ИССЛЕДОВАНИЕ ГОРЮЧЕСТИ БАЗАЛЬТОВОЙ АРМАТУРЫ И СРАВНЕНИЕ ЕЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК С КОМПОЗИТНОЙ И СТАЛЬНОЙ АРМАТУРОЙ

STUDY COMPARATIVE CHARACTERISTICS AND ANALYSIS OF THERMAL PROPERTIES OF STEEL AND COMPOSITE REINFORCEMENTS

Миржалилов У.Т. Исмаилов Ж.Б. Шоазизов Ф.Н. Рахматалиев Ш.А.

26.02.2022 338

2(95)

03. Энергетическое, металлургическое и химическое машиностроение

Цитировать:

ИССЛЕДОВАНИЕ ГОРЮЧЕСТИ БАЗАЛЬТОВОЙ АРМАТУРЫ И СРАВНЕНИЕ ЕЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК С КОМПОЗИТНОЙ И СТАЛЬНОЙ АРМАТУРОЙ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Миржалилов У.Т. [и др.]. 2022. 2(95). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13162 (дата обращения: 06.05.2024).

Прочитать статью:

DOI - 10.32743/UniTech.2022.95.2.13162

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается эффективность и область применения стальной и композитной арматуры, их преимущества и недостатки, а также сравнение их основных характеристик. Описываются испытания по определению горючести базальтовой арматуры, с целью определения возможностей ее применения.

ABSTRACT

This article discusses the effectiveness and scope of steel and composite reinforcement, their advantages and disadvantages, as well as a comparison of their main characteristics. Describes tests to determine the combustibility of basalt reinforcement, in order to determine the possibilities of its application.

Ключевые слова: арматура, композиты, стеклопластиковая, углепластиковая, базальтопластиковая, сталь, горячекатаная, железобетон, энергоэффективность, радиопрозрачность, холоднодеформированный, химсостав.

Keywords: fittings, composites, fiberglass, carbon fiber, basalt-plastic, steel, hot-rolled, reinforced concrete, energy efficiency, radio transparency, cold worked.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящие время развитие всех сфер промышленности, в том числе и развитие строительной отрасли является направлением требующее использование высококачественных материалов, которые могут также конкурировать на международном рынке. К примеру, в строительной отрасли, можно заметить, что в некоторых областях строительства вместо металлических конструкций используется композитная (стеклопластиковые, углепластиковые, базальтопластиковые) арматура вместо стальной.

Далее рассмотрим эффективность использования композитной арматуры вместо стальной, их сравнительные свойства, анализ термических свойств а также возможно применимых и неприменимых случаев.

Арматура — совокупность соединённых между собой элементов, которые при совместной работе с бетоном в железобетонных сооружениях воспринимают растягивающие напряжения (балки), а также могут использоваться для усиления бетона в сжатой зоне (колонны).

Элементы арматуры делятся на жёсткие (прокатные двутавры, швеллеры, уголки) и гибкие (отдельные стержни гладкого и периодического профиля, а также сварные или вязаные сетки и каркасы). Арматурные стержни могут быть стальными (сталь горячекатаная и холоднокатаная для армирования железобетонных конструкций), композитными (стеклопластиковая, углепластиковая, базальтопластиковая), и другие [1, с. 636]..

Монолитные железобетонные конструкции зданий, в большинстве своем, являются конструкциями без предварительного напряжения. В качестве устанавливаемой по расчету арматуры таких конструкций обычно применяют стержневую арматуру периодического профиля классов А400, А500 в виде отдельных стержней и в составе сварных и вязаных каркасов, а также холоднодеформированную арматуру класса В500 и арматурную проволоку класса Вр500(Вр-1) преимущественно в сварных сетках и каркасах.

Для поперечного и косвенного армирования обычно применяют гладкую арматуру класса А240 из стали марок СтЗсп и СтЗпс (с категориями нормируемых показателей не ниже 2 по ГОСТ 535), но также и арматуру периодического профиля классов А400, А500, В500 и Вр500 [2, с. 9].

Арматура классов Вр500 (арматурная проволока Вр-1) изготовляется из стали с практически нерегламентированным химсоставом в сортаменте 3,0; 4,0; и 5,0 мм, причем многие производители выпускают её с минусовыми допусками на диаметр, существенно увеличенными относительно требований ГОСТ 6727—80. Её характеристики прочности и пластичности не отвечают требованиям международных стандартов. В качестве устанавливаемой по расчету арматуру класса Вр500 целесообразно применять только в малоответственных элементах конструкций.

