Материал: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. Колодяжный С.А
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 2(13), 2016
3.Лесовик, В.С. Геоника (геомиметика) как трансдисциплинарное направление исследований / В.С. Лесовик // Высшее образование в России. 2014. № 3. С.77-83.
4.Соловов, А.В. Виртуальные учебные лаборатории в инженерном образовании / А.В. Соловов // Сборник статей «Индустрия образования». Выпуск 2. - М.: МГИУ, 2002. С.386-
392.
5.Норенков, И.П. Информационные технологии в образовании / И.П. Норенков, А.М. Зимин // М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 352 с.
6.Белов, В.В. Компьютерная реализация решения научно-технических и образовательных задач / В.В. Белов, И.В. Образцов, В.К. Иванов, Е.Н. Коноплев. Тверь, Тверской государственный технический университет, 2015. 108 с.
7.Белов, В.В. Компьютерное моделирование и оптимизирование составов композиционных строительных материалов / В.В. Белов, В.Т. Ерофеев, И.В. Образцов и др. М., Издательство АСВ, 2015. 264 с.
8.Афанасьев, В.О. Исследования и разработка системы интерактивного наблюдения индуцированной виртуальной среды (системы виртуального присутствия) / В.О. Афанасьев, А.Г. Бровкин // Космонавтика и ракетостроение. 2001. № 20.
9.Колганов, Д.А. Нереальная физика. Тестирование NVIDIA PhysX на конфигурации
SLI Multi-Card / Д.А. Колганов // Игромания. Февраль. 2010. С. 162-164.
10.Zhang, G. Precise algorithm to generate random sequential addition of hard hyperspheres at saturation / G. Zhang, S. Torquato // Physical review, E 88. 2013. pp.053312-1-9.
________________________________________________________________________________
Белов Владимир Владимирович: ТвГТУ, проректор по инновационному развитию, заведующий кафедрой производства строительных изделий и конструкций, E-mail: vladim-bel@yandex.ru.
Образцов Илья Вячеславович: ТвГТУ, инженер Центра электронных образовательных ресурсов, E-mail: sunspire@list.ru. Тел. каф. ПСК – (4822)78-81-55
121
Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
УДК 691.17
А.М. Усачев, А.М. Хорохордин, А.В. Данилова
АНАЛИЗ ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ РЫНКА СТАЛЬНОЙ И КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ
Приведены сравнительные характеристики стальной и композитной арматуры. Проведено изучение рынка арматуры в РФ с целью оценки его перспектив развития.
Ключевые слова: стальная арматура, композитная арматура, свойства арматуры, сравнительные характеристики.
A.M. Usachev, А.М. Khorokhordin, A.V. Danilova
THE ANALYSIS OF PROSPECTS OF DEVELOPMENT OF MARKET OF
STEEL ACOMPOSITE REBAR
The comparative characteristics of steel and composite reinforcement. Studied the rebar market in Russia to assess its development prospects.
Keywords: steel reinforcement, |
composite rebar, reinforcement properties, comparative |
characteristics. |
|
Введение. Основным конструкционным материалом современного строительства является бетон и железобетон. Для повышения прочности бетона на растяжение при изгибе применяют арматуру. Еще с древних времен строители упрочняли различные строительные изделия и конструкции. Например, в Древнем Вавилоне строения из глины армировали тростником и плетеными прутьями. Различные вариации глины и «растительной арматуры» издавна применялись во всем мире: и в монолитных сооружениях Востока, и для изготовления египетских глиняных кирпичей, армированных соломой, и в керамических изделиях инков и майя. У английских строителей, например, был старый обычай добавлять в штукатурный раствор немного бычьего волоса. Железо в качестве строительной арматуры впервые стали применять греки.
Широкий набор характеристик, удобство и универсальность использования арматуры позволяют использовать конструкции с ее применением в промышленном, жилом и сельскохозяйственном строительстве, дорожном и аэродромном хозяйстве, а также при возведении сооружений спортивного, коммерческого и развлекательного назначения.
В зависимости от материала всю арматуру можно разделить на стальную и композитную.
Стальная арматура предназначена для обычного и предварительно напряженного армирования железобетонных конструкций [1, 2]. Для этих целей применяют главным образом углеродистые и низколегированные стали. Арматурную сталь классифицируют по технологии изготовления, профилю стержней и условиям применения. По технологии изготовления арматурная сталь бывает горячекатаной стержневой и холоднотянутой проволочной. В зависимости от профиля стержней арматуру делят на гладкую и периодического профиля. По условиям применения в конструкциях стальная арматура делится на ненапрягаемую и напрягаемую.
