В.Ф. Степанова. А.Ю. Степанов. Е.П. /Кирков
АРМАТУРА КОМПОЗИТНАЯ
ПОЛИМЕРНАЯ
В.Ф. Степанова, А.Ю. Степанов, Е.П. Жирков
АРМАТУРА КОМПОЗИТНАЯ
ПОЛИМЕРНАЯ
Москва 2013
УДК 691.175.3
Степанова В.Ф., Степанов А.Ю., Жирков Е.П. Арматура ком-
позитная полимерная: — М. 2013. — 200 с.
В книге изложены материалы научно-исследовательских
и опытно-экспериментальных работ, направленных на со-
здание арматуры композитной полимерной для бетонных
конструкций. Исследования выполнены в НИИЖБ им. А. А
Гвоздева ОАО «НИЦ «Строительство» совместно с МАТИ,
ООО «АСП» и другими организациями. В книге приведены
результаты исследований связующих, ровинга стеклянного,
базальтового и др. бетона в щелочной среде и некоторых дру-
гих агрессивных средах, представлены результаты испыта-
ний по определению основных физико-механических харак-
теристик композитной арматуры на этих материалах, сфор-
мулированы основные требования к арматуре композитной
полимерной как материалу для армирования бетонных кон-
струкций взамен металлической арматуры. Выполненные ра-
боты явились базой для разработки нормативно-техничес-
кой документации на арматуру композитную полимерную.
Книга предназначена для учебных, научных, проектных
и производственных организаций, а также для широкого кру-
га инженерно-технических работников, производителей ар-
матуры композитной полимерной и конструкций, армиро-
ванных ею, строителей, применяющих композитную арма-
туру в монолитных или сборных конструкциях.
Предисловие
Книга «Арматура композитная полимерная» обобщает более
чем 25-летний опыт научных исследований, опытно-эксперимен-
тальных и практических работ в области изучения механизма и
кинетики процессов взаимодействия композитного материала,
которым является арматура композитная полимерная, с бетоном.
В книге рассматриваются вопросы стойкости стеклянного, ба-
зальтового и других волокон, а также различных видов связую-
щего в кислою-, щелоче- и солесодержащих средах.
В монографии обобщен отечественный и зарубежный опыт
по исследованию и применению арматуры композитной поли-
мерной в бетонных конструкциях. Показаны пути развития ра-
бот начиная с 60-х годов прошлого столетия и по сегодняшний
день. В книге даны примеры расчета некоторых конструкций,
сформулированы требования, которым должна удовлетворять
арматура композитная полимерная, предназначенная для арми-
рования бетонных конструкций. Приведены основные области
применения арматуры композитной полимерной и намечены
пути дальнейшего развития работ в направлении «Арматура
композитная полимерная и изделия из нее».
В книге использованы результаты совместных работ, выполнен-
ных на контрактной и хоздоговорной основе с МАТИ, ООО «АСП»,
Новосибирским политехническим университетом, ООО «ТБМ»,
ООО «БЗС», ООО «Европластгрупп» и др. организациями.
В начале 2000 г. при постановке исследований, изложенных
в книге, выпуском неметаллической композитной арматуры в
России занимались одна-две организации, на международном
рынке эта арматура была известна в трех-четырех странах. В 2013
г. только в г. Москве порядка 60 фирм производят арматуру ком-
позитную полимерную. Вызывает опасение появление на стро-
ительном рынке некачественной арматуры, что может привес-
ти к непредсказуемым результатам, и труд ученых и практиков,
которые много лет потратили на разработку арматуры компо-
зитной полимерной с нормируемыми свойствами, будет загуб-
лен, а направление использования композитной арматуры в
строительстве — закрыто.
3
Во избежание таких событий в 2012 г. нами была создана
Ассоциация организаций по производству и применению не-
металлической композитной арматуры и изделий из нее
«Неметаллическая композитная арматура» объединяет на се-
годня более 12 производителей арматуры композитной поли-
мерной. Главная цель Ассоциации — направить совместные уси-
лия на создание пакета нормативно-технической документации,
которая обеспечила бы получение арматуры требуемого каче-
ства, оказание научно-технической и практической помощи
научным работникам, проектным организациям, производите-
лям и потребителям арматуры композитной полимерной.
Просим читателей учесть, что книга объединяет исследова-
ния почти трех десятилетий, поэтому в тексте указаны ГОСТы и
некоторые обозначения, актуальные на период проведения ис-
следовательских работ. ГОСТов на испытания неметаллической
арматуры на тот период не было. В настоящее время утвержден
межгосударственный стандарт ГОСТ 31938—2012 «Арматура ком-
позитная полимерная для армирования бетонных конструкций.
Общие технические условия», в стадии разработки находится
ГОСТ «Арматура композитная. Методы испытаний (расчетов)».
Авторы выражают большую благодарность специалистам:
к.т.н. Красовской Г.М., Бухарову С.В., Станкому Г.Г., Шахову
С.В., Королевой Е.Н., принимавшим активное участие на ста-
дии проведения научных и опытно-экспериментальных иссле-
дований, также благодарят научных работников, которые в пос-
ледние 3 — 5 лет подключились к развитию работ по данному на-
правлению: проф., академика РИА Фаликмана В.Р., к.т.н. Буч-
кина А.В. Надеемся, что результаты работ по исследованию ар-
матуры композитной полимерной нового поколения, совершен-
ствование методов исследования и разработка нормативных до-
кументов найдут свое отражение в следующем издании книги.
От имени авторов:
Д.т.н., проф., академик МИА,
дважды лауреат Премии Правительства РФ	В.Ф. Степанова
4
Введение
В современном бетоноведении одним из основных направ-
лений является использование композитных материалов. Ар-
мированию бетонных конструкций арматурой неметаллической
композитной (АНК) в последние годы уделяется все больше и
больше внимания. В течение многих десятилетий металличес-
кая арматура не имела альтернативы несмотря на то, что в кон-
це шестидесятых годов в НИИЖБ была разработана стеклопла-
стиковая арматура и пущена линия по ее производству (метод
пултрузии) в Беларуси. Широкого применения стеклопласти-
ковая арматура не получила, так как не обладала достаточной
стойкостью в щелочной среде бетона. Однако коррозия метал-
лической арматуры в железобетонных конструкциях приводит
к преждевременной потере несущей способности конструкций,
особенно при воздействии на них агрессивных сред. По лите-
ратурным данным, 75 % железобетонных конструкций подвер-
гаются воздействию агрессивных сред — это дорожные, мосто-
вые конструкции, подземные переходы, тоннели, коллектора,
конструкции подземных гаражей и т.д. Уменьшить потери от
коррозии, в первую очередь в конструкциях, подвергающихся
воздействию агрессивных сред, можно путем использования
неметаллической композитной арматуры.
В последние 10—15 лет большое внимание в России и за
рубежом уделяется исследованию свойств арматуры неметал-
лической композитной и ее применению для армирования бе-
тонных конструкций. В данной книге сделана попытка собрать
и обобщить результаты научных исследований в области разра-
ботки технологии изготовления АНК, изучения ее физико-ме-
ханических и эксплуатационных свойств, испытания свойств
опытных конструкций, армированных АНК.
5
1 Состояние вопроса
1.1 Обзор отечественного и зарубежного опыта применения
неметаллической арматуры в строительных конструкциях
Потребность капитального строительства в неметаллической
арматуре возникла в середине прошлого столетия в связи со сле-
дующими обстоятельствами: применение армированных бетон-
ных конструкций в ответственных сооружениях, эксплуатируе-
мых в сильноагрессивных средах при невысокой коррозионной
стойкости стальной арматуры, приводит к большим потерям до-
рогостоящего металла и преждевременному выходу из строя же-
лезобетонных конструкций; необходимость обеспечения анти-
магнитных и диэлектрических свойств некоторых изделий и со-
оружений; ограниченные запасы руд, пригодных для переработ-
ки с целью получения стали и легирующих присадок.
Практическое решение возникшей проблемы стало возмож-
ным благодаря ускоренному развитию химической промышлен-
ности. В ряде стран (СССР, Германия, Япония, США, Нидер-
ланды и др.) были начаты соответствующие научные исследо-
вания. В качестве несущей основы разработанной высокопроч-
ной неметаллической арматуры было сначала принято непрерыв-
ное тонкое высокопрочное стеклянное волокно диаметром 10 —
15 микрон, объединяемое в монолитный стержень посредством
синтетических смол (эпоксидной, эпоксифенольной, полиэфир-
ной и др.). К волокну предъявлялись требования сохранения
прочности в щелочной среде бетона и высокого сопротивления
растяжению. Следует отметить, что синтетическое волокно (стек-
лянное и базальтовое) в виде коротких отрезков нашло примене-
ние для дисперсного армирования тонкостенных бетонных кон-
струкций. В СССР (Минск, Москва, Харьков) к исследованиям
по созданию и изучению свойств высокопрочной неметалличес-
кой арматуры, определению областей ее применения приступи-
ли в 60-х годах и начали работать со стеклопластиковыми стерж-
нями круглого и прямоугольного сечений.
Была разработана непрерывная технология изготовления
такой арматуры диаметром 6 мм из щелочестойкого стеклово-
6
л окна малоциркониевого состава марки Щ-15-ЖТ, подробно
изучены ее физико-механические свойства. Особое внимание
уделялось изучению химической стойкости и долговечности
стеклянного волокна и арматуры в бетоне при воздействии раз-
личных агрессивных сред. Установлено существенное влияние
на эти показатели различных замасливателей, покрывающих во-
локно. Установлена возможность получения стеклопластиковой
арматуры со следующими показателями: временное сопротив-
ление разрыву до 1500 МПа, начальный модуль упругости по-
рядка 50000 МПа, плотность 1,8 — 2,0 т/м3 при весовом содер-
жании стекловолокна 80 %; рабочая диаграмма арматуры при
растяжении практически прямолинейна до разрыва, предель-
ные деформации к этому моменту достигают 2,5 — 3,0 %; дол-
говременная прочность арматуры в нормальных температур-
но-влажностных условиях составляет 65 % ее временного со-
противления, коэффициент линейного расширения (5,5 —
6,5)х10~6. Для улучшения сцепления арматуры с бетоном на
стержнй перед их термической обработкой навивали по спира-
ли с усилением стеклянную нить, которая создавала на армату-
ре ребристую поверхность. Стеклопластиковую арматуру с та-
кими свойствами целесообразно использовать в предваритель-
но напряженных бетонных конструкциях. Поэтому были все-
сторонне исследованы опытные предварительно напряженные
изгибаемые бетонные элементы с такой арматурой под воздей-
ствием статистических нагрузок, разработаны технологические
правила по изготовлению арматуры, рекомендации по проек-
тированию бетонных конструкций с неметаллической армату-
рой, намечены области целесообразного их применения.
Исследования показали, что расчет конструкций со стекло-
пластиковой арматурой можно производить по предельным
состояниям и формулам, принятым в строительных нормах по
проектированию железобетонных конструкций, при использо-
вании дополнительных коэффициентов, учитывающих изло-
женные выше особые свойства такой арматуры. Были разработа-
ны экспериментальные образцы электроизолирующих траверз
опор ЛЭП и установлены на опытных участках линий электропере-
7
дачи в России, Аджарии и Беларуси. Проведены исследования по
использованию стеклопластиковой арматуры в опорах контакт-
ной сети и в напорных трубах. Стеклопластиковая арматура на-
шла также применение в ваннах из полимербетона в цехах элект-
ролиза на предприятиях цветной металлургии, в плитах на несколь-
ких складах минеральных удобрений. К сожалению, заводского
производства стеклопластиковой арматуры организовать не уда-
лось и в небольших количествах такая арматура изготавливается
на лабораторной установке в институте БелНИИС в Минске.
Щелочестойкость стеклопластиковой арматуры невысока,
и поэтому в последние годы в России стали больше внимания
обращать на использование вместо стеклянного волокна базаль-
тового, производство которого менее трудоемко, а сырье впол-
не доступно. Таким образом, можно констатировать, что в на-
шей стране разработаны необходимые основные исходные дан-
ные для промышленного производства стеклопластиковой ар-
матуры диаметром 6 — 8 мм, проектирования и изготовления
различных предварительно напряженных конструкций с такой
арматурой, намечены области их целесообразного применения.
В ряде зарубежных стран (Германия, Япония, Нидерланды
и др.) научные исследования в области неметаллической арма-
туры и использование ее в различных сооружениях за последние
десятилетия прод винулись значительно дальше. Получили при-
менение углеродное и арамидное волокна с более высокими
механическими свойствами, расширен сортамент арматуры за
счет витых канатов, возведено более десятка автодорожных и
пешеходных мостов различной пролетности.
В Германии разработана и подробно изучена стеклопласти-
ковая арматура диаметром 7,5 мм из алюмоборосиликатного
стекловолокна и полиэфирной смолы под названием «Поли-
сталь». Испытания на статические, динамические и длительные
нагрузки при нормальных и повышенных температурах позво-
лили установить следующие исходные характеристики этой
арматуры: кратковременная прочность на растяжение 1650 МПа;
модуль упругости 51000 МПа; удлинение при разрыве 3,3 %; дол-
говременная прочность 1100 МПа; потери напряжения при ре-
лаксации 3,2 %; перепад напряжений при 2х106 цикла напряже-
ний 55 МПа; коэффициент температурного расширения 0,7х10~6.
8
После испытания опытных балок с такой арматурой были
разработаны основные положения по расчету и проектирова-
нию отечественных инженерных сооружений. Перед использо-
ванием на арматуру наносили защитное полиамидное покры-
тие толщиной 0,5 мм. Был создан анкер для пучка из 19 стерж-
ней диаметром 7,5 мм, состоящий из стальной трубы с внутрен-
ней резьбой, в котором стержни закрепляли посредством спе-
циально разработанной смолы.
За последние годы было возведено около десятка одно-,
двух- и трехпролетных автодорожных и пешеходных мостов с
арматурой «Полисталь». Пролетные строения, достигавшие 25 м,
армировали пучками из стеклопластиковых стержней с натя-
жением их на бетон. Количество стержней в пучке — 19 штук,
рабочее усилие напряжений составило 600 кН. Как правило,
пучки располагались в теле бетона; на одном объекте было при-
нято наружное расположение пучков, что позволяло наблюдать
за состоянием арматуры в процессе эксплуатации.
Особое внимание разработке проблемы создания и приме-
нения высокопрочной неметаллической арматуры уделяется в
Японии. Освоено производство фибропластиковой арматуры на
базе углеродных и арамидных волокон и исследованы их физи-
ко-механические свойства. Проволоку и канаты изготавлива-
ют из углеродного волокна диаметром 7 микрон с пределом
прочности 3600 МПа. Исходную проволоку собирают из 12000
волокон, соединяемых между собой пластиком. Из проволоки
свивают канаты различной несущей способности, которые пос-
ле свивки подвергают термической обработке. Установлены сле-
дующие основные характеристики семипроволочных углепла-
стиковых канатов: временное сопротивление 1750 МПа; модуль
упругости 140000 МПа; удлинение при разрыве 1,6 %; плотность
1,5 т/м3; релаксация напряжений 2,5 %; коэффициент линей-
ного расширения 0,6x10-6; теплостойкость 130 — 240 °C; высо-
кая кислоте- и щелочестойкость. Разработан широкий перспек-
тивный сортамент углепластиковой арматуры, в который вхо-
дят проволока, семи-, девятнадцати- и тридцатисемипрово-
лочные канаты с разрывным усилием от 10 до 100 кН. Разрабо-
тана арматура из арамидных волокон диаметром от 3 до 16 мм с
9
разрывным усилием от 8 до 250 кН. Стержни получают путем
сплетения жгутов из непрерывных волокон с последующей
пропиткой пластиком и тепловой обработкой. Предельное
удлинение арматуры при разрыве равно 2 %, модуль упруго-
сти составляет 66000 МПа, отличается высокой коррозион-
ной стойкостью в щелочных и кислых средах. Следует отме-
тить, что эта арматура довольно гибка и из малых диаметров
(до 5 мм) можно выполнять поперечное спиральное армиро-
вание конструкций.
В Японии проведен значительный комплекс исследований
опытных балочных конструкций с различными видами неме-
таллической арматуры, однако объемы возведенных сооруже-
ний невелики и также ограничиваются автомобильными и пе-
шеходными мостами небольших пролетов.
Необходимо отметить пионерные работы, выполненные в
Нидерландах с неметаллической арматурой на базе арамидных
волокон. Накоплен полезный материал по свойствам такой ар-
матуры прямоугольного и круглого сечений, а также небольшой
опыт их применения в строительстве. В этой стране разработа-
на композитная проволока диаметром 5 мм из углеродных во-
локон и эпоксидного связующего; временное сопротивление
такой проволоки колеблется в пределах от 2300 до 3300 МПа в
зависимости от прочности волокна и процента его содержания
в сечении. Освоено производство композитной проволоки и
получен опыт ее применения в качестве напрягаемой арматуры
свай. Отмечается перспективность применения пучков из та-
кой проволоки в вантах большепролетных мостов и для внеш-
него армирования предварительно напряженных конструкций.
В последние десятилетия к исследованиям бетонных конст-
рукций с высокопрочной неметаллической арматурой присое-
динились ученые ряда других технически развитых стран (США,
Канада, Англия, Франция и др.).
Кроме того, начались исследования по применению элемен-
тов из высокопрочных пластмасс для армирования некоторых
бетонных конструкций, к которым не предъявляются требова-
ния по предельным значениям деформаций и ширины раскры-
то
тия трещин. Так, в Англии разработаны и использованы в ма-
лонесущих плитах литые сетки полипропилена.
