широкое распространение
получило применение солей для удаления льда на автодорожных мостах. В результате,
главной заботой стало использование стальной арматуры в таких конструкциях, а также в
конструкциях, находящихся под длительным коррозийным действием морской соли. Было
проведено исследование различных защитных покрытий, включая цинковые покрытия,
покрытия с электростатическим напылением, полимербетоны, эпоксидные покрытия, а
также арматуру из стеклопластика (ACI 440R). Из всего вышеперечисленного, стальная
арматура с эпоксидным покрытием оказалось лучшим решением, и стала применяться в
агрессивных коррозионных условиях. Использование арматуры из FRP не считалось
эффективным решением по причине высокой стоимости и не имело коммерческого
распространения до конца 70-х годов.
11
12. В 1983 году был основан первый проект Министерством транспорта США
«Применение технологии композитных материалов в проектировании и постройке
мостов» (Plecnik and Ahmad 1988).
Корпорация Marshall-Vega Inc. вела изначальную разработку арматуры из
стеклопластика в США. Изначально, арматура из стеклопластика считалась
эффективной альтернативой стальной для полимербетона ввиду несовместимости с
характеристиками температурного расширения между полимербетоном и сталью. В
конец 70-х годов, корпорация International Grating Inc. вышла на североамериканский
рынок арматуры из FRP. Marshall-Vega и International Grating занимались
исследованием и разработкой арматуры из FRP до 80-х.
Стержни из стеклопластика использовали при постройке настила моста Crowchild в
регионе Калгари штата Альберта в Канаде в 1997 году.
В 80-х на рынке возник спрос на неметаллическую арматуру для специфической
передовой технологии. Наибольший спрос на электроизолирующую арматуру был для
медицинского оборудования магнитной резонансной томографии. Арматура из FRP
стала стандартом для конструкций такого типа. Иное применение арматуры FRP стало
более известным и востребованным, особенно в конструкциях волноломов, основаниях
реакторов электроподстанций, взлётно-посадочных полос и лабораторий электроники
(Brown and Bartholomew 1996).
В 70-х в США стали нарастать проблемы, связанные с ухудшением состояния мостов
ввиду коррозии, вызванной действием хлорид-ионов, воздействие которых на стальную
арматуру привело к быстрому к старению мостов. (Boyle and Karbhari 1994). Кроме того,
выявление коррозии в широко распространенной арматуре с эпоксидным покрытием
повысило интерес к альтернативным методам, позволяющим избежать ее. И снова
арматуру из FRP стали считать основным решением проблем коррозии мостовых
настилов и других конструкций (Benmokrane et al. 1996)
12
13. Вплоть до середины 90-х годов в Японии наиболее широко использовалась арматуры
из FRP, уже тогда в стране насчитывалось более 100 коммерческих проектов с ее
применением. Детальная информация по проектированию с FRP были включены в
«Рекомендации по проектированию и постройке» JSCE (1997).В Азии, недавно, Китай
стал крупнейшим потребителем композитной арматуры, используя ее в новых
конструкциях, начиная от мостовых настилов до проведения подземных работ (Ye et al.
2003).
Стеклопластиковая арматура использовалась при постройке винного завода в
Британской Колумбии в 1998 году.
Использование арматуры из FRP в Европе началось в Германии, при постройке
автодорожного моста из преднапряженного FRP в 1986 году (Meier 1992). После
постройки моста в Европе были запущены программы по исследованию и
использованию арматуры из FRP. В рамках европейского проекта BRITE/EURAM Project,
“Элементы из волоконных композитов и технология применения неметаллической
арматуры» с 1991 по 1996 годы были проведены испытания и анализ материалов из
FRP (Taerwe 1997). Позднее, компания EUROCRETE возглавила европейскую
программу исследований и демонстрационных проектов.