При проектировании железобетонных конструкций стальную арматуру выбирают в зависимости от ее назначения, марки и вида бетона, свариваемости сталей, условий эксплуатации, характера нагружения и т.д.
________________________________________________________________________________
© Усачев А.М., 2016
122
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 2(13), 2016
Арматурные стали должны обладать достаточной пластичностью, что важно при условиях работы конструкции под нагрузкой, а также при заготовке арматуры. Арматурная сталь также не должна снижать механических свойств при сварке.
Композитная арматура начала применяться в строительстве в середине ХХ века. Первая причина разработки и использования данного материала – низкая коррозийная стойкость стальной арматуры. Вторая причина – возникновение необходимости в диэлектрических и антимагнитных свойствах арматуры, которые присущи композитной
арматуре. Ещё один повод, послуживший поиску |
нового материала – потребность в |
экономии металлов. |
|
Полимерную композитную арматуру получают на основе щелочестойкого волокна |
|
(армирующего материала) диаметром 10…15 мкм |
и различных полимеров или смол |
(связующего) [3]. |
|
Применяют композитную арматуру для армирования обычных и предварительно напряженных строительных конструкций и элементов, эксплуатируемых в средах с различной степенью агрессивного воздействия (хлористые соли, газовая среда, морская вода, противогололедные реагенты), подверженных влиянию магнитных волн и др. [4].
Сравнительные характеристики стальной и композитной арматуры. Откровенно говоря, еще несколько десятков лет назад альтернативы стальной арматуре для армирования не было. Сегодня, благодаря новейшим методам технологий, налажен выпуск нового армирующего материала – композитной полимерной арматуры, которая является главным конкурентом стальной арматуре.
Какую же арматуру лучше выбрать для армирования строительных конструкций? Безусловно, каждый материал имеет свои достоинства и недостатки. Для того чтобы определиться с выбором, рассмотрим, какими характеристиками обладают стальная и композитная арматура. Так, стальная арматура выдерживает большие нагрузки, допускает сварку стержней, обладает электропроводностью, что важно для прогрева бетонных конструкций в зимнее время. Однако, имеет высокую среднюю плотность и подвержена коррозии.
Композитная арматура, в отличие от стальной, устойчива к коррозии, менее теплопроводна, весит меньше в 4 раза (табл. 1), не проводит электрический ток, не создает помех радиоволнам, обладает высокой прочностью (табл. 2).
Таблица 1
Сравнительные характеристики веса стальной и композитной арматуры
Диаметр |
Вес погонного метра, г |
Коэффициент |
||
Арматура |
Арматура |
|||
арматуры, мм |
(АC/АK) |
|||
композитная (АК) |
стальная (АС) |
|||
|
|
|||
4 |
25 |
100 |
4 |
|
5 |
38 |
160 |
4,2 |
|
8 |
110 |
430 |
3,91 |
|
10 |
170 |
620 |
3,65 |
|
12 |
235 |
910 |
3,87 |
|
Таблица 2 Соответствия диаметров стальной и композитной арматуры по прочности
Диаметр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
композитной |
4 |
6 |
8 |
|
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
арматуры, мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаметр стальной |
6 |
8 |
12 |
|
14 |
16 |
18 |
20 |
22 |
25 |
арматуры, мм |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
123 |
|
|
|
|
|
|
Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
Однако, не смотря на многочисленные положительные свойства, у композитной арматуры отсутствуют пластические деформации при растяжении и низкая температура эксплуатации (не более 200 0С). К тому же композитную арматуру невозможно сгибать и сваривать. Существенным недостатком полимерной арматуры является отсутствие нормативной документации на монтаж, методику расчета и конструирования композитобетонных конструкций и др.
В Центре коллективного пользования имени проф. Ю.М. Борисова Воронежского ГАСУ были проведены сравнительные испытания на прочность при растяжении нескольких образцов стальной и композитной арматуры в соответствии с требованиями нормативной документации. Полученные экспериментальные данные приведены в табл. 3.