Постоянный рост количества различных публикаций о вы-
сокопрочной неметаллической арматуре в мировой научно-тех-
нической литературе подтверждает перспективность этого ма-
териала и необходимость более активной разработки указанной
проблемы в России.
В связи с этим в ОАО «НИЦ «Строительство» НИИЖБ им. А.А.
Гвоздева совместно с ООО «АСП» были начаты работы по орга-
низации заводского производства стеклопластиковой и базальто-
вой арматуры, изучению ее свойств с одновременным строитель-
ством экспериментальных объектов с целью получения необхо-
димых сведений об изменении свойств арматуры в реальных усло-
виях эксплуатации. Полученные данные о физико-механических
свойствах арматуры заводского производства использованы для
дальнейшего ее совершенствования. Особое внимание уделяли как
свойствам арматуры, так и разработке технологии ее изготовле-
ния с целью повышения долговременной прочности и коррози-
онной стойкости арматуры. На базе комплексных исследований
были разработаны Технические условия на стеклопластиковую и
базальтопластиковую арматуру диаметром от 6 до 24 мм.
Работы по созданию базальтопластиковой арматуры и орга-
низации ее промышленного производства ведутся пока только в
России и являются перспективными по следующим причинам:
•	Запасы сырья для получения непрерывного базальтового
волокна практически не ограничены, а само сырье дешево;
•	Технология получения базальтового волокна принципиаль-
но не отличается от технологии изготовления стеклянных во-
локон, при этом исключаются операции по изготовлению мно-
гокомпонентной шихты, превращению ее в расплав и форми-
рованию стеклянных шариков, что позволяет существенно сни-
зить себестоимость волокна;
•	В отличие от стеклопластиковой для базальтопластиковой
арматуры могут быть использованы менее дефицитные, деше-
вые аппретирующие составы и связующие, что наряду с исполь-
зованием сравнительно дешевого волокна снизит отпускные
цены на арматуру.
11
Неметаллическая арматура — это композитный материал, со-
стоящий из пучка ориентированных волокон диаметром 8 — 20 мкм
и полимерного связующего, чаще всего на основе эпоксидной смо-
лы и ее модификаций. Содержание волокна (наполнителя) состав-
ляет примерно 80 — 85 % по массе. Волокна в арматуре восприни-
мают растягивающие усилия, их механические свойства предоп-
ределяют прочность и деформативность арматуры.
Полимерное связующее играет роль клеящей среды, кото-
рая объединяет отдельные волокна в монолитный стержень и
тем самым обеспечивает совместную работу волокон. Кроме
того, связующее защищает волокно от непосредственного воз-
действия влаги, различных химических реагентов и механичес-
ких повреждений.
В зависимости от вида волокна неметаллическую арматуру
можно подразделить на стеклопластиковую, для изготовления
которой используют стеклянные волокна, базальтопластиковую
(базальтовые волокна), углепластиковую (углеродные волокна)
и т.д. Сопоставление механических характеристик некоторых
видов волокон приведено на рисунке 1.1.
а — прочность; б — модуль упругости; в — деформации
1 — стеклянное волокно; 2 — углеродное волокно; 3 — арамидное волокно;
4 — базальтовое волокно
Рисунок 1.1—Механические характеристики различных видов волокон
В нашей стране наиболее широко изучена и применяется стек-
лопластиковая арматура. Ведутся научно-исследовательские
12
работы по созданию и определению возможных областей приме-
нения других видов неметаллической арматуры, изготавливаемой
на основе базальтовых, углеродных и арамидных волокон.
Основой стеклопластиковой арматуры является непрерывная
нить диаметром 10—17 мкм с кратковременным сопротивлени-
ем растяжению до 2000 МПа. Непрерывное стекловолокно фор-
мируют из стекольных расплавов, получаемых путем плавления
шихты на специальной установке. Установка состоит из плавиль-
ного сосуда (одновременно нагревателя), устройства для нанесе-
ния замасливателя на первичную нить и наматывающего аппа-
рата. Наиболее распространено производство трех типов стек-
лянных волокон, отличающихся химическим составом:
•	Тип Е — волокна бесщелочные боросиликатные, синтези-
рованные на основе оксидов кальция и алюминия (система
SiO2—СаО—А12О3), обладающие недостаточной стойкостью к
кислым средам;
•	Тип С — волокна малощелочные с повышенной стойкос-
тью, содержащие добавки ZrO2, ВаО, Мп3О4;
•	Тип А — волокна щелочные, обладающие высокой хими-
ческой стойкостью, синтезированные на основе оксидов натрия
и кальция (система SiO2—NajO—СаО) и содержащие большое
количество щелочей.
Волокна типа Е применяют в США, России, Германии,
Франции, Англии и др. странах, волокна типов С и А — в основ-
ном в США и России.
В последние годы в разных странах синтезированы новые
составы щелочестойких стекол, которые обладают относитель-
но высокой устойчивостью в среде твердеющего цементного
камня. Это в основном стекла, содержащие дефицитные окси-
ды ZrO2 и ТЮ2. На их основе разработаны отечественные щело-
честойкие волокна марок Щ-15-ЖТ, Щ-15-Ж, СП-93 и 29-81, в
Великобритании — волокно Цем-Fil, во Франции и Японии —
циркониевые волокна. Исследования стеклопластиковой арма-
туры на основе волокон марок Щ-15-ЖТ, Щ-15-Ж, СП-93 и
алюмоборосиликатного показали, что наиболее перспективны
волокна марки Щ-15-ЖТ.
13
Так, арматура на основе нового волокна обладает несколько
меньшей прочностью (1400 вместо 1750 МПа), но более высо-
кой химической стойкостью (0,93 в 1н растворе NaOH и 1,0 в 1н
растворе H2SO4 вместо 0,86 и 0,3 соответственно) по сравнению
с арматурой из алюмоборосиликатного волокна.
1.2 Анализ свойств армирующих волокон и связующих
Ассортимент заслуживающих внимания армирующих волокон
достаточно большой. В настоящее время выпускаются следующие
виды волокон, обладающих повышенной и высокой стойкостью:
-	алюмоборосиликатное (или «бесщелочное») волокно из
стекла с содержанием кремния 54 %, бора 10 %, алюминия 14 %,
кальция 16 %, магния 4 % и натрия не более 2 %;
-	циркониевое стекловолокно;
-	базальтовое волокно;
-	углеродное волокно;
-	арамидное волокно.
Исследованиями установлено, что коррозионная стойкость
стеклопластиковой арматуры в бетоне зависит от стойкости
полимерной матрицы и волокон в среде бетона, проницаемос-
ти матрицы для щелочных компонентов жидкой фазы бетона и
качества контакта полимера с поверхностью волокна. Извест-
но, что расстояние между отдельными волокнами в пучке или
нитями составляет в среднем 1 — 3 мкм. Заполнение этого про-
странства полимером представляет собой достаточно сложную
задачу. В случае если указанное пространство окажется свобод-
ным, ухудшается совместная работа волокна и матрицы и резко
ускоряется диффузия щелочей к поверхности волокон. Приме-
нение стекловолокна, обладающего высокой стойкостью в ще-
лочной среде бетона, является одним из важных условий дол-
говечности неметаллической композитной арматуры в бетоне.
Алюмоборосиликатное волокно — это традиционное наибо-
лее дешевое и доступное стекловолокно. Однако алюмоборо-
силикатное волокно нестойко в щелочной среде. Разрушение
алюмоборосиликатного стекловолокна происходит за счет об-
разования кристаллогидратов силикатов кальция в микродефек-
14
тах на поверхности волокна, которые вызывают в волокне рас-
тягивающие напряжения.
Стойкость волокна проверяли испытаниями цементного кам-
ня, армированного волокнами. В работе базальтовое волокно
диаметром 10—12 мкм в виде нескрученных нитей и волокно из
бесщелочного стекла закладывали в цементное тесто из сульфа-
тостойкого портландцемента Себряковского завода М500. Оце-
нивали прочность армированных образцов (таблица 1.1).
Таблица 1.1— Прочность цементного камня, армированного
волокном
Режим твердения образцов	Вид волокна	Прочность при изгибе, МПа, через время, сут			
		3	7	28	90
Нормальный	Стеклянное Базальтовое	20,3 24,0	24,6 25,7	33,4 48,3	33,5 56,3
Пропарка при 85 °C по режиму 4+4+8+4 ч	Стеклянное Базальтовое	—	—	22,5 30,7	22,4 34,6
В условиях нормального твердения прочность цементного
камня, армированного волокном из бесщелочного стекла и ба-
зальтовым волокном, в течение 90 сут увеличивалась. При этом
прочность образцов с базальтовым волокном была существен-
но выше. При пропаривании прочность образцов была значи-
тельно ниже, хотя и в этом случае базальтовое волокно обеспе-
чивало более высокую прочность.
Цирконийсодержащие волокна представляют особый интерес.
Они были разработаны специально для армирования цементных
бетонов. Если обычное стекловолокно после 3 ч пребывания в ед-
ком натре 2н концентрации при 70°С полностью теряет свою проч-
ность и уменьшается в диаметре на 15 % , то у специального це-
ментостойкого волокна при тех же условиях диаметр волокна ос-
тается неизменным, а прочность понижается максимум вдвое.
Производится такое волокно в Англии и Японии. У нас в стране
из-за отсутствия должного спроса производство подобного стек-
ловолокна все еще остается на уровне опытного.
15
Базальтовые волокна являются более стойкими в цементной
матрице [1]. Уровень основных технических характеристик ба-
зальтового волокна несколько ниже уровня тех же характерис-
тик традиционного стеклянного волокна, но по стойкости в
цементе базальтовые волокна превосходят их.
В СССР базальтовое волокно начали производить еще в 70-е
годы с использованием природных месторождений базальта
Армении и Украины. Природные месторождения базальта есть
и в России. В рамках целевой программы «Базальт» под эгидой
Правительства Москвы в ближайшие годы намечено организо-
вать промышленный выпуск базальтового волокна в НИИгра-
фите и на Судогдском заводе стекловолокна.
Сравнительную стойкость различных волокон при прямом
контакте со щелочной средой, аналогичной среде цементного
бетона, исследовали в работе [2]. Определяли количество СаО,
поглощенного волокном из насыщенного раствора Са(ОН)2 за
360 сут (таблица 1.2).
Таблица 1.2— Количество СаО, поглощенного волокном за
360 сут из насыщенного раствора Са(ОН)2
Вид волокна	Количество поглощенного СаО, мг/г
Бесщелочное стекловолокно	80,82
Щелочное стекловолокно	41,82
Шлаковата	29,25
Кварцевое стекловолокно	27,40
Циркониевое стекловолокно	3,52
Базальтовое волокно	2,97
Примерно в таком же порядке располагаются стекла по сте-
пени выщелачивания ионов Na+ и К+.
Выполнен химический анализ волокон в исходном состоя-
нии и после хранения в растворе, аналогичном по составу жид-
кой фазе твердеющего бетона (2,38 г Na2O + 2,36 г К2О + 1,0 г
СаО в 1 л дистиллированной воды). Результаты приведены в
таблице 1.3.
16
Таблица 1.3 - Химический состав минеральных волокон
Химический состав, % по массе	п.п.п.	1	2,98	1	1,98		1	1,82	1	О	1	1	* Над чертой — состав волокна в исходном состоянии; под чертой — состав волокна после испытаний в растворе.
	Na2O+KjO	0,44	1,59	15,36	16,14	0,29		ОС o'	11,93	ОС <	2,04	2,11	
	гм 2 N	1	1	1	1		1	1	21,69	21,88	1	1	
	О ГМ м	10,45 		9,22	1	1		1	1	1	1	1	1	
	MgO	4,57	4,77	5,49	4,79	0,79		Ох о	3,12	3,47	2,88	2,41	
	СаО	17,26	21,04	6,96	ОС ОС	1,94		5,74	5,99	6,01	13,90	14,62	
	°z о	0,12	0,19	0,26	о	0,18		0,29 ,	0,28	0,19	14,89	14,73	
	гм о н + о гч 3	14,11	13,54	2,19	1,99	0,88		0,92	1,77		2,20	16,22	16,15	
	ем О (Z3	53,16*	47,39	1 79,02	65,79	96,23		90,61	55,48	54,26	49,71	49,32	
Вид волокна		Бесщелочное		Щелочное			D э х? D 4 а U X» 4		Циркониевое		Базальтовое		
17
Кроме того, определяли прочность волокон после хранения
в щелочной среде (таблица 1.4).
Таблица 1.4— Снижение предела прочности при растяжении
после 12 мес хранения волокон в щелочной среде
Вид волокна	Остаточная прочность, %
Бесщелочное	2,3
Щелочное	17,2
Кварцевое	51,2
Циркониевое	47,4
Базальтовое	56,9
Испытаниями установлено, что все минеральные волокна,
независимо от химического состава, вступают в химическое
взаимодействие с растворами, имитирующими среду тверде-
ющего бетона на портландцементе. По показателям: количе-
ству поглощенного СаО, количеству растворившегося SiO2, ко-
личеству связанных щелочей и изменению прочности наибо-
лее стойким в щелочной среде бетона является базальтовое
волокно, наименее стойким — бесщелочное волокно. Цирко-
ниевое волокно имеет стойкость лишь немного меньшую, чем
базальтовое волокно. Следует отметить, что содержание ZrO2
в циркониевом волокне за время испытаний практически не
изменилось.
Физико-химическими исследованиями установлено, что на по-
верхности минеральных волокон после испытаний в составе но-
вообразований обнаружены отдельные кристаллы состава шСаОх
хД12О3 - пН2О, остальная масса была представлена субмикроско-
пическими кристаллами гидросиликата кальция CSH(B).
Скорость взаимодействия волокон с цементным камнем
снижалась при уменьшении в составе портландцемента СаО. На
поверхности волокна, обработанного этинолевым лаком или
кремнийорганической жидкостью ГКЖ-94, после 7 лет испы-
таний не обнаружено признаков химического взаимодействия
со щелочной средой бетона.
18
С учетом повышенной стойкости базальтового волокна в
патенте [3] указан следующий состав композита для изготовле-
ния арматурных стержней, в частях по массе:
базальтовые нити	70,0 — 92,8;
эпоксидная смола	2,61 — 18,6;
дицианамид	0,01 — 0,044;
диметилформамид	0,05 — 0,3;
фенолоформальдегидная смола	1,78- 15,9;
ацетон	0,44 — 1,83;
этиловый спирт	0,44 — 1,48.
Приведены некоторые характеристики стеклопластиковой
арматуры указанного состава;
водопоглощение	до 0,137 %;
плотность	1,98 — 2,19 г/см3;
прочность на разрыв	до 1140 МПа;
щелочестойкость (увеличение массы)	1,18%.
Арамидное волокно обладает большей щелочестойкостью,
чем базальтовое и цирконийсодержащие стекловолокна. Даже
при воздействии 50 %-ного едкого натра прочность арамидно-
го волокна снижается всего на 10 %. Производство такого во-
локна в России действует уже довольно давно. Цена волокна со-
ставляет около 590 руб. за 1 кг. Препятствием для широкого при-
менения арамидного волокна является его высокая цена.
Углеродное волокно устойчиво в щелочных растворах любой
концентрации и при любых температурах [36]. Применение ог-
раничено высокой стоимостью волокна (таблица 1.5.).
Таблица 1.5 — Стоимость волокна
Вид волокна	Стоимость, руб., за 1 кг
Алюмоборосиликатное	22,5
Арамидное волокно «Кевлар»	590
Углеродное	850
Базальтовый ровинг	34
Из приведенного краткого обзора можно сделать вывод, что
при прямом контакте волокна с бетоном на портландцементе
прочность большинства рассмотренных видов волокон снижа-
19
ется. По степени снижения коррозионной стойкости волокна
можно расположить в следующем порядке: углеродное и ара-
мидное волокна, базальтовое волокно, циркониевое стекло-
волокно с высоким содержанием ZrO2, циркониевое стекло-
волокно с низким содержанием ZrO2, алюмоборосиликатное
волокно.
Связующее
Приступая к выбору эффективных связующих, нужно ис-
ключить фенолоформальдегидные смолы и полиэфирные смо-
лы общего назначения. Первые интенсивно разрушаются в вод-
ных растворах едкого натра под действием напряжения набуха-
ния. Максимум разрушения совпадает с максимумом сорбции
воды из раствора, что имеет место при контакте резита с раство-
ром щелочи 2н концентрации и составляет 55 % массы резита.
Степень конверсии фенольных звеньев в фенолятные и скорость
диффузии едкого натра в резите максимальны при 4н концент-
рации [46], [47].
Наиболее «слабым звеном» ненасыщенных полиэфиров яв-
ляется сложноэфирная группа, по которой проходит щелочной
гидролиз с разрывом связи «ацил — кислород».
Эпоксидные смолы и стеклопластики на их основе устой-
чивы в щелочной среде [26], но значительно уступают ненасы-
щенным полиэфирам в скорости отверждения и заметно пре-
восходят их по цене.
Так называемые химически стойкие ненасыщенные поли-
эфиры (типа ПН-1) на основе биофенолов принципиально мож-
но использовать для наших целей, но они все же уступают эпок-
сидным по щелочестойкости [17], кроме того, в России они в
настоящее время не производятся.
1.3 Исследование коррозионной стойкости АНК
Исследуя стойкость стеклопластиковой арматуры в цемен-
тном бетоне, Н.А. Мощанский [33] утверждал, что при изготов-
лении такой арматуры должны применяться щелочестойкие
полимеры. Ввиду низкой щелочестойкости непригодны фе-
нольные и полиэфирные смолы. Быстро разрушались в 0,1н
20
растворе NaOH образцы, изготовленные из бакелитового лака.