Канадские гражданские инженеры разработали положения по применению для
арматуры из FRP для Канадского свода норм проектирования автодорожных мостов и
построили серию демонстрационных проектов. При постройке моста Headingley в
Манитобе была использована арматура из CFRP и GFRP (Rizkalla 1997). Кроме того, при
постройке моста на Kent County Road No. 10 была использована арматура из CFRP для
армирования зон отрицательного момента (Tadros et al. 1998).
13
14. При постройке моста Joffre Bridge через реку Сен-Франсуа, расположенном в
Шербруке, Квебек, была использована арматура из CFRP на напорных плитах, а также
арматура из GFRP на дорожном заграждении и тротуаре. Мост, который был открыт для
проезда в декабре 1997, был оснащен волоконно-оптическими датчикими,
интегрированными в структуру арматуры из FRP для дистанционного контроля
деформаций (Benmokrane et al. 2004). Канада остается лидером в применении
арматуры из FRP при постройке мостового настила (Benmokrane et al. 2004).
В США, широкое использование арматуры из FRP было зафиксировано ранее (ACI
440R). Использование арматуры из GFRP при постройке пристроек больничной палаты
для магнитной резонансной томографии становится повсеместным. Также композитная
арматура стала стандартным решением в таких отраслях индустрии как портовые
сооружения, верхняя сетка арматуры для мостовых настилов, различные заводские
армированные бетонные изделия, орнаментный и архитектурный бетон. Некоторые
крупнейшие проекты включают в себя здание Gonda Building клиники Майо в городе
Рочестер штата Миннесота, Национальный институт здравоохранения в городе Бетесда
штата Мэриленд – для магнитной резонансной томографии, мост в городе Поттер
Каунти штата Техас, а также мост в городе Беттендорф штата Айова, для армирования
настила (Nanni 2001).
Арматура из GFRP была использована при проведении тоннельных работ для
бетонной стены, которую требовалось строить вслед за тоннелепроходческой машиной,
и далее получила широкое применение при постройке множества крупнейших
метрополитеном мира, включая Азию (например, Бангкок, Гонгконг и Нью-Дели) и
Европу (например, Лондон и Берлин).
Источник: ACI 440.1R-06 Guide for the Design and Construction of Structural Concrete
Reinforced with FRP Bars. (Reported by ACI Committee 440).
14
15. Опыт разработки и применения неметаллической арматуры в России
2000-х годов
По инициативе Московского правительства в 2000 г. были возобновлены исследования
по разработке базальтопластиковой арматуры повышенной долговечности. НИИЖБ
проводит работу совместно с ФГУП «НИЦ МАТИ» им. К.Э. Циолковского и ОАО «АСП» (г.
Пермь).
Разработаны и смонтированы две опытно-промышленные установки по
традиционному принципу пултрузии и по новой безфильерной технологии. Последняя
технология обеспечивает значительно более высокую производительность производства
композитной неметаллической арматуры базальтопластиковой и стеклопластиковой,
поэтому эта технология выбрана как наиболее перспективная.
Замена стальной арматуры на неметаллическую исключает повреждение
армированных конструкций из-за коррозии стали и разрушения защитного слоя, и
позволяет сохранить качество и внешний вид конструкций в процессе эксплуатации,
снизить эксплуатационные расходы за счёт увеличения межремонтного периода.
Неметаллическую композитную арматуру (НКА) рекомендуется использовать в
бетонах, которые характеризуются пониженным защитным действием по отношению к
стальной арматуре:
– в бетонах на портландцементе с содержанием щелочей не более 0,6%
шлакопортландцементе, пуццолановом цементе, смешанных вяжущих (гипсоцементно-
пуццолановом, цементах с низкой водопотребностью, с высоким содержанием активных
минеральных добавок);
– в монолитных бетонах с хлоридсодержащими противоморозными добавками, не
содержащими щелочей (хлорид кальция ХК, нитрат-хлорид кальция НХК, нитрат-хлорид
кальция с мочевиной НХКМ и др.); 15
16. – в крупнопористых бетонах для дренажных труб, лёгких крупнопористых бетонах,
монолитных ячеистых бетонах;
– для армирования конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных хлоридных
сред: тротуарных плит, дорожных покрытий и др.