Горячекатаная арматура класса А400 в массовом объеме выпускается в сортаменте от 6 до 40 мм, а термомеханический упрочненная класса А500 — в сортаменте от 10 до 40 мм с шагом размеров от 2 до 4 мм. По специальным заказам возможна поставка арматуры А400 и А500 больших размеров (50 мм) и меньших — (5,5 — 8мм), но из-за сложностей металлургического прокатного производства в практике проектирования железобетонных конструкций применение этих групп сортамента ограниченно [2, с. 12].

Преимуществами стальной арматуры по сравнению с изделиями другого типа можно назвать достаточно высокую прочность, в том числе при наличии вибрационной нагрузки, а также стойкость к негативному внешнему влиянию. Не стоит опасаться, что в процессе эксплуатации армирующий стальной каркас начнет разрушаться из-за значительного внешнего воздействия или вибрации. Главное — подобрать арматуру нужной длины, диаметра и с подходящим профилем поперечного сечения.

Недостатки стальной арматуры: Много весит, способна коррозироваться в процессе эксплуатации, хорошо проводит электрический ток, имеет более высокие по сравнению с бетоном параметры теплового расширения, имеет фиксированную длину, регламентированную требованиями соответствующих нормативных документов.

В результате чего после формирования армирующего стального каркаса, как правило, остается определенный процент отходов, что еще больше повышает стоимость возводимой конструкции и арматуры в частности[2].

Композитная арматура — неметаллические стержни из стеклянных, базальтовых, углеродных или арамидных волокон, пропитанных термореактивным или термопластичным полимерным связующим и отвержённых. Арматуру, изготовленную из стеклянных волокон, принято называть стеклопластиковой (АСП), из базальтовых волокон — базальтопластиковой (АБП), из углеродных волокон — углепластиковой. Для сцепления с бетоном на поверхности композитной арматуры в процессе производства формируются специальные рёбра или наносится покрытие из песка.

Композитную арматуру применяют для армирования фундаментов и конструкций, работающих на упругом основании (дорожные плиты для покрытия внутрипостроечных, объездных, временных и прочих дорог и др.

Также композитные арматуры имеет ряд преимуществ и недостатки. Преимущества: небольшой вес, высокая прочность, экономичность, энергоэффективность, радиопрозрачность, низкая теплопроводность, простота монтажа, долговечность.

Недостатки: низкая жесткость, отсутствие пластичности, низкая теплостойкость, низкий модуль упругости, высокая вредность, сложность производства, низкая пластичность [3, с. 10-14].

Основные сравнительные характеристики металлических и базальтовых арматур приведено в таблице 1.

Таблица 1.

Сравнительные характеристики стальной и композитной арматуры

Сравнительные характеристики А400, В500С, Вр500 Композитные
Механические свойства и области применения	А400	B500C	Вр500	Композитные
Механические свойства и области применения	А400	B500C	Вр500	АСП или стеклопластиковая	АБП или базальтопласти-ковая
Предел текучести, H/mm2	390	500	500	-	-
Временное сопротивле-ние разрыву (предел прочности), H/mm2	590	600	Не норми-руется	1200	1200
Относительное удлинение, %	Не менее 14 %	2,5%	2,5%	2,2	1,33-1,86
Угол изгиба при диаметре оправки С=3d	90^О	180^О	-	не изги-бается	не из-гибается
Нармативное сопротивление, R_sn, МПа	400	500	500	>1000	>1100
Расчётное сопротивле-ние сжатию R_SC, H/mm	350	415 (380)	390 (360)	300	300
Расчётное сопротивле-ние растяжения R_s, H/mm	350	435	415	600-1000	800-1100
Расчётное сопротивление R_SC, H/mm	390	500	-	600-1200 АСП	700-1300 АБП
Применение при отрицательных температурах	до -40^ОС	до -55^ОС	до -40^ОС	до -55^ОС	до -55^ОС
Применение дуговой сварки прихватками крестообразных соединений	Запреще-но(35ГС) Допуска-ется (25Г2С)	Допус-кается	Запре-щено	Запре-щено	Запре-щено
Модуль упругости Es, МПа	200000	170000	170000	45000	60000
Теплопроводность	Теплопроводна			Нетеплопроводна
Коэффициент теплопро-водности Вт/(м°С)	46	56	46	0,5	0,36
Прочность на разрыв, МПа	480 -690	480 -690		480-1600	480-1600
Коэффициент теплового расширения в продоль-ном направлении, х10 -6/С	11,7		11,7	6-10
Коэффициент теплового расширения в попереч-ном направлении, х10-6/С	11,7		11,7	21-23
Оптимальный температурный диапазон	Нижний предел от -196 С до -40 С; верхний предел от 350 С до 750 С	Нижний предел от -150С до -40 С; верхний предел от до 600 С	Нижний предел от -150С до -40 С; верхний предел от 350 С до 600 С	от -60 С до +90 С	от -60 С до +90 С
Срок службы, лет	80-100			до 50
Материал	Сталь 35ГС, 25Г2С, 32Г2Рпс	Сталь Ст3Гпс	Сталь Ст3	Стеклян-ные волокна диамет-ром 13-16 микрон связанные полиме-ром	Базальтовые волокна диамет-ром 10-16 микрон связан-ные полиме-ром
Способ соединения	вязальная проволока, сварка			хомуты, фиксаторы, вязальная проволока
Экологичность	Нетоксичен			Малотоксичный материал, класс безопасности 4
Удельный вес	По строительным нормам			Легче металличес-кой арматуры
Электропроводность	Проводник			Диэлектрик
Стойкость к коррозии, кислотам и щелочам	подвергается			не подвергается

