Что такое модуль упругости арматуры
Стеклопластиковая, базальтовая и композитная арматура.
Запись дневника создана пользователем Smart2305, 01.08.13
Просмотров: 28.730, Комментариев: 53
Итак попробуем выяснить работу балки с 12 мм стальной арматурой.
Арматура стальная А500С диаметром 12 мм имеет следующие характеристики:
Модуль упругости 200 ГПа
Нормативное сопротивление 500 МПа, что чуть меньше предела текучести стали, из которой сделана арматура.
Таким образом мы получаем ориентировочные значения максимальной нагрузки на пруток арматуры 4500 кг. Растяжение арматуры при данной нагрузке составит около 2,5 мм/м
Производители арматуры размещают в документации табличку с равноценной заменой арматуры.
В документации указано, что стальной арматуре А500С диаметром 12 мм соответствует базальтовая арматура диаметром 10 мм.
Итак попробуем выяснить работу балки с 10 мм базальтовой арматурой.
Арматура базальтовая диаметром 10 мм имеет следующие характеристики:
Модуль упругости 50 ГПа
Нормативное сопротивление 2000 МПа.
Таким образом мы получаем ориентировочные значения максимальной нагрузки на пруток арматуры 10000 кг.
Растяжение базальтовой арматуры при данной нагрузке составит около 25 мм/м.
Растяжение базальтовой арматуры при нагрузке 4500 кг, около 11 мм.
Для того чтобы получить такое же растяжение как у стальной (2,5 мм/м) нам необходимо уменьшить нагрузку на пруток до 1000 кг, либо увеличить диаметр в 2,1 раз до 21 мм.
Что такое модуль упругости арматуры
Стеклопластиковая арматура использовалась ещё в советские годы. Правда, как это часто случалось с инновационными материалами (например, арболитовыми блоками) с распадом СССР тема сошла на «нет» и начала возраждаться только в начале двухтысячных годов.
Применение арматуры из стекловолокна довольно широко — армирование фундаментов, стяжки, иных бетонных конструкций, в качестве гибких связей, шпалер и приштамбовых кольев, ограждений, а также в производстве многослойных стеновых блоков для скрепления слоёв между собой. Её применяют, во-первых, для удешевления строительства, а во-вторых, из-за многочисленного списка преимуществ по сравнению с металлом.
Вес арматуры сказывается на общем весе строения, а также затратах на транспортировку. Стеклоарматура в несколько раз легче металлической. Соответственно, если закладывать её в кладку или в стяжку пола, то нагрузка на фундамент будет меньше. Это экономия на фундаменте.
Перевозить такую арматуру тоже проще. Во-первых, из-за формы выпуска в бухтах, во-вторых из-за лёгкого веса. Если для перевозки стальной арматуры понадобится фура, то в случае со стеклопластиковой будет достаточно и «Газели».
Вес одного метра стеклопластиковой арматуры в зависимости от диаметра в граммах (в скобках вес стальной арматуры А3):
Арматура в бетонных конструкциях работает на изгиб и разрыв (в зависимости от типов конструкций). Предел прочности на разрыв — важнейшая техническая характеристика арматуры, определяющая её максимальное растяжение во время критических нагрузок.
Разрывная нагрузка — максимальное усилие, которое выдерживает материал до разрушения и характеризующее его способность воспринимать нагрузку. Разрывная прочность стеклопластиковой арматуры в несколько раз выше, чем у стальной. Поэтому, для конструкций, в которых арматура будет работать на разрыв, она подходит лучше.
Исходя из этого и появилась таблица равнопрочной замены полимерной арматуры на металл. То есть, вместо металла 12-го диаметра применяется стеклоарматура 8-го диаметра.
А вот если делать расчёт для конструкций, работающих на прогиб, то замена действует в обратную сторону. Об этом недостатке в следующем пункте.
Определение из Википедии: модуль упругости характеризует способность материала упруго деформироваться (т.е. не постоянно) при приложении к нему какой-либо силы. Проще говоря, от модуля упругости зависит раскрытие микротрещин бетонной конструкции.
Что такое модуль упругости композитной арматуры?
До того, как приобретать продукцию из композитного материала, покупатель обязательно хочет ознакомиться со всеми ее особенностями, а поскольку в сфере строительства он используется относительно недавно, то и мифов, и предположений об АСП существует много. Один из самых популярных заключается в том, что модуль упругости композитной арматуры маленький и поэтому она не может широко использоваться в качестве строительного материала, как, например, неметаллическая арматура. Давайте разбираться действительно ли это так.
Модуль упругости – показатель, который отвечает за раскрытие микротрещин бетонной конструкции. Его расчеты производят только если ваш строительный проект будет работать на прогиб, то есть подвергаться сильно нагрузке (подробнее в СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения»).