Рекомендуемой областью применения НКА является наружный слой трёхслойных
панелей и гибкие связи, что позволяет улучшить внешний вид здания (отсутствие
потеков ржавчины) и повысить теплотехнические характеристики стен, а также в
слоистых стенах с гибкими связями.
Эффективной областью применениям НКА являются конструкции, подвергаемые
воздействию токов утечки. С получением экспериментальных данных за более
длительные сроки испытаний, совершенствованием свойств АБП область применения
неметаллической арматуры может быть расширена.
По результатам обследования трех пролетных строений мостов, несущие
конструкции которых предварительно напряжены стеклопластиковой арматурой, могут
быть сделаны выводы:
1. В пролетных строениях опытных мостов из клееной древесины (31 год эксплуатации),
сталежелезобетонного пролетного строения (25 лет эксплуатации) и пролетного
строения из стеклопластбетона (17 лет эксплуатации) сохранен эффект
предварительного напряжения АСП.
2. Оправдано использование АСП в качестве анкеров в несущих конструкциях на
основе эпоксидных смол.
3. Положительные результаты дает применение неметаллической композитной
арматуры в дорожном и промышленно-гражданском строительств
16
17. 3. Композитная арматура – новый этап развития
строительства в России
Применение неметаллической композитной арматуры (НКА) в российском строительстве
было начато около десяти лет назад, и в течение этого времени она использовалась без
описывающего ее ГОСТа. Благодаря усилиям компаний, производящих композитную
арматуру, он, наконец, был разработан и с 2014 года введен в действие.
В 2003 году применение стеклопластиковой композитной арматуры было разрешено
СНиП 52-01 (в частности, стало возможным ее использование в конструкциях из
железобетона). Введение нового ГОСТ 31938-2012 подняло на новый уровень применение
НКА в строительстве, позволит компаниям-производителям значительно улучшить ее
качество и даже выйти с предложениями поставок на мировой рынок.
Производители уверены, что внедрение нового ГОСТ 31938-2012 приведет к
значительному расширению области применения неметаллической арматуры. Они надеются,
что смогут увеличить объемы продаж, а соответственно, и прибыль, а также улучшить
качество предлагаемой продукции.
После Москвы, Санкт-Петербурга, Новосибирска и Краснодара, активно использующих ее
в строительстве, композитная арматура станет популярной и в других российских регионах,
нуждающихся в современных высокотехнологичных материалах для строительства жилых
зданий и промышленных сооружений. Внедрение ГОСТ на НКА-продукцию разнообразит
рынок, и потребители получат возможность убедиться в технологичной и экономической
эффективности применения композитов.
17
18. 4. Перспективы применения композитной арматуры в
бетонных конструкциях
Целый ряд обстоятельств привели к повышенному вниманию специалистов
к неметаллической арматуре. Этот интерес возник еще в середине 20 века. Так как
строительство ведется в различных климатических условиях и для различных нужд, то
тяжело было сохранить коррозийную стойкость металлической арматуры. Вследствие
чего возникла потребность в использовании композитной арматуры, которая обладает
антимагнитными и диэлектрическими свойствами. И конечно, развивающемуся
человечеству нужно учитывать тот факт, что запасы руды для производства
металлической арматуры небезграничны и использование искусственно созданного
материала для производства арматуры имеет отличные перспективы, которые
устремились в наше будущее.
Появление композитной арматуры было не случайностью, а закономерностью.
Вследствие усиленного развития химической промышленности в развитых странах
появилась первая неметаллическая арматура.
В качестве основного материала для производства композитной арматуры
применяется стекловолокно, которое соединено в один стрежень и скрепляется он
посредством синтетических смол. Новый материал подвергся тщательным испытаниям,
исследовали его так же на прочность, упругость, износостойкость, подвергали его
различным нагрузкам в суровых условиях. Исследования превзошли все ожидания,
материал оказался достаточно устойчив к различного рода воздействиям.