Более стойкими могут быть эпоксифенольные, эпоксифура-
новые и эпоксидные смолы. Диффузионная проницаемость
эпоксидных смол независимо от вида наполнителя равнялась
(0,4 — 0,9)Ю“8 см2/с при температуре 20 °C и (2,3 — 3,0) Ю-8 см2/с при
температуре 50 °C.
В ранних работах, выполненных в НИИЖБ [36], изучали
стойкость образцов стеклошпона, изготовленного методом го-
рячего прессования из бесщелочного стекловолокна (67 % по
массе) и бутварно-фенольного связующего БФ-4 (с содержани-
ем бутвара до 40 %). Исследования показали, что обработка стек-
лопластиковой арматуры растворами Са(ОН)2 и КОН незначи-
тельно снижала прочность, которая после высушивания пол-
ностью восстанавливалась. Автоклавная обработка снижала
прочность стеклопластика на 50 %, пропарка при 100 °C — на
15 — 20 %. Сделан вывод, что полимерное покрытие не в состо-
янии полностью защитить стекловолокно от среды бетона.
В работе [10] стеклопластиковую арматуру в течение 30 - 37 сут
выдерживали в цементно-песчаном растворе состава Ц:П=1:3,
В/Ц=0,5. Раствор готовили на портландцементе Брянского за-
вода. Условия хранения — влажные при нормальной темпера-
туре. Стеклопластиковая арматура на различных связующих
показала снижение прочности:
Ненасыщенные полиэфиры (ПН-1)	—	14 — 24 %
Эпоксифенольные смолы (ЭФА)	—	3,4%
Эпоксидный компаунд (ЭД-5)	—	12%
Бутварно-фенольное связующее (БФ-4) —	1,7 %.
Длительность испытаний невелика, однако даже в этом слу-
чае стеклопластиковая арматура на полиэфирной смоле ПН-1
показала значительное снижение прочности.
В работах [27 —31], [16], [34] испытывали стеклопластико-
вую арматуру на эпоксидно-фенольном связующем и на эпок-
сидных компаундах. Результаты приведены в таблице 1.6.
В бетоне на портландцементе за 1 — 3 мес прочность стекло-
пластиковой арматуры понизилась незначительно, однако во
времени снижение прочности прогрессировало.
21
Мощанский Н.А. [33] сделал вывод, что получение полимер-
ного связующего с нулевой диффузионной проницаемостью не
реально и предложил стеклопластиковую арматуру и бетон на
портландцементе разобщать конструктивно.
Таблица 1.6 — Прочность стеклопластиковой арматуры
после испытаний в жидких средах
Показатель	Связующее	Среда	Длительность испытаний, мес	Уменьшение прочности, %
Прочность при изгибе	Эпоксидно- фенольное	Вода	6	30
		O.lHNaOH	6	>70
	Эпоксидный компаунд	Вода	3	10
		ОДнКаОН	3	30
		Са(ОН)2*	3	30
Прочность нарастяже- ние	Эпоксидно- фенольное	ОДнКаОН	3	5
		Са(ОН)2*	3	39
	Эпоксидный компаунд	0,1н NaOH	3	32
		Са(ОН)2*	3	15
* — насыщенный раствор.				
Работами [30], [31], [50] показано, что:
•	стеклопластиковая арматура на бакелитовом лаке совер-
шенно нестойка в щелочной среде; в 1н растворе NaOH за 3 сут
прочность арматуры понизилась на 80 %;
•	прочность стеклопластиковой арматуры на эпоксидно-
фенольном связующем за 30 сут понизилась в воде — на 16 %, в
1н растворе NaOH — на 50 %, в среде, имитирующей щелочную
среду бетона, — на 16 %.
На основании экстраполяции результатов исследований
стеклопластиковой арматуры в 1н растворе NaOH сделан вы-
вод, что после 12 мес прочность составит 35 % исходной и пол-
ностью будет утрачена после 120 мес.
Данные свидетельствуют о том, что в растворе, имитирую-
щем среду твердеющего бетона, прочность стеклопластиковой
арматуры диаметром 3 мм на эпоксифенольном связующем
22
за 120 сут понизилась с 1300 МПадо 400 МПа, ак 240 сут до 240
МПа. Там же показано, что при кипячении в воде прочность ар-
матуры на эпоксифенольном связующем снизилась примерно в 2
раза по сравнению с прочностью арматуры на эпоксидной смоле.
Стеклопластиковая арматура на эпоксидно-фенольной смо-
ле оказалась более стойкой при использовании волокна из алю-
моборосиликатного стекла, тогда как прочность арматуры на
базальтовом волокне снизилась за 30 сут на 30 — 40 %, что про-
тиворечит полученным нами данным. Причиной недоста-
точной стойкости арматуры названа пористая структура наруж-
ного слоя, получающаяся вследствие испарения летучих раство-
рителей в процессе полимеризации. В качестве путей повыше-
ния стойкости арматуры указаны:
•	предварительная подсушка жгута при температуре 60 —
80 °C с целью удаления летучих веществ до начала отверждения
смолы;
•	использование эпоксидных смол с «активным» раствори-
телем;
•	использование чистых эпоксидных смол;
•	нанесение нескольких слоев пленочных покрытий на ар-
матурный стержень после отверждения связующего в процессе
изготовления арматуры.
В испытаниях ЮЖНИИ стеклопластиковая арматура на
бакелитовом лаке разрушилась в 1н растворе NaOH за 24 ч, а на
ПН-1 — за 720 сут. Арматура на ЭД-6 за 720 сут не имела види-
мых повреждений, масса ее увеличилась на 1,44 %.
В ПромстройНИИПроекте арматура на эпоксифурано-
вом связующем и алюмоборосиликатном стекловолокне за
90 сут понизила прочность в воде на 8 %, в насыщенном раство-
ре Са(ОН)2 —на 10 %.
В филиале № I п/я 609 разрабатывали арматуру для судо-
строения. В качестве связующих применяли эпоксидную смо-
лу, бакелитовый лак, слоистый пластик на БФ-4 [13], [14], [32],
[58]. Испытания выполняли на воздухе и в растворе Са(ОН)2 в
период времени от 2 чв до 30 сут. По результатам испытаний
сделан вывод, что щелочная среда незначительно снижает проч-
ность стеклопластиковой арматуры, изготовленной на основе
23
бесщелочного стекла. Сделанный вывод авторы подтверждали
испытаниями арматуры в плотном бетоне (В/Ц=0,4 — 0,44) на
сульфатостойком портландцементе Себряковского завода в те-
чение 240 сут.
Исследования, выполненные в ЦНИИС [27], [29], [30], по-
казали, что стеклопластиковая арматура диаметром 5 мм на ПН-1
с содержанием связующего 25 — 30 % после 6 мес хранения в
щелочной среде (насыщенный раствор Са(ОН)2, растворы КОН
и NaOH) понизила прочность до 40 — 50 % первоначальной.
Стеклопластиковая арматура диаметром 3 — 3,5 мм с содержа-
нием эпоксифенольного связующего 18 — 26 % имела более высо-
кую стойкость, однако высокая неоднородность щелочестойкос-
ти такой арматуры не позволила сделать определенных выводов.
В Московском институте инженеров транспорта исследо-
вали бетонные балки размерами 7x10x120 мм, армированные
стеклошпоном на БФ-4, нагруженные до 0,45ов. Балки храни-
лись в течение 35 мес в помещении при температуре 18 °C и
влажности 80 %. Сделан вывод о возможности использования
стеклопластиковой арматуры в предварительно напряженных
бетонных конструкциях с учетом статической и динамической
нагрузок и сохранности арматуры в щелочной среде бетона.
Следует отметить, что балки испытывали в отсутствие увлаж-
нения, что должно было уменьшить воздействие щелочей на
арматуру.
В Белорусском политехническом институте [27] была испы-
тана стойкость арматуры на ЭД-5 в условиях пропарки при тем-
пературе до 100 °C по режиму 3+6+4 ч и выполнены ускорен-
ные испытания на щелочестойкость кипячением в течение 4 ч в
растворе Са(ОН)2. Сообщается о высокой стойкости арматуры,
конкретные результаты испытаний не сообщаются.
В работе [47] испытаниями стеклопластиковой арматуры на
эпоксидном связующем в щелочной среде показано:
•	при температуре 20 °C после небольшого увеличения мас-
са образцов стабилизируется;
•	при температуре 60 °C идет непрерывное, почти линейное
увеличение массы;
•	при 100 °C идет быстрое увеличение массы.
24
Отмечено, что в насыщенном растворе Са(ОН)2 снижение
прочности стеклопластиковой арматуры было больше, чем в
бетоне. Снижение прочности стеклопластиковой арматуры в
растворе Са(ОН)2 во времени замедляется и в ряде случаев пре-
кращается, что объясняется уплотнением пор продуктами кор-
розии и замедлением диффузии. Важную роль играют тип по-
лимерного связующего и качество контакта его с волокном.
Предполагается, что, используя специальные покрытия (апп-
реты), повышающие гидрофобность стекловолокна и его адге-
зию к полимеру, можно повысить стойкость стеклопластико-
вой арматуры в бетоне. В наибольшей степени прочность стек-
лопластиковой арматуры снижалась в бетоне на портландцемен-
те, несколько меньше — в бетоне на особо быстротвердеющем
цементе и меньше всего — в бетоне на шлакопортландцементе.
Тепловлажностная обработка понижала прочность стеклопла-
стиковой арматуры. В качестве приемлемой названа темпера-
тура 60 °C для бетона на шлакопортландцементе. Однако такие
режимы твердения неприемлемы для бетонов на шлакопортлан-
дцементах в связи с малой скоростью их твердения. Наимень-
шее снижение прочности наблюдалось у арматуры в бетоне,
твердевшем в воздушных условиях и затем хранившемся в тех
же условиях.
В целом, в рассмотренных работах отмечается низкая щело-
честойкость полиэфирной смолы ПН-1. Эпоксидные смолы
стойки в щелочах при температуре до 65 °C.
В работе [51] испытаниями в 4н растворе NaOH определили
коэффициент диффузии NaOH в фенольно-формальдегидном по-
лимере резольного типа. Его величина равнялась З^хЮ-6 см2/ч
(1х10~9 см2/с). Коэффициент диффузии NaOH в поливинил-
бутирале равнялся 10~8 см2/ч. При добавлении в полимер 30 %
ПВБ величина коэффициента диффузии увеличилась до
1x10-6 см2/ч. Фенольно-формальдегидный полимер реагирует
со щелочью, тогда как ПВБ со щелочью не взаимодействует, но
увеличивает проницаемость ФФП.
Согласно данным лаборатории полимербетонов НИИЖБ
наиболее стойкими в щелочных средах являются эпоксидные
смолы и фураново-эпоксидные композиции. Однако при тем-
25
пературе более 60 °C и они разрушаются в щелочах. Чистые фу-
рановые смолы в щелочах нестойки.
В работе [26] указано, что эпоксидные смолы и винилэфир-
ные композиции стойки в щелочах при температуре до 65 °C.
В «Рекомендациях по определению областей эффективного
использования СПА» [44] по поводу применения стеклоплас-
тиковой арматуры на основе алюмоборосиликатных волокон и
эпоксидного связующего сказано, что:
•	при непосредственном воздействии жидкой среды на бе-
тонные образцы со стеклопластиковой арматурой прочность
арматуры снижается и полное ее разрушение наступает через
300 сут;
•	при относительной влажности 100 % прочность арматуры
снижается за 600 сут на 20 %;
•	при относительной влажности до 70 % прочность армату-
ры снижается на 16 — 18 %, затем увеличивается.
Утверждается, что напряжение в арматуре не интенсифици-
рует коррозионные процессы при воздействии агрессивной сре-
ды. В дальнейшем испытания НИИЖБ не подтвердили это по-
ложение.
Юшка П.С. [51] исследовал влияние технологических фак-
торов на стойкость стеклопластиковой арматуры. Им установ-
лено следующее:
•	снижение прочности стеклопластиковой арматуры раз-
личается при использовании различных видов цемента в бе-
тоне. В бетоне на пуццолановом цементе прочность снижалась
на 5 — 8 %, в бетоне с пониженным содержанием C3S — на 25 %;
•	в среде керамзитобетона снижение прочности происходи-
ло в более поздние сроки;
•	в процессе пропаривания бетона по режиму 2+8+2 ч при
температуре 90 °C в зависимости от вида цемента прочность
стеклопластиковой арматуры снижалась на 35 — 45 %;
•	в бетонных призмах, выдержанных в течение 1 года в на-
турных атмосферных условиях, прочность стеклопластиковой
арматуры снизилась на 38 %;
•	в бетоне с добавкой СаС12 прочность арматуры снизилась
за 1 год на 5 %, что объясняется снижением pH бетона;
26
•	в бетоне с добавкой ССБ за 1 год хранения прочность ар-
матуры повысилась;
•	покрытия из свинцового сурика и эпоксидной смолы по-
вышали стойкость стеклопластиковой арматуры;
•	ползучесть и релаксация напряжений стеклопластиковой
арматуры в среде бетона существенно не отличались от соот-
ветствующих показателей арматуры, хранившейся на воздухе.
Анализ краткого обзора по стойкости и свойствам стекло-
пластиковых волокон и связующих позволяет выбрать наилуч-
ший на сегодняшний день состав композитной арматуры для
бетона — базальтовое волокно и эпоксидные смолы.
2 Материалы для производства неметаллической композитной
арматуры
На некоторый период исследования в области создания не-
металлической композитной арматуры в России были приос-
тановлены. В последние 15 — 20 лет был разработан большой
ассортимент волокнистых армирующих материалов: стеклово-
локно различных модификаций, углеродные, графитовые, орга-
нические, базальтовые.
Сравнительные характеристики некоторых волокнистых
материалов приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1— Сравнительная характеристика различных
видов волокнистых материалов
Свойства	Стеклянные	Углеродные	Базальтовые
Плотность р х 10-3 кг/м3	2,5	1,5-1,8	2,75
Предел прочности при растя- жении, ГПа	3-4,6	1,5-3,5	1,8 - 2,8
Модуль упругости при растя- жении, ГПа	70-85	150 - 600	95-100
Термический коэффициент линейного расширения, град-1	5,6х10“6	- l.SxlO-6	4,5х10-6
Теплостойкость, °C	500	700-2000	600
27
Как видно из таблицы 2.1, наиболее высокие физико-меха-
нические характеристики имеют углеродные волокна.
Важным свойством углеродных волокон, определяющим
перспективность использования подобных материалов во мно-
гих областях, является их высокая химическая стойкость по от-
ношению к различным агрессивным реагентам. Это свойство
углеродных волокон связано с их структурными особенностя-
ми и зависит в первую очередь от температуры термообработ-
ки, вида используемого сырья, наличия введенных элементов.
Химическую стойкость углеродных волокон в минеральных
кислотах, щелочах и органических растворителях при различ-
ных температурах и продолжительности обработки указанны-
ми реагентами оценивают по изменению потери массы и проч-
ности. При комнатных температурах агрессивные жидкости не
вызывают существенных изменений углеродных волокон даже
при длительных воздействиях в течение года. При высоких тем-
пературах устойчивость углеродных волокон несколько падает,
в особенности в реагентах, обладающих окислительными свой-
ствами (азотная кислота, гипохлорит натрия). Такие реагенты
при высоких температурах обусловливают окисление углерод-
ных волокон, которое сопровождается разрушением аморфно-
го углерода.
С ростом температуры устойчивость углеродных волокон к
действию минеральных реагентов увеличивается в связи с воз-
растанием в доли химически устойчивых связей в процессе тер-
мообработки и совершенствованием структуры углеродных во-
локон, ограничивающим диффузию реагентов.
Химическая стойкость углеродных волокон зависит от вида
исходных полимеров, используемых для их получения. При тер-
мообработке до 900 °C химическая устойчивость углеродных во-
локон из гидратцеллюлозы выше, чем из ПАН волокна.
Термические характеристики углеродных волокон также за-
висят от их структуры, характера поверхности, режимов термо-
обработки и других свойств.
Углеродные волокна по термостойкости превосходят мно-
гие известные неметаллические материалы. Термостойкость
углеродных волокон может быть повышена различными спо-
28
собами. Наиболее эффективными следует признать те, в резуль-
тате которых на поверхности образуется малопроницаемый за-
щитный слой, содержащий тугоплавкие соединения, устойчи-
вые к окислению.
Углеродные волокна могли бы широко применяться для ар-
мирования бетонных конструкций, однако, как уже отмечалось,
стоимость их достаточно высока.
Альтернативными материалами, близкими по объему про-
изводства и стоимости к стеклянным волокнам, являются ба-
зальтовые. Как видно из таблицы 2.2, по своим физико-меха-
ническим характеристикам базальтовые волокна близки к стек-
лянным. В то же время при сравнении их химического состава с
наиболее распространенными алюмоборосиликатными волок-
нами наблюдается присутствие значительного количества (бо-
лее половины) оксидов металлов, что делает их более хемо- и
термостойкими.
Таблица 2.2— Сравнительные характеристики химического
состава алюмоборосиликатного и базальтово-
го волокон
Химический состав	Состав алюмоборосиликатного стекловолокна, %	Состав базальтового волокна, %
SiO2	49,71	52,5
А12О3	16,22	14,8
Т1О2	16,22	—
Fe2O3	14,89	0,3
СаО	13,9	18,7
MgO	2,88	3,3
Na2O+K2O	2,01	0,3
Fe2O5	—	0,2
В2О3		10,2
Базальтовые волокна в качестве армирующего наполнителя
используют в виде коротких ультратонких волокон (cf=0,4 мкм),
коротких тонких (г/=3 — 4 мкм) и длинномерных волокон
29
(d—9 — 12 мкм), в виде крученых нитей, лент, тканей различно-
го переплетения.