Какие конструкции работают на прогиб?
Это такие конструкции в которых присутствуют:
Если приложить нагрузку к любой бетонной конструкции, то после незначительного растяжения начнут распространяться небольшие трещины, такого результата не избежать даже при прикладывании самых малых нагрузок. Модуль упругости композитной арматуры составляет 45000 Мпа, а стальной арматуры – 200 000 Мпа.
Арматура служит препятствием для роста этих растрескиваний и обвала всей конструкции, а от того насколько высок ее модуль упругости зависит насколько большими будут трещины. Чем меньше его значение, тем больше бетон «провисает» и чтобы это не привело к потере всего здания, необходимо учитывать и предел прочности. Для арматуры из композита он равен 1200 Мпа, а у стальной арматуры 400 Мпа.
По этим техническим характеристикам можно понять, что здание с использованием неметаллической арматуры может выдержать нагрузку до трех раз больше, чем здание с использованием металлической арматуры, но «провисание» будет в 4 раза больше.
Использовать композитную арматуру в строительстве выгодно за счет того, что она почти не реагирует на агрессивную окружающую среду (воздействие щелоча, хлор, морской воды и т.д.), а стальная арматура наоборот имеет высокие показатели коррозии. Однако же, трещины в бетоне образуются не только из-за среды поэтому. В следствие усилия на разрыв стеклопластик деформируется до ≈ 3%, а сталь ≈ 25 %.
Исходя из такой информации, прежде чем вы решите заменить металлическую арматуру на стеклопластиковую в несущих стенах или местах перекрытия, необходимо сделать полный расчет технической документации проекта и полностью удостовериться, что это возможно для вашей конструкции.
Московский завод полимерно-композитных конструкций предлагает приобрести стеклопластиковую арматуру от производителя. Покупатель может сам удостовериться в качестве нашей продукции, просмотрев ее перед покупкой. Бесплатная доставка по Москве и Московской области (до 20 км) осуществляется при покупке композитной арматуры от 10000 погонных метров.
Звоните, оставляйте заявки, и наши специалисты с вами свяжутся.
Мифы о композитной арматуре
Миф первый: Арматура из композита – «резиновая». Подразумевается, что у композитной арматуры модуль упругости ниже, чем у стальной. Так ли это?
Чтобы растянуть образец на заданное некоторое расстояние, необходимо приложить определенное усилие – это и есть модуль упругости. У композитной арматуры он составляет 45000 Мпа, у металлической – 200 000 Мпа. Значит арматуру из композита в 4 раза легче «растянуть». Однако проведенные исследования доказали, то у стальных материалов величина модуля упругости не постоянна и резко снижается при усилении нагрузки из-за появления пластических деформаций. Главная задача арматуры в бетоне – работа на растяжение и разрыв. У самого бетона модуль упругости имеет колебания в пределах от 20000 до 30000 Мпа, в зависимости от марки, но резиновым его назвать сложно.
Учитывая свойства материала, необходимо учитывать полный комплекс его характеристик, который включает относительное удлинение на разрыв, временное сопротивление разрыву, предел текучести, равномерное удлинение.
Конструкция из железобетона при нагрузке ведет себя следующим образом: После небольшого растяжения в бетоне появляются микротрещины, после чего металлическая арматура препятствует окончательному его растрескиванию. Микротрещины в нагружаемой конструкции явление обычное, так как даже при минимальной нагрузке предотвратить их появление невозможно. От модуля упругости арматуры зависит размер этих трещин, чем он меньше, тем сильнее бетон «провиснет». Чтобы вся конструкция не обрушилась, в действие вступает предел прочности. Чем выше этот предел, тем более сильную нагрузку выдержит бетон. У самого бетона предел прочности при растяжении в 8-20 раз ниже прочности при сжатии. Маркировка В25 означает, что данный класс материала способен выдержать давление на сжатие 25Мпа, а на растяжение всего 1-4 Мпа. У стали этот показатель равен 400 Мпа, а у композитной арматуры 1200 Мпа. Данная характеристика показывает, что конструкция с композитной арматурой способна выдержать в 3 раза большую нагрузку, чем с металлической. Но при этом она в 4 раза сильнее провиснет. Размер микротрещин при одинаковой нагрузке в бетоне с металлической арматурой будет в 4 раза меньше.
Использование стальной арматуры регулируется ГОСТами и СНиПами, так как со временем она подвергается коррозии, теряет свойства, что может привести к обрушению конструкции. Арматура из композита не ржавеет и разрушение ей не грозит. Однако появление трещин в бетоне не является только следствием коррозии. При усилии на разрыв деформация стеклопластика составляет до 2,8%, а металла 25%.