Ученые разработали технологию производства качественной неметаллической
арматуры, рекомендации по проектированию бетонных конструкций с использованием
неметаллической арматуры, обозначали самые приемлемые области ее применения.
В ряде западных стран неметаллическую арматуру применяют намного шире, чем в
России и странах бывшего Союза.
18
19. К примеру, в Германии в настоящее время подробно разработали и изучили
стеклопластиковую арматуру, по-другому ее называют «Полисталь». Конструкторы
разработали проекты мостов, при строительстве которых возможно использование такой
арматуры. За последние несколько лет были разработаны и построены больше десяти
пешеходных и автодорожных мостов с использованием такой арматуры.
Композитная арматура особенно значимое изобретение для Японии. Так как здесь при
проектировании зданий нужно учитывать сейсмоопасные районы. В этой стране
производят фибропластическую арматуру на базе углеродных и арамидных волокон. Это
очень прочные и довольно упругие прутья, которые используют для строительства зданий.
Перспективы производства арматуры и применения ее в различных областях
строительства расширяются. Производится более качественный и надежный материал,
который устоит против многих разрушающих факторов, таких как вода, ультрафиолет,
электричество.
В Японии особенно активно исследуют возможность использовать неметаллическую
арматуру в различных конструкциях. Здесь строят автомобильные и пешеходные мосты,
используют также эту арматуру для усиления различных бетонных конструкций.
В Нидерландах так же активно ведутся работы по созданию арматуры нового поколения.
Стоит отметить, что в этой стране была создана композитная проволока из углеродных
волокон, скрепленных эпоксидом. Перспектива использования такой проволоки
в производстве канатов для поддержания больше пролетных мостов уже близка. Также ее
будут использовать для внешнего армирования преднапряженных конструкций.
В последние годы разработками в области производства и применения
неметаллической арматуры заинтересовались другие развитые страны, такие как Канада,
Франция, США, и многие другие.
Количество материалов и публикаций на эту тему значительно увеличилось, ведутся
исследования и изучаются свойства такого материала, как композитная арматура. Поэтому
перспектива использования ее в строительстве очень весома, и изучение этого материала
в России и СНГ ведется в усиленном режиме, дабы не отставать от других развитых стран.
19
20. 5. Динамика рынка композитной арматуры
Информация касается динамики развития рынка композитной арматуры за прошедшие 2
года. Просмотрев статистику сервисов Яндекс и Google можно сделать вывод о значительном
росте заинтересованности пользователей таким продуктом, как стеклопластиковая или
композитная арматура. Для примера посмотрим график сервиса статистики Яндекс, где можно
увидеть динамику роста запросов, содержащих слова "стеклопластиковая арматура". Т.е. это
все запросы вида "купить стеклопластиковую арматуру", "стеклопластиковая арматура
отзывы", "оборудование для производства стеклопластиковой арматуры" и т.д.
Под графиком приведены абсолютные значения по данному запросу. Например, в июне
2012 года было всего 11 605 подобных запросов, а через год, в июне 2013 года уже 25 227.
Т.е. прирост составил 217%. При этом в оба года, пик запросов приходится на летние
месяцы.
20
21. Для сравнения посмотрим данные полученные при анализе статистики, предоставляемой
сервисом Google. Красным цветом на графике показана статистика по запросам,
содержащим словосочетание "стеклопластиковая арматура", по нему запросов больше, а
синим цветом статистика по словосочетанию "композитная арматура", эти запросы менее
популярны, но динамика у них схожа. Начало примерно во второй половине 2011 года и
последующий бурный рост.
21
22. Ниже посмотрим ещё пару изображений с достаточно интересной для анализа
информацией. Первое изображение, это карта России с нанесенными на неё разным
цветом регионами. От серого и желтого к красному изменяется интенсивность запросов в
этом регионе. Карта показывает срез данных за июнь 2013 года.
Для понимания этого изображения посмотрим короткую таблицу, показывающую
региональную популярность запросов, содержащих в себе словосочетание
"стеклопластиковая арматура".