Базальт относится к числу аморфных неорганических поли-
меров с различным составом звеньев в полимере. В зависимос-
ти от места нахождения базальта его состав изменяется в узких
пределах и, соответственно, не столь резко изменяются и его
свойства.
Оксиды железа, присутствующие в структуре волокон ба-
зальта, придают им бурую окраску.
Базальтовые волокна формуют из расплава по технологии,
близкой к производству стеклянных волокон из природного
сырья вулканического происхождения. Колебания в парамет-
рах свойств волокон определяются условиями формования (дли-
тельностью, степенью гомогенизации расплава, температурой
вытяжки) и диаметром волокон.
Один и тот же состав, подвергнутый вытяжке при 1220 °C,
имеет прочность в волокнах при растяжении 1,3 ГПа, а при
1380 °C — прочность 2,23 ГПа. Модуль упругости при растяже-
нии возрастает с 77,9 до 90,34 ГПа соответственно. Этот фактор
отражает чувствительность структурной организации волокна
к температурному полю. Эта зависимость наблюдается и у уже
сформованного волокна.
Так, за два часа при температуре 250 °C прочность базальто-
вого волокна возрастает с 1,8 до 2,2 ГПа и на этом уровне сохра-
няется до 300 °C. Лишь при 400 °C прочность снижается на 3 %.
При 600 °C прочность падает на 42 %. При 700 °C начинается
окисление двухвалентного железа в трехвалентное, происходит
сокращение на 0,5 % длины волокна, возрастает его плотность,
а после охлаждения прочность базальтового волокна снижает-
ся на 40 %.
Как и у других волокон, у базальтового волокна наблюдает-
ся значительная зависимость от диаметра. Прочность тонких
волокон достигает 2,8 ГПа, а при диаметре 7—10 мкм проч-
ность снижается до 1,8 ГПа.
По показателям теплостойкости, химической стойкости и
модулю упругости базальтовые волокна можно рассматривать
в качестве заменителей асбестового волокна. К тому же они
30
имеют более высокие показатели по водостойкости и диэ-
лектрическим свойствам. Так, после пятичасового выдержи-
вания в кипящей воде прочность волокон снижается лишь
на 0,46 %. Базальтовые волокна значительно удобнее в про-
изводстве изделий, их применение не вызывает опасного
загрязнения воздуха.
3	Выбор связующего для неметаллической
композитной арматуры на основе
базальтового волокна
Для предварительной проработки выбора связующего в ка-
честве армирующего материала нами было использовано базаль-
товое волокно с плотностью 2,75 г/см3, с прочностью при рас-
тяжении 1,8 ГПа, с модулем упругости 95 ГПа, с термическим
коэффициентом линейного расширения 4,5x10-6 °C"4 и тепло-
стойкостью 600 °C, диаметром элементарной нити 9 мкм в виде
пучка волокон 400 текс.
В качестве исходной структуры базальтовой арматуры был
выбран стержень круглого сечения с поперечной оплеткой с
наружным диаметром 3 — 6 мкм.
Для фиксации стержня и придания ему жесткости лабора-
торией коррозии и долговечности бетонных и железобетонных
конструкций было рекомендовано использовать термореактив-
ное связующее, что не только обеспечивало фиксацию формы
стержня, но и позволяло придать ему свойства полимерного
композиционного материала с разрушением по механизму уси-
ленной гетерогенной системы.
В качестве полимерной матрицы для базальтового стержня
рассматривали фенолоформальдегидные, кремнийорганичес-
кие, полиэфирные, эпоксидные и полиамидные связующие.
Физико-технические характеристики различных связующих
приведены в таблице 3.1.
На основе имеющихся данных были выбраны: эпоксидное
связующее ЭНФБ (высокие механические и адгезионные харак-
теристики, высокая технологичность, малая объемная усадка,
низкое водопоглощение, стойкость к действию многих агрес-
31
Таблица 3.1— Физико-технические характеристики
отвержденных связующих
Характеристика	Феноло- формаль- дегидные	Кремний- оргаки- ческие	Поли- эфирные	Эпоксид- ные	Поли- амидные
1	2	3	4	5	6
Предел прочности при растяжении, МПа	40-70	25-50	30-70	35- 100	90-95
Предел прочности при сжатии, МПа	100 - 125	60-100	80 - 150	90-160	250-280
Модуль упругости, ГПа	7-11	6,8 - 10	2,8 - 3,8	2,4-4,2	3,2-5
Плотность рх10“3, г/см3	1,2- 1,3	1,35-1,40	1,2-1,35	1,2 -1,3	1,41-1,43
Теплостойкость по Мартенсу, °C	140-180	250-280	50-80	130 - 150	250 - 320
Относительное удлинение, %	0,4 - 0,5	0,3-0,5	1,0-5,0	2-9	1-2,5
Объемная усадка, %	15-25	15-20	5-10	1-5	15-20
КЛТР ах10~5, °C-1	6-8	2-4,2	6-9	4,8-8	5-5,8
Водопоглощение за 24 ч, %	0,3-0,4	0,08-0,12	0,1-0,2	0,01-0,08	0,28-0,32
сивных сред) и фенолоформальдегидное связующее бакелито-
вого типа ЛБС-4 (более простой химический состав и укоро-
ченное время отверждения, высокая хемо- и термостойкость).
Состав ЭНФБ, в частях по массе
ЭН-6	100
Фурфурилиглицедиловый эфир	20
УП 605/3 катализатор	3,6
СФ 341 -А (смола) отвердитель	6
Спирт	43,2
Ацетон	86,4
32
Режим отверждения ЭНФБ
Плавный (свободный) подъем до 120 °C + выдержка при 120 °C -
6 ч;
плавный (свободный) подъем до 160 °C + выдержка при 160 °C - 6 ч;
охлаждение до 40 °C.
Состав ЛБС-4, в частях по массе
ЛБС-4	100
Спирт	25
Режим отверждения ЛБС-4
Плавный подъем до 120 °C + выдержка при 120 °C - 0,5 ч;
плавный подъем до 140 °C + выдержка при 140 °C - 1,5 ч.
Совмещение базальтового волокна со связующим произво-
дили на пропиточной машине МП-5. Базальтовое волокно про-
питывали эпоксидным связующим ЭНФБ на пропиточной ма-
шине с вертикальной сушильной камерой. Скорость пропитки
определяли экспериментально для получения волокна с оста-
точным содержанием летучих веществ Nn не более 3 %. Началь-
ная скорость была принята 2 м/мин, так как жгут получался
слишком влажным (Nn= 14 %), возникла необходимость умень-
шить скорость. Наилучшие показатели были получены при ско-
рости машины 0,8 м/мин. Параллельно проводили подбор оп-
тимальной концентрации связующего. Контроль концентрации
связующего вели, измеряя его плотность с помощью ареомет-
ра. Начальная плотность составляла 1,022 г/см3, оптимальная —
0,982 г/см3, что соответствует 50 %-ной концентрации связующе-
го. Температуру в сушильной камере фиксировали по трем зонам
снизу вверх и также подбирали экспериментально. Наилучшие
результаты были получены при /,=30 °C, /2=40 °C, /3=40 °C.
Таблица 3.2 — Выбор параметров пропитки волокна
Плотность связующего Рсвяз>Г/См3	Скорость пропитки К,аш. М/МИН	Содержание летучих веществ в связующем 2Vra, %	Содержание летучих веществ в жгуте N*, %
1,022	2,0	52	14
	1,5	53	11
	0,8	56	8
33
Окончание таблицы 3.2
Плотность связующего Рсвяз’ Г/См’	Скорость пропитки К,аш> М/МИН	Содержание летучих веществ в связующем Л^, %	Содержание летучих веществ в жгуте Nn, %
1,05	2,0	43	11
	1,5	44	10
	0,8	46	9
1,0	2,0	38	10
	1,5	39	8
	0,8	39	5
0,982	2,0	34	6
	1,5	34	5
	0,8	35	3
Исходя из полученных результатов была принята следующая
схема пропитки базальтового волокна:
К.аш = 0’8м/мин;
РСВЯз = 0’982 г/см3;
концентрация связующего — 50 %;
t	- 30 °C: 40 °C; 40 °C.
При пропитке базальтового волокна получены следующие
данные:
содержание летучих веществ — 3 %;
весовое количество связующего (насос) — 35 %.
По такому же режиму базальтовое волокно пропитывали
связующим ЛБС-4. Для получения композитного стержня:
Пропитанную нить наматывали на штифты, закрепленные
в разборные рамки для проведения формования под натяже-
нием. Количество намотанных слоев рассчитывали в зависимо-
сти от требуемой величины изготавливаемого стержня. Затем
набранный пучок волокон подвергали 2-, 3-кратному скручи-
ванию для уплотнения. Скручивание производили путем осво-
бождения верхнего штифта и прокручивания его при фиксиро-
ванном нижнем штифте. Потом верхний штифт вставляли в
рамку и создавали необходимое натяжение.
Следующей операцией была викилевка (обмотка) пучка ба-
зальтовой нитью для создания поперечной оплетки, дополни-
34
тельного уплотнения и перераспределения связующего. Шаг ви-
килевки подбирали практически: первоначальное значение состав-
ляло 10 мм, но при этом стержни выходили с неравномерным ди-
аметром и с образованикм пучков волокон по их поверхности. В
дальнейшем шаг уменьшили до 5 мм и окончательно — до 3 мм.
Затем рамку помещали в термошкаф «Heraeus». Режим от-
верждения проходил по режиму отверждения связующего.
Полученные образцы испытывали методом гидростатическо-
го взвешивания с целью определения их плотности (таблица 3.3).
Внешний слой (оплетка) не участвует в механическом ар-
мировании и снижает истинную прочность стержней. При пе-
ресчете на центральный слой образца с шагом 3 мм прочность
составляла 0,85 ГПа и 0,80 ГПа для ЭНФБ и ЛБС-4 соответ-
ственно.
Таблица 3.3— Физико-механические свойства опытных
образцов базальтопластиковой арматуры
Вид связующего	Шаг викилевки, мм	Плотность стержней р, г/см3	Наполне- ние, %	Пористость, %	Прочность при растяже- нии, ГПа
	10	1,52	40	10,2	0,6
ЭНФБ	5	1,73	40	7,6	0,64
	3	1,81	45	5,1	0,71
ЛБС-4	3	1,82	46	6,4	0,68
Исходя из полученных результатов и анализа свойств ис-
пользованных базальтовых волокон с прочностью 2,5 — 2,8 ГПа
получена прочность базальтовой арматуры 0,6 — 0,71 ГПа при
наполнении 50 %, модуль упругости Е = 40 - 45 ГПа. Для уве-
личения прочности и модуля упругости целесообразно исполь-
зовать базальтовые волокна с прочностью 2,5 — 2,8 ГПа, отра-
ботать технологию получения арматуры за счет снижения на-
полнения связующим и увеличения плотности арматурного
пучка.
Разрабатывая технологию серийного производства базаль-
тового стержня методом пултрузии с многозвенной формую-
35
щей головкой, можно значительно разрядить внешнюю оплетку,
довести шаг до 15 — 20 мм, так как этот способ фиксирует плот-
ность стержня при формовании и не позволяет появляться вспу-
чиванию. Кроме того, возможно ликвидировать операцию вики-
левки, используя для получения стержня нити с высоким тексом
(16 тысяч и больше) с уплотнением его, подкруткой или плетени-
ем, придавая, таким образом, форму, близкую к форме каната или
корда, что обеспечит за счет увеличения поверхностной шерохо-
ватости качественное сцепление базальтовой арматуры с бетоном.
По полученным результатам испытания эпоксидные и фе-
нолоформальдегидные связующие должны обеспечить д литель-
ную эксплуатацию базальтовой арматуры.
Дальнейшие исследования были направлены на получение
качественной базальтовой арматуры различной длины с исполь-
зованием станков и разработки методик по определению физи-
ко-механических характеристик базальтовых стержней. Рабо-
ты были проведены совместно с ГП НИЧ МАТИ им. К.Э. Ци-
олковского.
4	Свойства неметаллической композитной арматуры
4.1	Исследование коррозионной стойкости базальтопластиковой
и стеклопластиковой арматуры, изготовленной
методом пултрузии
Рациональное применение полимерных композиционных
материалов в изделиях из бетона должно основываться на ис-
следовании химической стойкости, при этом высокие физико-
механические характеристики являются необходимым, но не-
достаточным условием их успешного применения. Химически
активные среды необратимо изменяют структуру и свойства
полимерных композиционных материалов, разрушая как ком-
поненты, так и связь между наполнителем и матрицей.
В настоящее время не существует единой теории, описыва-
ющей общие закономерности поведения композиционных ма-
териалов при воздействии жидких сред, в том числе при одно-
временном воздействии температуры и механических напряже-
36
ний, что не позволяет надежно прогнозировать их работоспо-
собность в тех или иных условиях.
Существует два подхода к прогнозированию — феноменоло-
гический и физический. Первый основан на формальном исполь-
зовании математического аппарата для описания изменения
свойств материала без анализа физико-химических процессов,
приводящих к этим изменениям. При этом используют извест-
ные из механики уравнения (например, уравнение Журкова) или
аппроксимируют получаемые экспериментальные данные какой-
либо функцией. Такой подход оправдал себя при прогнозирова-
нии механических характеристик стеклопластиков.
Физический подход основан на изучении процессов, происхо-
дящих в композиционном материале при его контакте с жидкими и
газообразными средами, — массопереноса, явлений в межфазном
слое, взаимодействия среды с матрицей и наполнителями.
Для обоснования выбора композиционного материала и
обеспечения надежной и долговечной эксплуатации изделий не-
обходимо иметь не только данные об исходных свойствах со-
ставляющих материала, но и прогнозировать их изменения во
времени.
Целью настоящей работы являются исследования устойчи-
вости базальтопластов в средах, образующихся при твердении
цемента, а также в процессе эксплуатации при контакте с це-
ментным камнем.
Исследования проведены на базальтовых жгутах марки РБ-
17-1200 (76). Линейная плотность жгута 1240 текс, на поверх-
ность жгута нанесен замасливатель № 76.
В качестве матрицы использовали три типа связующих: фе-
нолоформальдегидное марки Л БС, которое представляет собой
50 %-ный раствор фенолоформальдегидной смолы резольного
типа в спиртоацетоновой смеси; фенолоформальдегидное свя-
зующее, модифицированное каучуком, представляющее собой
раствор фенолоформальдегидной смолы резольного типа в сме-
си этилацетат-ацетон (3:1); эпоксифенольное связующее мар-
ки ЭДФ, представляющее собой смесь фенолоформальдегид-
ной смолы новолачного типа с эпоксидной ЭД-20 в едином ра-
створителе.
37
В результате исследований установлено, что химическая стой-
кость полимерных композиционных материалов определяется как
минимум тремя факторами: химической стойкостью полимерного
связующего, наполнителя и границей раздела волокно — матрица.
Сравнительные испытания стеклянных и базальтовых напол-
нителей показали высокую химическую стойкость последних.
Сравнительный анализ исследованных связующих показал,
что наибольшей химической стойкостью обладает эпоксифе-
нольное связующее марки ЭДФ. Однако связующие такого типа
нетехнологичны из-за длительности отверждения. Не исклю-
чается использование более технологичных модифицированных
фенолоформальдегидных связующих.
Исследования проверены в двух направлениях: подбор тех-
нологичных химически стойких связующих и подбор составов
аппретов для базальтовых волокон, повышающих химическую
стойкость базальтопласта.
Проблема создания базальтопластиковой арматуры повышен-
ной коррозийной стойкости является актуальной. Это дает возмож-
ность сохранить качество и внешний вид конструкций в процессе
эксплуатации; снизить эксплуатационные расходы за счет удлине-
ния срока межремонтного периода по сравнению с железобетон-
ными конструкциями, армированными стальной арматурой.
Технология получения базальтового волокна принципиаль-
но не отличается от технологии получения стеклянных воло-
кон из шихты. Однако она исключает приготовление многоком-
понентной шихты, превращение ее в расплав, формирование
стеклянных шариков. Отсутствие этих операций позволяет сни-
зить затраты на получение волокна. Наряду с применением но-
вых дешевых аппретирующих составов и полимерных связую-
щих (поиски которых ведутся) это позволит снизить оптовые
цены как на волокно, так и на арматуру.
Прочность базальтового волокна диаметрами 16,12 и 8 мкм
составляет соответственно 1000,1500 и 2600 МПа, а плотность —
2,8 — 3,3 кг/см3.
Исследования свойств базальтовых волокон показали их
химическую устойчивость к кислотам и относительную устой-
чивость к щелочам.
38
Стекло- и базальтопластиковую арматуру изготовляют диа-
метром 3 — 15 мм с гладкой поверхностью и периодического
профиля. На арматурном стержне периодический профиль фор-
мируют оплеточной нитью, которая вдавливается в тело стерж-
ня с определенным усилием, образуя вмятины глубиной 0,1 —
0,15 мм. Полученный таким образом периодический профиль
арматуры обеспечивает ее достаточное сцепление с бетоном.
Наиболее отработанным способом получения неметаллической
арматуры является непрерывная протяжка волокон, пропитан-
ных полимерной композицией. При этом все технологические
операции по изготовлению арматуры: пропитка жгута раство-
ром полимерного связующего, удаление инертных растворите-
лей, формирование стержня и его отверждение — непрерывны
во времени и взаимосвязаны. Схема опытно-промышленной
линии по изготовлению стекло- и базальтопластиковой арма-
туры методом пултрузии приведена на рисунке 4.1.