Таблица 3 Экспериментальные данные по оценке основных характеристик стальной и композитной
арматуры
|
|
Арматура |
|
||
Основные характеристики |
Стальная |
Композитная |
|||
А400 |
А500 |
АК |
АК |
||
|
|||||
|
d=12 мм |
d=12 мм |
d=6 мм |
d=10 мм |
|
Предел текучести, МПа |
563,9 |
694,2 |
- |
- |
|
Максимальная нагрузка, кН |
71,6 |
86,5 |
30,6 |
70,9 |
|
Нагрузка при разрушении, кН |
42,8 |
59,4 |
30,6 |
70,9 |
|
Временное сопротивление, |
633,1 |
770,0 |
1081,7 |
903,6 |
|
МПа |
|
|
|
|
|
Модуль упругости, ГПа |
190,2 |
200,1 |
40,3 |
34,9 |
|
Относительное удлинение |
10,7 |
8,3 |
2,9 |
3,1 |
|
после разрыва, % |
|||||
|
|
|
|
||
Отмечаем тот факт, что композитная арматура по прочности на растяжение значительно превосходит традиционную стальную. Однако надо учитывать, что композитная арматура не имеет предела текучести и имеет хрупкий характер разрушения, с небольшой величиной относительной деформации.
Обобщающие сравнительные характеристики стальной и композитной (стеклопластиковой и базальтопластиковой) арматуры представлены в табл. 4.
Таблица 4 Сравнительная оценка арматуры изготовленной из различных материалов
|
Стальная |
Композиционная полимерная арматура |
||
Характеристики |
арматура |
|
|
|
класса А-III |
стеклопластиковая |
базальтопластиковая |
||
|
||||
|
(A400C) |
|
|
|
|
Однородный |
|
|
|
|
пруток, |
Однородный |
Однородный пруток, |
|
Внешний вид |
серебристого |
пруток, бежевого |
черного цвета, без |
|
|
цвета, без |
цвета, без пустот |
пустот |
|
|
пустот |
|
|
|
Предел прочности при |
|
|
|
|
растяжении (временное |
390 |
700…900 |
800…1200 |
|
сопротивление), МПа |
|
|
|
|
Относительное |
|
|
|
|
удлинение после |
14,0 |
2,2 |
3,0 |
|
разрыва, % |
|
|
|
|
|
|
124 |
|
|
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 2(13), 2016
|
Средняя плотность, |
|
7850 |
|
2020 |
|
|
1900 |
|
|
|||
|
кг/м3 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Коэффициент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
теплопроводности, |
|
58 |
|
0,5 |
|
|
|
0,3 |
|
|
||
|
Вт/м·0С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
термического |
|
11,7 |
|
6,0…20,0 |
|
6,0…20,0 |
|
|||||
|
расширения, 10-6/0С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диапазон рабочих |
|
|
|
|
-60…+650 |
|
-260…+982 |
|
||||
|
температур, 0С |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Модуль упругости, |
|
200…210 |
|
15…30 |
|
30…40 |
|
|||||
|
ГПа |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Водопоглощение, % |
|
0 |
|
0,05 |
|
|
0,05 |
|
|
|||
|
|
Справочные данные, представленные в табл. 4, соотносятся с экспериментальными |
|||||||||||
результатами (табл. 3). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
В табл. 5 приведены основные производители арматуры в нашей стране. |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5 |
||
|
|
Основные производители арматуры в России |
|
|
|
||||||||
|
|
Наименование |
|
Местоположение |
|
Номенклатура продукции |
|
|
|||||
|
|
предприятия |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Стальная арматура |
|
|
|
|
|
|||
|
|
Нижнесергинский |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
метизно- |
|
|
Урал |
|
Диаметр 8…40 |
мм |
|
|
|||
|
|
металлургический |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
завод (НСММЗ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Магнитогорский |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
металлургический |
|
г. Магнитогорск |
|
Диаметр 6…40 |
мм |
|
|||||
|
|
комбинат (ММК) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ОАО «Челябинский |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
металлургический |
|
г. Челябинск |
|
Диаметр 6…12 |
мм |
|
|||||
|
|
завод» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Череповецкий |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
металлургический |
|
|
г. Череповец |
|
Диаметр 6…40 |
мм |
|
||||
|
|
завод «Северсталь» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Композитная арматура |
|
|
|
|
|
|||
|
|
«Бийский завод |
|
|
г. Бийск |
|
|
По заказу |
|
|
|
||
|
|
стеклопластиков» |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
ООО «СЗС» |
|
|
Ступино |
|
Диаметр 6…20 |
мм |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
ОАО «Гален» |
|
г. Чебоксары |
|
Диаметр 2,5…32 |
мм |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
ООО НПК «Армастэк» |
|
|
г. Липецк |
|
Диаметр 6…20 |
мм |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ООО «Воронежский |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
завод композитных |
|
|
г. Воронеж |
|
Диаметр 4…20 |
мм |
|
||||
|
|
материалов» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Анализируя данные табл. 5, отмечаем тот факт, что за последнее время в нашей стране к производителям традиционной стальной арматуры добавились предприятия по производству композитной арматуры, что подтверждает достаточно высокий спрос на
125