22
23. Региональная популярность - это доля, которую занимает регион в показах по
данному словосочетанию, деленная на долю всех показов результатов поиска,
пришедшихся на этот регион. Популярность слова/словосочетания, равная 100%,
означает, что данное слово в данном регионе ничем не выделено. Если популярность
более 100%, это означает, что в данном регионе существует повышенный интерес к этому
слову, если меньше 100% - пониженный.
23
24. 6. Область применения композитной арматуры
Согласно СНиП 52-01-2003 и МГСН 2.08-01С и с учётом свойств стеклопластиковой
арматуры АКС (ГОСТ 31938-2012) рекомендуется применение в следующих
конструкциях:
• при производстве бетонного тюбинга при проходке в метрополитене;
• при строительстве мостов;
• при строительстве цементнобетонных аэродромных покрытий, объемных зданий
и сооружений аэропортов;
• в плитах перекрытия длиной до 5 м, толщиной плиты 200мм с шагом ячеек
200х200мм Ø8мм, (арматура укладывается в верхней и нижней зоне плиты), класс
бетона В25;
• фундаменты ниже нулевой отметки залегания;
• для армирования полов и плит по грунту;
• в армированных конструкциях, подвергающихся воздействию агрессивных сред,
вызывающих коррозию стальной арматуры (в конструкциях соприкасающихся с морской
водой, например: набережные, берегоукрепление). Рационально применение АКС в
элементах дорожного строительства (например, в дорожных плитах), которые
подвергаются агрессивному воздействию противогололёдных реагентов;
24
25. • при армировании кирпичной кладки, особенно в зимнее время, когда в кладочный
раствор вводятся противоморозные добавки - хлористые соли, вызывающие коррозию
стальной арматуры
• для армирования бетонных конструкций и смешанного армирования
железобетонных конструкций;
• для улучшения теплотехнических характеристик стен, рекомендуется применение
АКС в трёхслойных стеновых панелей, в качестве гибких связей (с шагом 600х600мм в
шахматном порядке);
• при ремонте бетонных конструкций, поврежденных воздействием агрессивных сред
(в первую очередь хлоридных);
• тонкостенные конструкции различного назначения в случаях, когда отсутствует
возможность обеспечить нормативные требования к толщине защитного слоя;
• при возведении домов из несъемной опалубки;
• осветительные опоры, опоры ЛЭП, изолирующие траверсы ЛЭП;
• канализационных коллекторах и конструкциях ниже нулевой отметки залегания для
исключения блуждающих токов и электроосмоса;
• применять в конструкциях подвергающихся постоянному тепловому режиму не выше
60 0С и кратковременному до 100 0С; применять в несущих конструкциях бассейна, при
толщине стенки от 200 мм;
25
26. • применять в армировании деревянных и клееных балках, для повышения
жесткости изгибаемого элемента (уменьшение объема древесины до 30%, с
экономией до 15% от стоимости древесины)
• применять арматуру в зданиях до 3х этажей (включительно);
• применять арматуру на объектах АПК (птичники, свинарники, коровники), т.к.
арматура не содержит фенольных смол что подтверждается санитарно-
гигиеническим заключением;
• применять арматуру на объектах дорожного строительства (в полотнах
интенсивного движения транспорта) в качестве несущей арматуры, после
применения сеток из арматуры Ø8 АКС с размером ячейки 200х200мм, отмечено:
цельность асфальтобетонного покрытия, а так же отсутствие продольных и
поперечных трещин, в том числе в местах примыкания к трамвайным путям;
• С улучшением качества арматуры и получением новых данных за более длительные
сроки испытаний область применения АКС может быть в дальнейшем расширена с
учётом совершенствования технологии и производства.
• Композитная арматура не токсична, по степени воздействия на организм человека и
окружающую среду относится к 4 классу опасности: малоопасная.
26
27. 7. Тенденция рынка композитной арматуры
По оценкам Research.Techart рынок композитной арматуры стремительно растет.