1 — тянущее устройство; 2 — электрическая печь для полимеризации покры-
тия; 3—ванна со связующим для пленочного покрытия; 4—резиновая фильера;
5—диск; 6 — электрические печи для полимеризации связующего; 7 — обмоточ-
ное устройство; <5—фильера; 9— камера для пропитки связующим; 10— электри-
ческая печь для удаления замасливателя и влаги; 11 — шпулярник
Рисунок 4.1 — Схема технологической линии для производства
неметаллической арматуры
39
4.2	Физико-механические свойства неметаллической арматуры
Физико-механические свойства неметаллической арматуры в
основном определяются свойствами волокна. Это связано, во-
первых, с относительно низким модулем упругости связующе-
го и, во-вторых, с небольшим процентом содержания полиме-
ра в стержне. Характерной особенностью арматуры этих видов
является отсутствие заметных пластических деформаций при
нагружении. Рабочая диаграмма растяжения является прямо-
линейной вплоть до разрыва. Для сравнения на рисунке 4.2 при-
ведены диаграммы растяжения высокопрочной проволоки, ка-
ната, стекло- и базальтопластиковой арматуры; в таблице 4.1 —
основные характеристики арматуры диаметром 6 мм из разных
волокон.
Деформации е, %
7 — канат К-7: ов = 1850 Н/мм2, Е= 1,8х105 Н/мм2; 2 — проволока d = 6 мм:
ов = 1670 Н/мм2, Е = 2,0х105 Н/мм2; 3 — стеклопластиковая арматура: ов =
=1750 Н/мм2; Е = 5,5х104 Н/мм2; 4 — базальтопластиковая арматура: ов =
=1200 Н/мм2; £= 5,0х104 Н/мм2
Рисунок 4.2 — Диаграммы растяжения
40
Таблица 4.1 — Основные характеристики арматуры диаметром
6 мм
Вид арматуры	Прочность на растяжение ов, МПа	Модуль упругости Е, МПа	Относитель- ное удлине- ние, %	Электричес- кая проч- ность, кВ/с
Стеклопластико- вая: на алюмоборо- силикатном во- локне на стеклянном волокне с добав- кой циркония	1750 1400	5,5х104 5,0х104	2,7 2,8	19-20 20-22
Базальтопласти- ковая	1200	5,0х104	3,0	20-21
Неметаллическая арматура выпускалась диаметром от 1 до
20 мм. Исследования, проведенные НИИЖБ и ИСиА Госстроя
Белоруссии, показали снижение прочности стеклопластиковой
арматуры при увеличении ее диаметра. На рисунке 4.3 показано
влияние диаметра стеклопластиковой арматуры на ее прочность
при растяжении. Физико-механические характеристики стекло-
Диаметр, мм
Рисунок 4.3 — Влияние диаметра стеклопластиковой арматуры на
прочность при растяжении
41
пластиковой арматуры на основе алюмоборосиликатного, ще-
лочестойкого стеклянного волокна марки Щ-15-ЖТ и базаль-
топластиковой арматуры (АБП) диаметром 6 мм приведены в
таблице 4.2.
Таблица 4.2— Физико-механические характеристики
неметаллической арматуры
Показатели	Стеклопластиковая арма- тура на основе волокон		Базальте- пластиковая арматура
	Алюмоборо- силикатного	Стеклянного Щ-15-Ж	
Номинальный диаметр, мм	6±0,15	6±0,15	6±0,15
Шаг спиральной оплетки, мм	2±0,5	2±0,5	2±0,5
Временные сопротивления, МПа: разрыву сжатию	1600 400	1400 300	1200 300
Нормативное сопротивление 2?рП, МПа	1400	1200	1000
Доверительная вероятность (обеспеченность) величины нормативного сопротивления	0,98	0,98	0,98
Прочность на статический из- гиб, МПа	1300	—	—
Начальный модуль упругости, ГПа	50,0	50,0	50,0
Относительное удлинение, %	2,9	3,0	3,0
Плотность, г/см3	1,7-2,0	2,0	2,0
Модуль упругости поперек во- локон Еасх, МПа	80-86	80	80
Нормативное сопротивление при поперечном обжатии в па- зах захватных и анкерных уст- ройств (по данным Хабаровс- кого ПИ), МПа	400		
42
В СССР были проведены исследования коррозионной стой-
кости базальтопластиковой арматуры на основе различных стек-
лянных волокон. Результаты показали, что замасливатель (ап-
прет) оказывает непосредственное влияние на коррозионную
стойкость стеклопластиковой арматуры. Изменение коррози-
онной стойкости арматуры на основе стекловолокна Щ-15-ЖТ
и эпоксифенольного связующего в зависимости от вида исполь-
зуемого замасливателя приведено в таблице 4.3. Наиболее оп-
тимальным для получения коррозионно-стойкой стеклоплас-
тиковой арматуры является стекловолокно, аппретированное
замасливателями марок 39 и 78.
Сравнительная коррозионная стойкость базальтопластико-
вой и стеклопластиковой арматуры на разных связующих при-
ведена в таблице 4.4.
Таблица 4.3— Коррозионная стойкость стеклопластиковой
арматуры на различных видах замасливателя
Сроки выдер- живания образ- цов, мес	Мар- ка за- м а с - лива- теля	Агрессивные среды					
		1н раствор едкого натра		1н раствор серной кислоты		насыщенный раст- вор сильвинига	
		Предел прочности при растяже- нии, МПа	Коэф- фициент химичес- кой стойкос- ти	Предел прочности при растяже- нии, МПа	Коэф- фици- ент хими- чес- кой стой- кости	Предел тленнос- ти при растя- жении, МПа	Коэф- фици- ент хими- чес- кой стойко- сти
3	78 39 4ЭГ	819 1198 1148	0,78 1 0,98	900 1292 1136	0,86 1 0,97	999 1199 1216	0,96 1 1
6	78 39 4ЭГ	908 1181 1050	0,87 1 0,9	896 1169 1002	0,86 0,99 0,85	1019 1171 1170	0,98 0,99 0,99
9	78 39 4ЭГ	898 1100 957	0,96 0,93 0,82	963 1220 1120	0,92 1 0,96	931 1107 1278	0,94 0,94 1
43
Окончание таблицы 4.3
Сроки выдер- живания образ- цов, мес	Мар- ка за- м а с - лива- теля	Агрессивные среды					
		1н раствор едкого натра		1н раствор серной кислоты		насыщенный раст- вор сильвинига	
		Предел прочности при растяже- нии, МПа	Коэф- фициент химичес- кой стойкос- ти	Предел прочности при растяже- нии, МПа	Коэф- фици- ент хими- чес- кой стой- кости	Предел прочнос- ти при растя- жении, МПа	Коэф- фици- ент хими- чес- кой стойко- сти
12	78	855	0,82	950	0,91	1019	0,98
	39	1228	1	1274	1	1266	1
	4ЭГ	1040	0,89	1090	0,93	1237	1
24	78	971	0,93	1049	1	1136	1
	39	1181	1	1063	0,9	1295	1
	4ЭГ	880	0,75	1110	0,95	1290	1
Примечание — Предел прочности на изгиб исходной стеклопласти-
ковой арматуры на замасливателях марок 78, 39 и 4ЭГ соответственно 1042,
1181 и 1172 МПа.
Таблица 4.4 — Коррозионная стойкость базальтопластиковой
и стеклопластиковой арматуры на разных
связующих
Арматура на основе волокна	Коррозионная стойкость	
	1н раствор NaOH	1н раствор H2SO4
Базальтового	0,4	9,54
Алюмоборосиликатного	0,86	0,3
Стекловолокна Щ-15-ЖТ с добавкой циркония	0,93	1,0
Нормативную долговременную прочность арматуры на ос-
нове стеклянного и базальтового волокна пока принимают рав-
ной 65 % кратковременного сопротивления. При этом учиты-
вают неравномерность работы всех составляющих нитей. Нео-
44
братимое снижение прочности стеклопластиковой арматуры
наблюдается лишь после прогрева ее до 300 °C. При темпера-
туре более 450 °C наблюдается обугливание связующего, а при
500 °C арматура возгорается.
На основе всестороннего изучения физико-механических и
химических свойств стеклопластиковой арматуры, ее совмест-
ной работы с бетоном в обычных и преднапряженных конст-
рукциях была разработана методика расчета конструкций (Ру-
ководство по расчету и проектированию конструкций со стек-
лопластиковой арматурой. — М.: НИИЖБ, 1978).
Работы в области производства АНК получили продолже-
ние в 2001 г. С этой целью были сформулированы общие требо-
вания к арматуре на основе базальтового волокна:
1.	Технические требования (таблица 4.5).
Таблица 4.5— Технические требования к арматуре из
базальтового волокна
Конструкция сечения	Наружный диаметр, мм	Временное сопротивление ов, кН/мм2	Модуль упругости Е, кН/мм2
Круг с поперечной оплеткой	От 3 до 6	1,1-2,5*	40-180*
* Предпочтительно модуль упругости Е получать более высокий, а ав можно оставить на нижнем пределе.			
2.	Диаграмма растяжения и пластичность.
Прямолинейный участок диаграммы растяжения должен
быть не менее 0,9 ов и общее удлинение — не менее 1 %.
3.	Длительная прочность.
Долговечность арматуры в среде бетона должна быть не ме-
нее 50 лет.
4.	Условия поставки.
Арматуру диаметром 3 — 6 мм поставляют в бухтах длиной
не менее 100 м. Диаметр бухт должен обеспечивать отсутствие
трещин на поверхности АБП и прямолинейность арматурного
элемента после размотки без применения правки. Регламен-
45
тируемый диаметр бухт — не менее 1 м. По согласованию с заказ-
чиком арматуру можно поставлять в мерных длинах от 6 до 25 м.
Требования к АБП, изложенные в таблице 4.5, являются не-
обходимыми, но недостаточными. Коррозионная стойкость
является необходимым свойством, определяющим долговеч-
ность бетонной конструкции, армированной неметаллической
композитной арматурой.
5 Исследование свойств опытных партий
неметаллической композитной арматуры
5.1 Методы испытаний АНК
Стандартные методы испытаний неметаллической компо-
зитной арматуры пока не разработаны.
Методы испытаний полимерных материалов изложены в
ГОСТ 12020 [15]. Стандартом устанавливают сравнительную
стойкость различных пластмасс по показателям: изменение мас-
сы, линейных размеров, внешнего вида в ненапряженном состо-
янии и растрескивание в напряженно-деформированном состо-
янии после выдерживания в течение определенного времени в
жидких химических средах. Испытания выполняют при различ-
ных температурах, в том числе при 20 и 55 °C. Продолжитель-
ность испытаний: 24 ч — краткосрочные испытания; 7 сут — стан-
дартные испытания; 16 недель (4 мес) — длительные. Испытания
Moiyr быть продолжены до 5 лет. По результатам измерений уве-
личения массы строят график в координатах «время — измене-
ние массы» и по установившейся величине массы определяют
равновесное (сорбционное) состояние образцов. Если после пе-
риода увеличения массы наступает уменьшение массы, то дела-
ется вывод, что материал нестоек в данной среде. По тем же гра-
фикам определяют время т0, в течение которого увеличение мас-
сы составит половину максимального приращения массы. Вы-
числяют коэффициент диффузии D по формуле
D = 0,0494 (V82)*1,	(1)
где 5 — толщина образца, см;
46
0,0494 — коэффициент, учитывающий размеры стандартно-
го образца.
Вычисляют коэффициент сорбции химического реагента р
по формуле
<2>
где Мр — масса химического раствора, поглощенного образ-
цом, г;
Ктах — объем образца после испытаний, см3.
Водопоглощение пластмасс определяют по ГОСТ 4650 [14].
В работе [47] стеклопластиковую арматуру испытывали
в цементно-песчаном растворе и в насыщенном растворе
Са(ОН)2 при температуре 20, 60 и 100 °C. Состав цементно-
песчаного раствора Ц:П = 1:2, В/Ц = 0,45. Размеры образцов:
10x10x10; 4x4x16 и 5x5x30 см. Количество образцов-близне-
цов — 12 шт. Образцы из цементно-песчаного раствора со стек-
лопластиковой арматурой подвергали тепловлажностной об-
работке по режиму 2+5+2 ч при температуре изотермического
прогрева 60, 80 и 100 °C. Контрольные образцы хранили в воз-
душно-сухих условиях. Перед испытаниями арматурные стер-
жни извлекали из бетона путем раскалывания бетонных об-
разцов вдоль арматуры. Определяли следующие показатели
арматуры:
-	изменение массы после пребывания в среде;
-	снижение прочности на растяжение;
-	снижение прочности на изгиб;
-	изменение внешнего вида (визуальная оценка);
-	изменение структуры зоны контакта с цементным камнем.
Немецкая методика испытаний стеклопластика предусмат-
ривает выдержку образцов в течение 6 ч в щелочном растворе
при температуре 80 °C. Оценку состояния образцов выполняют
после тщательного высушивания. Указанные испытания при-
равниваются к эксплуатации стеклопластика в течение 25 лет.
Методику применяют на Калининском заводе стеклопластиков.
В работе [47] определяли диффузионную проницаемость фе-
нолоформальдегидного полимера (ФФП) и поливинилбутираля
(ПВБ) для NaOH. Для этого изготавливали тонкие (—40 мкм)
47
пленки. Пленки ФФП изготавливали на подложке из алюми-
ниевой фольги, а пленки ПВБ — на пластинке из фторопласта.
Диффузию электролита определяли кондуктометрическим ме-
тодом. Использовали 4н раствор NaOH. Коэффициент диффу-
зии рассчитывали из соотношения
О = (//2)2/2т,	(3)
где I — толщина пленки, мкм;
т — период времени, в течение которого электролит
проникал на глубину 1/2, установленный по резко-
му повышению электропроводности цепи «электро-
лит — полимер — электролит» в момент встречи
фронтов диффузии с противоположных поверхно-
стей пленки.
В работе [21] показано, что между изменением массы и
прочности стекловолокна в щелочных средах корреляция от-
сутствовала. В работе [53] предложен метод определения из-
менения диаметра и прочности волокон после их обработки
в растворе, имитирующем жидкую фазу портландцемента
(0,88 г/л NaOH + 3,45 г/л КОН + 0,48 г/л Са(ОН)2; рН=12,5).
Пащенко А.А. и др. [37] предложили определять прочность
элементарных волокон, хранившихся в цементной матрице
и извлеченных после раскалывания образца. В Рекомендаци-
ях [39] предложен ускоренный метод определения стойкости
волокна в стеклоцементных образцах, армированных алюмо-
боросиликатным и кварцевым стекловолокном, путем теп-
ловлажностной обработки в течение определенного срока.
Длительность тепловлажностной обработки Tt определяют по
формуле
^^[ЗДб^-^)],	(4)
где т2 — срок эксплуатации стеклоцементной композиции;
/ — температура тепловлажностной обработки;
t2 — температура эксплуатации стеклоцементной компози-
ции.
Для величин т2 = 50 лет и tx — /2=60 °C получим Tj= 0,22 года,
или 2,6 мес.
48
Стойкость китайского щелочестойкого циркониевого стек-
ловолокна фирмы «Zhongyan Building Materials Technique
Development Corporation Guanzhuang» и боросиликатного стек-
ловолокна марки Е характеризуется следующими показателя-
ми (таблица 5.1).
Таблица 5.1 — Показатели стойкости стекловолокна
Показатель	Величина для стекловолокна	
	циркониевого	боросиликат- ного
Потеря массы после 1 ч испытаний в 10 %-ном растворе NaOH при температуре 100 °C, %	2,8	24,3
Предел прочности на разрыв после 4 чв испытаний в насыщенном растворе Са(ОН)2 при температуре 100 °C, % исходного	82	33,5
Предел прочности на разрыв после 24 ч испытаний в вытяжке из цемента при температуре 80 °C, % исходного	85	20
Уменьшение диаметра после 4 ч испытаний в насыщенном рас- творе Са(ОН)2 при температуре 100 °C, %	0,5	—
Химический состав, %: SiO2 ZrO2 TiO2 В2О3	60,0 15,0 5,0	54,1 8,8
Австрийские нормы [2] предусматривают испытание стекло-
ткани в течение 28 сут в обычных условиях, после хранения в ди-
стиллированной воде, в 5 %-ном растворе NaOH и в вытяжке из
цемента (3 части воды + 1 часть цемента). Оценка качества про-
изводится по критериям, приведенным в таблице 5.2.
49
Таблица 5.2— Критерии оценки качества стеклосетки для
армирования штукатурки
Условия хранения в течение 28 сут	Прочность на разрыв, Н/50 мм	Деформации при разрыве, %
В обычных условиях	>1500	<3,5
В дистиллированной воде	>1200	<3,5
В 5 %-ном растворе NaOH	>600	<3,5
В вытяжке из цемента	>600	<3,5
Примечание — 9,8Н соответствует 1 кгс.		
В работе, выполненной НИИЖБ совместно с МАТИ, экспе-
риментальные исследования стойкости базальтопластиковой
арматуры различного состава выполняли различными методами.
Методика МАТИ
Исследования проводили на базальтовых жгутах марки
РБ-17-1200 (76). Линейная плотность жгута 1240 текс, на по-
верхность жгута был нанесен замасливатель марки 76.
В качестве матрицы использовали три типа связующих: фе-
нол оформальдегидное марки ЛБС, которое представляет собой
50 %-ный раствор фенолоформальдегидной смолы резольного
типа в спиртоацетоновой смеси. Фенолоформальдегидное свя-
зующее, модифицированное каучуком, представляющее раствор
фенолоформальдегидной смолы резольного типа в смеси эти-
лацетат-ацетон (3:1). Эпоксифенольное связующее марки ЭДФ,
представляющее собой смесь фенолоформальдегидной смолы
новолачного типа с эпоксидной смолой ЭД-20 в едином раство-
рителе.
