История производства стеклопластиковой арматуры (композитная арматура, англ. fibre-reinforced plastic rebar, FRP rebar)
Хотя историю разработки стеклопластиковой (композитной) арматуры можно проследить до начала широкого использования композитов после Второй мировой войны, всё же только в 60-годах эти материалы стали серьезно рассматривать при производстве арматуры железобетона.
Во время холодной войны достижения в аэрокосмической и оборонной промышленности привели к широкому использованию композитов - были признаны преимущества высокой прочности и легкости композитных материалов.
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.
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. И снова арматуру из композитов стали считать основным решением проблем коррозии мостовых настилов и других конструкций.
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. Иное применение композитной арматуры стало более известным и востребованным, особенно в конструкциях волноломов, основаниях реакторов электроподстанций, взлётно-посадочных полос.
В СССР 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.
Возможность получения бетонных конструкций с неметаллической арматурой издавна интересовала ученных и инженерно-технических работников, поэтому идея использования стеклянного волокна для армирования бетонных конструкций, которая впервые была сформулирована советским ученным А.К.Буровым в 1941 году, привлекла внимание многих исследователей в СССР и за рубежом.
В 50-х годах определились три способа армирования бетонных конструкций стеклянным волокном:
- дисперсное (распределенное по всему сечению) армирование бетона стеклянным волокном. В СССР этот материал был назван стеклоцементом;
- создание сплошных стеклопластиковых обойм на поверхности бетонных конструкций (например труб, круглых стоек, и др).
- сосредоточенное армирование бетонных конструкций стеклопластиковой арматурой.
В результате выполненного комплекса исследований представилось возможным в содружестве с проектными и производственными организациями начать проектирование и экспериментальное строительство зданий и сооружений с применением конструкций со стеклопластиковой арматурой для изучения их работы в реальных эксплуатационных условиях, а также совершенствования их технологии.
Опыт применения стеклопластиковой арматуры: а где использовалась и используется стеклопластиковая арматура и каков опыт ее применения?
В 70-ых годах 20 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 и других конструкциях:
- 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 стеклопластбетонными траверсами, в 1972 г. - в районе Ставрополя, а в 1975 г. - в Гродно и Солигорске ;
- в 1976 г. построены два надвижных склада в районах г.Рогачев и г.Червень. Экономия древесины в несущих армированных элементах составила 22%, масса конструкций уменьшена на 20%, стоимость сооружения по сравнению с существующими типовыми решениями складов такой же емкости снизилась в 1,7 раза;
- 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 1981г. в Приморском крае через р. Шкотовка.
В Германии в начале 80-х годов стеклопластиковую арматуру стали применять для армирования бетонных мостов. Автодорожный двухпролётный мост шириной 15 м на Уленбергштрассей, армированный стеклопластиковыми стержнями, открыт для движения в 1987 г. Максимальная неподвижная нагрузка для транспорта составляет 600 кН. Длина пролётов – 21,3 и 25,6 м. В 1986 г. и 1988 г.
в Японии построены мосты, в конструкции которых применена напрягаемая углепластиковая арматура. Положено начало использованию неметаллической арматуры в конструкциях морских портом сооружений. В США стеклопластиковая арматура Parafil применена в конструкциях фундамента и пола при строительстве госпиталя Сан-Антонио (штат Техас).
Композитная арматура 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, Гонконг и Нью-Дели) и Европу (например, Лондон и Берлин).
В настоящий моменткомпозитная арматура используется:
- для армирования мостового настила из бетона Томпсонского моста (Thompson's bridge) в окурге Фермана, Северная Ирландия. Мост состоит из одного пролета с армированной бетонной концевой опорой на свайном основании. Верхняя конструкция состоит из преднапряженных балок, мостового настила с плитами, армированного композитной арматурой;
- при строительстве участка автомагистрали "Шали-Бавлы" (Республика Татарстан, 50-350 км. от города Казань) используется композитная арматура в оголовках водопропускной трубы. Данная дорога относиться к дорогам 1-й технической ктаегории - строительство ведется в соответствии с международными стандратами и с примененем новейших технологий и материалов (транснациональная трасса "Европа-Западный Китай");
- при реконструкции Парка фонтанов, расположенный в провинции Подзамче (Podzamcze), Варшава.
- Отметим, что в международной практике композитная арматура используется повсеместно, включая строительство небоскребов. Лидерами по производству и использованию данного строительного материала являются США, Нидерланды, Германия, Япония и Канада.
На сегодняшний день в России рынок стеклопластиковой арматуры активно развивается. Запатентованы технологии ее производства(стеклоровинг), готовится к утверждению ГОСТ, регулирующий ее использование в различных строительных конструкциях. Ряд строительных комбинатов стали использовать стеклопластиковую арматуру при изготовлении железобетонных изделий, так, например, ДСК «Рузский дом» успешно отработал и внедрил новую технологию изготовления трехслойных наружных стеновых панелей с применением гибких связей из стеклопластиковой арматуры. Ежегодно увеличиваютсятемпы роста объема рынка. В отличии от рынка стальной строительной арматуры российский рынок композитной арматуры не ощутил на себе столь сильного влияния в посткризисный период. На протяжении 2008-2011 года на российском рынке ежегодно наблюдается положительная динамика темпов роста композитной арматуры. По оценкам Research.Techart в 2008 году объем российского рынка в стоимостном вырос на 14% по сравнении с аналогичным показателем предшествующего года. В следующем году под влиянием кризиса строительной отрасли темп роста рынка композитной арматуры сократился и составил по итогам 2009 года 8,6%. В 2010 году, ввиду начала выхода из кризиса отрасли и оживления платежеспособного спроса потребителей, ориентированных на поиск наиболее эффективных и экономичных решений, тем роста российского рынка композитной арматуры составляет уже 11%. По данным за 2011 год темп роста рынка превысел докризисный уровень и составил порядка 15%, по предварительным прогнозным данным за 2012 год темп роста рынка составил порядка 10%.
- В Липецкой области на объектах агропромышленного комплекса – птичниках и свинофермах, стеклопластиковая арматура используется в качестве армирующей основы для монолитных фундаментов.
- Во Владимирской области из стеклопластиковой арматуры строятся три 12-этажных дома.
- В Пермском крае с помощью стеклопластиковой арматуры было построено несколько километров дорожного полотна повышенного качества.
- В Белгородской области ежемесячно сотни фундаментов жилых индивидуальных домов возводятся с армированием из стеклопластиковой арматуры.