Специалисты данной компании оценивают его рост в 12% в год. По предварительным
прогнозам, темп роста рынка композитной арматуры должен превысить
предшествующие годы и составить порядка 16% в год. Наиболее динамично
развивающимися рынками по производству и применению стеклопластиковой
арматуры будут такие страны как Россия, Казахстан, Узбекистан, Азербайджан,
Армения.
США
40%
Япония
35%
Европа
25 %
Китай
30%
Россия
2,5%
СНГ
1,2%
27
28. Характеристики
Арматура
Металлическая класса
А-III (А400С)
Композитная арматура
Материал Сталь
Стеклоровинг, связанный
полимером на основе эпоксидной
смолы
Предел прочности при
растяжении, МПа
390 1 200
Модуль упругости, МПа 200 000 55 000
Относительное удлинение, % 25 2,2
Коэффициент теплопроводности,
Вт/(мּ0С)
46 0,35
Коэффициент линейного
расширения, αх10-5/0С
13-15 9-12
Плотность, т/м³ 7,8 1,9
Коррозионная стойкость к
агрессивным средам
Коррозирует Нержавеющий материал
Теплопроводность Теплопроводна Нетеплопроводная
Электропроводность Электропроводна
Неэлектропроводная - является
диэлектриком
Выпускаемые профили 6 - 80 4 - 24
Длина Стержни длиной 6-12 м
В соответствии с заявкой
покупателя
Экологичность Экологична
Не токсична, по степени
воздействия на организм
человека и окружающую среду
относится к 4 классу опасности
(малоопасные).
Долговечность
В соответствии со строительными
нормами
Прогнозируемая долговечность
не менее 80 лет
8. Сравнительные характеристики металлической и
композитной арматуры
28
29. Замена арматуры по
физико-механическим
свойствам
6 АIII
8 АIII
10 AIII
12 АIII
14 АIII
16 АIII
18 АIII
20 АIII
4 АКС
6 АКС
7 АКС
8 АКС
10 АКС
12 АКС
14 АКС
16 АКС
Вес, кг (при
равнопрочностной
замене)
6 А-III - 0,222
8 А- III – 0,395
10 A-III – 0,617
12 А-III – 0,888
14 А- III – 1,21
16 А- III – 1,58
18 А- III – 2,0
20 А- III – 2,47
4 АКС – 0,02
6 АКС – 0,05
7 АКС – 0,07
8 АКС – 0,08
10 АКС – 0,12
12 АКС – 0,20
14 АКС – 0,26
16 АКС – 0,35
Таблица равнопрочностной замены металлической
арматуры композитной
29
30. 9. Преимущества композитной арматуры
• Прочность на разрыв в 2 раза выше прочностных характеристик стальной арматуры;
• Нержавеющий материал;
• Плотность композитной арматуры в 4 раза меньше, чем у стальной арматуры при
одновременном увеличении упругопрочностных свойств. При равнопрочной замене
арматурного каркаса его вес уменьшается более чем в 10 раз. Позволяет значительно
снизить стоимость транспортных и погрузочно-разгрузочных работ.
• Композитная арматура не подвергается коррозионному воздействию в большинстве
агрессивных сред, в том числе в щелочной среде бетона.
• Коэффициенты теплового расширения арматуры и бетона максимально приближены друг
к другу, что исключает трещинообразование при изменении температуры.
• Теплопроводность композита более чем в 100 раз ниже, чем у стали. Не является
мостиком холода и значительно снижает теплопотери.
• Композитная арматура не теряет своих свойств при низких температурах, в отличие от
хладноломкости стальной арматуры.
• Предлагаемая арматура является диамагнитной и имеет диэлектрические свойства, что
позволяет применять ее в таких зданиях и сооружениях, как больницы, аэропорты,
радиолокационные станции, различные военные сооружения.
• Композитная арматура увеличивает срок службы конструкций в сравнении с
металлической арматурой, в особенности при воздействии агрессивных сред.
• Не выделяет вредных и токсичных веществ.