Методика исследования химической стойкости
полимерных композитных материалов
В последнее время для изучения полимерных композитных
материалов используют различные методики определения хи-
мической стойкости: в парах и конденсированных средах, при
погружении материала в среду и одностороннем воздействии
среды, в неподвижной среде и в потоке, в ненагруженном со-
50
стоянии и под нагрузкой. Разнообразие методов испытаний,
большинство которых существующими стандартами не регла-
ментируется, связано с необходимостью моделирования рабо-
чих условий, а также получения данных для прогнозирования
работоспособности изделий в конкретных условиях эксплуата-
ции.
Основной метод оценки химической стойкости регламен-
тирован ГОСТ 12020—72 и предусматривает оценку по четырем
критериям: изменению внешнего вида, массы, геометрических
размеров и механических характеристик.
Определение химической стойкости
составляющих базальтопластов
На первом этапе химическую стойкость составляющих ба-
зальтопластов оценивали по поведению в воде и средах, обра-
зующихся при твердении цемента (раствор Са(ОН)2 и «цемент-
ное молоко»). Влияние среды оценивали по изменению внеш-
него вида образцов и их массы после выдержки в среде. Раство-
ры готовили в соответствии с рекомендациями НИИЖБ.
Приготовление раствора Са(ОН)? В 1 л дистиллированной
воды засыпали 5 г Са(ОН)2, перемешивали и настаивали в тече-
ние 5 сут в закрытой емкости, периодически встряхивая (5-6 раз
в день). Величину pH полученного раствора определяли титро-
ванием, при этом получили значение 12,1.
Приготовление раствора «цементного молока». «Цементное
молоко» готовили смешиванием цемента Брянского завода с
водой в соотношении 1:3 в закрытой емкости. Смесь в течение
дня перемешивали через 30 — 40 мин, через 8 ч сливали жид-
кость, отфильтровывали и определяли показатель pH, который
составил 13,3.
Определение химической стойкости связующих
Образцы отвержденных связующих в виде квадратной пла-
стины с размером стороны 40 мм и толщиной 1,5 мм экспони-
ровали в испытательной среде в изотермических условиях.
Количество образцов — по 3 шт. каждого типа. Перед испыта-
нием образцы кондиционировали при 20±2 °C и относитель-
51
ной влажности 65±5 % в течение 24 ч. Количество среды для
материалов составляло 10 мл на 1 см2 площади поверхности.
Температура испытания 20±2 °C. Через определенные проме-
жутки времени экспозиции в среде образцы извлекали, высу-
шивали фильтровальной бумагой и производили необходимые
измерения. Продолжительность испытаний определялась вре-
менем, необходимым для установления сорбционного равно-
весия, и составляла 45 сут.
Определение химической стойкости базальтовых жгутов
Отрезки жгутов длиной 20 мм, предварительно кондицио-
нированные при 20±2 °C и относительной влажности 65±5 % в
течение 24 ч, экспонировали в испытательной среде в течение
1, 7, 14, 30 и 45 сут. Влияние агрессивных сред оценивали по
изменению веса. В каждой партии испытывали по 10 образцов
и рассчитывали среднее значение. Через определенные проме-
жутки времени жгуты извлекали из испытательной среды, про-
мывали теплой водой, чтобы удалить все продукты реакции,
высушивали фильтровальной бумагой.
Для определения стабильности механических свойств базаль-
товых жгутов в агрессивных средах определяли разрушающую на-
грузку при растяжении для жгутов. В каждой партии испытывал и
по 20 образцов и рассчитывали среднее значение. Базальтовые
жгуты после экспонирования в испытательной жидкости извле-
кали через 1,7, 30,45 сут, промывали теплой водой, высушивали
при 100 °C в течение 2 ч и испытывали на разрывной машине типа
FP-100. Перед испытанием жгуты кондиционировали при 20±2
°C и относительной влажности 65±5 % в течение 24 ч и заклеивали
жгуты в бумажные рамки (рисунок 5.1).
1 — жгут; 2 — бумажный зажим
Рисунок 5.1 — Образец жгута д ля проведения механических испытаний
52
Определение химической стойкости базальтопластов
Оценку химической стойкости базальтопластов проводили
на микропластиках. На рисунке 5.2 представлена схема установ-
ки для получения микропластиков.
Базальтовый жгут с бобины через тормозное устройство про-
ходит через кювету с калиброванными отверстиями, при этом
жгут уплотняется и происходит отжим излишков связующего.
Пропитанные жгуты наматываются на намоточный барабан.
Для отверждения связующего барабан помещали в термошкаф.
Отверждение проводили по режиму, рекомендованному для
конкретного типа связующего.
1 — бобина со жгутом базальта; 2— тормозное устройство; 3— кювета д ля свя-
зующего; 4 — капилляр; 5 — намоточный барабан; 6 — электродвигатель
Рисунок 5.2 — Схема установки для изготовления микропластиков
Перед погружением образцов микропластика в агрессивные
среды торцы покрывали соответствующим связующим для пре-
дотвращения затекания жидкости в межволоконное простран-
ство. После выдержки в агрессивных средах микропластики
промывали в теплой воде, высушивали при температуре 100 °C
в течение 2 ч. Высушенные образцы вклеивали в рамки из
53
плотной бумаги. На рисунке 5.3 представлены образцы для ме-
ханических испытаний. Механические испытания проводили
через 24 ч после высушивания образцов.
1 — рамка из плотной бумаги; 2 — микропластик; 3— клеевая прослойка
Рисунок 5.3 — Образцы микропластиков для механических испытаний
Оценка химической стойкости базальтопластов
по сорбционным испытаниям
Методика определения водопоглощения регламентируется
ГОСТ 4650—80. Стандарт предусматривает две методики оп-
ределения водопоглощения: определение водопоглощения за
24 ч при комнатной температуре или за 30 мин при кипячении.
Для большинства стеклопластиков показатель водопоглощения
является нормативным, при этом величина водопоглощения
при кипячении и изменение при этом механических свойств
коррелируются плохо.
В настоящей работе оценку химической стойкости базаль-
топластов при сорбционных испытаниях проводили по скоро-
сти миграции продуктов.
Скорость миграции продуктов,	Химическая стойкость
% в сутки
0,0 - 1,5	Хорошая
1,6 —8,0	Удовлетворительная
>8,0	Плохая
54
Оценка химической стойкости базальтопластов
по изменению механических характеристик
Подготовленные образцы испытывали на разрывной маши-
не марки FP-100. Образцы помещали в захваты разрывной ма-
шины и определяли разрушающую нагрузку при растяжении.
Химическую стойкость оценивали по коэффициенту влияния
среды К
где Ро, Р — начальная и остаточная разрушающая нагрузка со-
ответственно.
ГОСТ 12020—72 предусматривает следующую шкалу для
оценки химической стойкости по изменению механических ха-
рактеристик (таблица 5.3).
Таблица 5.3 — Оценка химической стойкости базальтопластов
по изменению механических характеристик
Изменение механических характеристик, %	Опенка химической стойкости	Балл
< 15	Хорошая	1
15,1-25	Удовлетворительная	2
>25	Плохая	3
Методики НИИЖБ
Метод 1. Испытание композитных материалов в 1н растворе
щелочи NaOH при температуре 55 °C
Для обозначения состава композитного материала были при-
няты следующие условные сокращения:
ЛВС — базальтовое волокно на 50 %-ном растворе фено-
лоформальдегидной смолы резольного типа в
спиртоацетоновой смеси;
ФФ4 — базальтовое волокно на фенолоформальдегидном
связующем, модифицированном каучуком;
ДСВ — базальтовое волокно, модифицированное феноло-
формальдегидным связующим;
55
ЭНФБ — базальтовое волокно на эпоксидном связующем;
Б/Щ — алюмоборосиликатное волокно;
ЭП — эпоксидная смола;
Баз — базальтовое волокно.
Представленные опытные партии АБП были распилены на
образцы длиной 15 см. Концы образцов были изолированы
эпоксидной смолой. Часть образцов была выполнена в виде
пластин.
Критериями оценки влияния состава композита на щело-
честойкость служат изменения массы, прочности и модуля уп-
ругости по ГОСТ 4648 или разрушающей нагрузки с учетом
ГОСТ 14019.
Концентрация щелочи NaOH выбрана на основании следу-
ющего расчета.
Принимаем:
-	содержание цемента в 1 м3 бетона — 400 кг;
-	содержание щелочей в цементе 0,6 и 1,2 % (цементы с низ-
ким и высоким содержанием щелочей);
-	содержание влаги в бетоне при полном насыщении бетона
с пористостью 5 %
2300—= 115 л/м3;
100
-	содержание влаги в бетоне при влажности 2,5 % — 57,5 л/м3.
Содержание щелочи в 1 м3 бетона при использовании це-
ментов с низким и высоким содержанием щелочей составит:
400	= 2,4 кг/м3;
1 2
400 ^- = 4,8 кг/м3.
Таким образом, содержание щелочи в жидкой фазе бетона
соответствует примерно 1н концентрации. Такая концентрация
щелочи может быть принята в агрессивном растворе при испы-
тании композитных материалов (таблица 5.4).
56
Таблица 5.4 — Концентрация щелочей в жидкой фазе бетона
Содержание щелочи в цементе, %	% Концентрация щелочи в жидкой фазе бетона, — Н	
	Насыщенного	С влажностью 2,5 %
0,6	2,086	4,174
	0,52	1,04
1,2	4,174	8,348
	1,04	2,04
Результаты ускоренных испытаний в растворе 1н NaOH мо-
гут быть использованы как сравнительные при оценке относи-
тельной щелочестойкости композитных материалов.
Механизм химического разрушения композитов в бетоне
носит сложный характер. Он включает в себя диффузионные
процессы, протекающие для различных ионов с различной ско-
ростью, химические реакции компонентов волокна, в первую
очередь силикатов и алюминатов, с щелочными соединениями
агрессивной среды, образование относительно растворимых
силикатов щелочных металлов и слаборастворимых силикатов
кальция с блокированием этими соединениями путей диффу-
зии и многое другое. Скорость разрушения композитных мате-
риалов в щелочных растворах не может быть экстраполирована
на условия службы арматуры в среде бетона. С учетом этого,
помимо ускоренных испытаний в щелочных растворах необхо-
димо выполнить испытания композитных материалов непос-
редственно в бетоне.
Метод 2. Испытания композитных материалов в мелкозер-
нистом бетоне
Критерием оценки служат значения прочности, модуля уп-
ругости или разрушающей нагрузки.
Из мелкозернистого бетона состава Ц:П= 1:4 с водоцементным
отношением 0,6 изготавливали призмы размером 10x10x4 см.
При формовании в середину призмы закладывали образец из
композитного материала. Часть призм подвергали тепловлаж-
57
ностной обработке по режиму (3+6) ч при температуре изотерми-
ческой выдержки 80 °C, после этого часть образцов испытывали
на морозостойкость по третьему ускоренному методу ГОСТ 10060,
часть образцов хранили в камере нормального твердения (тем-
пература 20±2 °C, относительная влажность 90 %).
По истечении определенного времени образцы раскалыва-
ли, извлекали образец композитного материала и определяли
прочность, модуль упругости или разрушающую нагрузку.
Метод 3. Испытание композитного материала под напряже-
нием
Композитные материалы испытывали в ненапряженном состо-
янии и при напряжении 0,3 и 0,5 от разрушающего напряжения ов.
Испытания выполняли в следующих условиях:
-	в 1н растворе гидроксида натрия при температуре 55 °C в
отсутствии напряжения (контрольные испытания);
-	в 1н растворе гидроксида натрия при температуре 55 °C при
напряжении 0,3 разрушающего;
- в 1 н растворе гидроксида натрия при температуре 55 °C при
напряжении 0,5 разрушающего.
При испытании в напряженном состоянии напряжение в
композитном материале создавали путем изгиба на металличес-
ких рамках. Напряжение в верхнем растянутом волокне изог-
нутого образца рассчитывали по формуле
гдеЕ — модуль упругости, МПа;
г — радиус стержня;
R — радиус дуги образца, при этом принимали: R = Ro6ui—
Ео6ш— радиус дуги образца с учетом упругих и остаточных
пластических деформаций;
R^ — радиус дуги образца при ее пластической деформации.
Для оценки коррозионной стойкости полученные результа-
ты сравнивали с данными по испытаниям материала в 1н раство-
ре гидроксида натрия при температуре 55 °C в течение 30 сут.
58
Данный режим выбирают как наиболее жесткий для ускорен-
ных испытаний композитного материала. По зарубежным дан-
ным, выдержка стеклопластика в течение 6 ч в щелочном раство-
ре при 80 °C приравнивается к эксплуатации в течение 25 лет.
Показателем стойкости образца служит величина разруша-
ющей нагрузки, приложенной к образцу после коррозионных
испытаний, отнесенная к разрушающей нагрузке для образцов,
не подвергавшихся коррозионным испытаниям.
Определение разрушающей нагрузки выполняли с учетом
ГОСТ 14019 «Металлы и сплавы. Методы испытания на изгиб».
Метод 4. Определение диффузионной проницаемости
Диффузионную проницаемость определяли двумя методами:
по изменению массы образцов и по изменению электрического
сопротивления образцов, хранившихся в агрессивной среде.
По изменению массы
Испытания выполняли по методу ГОСТ 12020 [15]. Образ-
цы выдерживали в агрессивной среде до стабилизации массы,
периодически взвешивая. Коэффициент диффузии D рассчи-
тывали по формуле (1).
По изменению электрического сопротивления
Образец композитного материала в виде пластинки разме-
рами 50x50 мм и толщиной 2 — 3 мм устанавливали на эпоксид-
ной смоле герметично между двумя стеклянными емкостями. В
емкости заливали 1н раствор NaOH. В каждую емкость устанав-
ливали по одному стальному электроду. Собирали электричес-
кую схему, состоящую из источника тока, микроамперметра и
вольтметра. Периодически включали ток и измеряли силу тока
и разность потенциалов между электродами. По току и напря-
жению рассчитывали электрическое сопротивление образца
композитного материала. Образцы выдерживали до тех пор,
пока величина тока не начинала быстро увеличиваться, что сви-
детельствовало о смыкании фронтов диффузии, двигающихся
навстречу друг другу с противоположных граней образца. Ко-
эффициент диффузии вычисляли по формуле
£)=(//2)2 х 1/2т,	(7)
59
где / — толщина образца, см;
т — время до начала увеличения тока, с.
5.2 Физико-механические свойства неметаллической арматуры
5.2.1 Стеклопластиковая арматура
Неметаллическая композитная арматура имеет специфичес-
кие физико-механические характеристики [11]. При весовом со-
держании стекловолокна до 80 % стеклопластиковая арматура
может иметь временное сопротивление разрыву до 1500 МПа,
модуль упругости 40000 — 50000 МПа. Рабочая диаграмма арма-
туры при растяжении остается прямолинейной вплоть до разры-
ва, а предельные деформации к моменту разрушения достигают
2,5 — 3,0 %. Долговременная прочность стеклопластиковой ар-
матуры в нормальных температурно-влажностных условиях со-
ставляет 62,5 — 65 % предела прочности при кратковременных
испытаниях [7]. Коэффициент теплового линейного расширения
стеклопластиковой арматуры в зависимости оттипа стекловолок-
на равняется (0,58 -0,84) 10-5 °C. Благодаря низкому модулю
упругости стеклопластиковой арматуры и бетона нагрев арми-
рованных бетонных образцов до 50 °C изменяет напряжение не
более чем на 1 % временного сопротивления арматуры. С увели-
чением температуры временное сопротивление разрыву стекло-
пластиковой арматуры понижается и выражается уравнением
ив= 139,6-0,249 (/°C).	(8)
где t — значение температуры, °C.
В работе [20] сообщается, что в сухих условиях при темпера-
туре до 100 — 200 °C при напряжении (0,35 — 0,47)ов прочность
стеклопластиковой арматуры увеличивается. В период формо-
вания изделий стеклопластиковая арматура поглощает 0,25 —
0,50 % влаги по массе. Автор рекомендует выполнять тепловую
обработку армированных изделий при температуре не более
60 °C. При нагревании предварительно напряженной армату-
ры со скоростью 5 — 10 °C в минуту до 300 °C появляются обра-
тимые температурные деформации. Разрушение изгибаемых
60
армированных бетонных элементов при огневом воздействии
наступает по нормальному сечению в результате резкого сни-
жения временного сопротивления растяжению стеклопласти-
ковой арматуры при температуре нагрева 100 °C. Предел огне-
стойкости балок с защитным слоем 25 мм составляет 12—15
мин, а плит — 20 — 25 мин. Предложено принять коэффициент
снижения временного сопротивления стеклопластиковой арма-
туры в цементном бетоне с влажностью 2,5 — 3,5 % равным 0,32.
Рекомендовано применять армированные стеклопластиком кон-
струкции из бетона на портландцементе влажностью 2 — 3 % в
зданиях IV степени огнестойкости. При использовании высу-
шенных бетонов предел огнестойкости конструкций может быть
повышен до I — II степени.
В работе [51] показано, что при кратковременном воздей-
ствии низкой температуры (до минус 227 °C) свойства компо-
зитных стержней, предназначенных для изготовления предва-
рительно напряженных бетонных балок, не изменялись.
Деформации ползучести [12] описываются функцией
Е(1 = еопг/Й,	(9)
где е0 — деформация за время нагружения, которая может
быть подсчитана как оуД;
т и Ь — постоянные коэффициенты;
t — время с момента нагружения в часах.
5.2.2 Базальтопластиковая арматура
В НИИЖБ проведены исследования по изучению физико-
механических и физико-химических свойств базальтопластико-
вой арматуры, изготовленной на разных связующих [17].