В СП52-101-2003 указано, что армированные бетонные конструкции дают трещины при деформации растяжения 0,015%, т.е. задолго до предела прочности арматуры, независимо от ее материала (композита или стали).
Если возникло желание заменить металлическую арматуру на композитную в перекрытиях или несущих стенах, необходимо произвести перерасчет проектно-технической документации, что позволит избежать появления крупных трещин. Перерасчет производится для конструкций, подвергающихся максимальным нагрузкам. В местах, где предполагается минимальная нагрузка, допускается замена металлической арматуры на композитную с меньшим диаметром. СНиП позволяет не производить перерасчет раскрытия трещин, не предусмотренных конструкцией. Поэтому элементы конструкции, не подверженные сильной нагрузке, можно смело выполнять с применением стеклопластиковой арматуры.
Миф второй. Равнопрочная или равнозначная замены? В чем разница?
Не следует путать равнопрочную и равнозначную замены. Если образец не уступает по прочности исходную конструкцию, то говорят о равнопрочной замене. В данном случае под прочностью подразумевается «предел прочности», максимальное механическое напряжение, после которого наступает разрушение материала. В ГОСТе 1497-84 под прочностью понимается «временное сопротивление разрушения», напряжение, которое соответствует максимальному усилию перед разрывом образца при испытаниях.
Если произвести замеры двух образцов из металла и композитного материала, получим следующие показатели: прочность на разрыв у композита диаметром 10 мм составит 63000 Мпа, а у стали диаметром 14 мм 60 000 Мпа. Это показывает, что данная замена не является равнопрочной, так как арматура из композита прочнее на 5%. Отсюда вывод, что при равнопрочной замене металлическую арматуру диаметром 14 мм можно смело заменить на композитную с диаметром 10мм.
Что же такое равнозначная замена? При такой замене физические характеристики образцов должны быть идентичны. Если у стеклопластиковой арматуры модуль упругости в 4 раза меньше, чем у металлической, то для замены ее необходимо брать в 4 раза больше. Способность твердого тела деформироваться при приложении к нему усилия называют модулем упругости. Этот термин включает в себя несколько физических величин. Рассчитаем диаметры материалов при равнозначной замене. Если композитного материала необходимо в 4 раза больше, то используя формулу площади круга получаем, что для замены металлической арматуры диаметром 10 мм требуется стеклопластик диаметром 20 мм.
Полученные расчеты необходимо учесть до начала строительства или составления проекта, и четко понимать разницу между равнозначной и равнопрочной заменой.
В конструкциях, где прогиб арматуры не имеет особого значения, целесообразно использовать более прочные композитные материалы. В плитах перекрытия или несущих стенах требуется использование металлической арматуры с высоким модулем упругости или производить перерасчет при использовании стеклопластика.
Неметаллическая композитная арматура и модуль упругости
Некоторые специалисты утверждают, что неметаллическая композитная арматура не может широко применяться в строительстве, потому что имеет малый модуль упругости – это один из самых распространенных мифов, касающихся композитной арматуры. Давайте разберемся, так ли это.>
Малый модуль упругости
Модуль упругости – это важнейший показатель, который используется в расчетах бетонных конструкций. Он важен потому, что предотвращает раскрытие микротрещин в конструкциях. Как говориться в СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения», модуль упругости важен для конструкций, работающих на прогиб. Что это за конструкции? Это конструкции, представленные:
Специалисты ТПК “НАНО-СК” утверждают, что композитная арматура может использовать в этих конструкциях, но при этом нужно соблюдать определенные условия.
Корректировка модуля упругости
Корректировка модуля упругостиЕсли опираться на СНиП, неметаллическая композитная арматура, имея меньший модуль упругости, используется в таких конструкциях с закладкой большего диаметра, чем металлической. Это выгодно в строительстве в зонах повышенной щелочности, влажности, кислотности, а также в условиях влияния агрессивных вод – это те условия, которые приводят к разрушению металлической арматуры, но арматура из композитных материалов разрушаться не будет.
Элементы на упругом основании
Композитная арматура будет иметь нулевой модуль упругости в строительных элементах, имеющих упругое основание – оно обеспечивает конструкции равномерную поддержку, не дает ей прогнуться. В этом случае неметаллическая композитная арматура рассчитывается по показателю предела прочности на растяжение.
Специалисты ТПК “НАНО-СК” напоминают, что арматура из композитных материалов имеет прочность на растяжение в 3 раза выше, чем у металлической.
Поэтому в блоках, плитах, и других подобных элементах неметаллическая композитная арматура более выгодна, экономически оправдана. Мы рекомендуем всегда перед расчетами консультироваться с нашими специалистами, которые владеют всеми необходимыми знаниями по техническим условиям использования композитной арматуры.