• Может изготавливаться любой длины, непосредственно под проект, что исключает
большое количество остатков материала.
30
32. Производственное помещение
Для производства композитной арматуры необходимо помещение со следующими
характеристиками:
• Длина помещения: 30-35 м;
• Перепад высот: не более 40 мм;
• Ширина помещения из расчета 2-х линий не менее 3,5м;
• Высота потолков в помещении: от 2,7 м;
• Общеобменная вентиляция с механическим побуждением с 3-х кратным оборотом и
система местных оттоков производительностью не менее 3 м3/час;
• Температура воздуха в помещении: не ниже 18°С;
• Компоновка линий в цехе целесообразна по следующей схеме:
• Линии устанавливаются парами, параллельно друг другу;
• Расположение линии от стен цеха 0,5 м;
• Технологический проход между линиями 1,5 м.
Складские и вспомогательные помещения
Готовая продукция хранится упакованная в пачки. Для этого потребуется складское
помещение длиной 18 м и шириной 3 м с организованными стеллажами. Температурный
режим помещения не ниже +5°С Для организации лаборатории потребуются помещение
с размерами в плане 3х3 м. Из оборудования: мерные весы с округлением не более 2-х
знаков после запятой, паровая баня, термометры, миксер, мерные стаканы и шприцы.
Бытовые помещения
Для создания комфортных условий труда и в соответствии с нормами, цех должен
иметь: раздевалку, душевую, сан/узел, комнату отдыха.
32
33. Сырье для производства
При изготовлении композитной арматуры используется два основных компонента:
армирующий материал (ровинг) и связующий материал (смола). Эксперименты показали,
что идеальное соотношение этих компонентов по массе, можно примерно оценить как 80%
ровинг и 20% связующее. Связующее представляет собой многокомпонентную смесь.
Производство композитной арматуры подразумевает применение эпоксидной смолы,
отвердителя горячего отверждения, катализатора ТИС-01 и пеногасителя Пента-465.
Смола может быть марки ЭД-20 или аналог. Производства России или Китай. Отвердитель
изометил из России, или аналог из Китая.
В композитной арматуре механические нагрузки принимает на себя ровинг, а связующее
выступает, как матрица, равномерно распределяющая нагрузки по всей длине стержня и
защищающая от воздействия внешней среды.
Подбор персонала
При производстве композитной арматуры потребуются:
Операторы линий, деятельность которых связана непосредственно с производством
арматуры;
Вспомогательные рабочие - это кладовщик и слесарь КИПиА;
Инженерно-технические работники (ИТР) - деятельность которых обеспечивает
организацию производства и управление им. Это технолог и начальник производства;
Профессиональная подготовка персонала:
Операторы линий – образование не ниже средне-специального, рабочий разряд не ниже 3;
Слесарь КИПиА – не ниже 5 разряда;
Технолог – образование высшие, по специальности «химия».
Начальник производства – образование высшее техническое.
33
34. Оборудование
Для производства стеклопластиковой арматуры используется линия TECHPRO 2000,
которая включает в себя 7 функциональных частей:
• щит управления
• ванна пропитки стеклоровинга в сборе с сушкой
• механизм формирования профиля
• полимеризационная камера
• охлаждающая ванна
• протягивающее устройство
• отрезное устройство
Габаритные размеры линии: длина 26м, ширина 1м, высота 2м. Электропитание: 3-х
фазный электрический ток напряжением 380В 50Гц, мощность 15кВт. Средний расход
линии 12кВт/час. Для линии необходима подача холодной воды, средний расход 0,2 м
куб./час. Время работы линии 24 часа в сутки с одним технологическим перерывом в 1
час для промывания и технического осмотра линии. 1 раз в месяц должен проводится
капитальный технический контроль. Процент брака не превышает 1%.
Технологическая схема производства
После изготовления арматуры заданной длинны, пруток автоматически отрезается
обрезным устройством и попадает в накопитель. После чего арматура проходит контроль
качества, и переносятся на склад готовой продукции, где происходит упаковка продукции.