Исследованы следующие виды связующих:
1.	БЭТУ-20 — базальтопластиковая арматура на эпоксидном
связующем марки ЭД-20 с отвердителем изометилтетрагидро-
фталевый ангидрид;
2.	БЭТУ-16 — базальтопластиковая арматура на эпоксидном
связующем марки ЭД-16 с тем же отвердителем;
61
3.	БЭПА-20 — базальтопластиковая арматура на эпоксидном
связующем марки ЭД-20 с отвердителем полиметиленполифе-
нилполиамин;
4.	БЭПА-16 — базальтопластиковая арматура на эпоксидном
связующем марки ЭД-16 с тем же отвердителем;
5.	БЭФ-20 — базальтопластиковая арматура на эпоксифе-
нольном связующем.
В 1989 — 1990 гг. опытные партии БПАбыли изготовлены на
технологических линиях: НПТО «Белстройнаука» в г. Минске,
на Баглейском заводе «Стройдеталь» в г. Днепродзержинске и
ПТЦ «Базальт» в г. Фрунзе.
Физико-химические характеристики арматуры опытных
партий приведены в таблице 5.5.
Таблица 5.5— Физико-химические характеристики
базальтопластиковой арматуры опытных
партий
№ п.п.	Наименование характеристик	г. Днепродзержинск				г. Минск БЭФ-20	г. Фрунзе БЭТУ-20
		БЭТУ- 20	БЭТУ- 16	БЭПА- 20	БЭПА- 16		
1	Плотность, г/см3	2,011	2,059	1,855	1,5727	1,9872	—
2	Содержание связующего, %	24,86	26,3	24,9	41,6	21,2	30
3	Содержание наполнителя, %	75,14	73,7	75,1	59,4	78,7	70
4	Степень поли- меризации, %	86,3	80,1	75,85	70,25	62,5	—
Как видно из таблицы 5.5, физико-механические свойства ба-
зальтопластиковой арматуры разных производителей несколько
отличаются друг от друга. Различие свойств объясняется различи-
ем технологических параметров изготовления арматуры на различ-
ных линиях и различным качеством исходного волокна.
Механические испытания на прочность при растяжении
производили по ГОСТ 10180—78. Образцы базальтопластико-
62
вой арматуры, отобранные из опытных партий, имели гладкую
поверхность, были без вздутий, сколов, трещин и других види-
мых дефектов. Результаты испытаний базальтопластиковой ар-
матуры на разных связующих приведены в таблице 5.6.
Таблица 5.6— Физико-механические характеристики
базальтопластиковой арматуры на парафиновом
замасливателе, отобранной из опытных
партий
Вид связую- щего	Диаметр образца, мм	Средняя площадь, см2	Макси- мальная нагрузка Л кг	Максималь- ная проч- ность при растяжении, МПа	Модуль упругос- ти, МПа	Удлине- ние, %
БЭТУ-20	6,0	0,283	3,3	1166	31930	2,17
БЭТУ-16	6,0	0,283	2,4	848	31178	1,8
БЭПА-20	6,0	0,283	3,3	1166	31739	2,15
БЭПА-16	6,0	0,283	3,0	1060	46291	1,6
БЭФ-20	6,0	0,283	2,6	923	45000	—
Из таблицы 5.6 следует, что наибольшее понижение проч-
ности наблюдается у АБП на эпоксидном связующем марки ЭД-
16 с изометилтетрагидрофтал евым отвердителем и у базальто-
пластиковой арматуры на эпоксифенольном связующем.
Однако эти понижения прочности невелики, физико-меха-
нические свойства полученной АБП обеспечивают возможность
ее применения в железобетонных конструкциях. Во всех случа-
ях базальтовое волокно, использованное при изготовлении ар-
матуры, было обработано парафиновой эмульсией, при отжиге
которой происходит ухудшение прочностных свойств волокна.
В связи с этим необходимо изыскать такие аппретирующие со-
ставы для базальтового волокна, которые обеспечивали бы не-
обходимую адгезию волокна к связующим.
В таблице 5.7 приведены результаты исследований физико-
механических свойств композитной неметаллической армату-
ры, изготовленной МАТИ и ЗАО «Поликомп».
63
Таблица 5.7— Физико-механические свойства опытных
партий АБП, изготовленных МАТИ и ЗАО
«Поликомп»
Производитель	Вид связующего	Прочность при растяжении св, МПа	Модуль упругос- ти Еа, МПа
МАТИ	ЛВС	990	50000
	ФФ4	810	48000
ЗАО «Поликомп»	ЭНФБ	850	—
	ЭНФБ	850	—
Полученные данные показали, что физико-механические
характеристики базальтопластиковой арматуры опытных
партий производства МАТИ и ЗАО «Поликомп» близки техни-
ческим требованиям, заданным НИИЖБ при постановке дан-
ной работы.
5.3 Химические исследования коррозионной стойкости
базальтопластиковой арматуры
Исследования химической стойкости связующих*
Результаты исследований стойкости связующих в агрессив-
ных средах представлены на рисунках 5.4 — 5.6.
Из полученных данных следует, что наибольшую химичес-
кую стойкость имеет эпоксифенольное связующее ЭДФ, о чем
свидетельствует вид сорбционной кривой, имеющей ярко вы-
раженную асимптоту.
Фенолоформальдегидные связующие менее стойки, особен-
но в щелочных средах. Это объясняется особенностью структу-
ры отвержденных фенолоформальдегидных смол. В процессе
отверждения фенолоформальдегидной смолы образуется поли-
метилфенольная сетка. Пространственная сетка в резите обра-
зуется не только метиленовыми, но и водородными связями. В
резите остается часть метилольных групп, которые при длитель-
Эксперименты, выполнены в МАТИ.
64
ном нагревании реагируют друг с другом, образуя новые связи. Этим
объясняется повышение прочностных показателей в процессе экс-
плуатации материала при повышенных температурах и в кислых
средах, способствующих доотверждению связующих. В щелочных
средах происходит химическое превращение сетчатых полиметил ен-
фенолов в сетчатые полиметиленфенолеты в результате обменной
реакции между ионами водорода, гидроксильными группами фе-
нольных звеньев и катионами диффундирующей щелочи. Хими-
ческое превращение смолы приводит к повышению гидрофильно-
сти связующего. Присутствие модификатора в фенолоформальде-
гидном связующем снижает его химическую стойкость.
1	2	3
1 - ЭДФ; 2 - ЛБС; 3 - ФФ4
Рисунок 5.4— Зависимость водопоглощения от времени экспозиции в
воде при Т° = 20±2 °C
65
Изменение массы,
3
1	2 -л- 3
1 - ЭДФ; 2 - ЛБС; 3 - ФФ4
Рисунок 5.5—Зависимость изменения массы образцов
отвержденных связующих от времени экспозиции
в среде Са(ОН)2
66
Изменение массы,
1	2-*- 3
1 - ЭДФ; 2 - ЛБС; 3 - ФФ4
Рисунок 5.6 — Зависимость изменения массы образцов
отвержденных связующих от времени экспозиции в среде
«цементного молока»
67
Исследование химической стойкости базальтовых волокон
Результаты исследований химической стойкости базальто-
вых волокон приведены на рисунках 5.7 и 5.8.
Базальтовые жгуты адсорбируют некоторое количество
жидкости. Однако сорбированная влага не влияет на проч-
ность жгутов даже после выдержки их в щелочных средах, об-
разующихся при твердении бетона. Коэффициент влияния
среды К остается постоянным при выдержке базальтовых жгу-
тов в воде, растворе Са(ОН)2 и «цементном молоке» в тече-
ние 45 сут.
2	3
1 — вода; 2 — «цементное молоко»; 3 — Са(ОН)2
Рисунок 5.7 — Зависимость изменения массы базальтовых жгутов
от времени экспонирования в агрессивных средах
68
1,2
О 5	10	15	20	25	30	35	40	45	50
Длительность экспонирования, сут
1 — базальтовые волокна; 2 — стеклянные волокна после выдержки в Са(ОН)2;
3 — стеклянные волокна после выдержки в «цементном молоке»
Рисунок 5.8— Зависимость коэффициента влияния среды
от длительности экспонирования в агрессивных средах
Результаты эксперимента подтвердили высокую химичес-
кую стойкость базальтовых волокон в щелочных средах. Парал-
лельно проведенные эксперименты со стеклянными волокна-
ми показали низкую стойкость последних в тех же растворах.
Коэффициент влияния среды К при длительности выдержки в
течение 45 сут в растворе Са(ОН)2 и «цементном молоке» со-
ставляет 0,8 и 0,6 соответственно.
Механизм разрушения стеклянного волокна предполагает
воздействие щелочной среды непосредственно на каркас оки-
69
си кремния. Ион гидроксила щелочи разрушает связи Si-O-Si в
соответствии с уравнением
=SiO — Si + ОН SiOH+=SiO.
(Ю)
В случае базальтовых волокон, в составе которых при-
сутствуют оксиды TiO3, MnO, Fe2O3+FeO и А12О3, падения
прочности не наблюдается. Присутствие вышеназванных
оксидов улучшает щелочестойкость базальтовых волокон.
Присутствие А12О3 замедляет щелочную коррозию. Поли-
меризация силикатной группы с алюминатной ведет к об-
разованию пленки, которая также замедляет дальнейшую
коррозию. В соответствии с законами термодинамики ок-
сиды марганца и железа повышают щелочестойкость. На-
личие TiO2 способствует увеличению стойкости базальтового
волокна за счет образования нерастворимого соединения
титана с силикатами.
Исследование химической стойкости базальтопластов
Исследование химической стойкости базальтопластов про-
водили на микропластиках по результатам сорбции и измене-
нию механических характеристик. Результаты исследований
представлены на рисунках 5.9 — 5.14.
Исследование химической стойкости базальтопластов на
различных связующих показали, что наименее стойкими явля-
ются базальтопласты на основе чистого фенолоформальдегид-
ного связующего (марки ЛВС), о чем свидетельствует характер
сорбционных кривых. Это объясняется, с одной стороны, рых-
лостью структуры микропластика, с другой стороны — напря-
женной структурой отвержденной фенолоформальдегидной
смолы. Напряженная структура отвержденного связующего на
границе волокно—матрица приводит к образованию микротре-
щин, пор, что отрицательно сказывается на свойствах базаль-
топласта, особенно после выдержки в агрессивных средах.
Модифицирование фенолоформальдегидного связующего
каучуком уменьшает напряженность структуры, что положи-
тельно влияет на свойства базальтопласта.
70
1—микропластик на ЭДФ; 2—микропластик на ЛБС; 3— микропластик на ФФ4
Рисунок 5.9—Зависимость сорбции базальтопластов от времени вьщержки
вводе
Относительно высокую химическую стойкость имеют ба-
зальтопласты на основе эпоксифенольного связующего марки
ЭДФ. Микропластики на основе этого связующего имеют ми-
нимальное водопоглощение, а коэффициент химического со-
противления Нравен 1 даже после выдержки базальтопластов в
агрессивных средах.
В результате проведенных исследований установлено, что
химическая стойкость полимерных композиционных материа-
лов определяется как минимум тремя факторами: химической
стойкостью полимерного связующего, наполнителя и качеством
контакта волокна и полимерной матрицы.
71
1 - ЛВС; 2 - ФФ4; 3 - ЭДФ
Рисунок 5.10 — Зависимость изменения массы образцов базальтопластов
от времени выдержки в «цементном молоке»
Сравнительные испытания стеклянных и базальтовых напол-
нителей показали высокую химическую стойкость последних.
Сравнительный анализ исследованных связующих показал,
что наибольшей химической стойкостью обладает эпоксифе-
нольное связующее марки ЭДФ. Однако связующие такого типа
нетехнологичны из-за повышенной длительности отверждения.
Не исключается использование более технологичных модифи-
цированных фенолоформальдегидных связующих.
В дальнейшем работу целесообразно продолжить в двух на-
правлениях: подбор технологичных химически стойких связу-
ющих и подбор составов аппретов для базальтовых волокон,
повышающих химическую стойкость базальтопласта.
72
7
1 - ЛБС; 2 - ФФ4; 3 - ЭДФ
Рисунок 5.11 — Зависимость изменения массы образцов базальтопластов
от времени выдержки в Са(ОН)2
73
Изменение массы, %
1	2-л- 3
1 — Са(ОН)2; 2 — «цементное молоко»; 3 — вода
Рисунок 5.12 — Зависимость коэффициента химического сопротивления
базальтопластов на основе ЛБС от длительности выдержки в агрессивных
средах
74
1 — Са(ОН)2; 2 — «цементное молоко»; 3 — вода
Рисунок 5.13 — Зависимость коэффициента химического сопротивления
базальтопластов на основе ЭДФ от длительности выдержки в агрессивных
средах
75
1	2 —л— 3
1 — Са(ОН)2; 2 — «цементное молоко»; 3 — вода
Рисунок 5.14 — Зависимость коэффициента химического сопротивления
базальтопластов на основе ФФ4 от длительности выдержки в агрессивных
средах
5.4	Ускоренные коррозионные испытания АНК в щелочах
В лаборатории коррозии и долговечности бетонных и желе-
зобетонных конструкций НИИЖБ были проведены испытания
химической стойкости АБП.
Для определения химической стойкости использовали об-
разцы базальтопластиковой арматуры длиной 80 см и диамет-
ром 6 мм. Образцы погружали в поливиниловые сосуды, запол-
ненные агрессивными средами. Количество агрессивной сре-
76
ды на единицу поверхности образца равнялось 20 мл/см2. Об-
разцы выдерживали в агрессивных средах в течение двух меся-
цев. Химическую стойкость образцов АБП оценивали по поте-
ре прочности после выдерживания в агрессивных средах. Ре-
зультаты исследований химической стойкости базальтопласти-
ковой арматуры на эпоксифенольном связующем при воздей-
ствии 1н раствора NaOH и 1н раствора H2SO4 представлены в
таблице 5.8.
Таблица 5.8— Химическая стойкостьАБП на эпоксифенольном
связующем
Вид арматуры	Первона- чальная проч- ность, МПа	Прочность арматуры после выдерживания в агрессивных средах					
		1н NaOH		1н H2SO4		Н2О	
		МПа	К	МПа	К	МПа	К
Базальтоплас- тиковая арма- тура	923	534	0,58	709	0,77	530	1,о
Стеклоплас- тиковая арма- тура на осно- ве алюмо- боросиликатт кого волокна	1500	1335	0,89	1185	0,79	1335	0,89
Из таблицы 5.8 видно, что падение прочности базальтопла-
стиковой арматуры в 1н растворе NaOH за два месяца испыта-
ний составило 42 %, в 1н растворе H2SO4 — 23 %, а стеклоплас-
тиковой арматуры — 11 и 21 % соответственно.
Базальтопластиковую арматуру на основе эпоксидных смол
марок ЭД-16 и ЭД-20 с использованием в качестве отвердите-
лей изометилтетрагидрофталевого ангидрида и полиметилен-
полифенил полиамина испытывали в 1н растворах NaOH, H2SO4
и в воде в течение 2 месяцев. Результаты испытаний приведены
в таблице 5.9.
77
Таблица 5.9— Изменение массы образцов после выдержки
в агрессивных средах
№ п.п.	Вид арматуры	Изменение массы, %		
		1н H2SO4	1н NaOH	Н2О
1	БЭТУ-20	0,4	5,0	1,2
2	БЭТУ-16	0,65	3,2	1,0
3	БЭПА-20	13-15	1-2	0,9
4	БЭПА-16	20	2	1,2
Полученные данные показывают, что образцы арматуры
(№ 3 и № 4) с отвердителем из полиметиленполифенилполиа-
мина нестойки в 1н растворе H2SO4, но более стойки в 1н ра-
створе NaOH. Химическая стойкость образцов при выдержке в
воде при комнатной температуре примерно одинакова.
Таким образом, рассмотрев три основных вида связую-
щих, можно сделать вывод, что эпоксифенольное связую-
щее и связующие из эпоксидной смолы ЭД-16 и ЭД-20 с
отвердителем изометилтетрагидрофталевым ангидридом
придают арматуре более высокую стойкость к кислотам, чем
к щелочам. Использование в связующем в качестве отвер-
дителя полиметиленполифенилполиамина приводит к уве-
личению стойкости арматуры в щелочах, но снижает ее стой-
кость в кислотах.
Составы испытанных композитов и их условные обозначе-
ния приведены в таблице 5.10.
Таблица 5.10— Составы композитных материалов
Условные обозначения	Тип волокна	Тип смолы
Баз + ЭД-20	Базальтовое	Эпоксидная
Б/щ + Эд-20	Алюмоборосиликатное	Эпоксидная
Примечание — Образцы композитных материалов в виде пластин изготовлены НПО «Стеклопластик».		
78
Результаты испытаний представлены в таблицах 5.11 и 5.12.
В указанных таблицах приняты следующие обозначения:
Дст — изменение массы, г/см2;
R — прочность на растяжение при изгибе, МПа;
Е — модуль упругости, МПа.
Испытания образцов композитных материалов в 1н раство-
ре NaOH при 55 °C в течение 79 сут (таблица 5.11) показали сле-
дующее.
Таблица 5.11— Результаты испытаний композитных мате-
риалов в 1н растворе NaOH при 55 °C в тече-
ние 79 сут
Волокно	Смола	г/см2	Остаточная прочность Л %	Остаточный модуль упругости Е, %
Базальтовое	Эпоксидная	0,0025	37	96
Алюмоборосили- катное	Эпоксидная	0,065	16	73
Примечание — Прочность и модуль упругости определены в НПО «Стеклопластик».				