Стальная арматура относится к классу горючести НГ1. Композитная арматура относится к классу горючести Г1, то есть это самозатухающий материал. Но предел температуры, при которой она не теряет своих физико-механических свойств, невысокий, всего 200 градусов. То есть, применение АКП целесообразно в тех случаях, когда высокотемпературный нагрев исключен. АСП теряет несущие свойства при 150°С, АБП - при 300°С (стальная арматура работает до 500°С)[4]. Группа горючести материалов приведено в таблице 2.

Таблица 2.

Параметры и группы горючести материалов

Группа горючести материалов	Параметры горючести
Группа горючести материалов	Температура дымовых газов T, °C	Степень повреждения по массе Sm	Степень повреждения по массе Sm, %	Продолжительность самостоятельного горения tc.г, с
Г1	До 135 включительно	До 65 включительно	До 20	0
Г2	До 235 включительно	До 85 включительно	До 50	До 30 включительно
Г3	До 450 включительно	Свыше 85	До 50	До 300 включительно
Г4	Свыше 450	Свыше 85	Свыше 50	Свыше 300
Примечание. Для материалов, относящихся к группам горючести Г1-Г3, не допускается образование горящих капель расплава и (или) горящих фрагментов при испытании. Для материалов, относящихся к группам горючести Г1-Г2, не допускается образование расплава и (или) капель расплава при испытании

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ

В ходе опытно-лабораторных работ было проведено несколько испытаний на горючесть базальтовой арматуры.

При выдержке базальтовой арматуры диаметром 4 мм. в муфельной печи, нагретой до 200°С, в течение 12 мин. арматура терял 85% свойство упругости.

а) б)

Рисунок 1. Базальтовая арматура диаметром 4 мм. нагретой до 200°С в муфельной печи. а) после выгрузки с печи б) вид после изгиба

При выдержке базальтовой арматуры диаметром 8 мм под пламенем бутанового газа (REG. M4981 UN1950) в течение 30 секунд полимерное покрытия поверхности арматуры согрелось и превратилась в мягкое волокно.
При выдерживании базальтовой арматуры диаметром 6 мм на расстоянии 30 см под пламенем бутанового газа в течение 15 секунд полимерное покрытия поверхности арматуры согрелось и превратилась в мягкое волокно.

а) б)

Рисунок 2. Базальтовая арматура под пламенем бутанового газ. а) горючая базальтовая арматура б) вид после затухания

4. При выдержке базальтовой арматуры диаметром 4 мм. в муфельной печи, нагретой до 50°С после 30 мин. арматура сгибался и теряла своя устойчивость.

ВЫВОДЫ

При выполнении этой работы использовалось большинство известных, широко распространенных, доступных методов и средств. Некоторые методы разработаны авторами в ходе выполнения этих исследований. Результаты лабораторных испытаний показали, что при горении бутанового газа происходит потеря прочности и твердости базальтовой арматуры, ее размягчение и воспламенение верхнего покрытия. Следует отметить, что базальто-композитная арматура относится к классу горючести Г1 и сгорания её верхний слой, нельзя её применит на основании ГОСТу Р 57270-2016. при строении залы для проведения музыкальных и физкультурных занятий в детских дошкольных образовательных учреждениях, гардеробных помещениях и в залах ожидании, помещения книгохранилищ и архивов, а также помещения, в которых содержатся служебные каталоги и описи.

Список литературы:

Государственное научное издательство «Национальная энциклопедия Узбекистана» буква А — Ташкент. 2006. — 879 с.
Тихонов И.Н., Мешков B.3., Расторгуев Б.C. «Проектирование армирования железобетона» — Москва. 2015. — 276 с.
В.В. Васильев, В.Д. Протасов В.В. Болотин. «Композиционные материалы» — М.: Машиностроение, 1990. — 512 с.
ГОСТ 31938-2012 // Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Общие технические условия.— М., 01.01.2014.

Информация об авторах