Также возможен выпуск арматуры в бухтах по 50 м и 100 м диаметром только от 4 до 10
мм.
34
35. Кол-во линий ед 6
Загрузка произ-ва % 90
Рабочие диаметры
выпускаемой прод-ии
мм 6 8 10 12
Скорость проходки м/мин 7 6.5 5.5 5
Цены реализации Руб/м 10 15 22 31
Загрузка оборудования в сутки час 21.6
Загрузка оборудования в месяц час 648
Количество сотрудников чел 41
11. Модель производства
35
36. №
п/п
Статья Сумма, руб.*
1 Валовый объем продаж 22 744 800,00
2 НДС 3 469 545,76
3 Чистый объем продаж 19 275 254,24
4
Материальные расходы (без учета НДС) Оборотные
средства.
6 984 325,15
5 Расходы на оплату труда (с учетом налогов с ЗП) 2 363 500
6 Э/энергия 326 592
7 Транспортные расходы 90 000
8 Офисные расходы 22 500,00
9
Прочие расходы, связанные с производством и
реализацией
45 000,00
10 Непредвиденные расходы 10 000,00
11 Затраты всего (4+5+6+7+8+9+10) 9 841 917,15
12 Прибыль от реализации 9 433 337,09
13 Налог на прибыль 1 886 667,42
14 Чистая прибыль 7 546 669,67
15 Рентабельность производства 70,4%
12. Экономика
Экономический расчет производства выполнен на примере выпуска арматуры
диаметром 8 мм исходя из цены на 1 п.г. м – 15 руб. Количество линий – 6 ед.
∗ Данный расчет выполнен в рублях, исходя из цен на сырье и оборудование российского производства
Из приведенных расчетов видно, что себестоимость производства 1 п.г. м арматуры
диаметром 8 мм обходится предприятию в 6,76 руб. Экономические показатели проекта
с учетом всех расходов показывает его высокую прибыльность. Соответственно
создание предприятия по производству композитной арматуры считается доходным и
перспективным.
36
37. 13. Казахстан – страна больших возможностей
В течение предыдущего десятилетия Казахстан заложил основы будущего развития
страны с диверсифицированной экономикой, хорошо образованным и здоровым
населением, живущим в условиях безопасности и демократии, которая использует свои
природные ресурсы на благо всех граждан. В значительной степени этому
способствовали увеличивающиеся доходы от экспорта в условиях стремительно
растущих цен на нефтяные и другие минеральные ресурсы. Имея стабильную
политическую среду, значительный экономический и человеческий капитал, богатые
природные ресурсы, основную производственную инфраструктуру, устойчивую
финансовую систему, Казахстан способен трансформировать вызовы, созданные
текущим мировым экономическим кризисом, в новые возможности для достижения
сбалансированного и устойчивого развития. С ростом экономики повысится спрос на
услуги строительства и строительные материалы. Согласно плана стратегического
развития производство строительных материалов внутри страны будет доведено до 80%
от общего количества строительных материалов на рынке. Также планируется
дальнейшее развитие автодорожной отрасли, которая будет обеспечиваться сочетанием
институциональных реформ и мер по дальнейшей либерализации отрасли, нацеленных
на совершенствование системы содержания дорого и обеспечения инвестиций в
магистральную инфраструктуру. К 2020г. Будет выстроена современная автодорожная
сеть, связывающая между собой крупные города и населенные пункты Казахстана. При
этом будут построены и реконструированы около 16 тыс. км автомобильных дорого
республиканского значения, а также автодороги местного значения. Согласно плана
стратегического развития Казахстана создаются благоприятные условия для организации
производств по выпуску строительных материалов и оказания услуг по строительству
объектов различного назначения. В связи с этим создание на территории Казахстана
производства по выпуску стеклопластиковой арматуры является актуальной темой и
представляет собой инновационный проект, который своевременно и удачно вписывается
в стратегию развития Казахстана до 2020г.
37