Наблюдается корреляция между увеличением массы и из-
менением прочности образцов в процессе испытаний. Более
стойкий материал (по показателям: прочность на растяжение
при изгибе и модуль упругости) имеет наименьшее изменение
массы. Наличие такой зависимости позволяет оценить состоя-
ние образцов в процессе испытания, не прибегая к разрушаю-
щим методам контроля.
Результаты повторных испытаний в 1н растворе NaOH при-
ведены в таблице 5.12.
Наиболее стойким является композит, изготовленный на
базальтовом волокне и эпоксидной смоле.
Испытания подтвердили зависимость стойкости композитных
материалов от технологии их изготовления. В первой серии об-
разцы были изготовлены методом намотки, а во второй — мето-
дом намотки с последующей опрессовкой. Разрушение образцов,
79
Таблица 5.12— Результаты испытаний образцов композитных
материалов на эпоксидной смоле в 1н растворе
NaOH при температуре 55 °C
Срок испытаний	Волокно			
	Базальтовое		Алюмоборосиликатное	
	Е/Е		Е/Е	
	МПа	%	МПа	%
Исходные	1327/35504	100/100	1467/37457	100/100
28 сут	1171/40262	88/113	497/38693	34/103
56 сут	583/32239	44/91	278/32419	19/86
75 сут	473/37830	36/107	315/40238	21/107
112 сут	424/38026	32/107	317/41426	22/111
изготовленных способом намотки, вызвано, в первую очередь,
неудовлетворительным уплотнением материала при формовании.
Следует уделить технологии изготовления композитных эле-
ментов особое внимание как фактору, определяющему их кор-
розионную стойкость.
Выполнены сравнительные испытания базальтопластико-
вых стержней в 1н растворе NaOH. Результаты приведены в таб-
лицах 5.13 и 5.14. Испытания композитных материалов различ-
ных изготовителей в жестких условиях: 30 сут в 1н растворе
NaOH при температуре 55 °C показали следующее.
Таблица 5.13 —Результаты сравнительных испытаний
базальтопластиковых стержней по изменению
массы в 1н растворе NaOH при температуре
55 °C в течение 30 сут
Обозначение состава	Диаметр образца, мм	Исходная масса образца, г	Масса образца после испы- тания, г	Прирост массы, %
ЛВС*	5,25	5,69	8,51	49,7
ФФ4*	5,25	5,32	7,29	37,0
80
Окончание таблицы 5.13
Обозначение состава	Диаметр образца, мм	Исходная масса образца, г	Масса образца после испы- тания, г	Прирост массы, %
дев*	5,6	6,95	6,97	0,29
ЭНФБ**	6,25	8,31	8,48	2,0
ЭНФБ**	3,9	3,57	3,67	2,8
СПА-1, г. Бийск***	5,4	6,05	6,16	1,8
СПА-2, г. Бийск***	5,4	5,77	6,04	4,7
СПА, г. Чебоксары***	5,7	6,71	7,07	5,4
БП-1****	8,5	14,76	14,92	1,08
БП-2****	9,7	20,03	20,17	0,7
Примечания *	Базальтопластиковая арматура МАТИ; ♦	* базальтопластиковая арматура ЗАО «Поликомп»; *	** стеклопластиковые связи разных изготовителей; *	*** базальтопластиковые связи НПО «Стеклопластик».				
Таблица 5.14 — Резужтаты сравнительных испьпанийобразцов
базальтопластиковой арматуры по изменению
разрушающей нагрузки в 1н растворе NaOH
при температуре 55 °C в течение 30 сут
Обозначение состава	Диаметр образца, мм	Исходная разрушаю- щая нагрузка при изгибе, кге	Разрушаю- щая нагрузка при изгибе после испытания, кге	Снижение разрушаю- щей нагруз- ки, %
ЛБС*	5,25	150	90	40
ФФ4*	5,25	123	90	27
81
Окончание таблицы 5.14
Обозначение состава	Диаметр образца, мм	Исходная разрушаю- щая нагрузка при изгибе, кге	Разрушаю- щая нагрузка при изгибе после испытания, кге	Снижение разрушаю- щей нагруз- ки, %
дев*	5,6	160	160	0
ЭНФБ**	6,25	185	125	32,5
ЭНФБ**	3,9	115	90	21,7
СПА-1, г. Бийск***	5,4	180	147	18,5
СПА-2, г. Бийск***	5,4	180	103	42,6
СПА, г. Чебоксары***	5,7	197	97	51,0
БП-1****	8,5	350	250	29,0
БП-2****	9,7	440	313	22,0
Примечания: *Базальтопластиковая арматура МАТИ. **Базальтопластиковая арматура ЗАО «Поликомп». ***Стеклопластиковые связи разных изготовителей. ****Базальтопластиковые связи НПО «Стеклопластик».				
Наибольшей стойкостью (минимальное увеличение массы
0,29 % и отсутствие изменения разрушающей нагрузки) обладают
арматурные стержни, изготовленные на базальтовом волокне и мо-
дифицированном фенолоформалвдегидном связующем (ДСВ).
Арматурные стержни, изготовленные на базальтовом волок-
не и 50 %-ном растворе фенолоформальдегидной смолы резоль-
ного типа в спиртоацетоновой смеси (ЛВС) и изготовленные
на базальтовом волокне и фенолоформальдегидном связующем,
модифицированном каучуком (ФФ4), показали большее увели-
чение массы (37 — 50 %) и сильное понижение величины разру-
шающей нагрузки (27 — 40 %).
82
Арматурные стержни, изготовленные на базальтовом волокне
и эпоксидной смоле (ЭНФБ), показали небольшое увеличение
массы (2 — 2,8 %). При этом стержни диаметром 6,25 мм суще-
ственно снизили прочность (уменьшение разрушающей нагрузки
на 32 %), тогда как у стержней диаметром 3,9 мм снижение проч-
ности было на уровне лучших образцов базальтопластика на эпок-
сидной смоле, изготовленного НПО «Стеклопластик».
5.5	Испытания базальтопластиковой арматуры
в ненапряженном состоянии и при напряжении
Испытания выполнены по методике, приведенной в п. 5.1.
Результаты испытаний представлены в таблице 5.15.
Таблица 5.15 —Результаты определения разрушающей
нагрузки при изгибе базальтопластиковых
образцов в различных условиях
Условия испытаний	Исходная разрушающая нагрузка при изгибе, кге	Разрушающая нагрузка при изгибе после испытания, кге	Снижение разрушающей нагрузки, %
30 сут в 1н растворе NaOH при 55 °C без напряжения	440	313	22
30 сут в 1н растворе NaOH при 55 °C при напряжении 0,3 разрушающего	440	270	39
6 сут в 1н растворе NaOH при 55 °C при напряжении 0,5 разрушающего	440	Образцы разрушились	
Напряженное состояние арматуры существенно сказывает-
ся на ее коррозионной стойкости. Если за 30 сут испытаний в
горячей щелочи в отсутствие напряжений прочность понизи-
лась на 22 %, то в тех же условиях при нагрузке, равной 30 %
кратковременной разрушающей, прочность понизилась на 39 %,
83
а при нагрузке 50 % ратковременной разрушающей образцы
разрушились за 6 сут испытаний. Из этого следует, что величи-
на напряжения базальтопластиковой арматуры должна быть
существенно ограничена. Учитывая весьма жесткие условия
коррозионных испытаний, можно сделать вывод, что напряже-
ние арматуры в конструкции не должно превышать 30 % крат-
ковременного разрушающего.
5.6	Исследование диффузионной проницаемости
и прогнозирование стойкости базальтопластиковой арматуры
Полимерные материалы имеют определенную диффузион-
ную проницаемость. Под этим подразумевается медленное про-
никновение в материал жидкости при наличии разности кон-
центраций. По данным Мещанского Н.А., пленки из эпоксид-
ных смол при обычной технологии их изготовления почти не-
зависимо от вида волокна характеризуются значительной диф-
фузионной проницаемостью. Нами выполнены определения
диффузионной проницаемости композитов для щелочей при
температуре 20 и 55 °C. Для исследований выбраны композит-
ные материалы на основе базальтового волокна и смол — эпок-
сидной и винилэфирной. Определив величину коэффициента
диффузионной проницаемости щелочи, можно прогнозировать
сроки службы изделий из композитных материалов.
При испытании в вытяжке из цемента у большинства образ-
цов масса увеличивалась в течение 70 сут, затем наступала ста-
билизация массы. Выполненный по экспериментальным
данным расчет по формуле (1) дал следующий результат: коэф-
фициент диффузии вытяжки из цемента в композитных мате-
риалах равняется 2,6хЮ' 9 см2/с. Эта величина примерно соот-
ветствует приведенной в [20].
При испытании образцов в 1н растворе NaOH при темпера-
туре 55 °C стабилизация массы наступила у образцов на эпок-
сидной смоле ЭД-20 и винилэфирной смоле с базальтовым во-
локном через 56 сут. Расчетом получена величина коэффици-
ента диффузии 6,2х10~9 см2/с. В щелочной среде с температу-
рой 55 °C величина коэффициента диффузии была в 2,4 раза
84
больше по сравнению с коэффициентом диффузии при темпе-
ратуре 20 °C.
Диффузионную проницаемость определяли в зависимости
от скорости изменения электрического сопротивления образ-
цов, хранившихся в агрессивной среде. При испытании этим
методом образец композитного материала в виде пластинки
размерами 50x50 мм и толщиной 2 — 3 мм устанавливали на
эпоксидной смоле между двумя стеклянными емкостями. В ем-
кости заливали 1н раствор NaOH. В каждую емкость погружа-
ли по одному стальному электроду. Собирали электрическую
схему, состоящую из источника тока, микроамперметра и вольт-
метра. Периодически включали ток и измеряли силу тока и раз-
ность потенциалов между электродами. По току и напряжению
рассчитывали электрическое сопротивление образцов компо-
зитного материала. Образцы выдерживали до тех пор, пока ве-
личина тока не начинала быстро увеличиваться, что свидетель-
ствовало о смыкании фронтов диффузии, движущихся навстре-
чу друг другу с противоположных граней образца.
На испытание были поставлены пластины на основе базаль-
товой ткани и эпоксидной смолы и пластины состава «базаль-
товое волокно+винилэфирная смола» (таблица 5.16).
Таблица 5.16 — Характеристика образцов и условия определения
коэффициента диффузии
Состав композита	Толщина пластины, мм	Температура, при которой выполня- ется эксперимент, °C
Базальтовое волокно+ винилэфирная смола	2,7	+20
Базальтовое волокно+ эпоксидная смола	1,6	+20
Базальтовое волокно+ эпоксидная смола	1,6	+55
Коэффициент диффузии D вычисляли по формуле (7]. Для
расчета коэффициента диффузии было взято время, в течение
которого происходило увеличение электрического тока на по-
85
рядок по сравнению с исходным значением. Для испытанных ком-
позитов состава «базальтовое волокно + винилэфирная смола» и
«базальтовое волокно + эпоксидная смола» при температуре 20 °C
оно составило соответственно 38 и 45 сут. При температуре 55
°C время равно 23 сут. Рассчитанные коэффициенты диффузии для
материала на основе базальтового волокна и винилэфирной смо-
лы (толщина образцов 0,27 см) при температуре 20 °C равнялись
2,775хЮ“9 см2/с и базальтового волокна и эпоксидной смолы (тол-
щина образцов 0,16 см) 8,23хЮ"10 см2/с. При температуре 55 °C
коэффициент диффузии для композита «базальтовое волокно
+ эпоксидная смола» равнялся 1,61х10~9 см2/с.
Исследования стойкости стержней из базальтопластика по-
казали, что при использовании композита «базальтовое волок-
но + эпоксидная смола» простое насыщение материала жидкой
фазой бетона не снижает прочности.
Однако прочность может снижаться вследствие химическо-
го взаимодействия волокна со щелочами. Расчет коррозионной
деструкции связей выполнялся для следующей модели: через
полимерную матрицу вглубь материала проникал щелочной
раствор; начиналось химическое взаимодействие щелочи с во-
локном; происходило послойное разрушение волокна, что со-
провождалось уменьшением рабочего сечения стержня. Рас-
сматривали цилиндрический участок стержня диаметром 6 мм,
находящийся в контакте с бетоном.
Расчет выполняли по формуле
О»
где N — количество вещества, г, проникшее через 1 см2 в ма-
териал;
Cs — концентрация вещества в поверхностном слое мате-
риала, г/см3;
т — время, с;
D — коэффициент диффузии, см2/с.
Концентрацию Cs определяли следующим образом. Экспе-
риментально определено, что при практически полном насы-
щении (180 сут хранения пластинок толщиной 1,6 мм в водной
86
вытяжке) масса образцов за счет проникания раствора увеличи-
лась на 0,001 г/см2. Это количество раствора, отнесенное к 1/2
толщины пластинки, составило 0,001:(0,16x0,5) = 0,0125 г/см3.
Согласно расчетам концентрация щелочи в водной вытяжке
равнялась 3,26 %. Тогда количество щелочи, проникшей в ма-
териал, составило 0,0125x0,0326 — 4,07х104 г/см3. Величину Cs
принимаем равной 4,07x1О-4 г/см3.
Время т принимаем равным 50 годам, или 50x365x24x3600 =
=1,577х109 с.
Коэффициент диффузии D согласно полученным в экспе-
рименте данным равен 8,23хЮ~10 см2/с.
Рассчитываем величину N — количество щелочи, проник-
шей в материал
N = 2 х 4,07 х 10“ 4 J1,-77xl-9.x8’23—°9 = 5,233 х 10“ 4 г/см2.
V 3,14
Количество реагирующего со щелочью NaOH кремнезема
SiO2 пропорционально молекулярным массам участвующих в
реакции веществ и равно
5,233х10"4х60 : 40 = 7,849х104 г/см2,
где 60 и 40 — молекулярный вес SiO2 и NaOH соответственно.
Количество прореагировавшего базальтового волокна с уче-
том содержания в нем SiO2 в количестве 49,7 % равно
7,849х10"4: 0,497 - 15,792х10-4 г/см3.
Содержание волокна в композите равно 70 % по массе, а
объемная масса композита равна 2,1 г/см3. Объем прореагиро-
вавшего слоя композита равен
15,792х10-4: 0,7 : 2,1 = 10,74х10~4см3.
Отсюда толщина прореагировавшего слоя композита равна
11 мкм, а площадь сечения образца с исходным диаметром 6 мм
уменьшится на 0,36 %. Соответственно, уменьшится прочность
стержней.
87
Расчет показывает, что уменьшение прочности базальто-
пластикового образца за счет химического взаимодействия ще-
лочной среды бетона с базальтовым волокном за 50 лет будет
незначительным.
5.7	Исследование влияния температурных воздействий
на стойкость стержневой базальтопластиковой арматуры.
Влияние тепловлажностной обработки
на коррозийную стойкость
базальтопластиковой арматуры
Влияние тепловлажностной обработки на стойкость базаль-
топластиковой арматуры изучали по методике, приведенной в
п. 5.1. Бетонные образцы, армированные базальтопластиковы-
ми стержнями, были пропарены по режиму (3+6) ч при темпе-
ратуре изотермической выдержки 80 °C, что соответствует тра-
диционному заводскому режиму ТВО. Полученные результаты
представлены в таблице 5.17.
Таблица 5.17 — Результаты определения влияния
тепловлажностной обработки на стойкость
базальтопластиковой арматуры
Обозначение состава	Исходная разрушающая нагрузка при изгибе, кге	Разрушающая нагрузка при изгибе после ТВО, кге	Снижение разрушающей нагрузки,%
ЛБС*	150	147	2,2
БП-2**	350	350	0
Приложения *	Базальтопластиковая арматура МАТИ. *	* Базальтопластиковые связи НПО «Стеклопластик».			
Результаты показывают, что тепловлажностная обработка
бетона, армированного базальтопластиковыми стержнями, при
температуре 80 °C, соответствующая условиям пропаривания
железобетонных конструкций в заводских условиях, практичес-
ки не повлияла на прочность базальтопластика.
88
Данные по влиянию тепловлажностной обработки на базаль-
топластиковую арматуру при испытании на склонность к хруп-
кому разрушению под напряжением приведены в разделе 6,
5.8	Влияние воздействия отрицательных температур
на коррозийную стойкость
Влияние воздействия отрицательных температур на стой-
кость базальтопластика изучали по методике, приведенной в
п. 5.1. Бетонные образцы, армированные базальтопластико-
выми стержнями, были пропарены при температуре изотер-
мической выдержки 80 °C, а затем поставлены на испытание в
климатическую камеру. Испытания выполнены по III методу
ГОСТ 10060. Образцы замораживали в 5 %-ном растворе хло-
рида натрия при температуре минус 50 °C. Результаты испыта-
ний представлены в таблице 5.18.
Таблица 5.18 — Результаты определения влияния отрицательных
температур на стойкость базальтопластиковой
арматуры
Обозначение состава	Исходная разрушающая нагрузка при изгибе, кге	Разрушающая нагрузка при изгибе после 3 ЦЗО при минус 50 °C, кге	Снижение разрушающей нагрузки, %
ЛБС*	150	143	4,5
БП-2**	440	430	2.0
Примечания •	Базальтопластиковая арматура МАТИ. *	* Базальтопластиковые связи НПО «Стеклопластик».			
Таким образом, представленные результаты свидетельствуют,
что при замораживании при минус 50 °C и оттаивании в 5 %-ном
растворе хлорида натрия бетона, армированного базальтоплас-
тиковыми стержнями, прочность базальтопластика существен-
но не уменьшилась.
Данные по влиянию отрицательных температур на базаль-
топластиковую арматуру при испытании на склонность к хруп-
кому разрушению под напряжением приведены в разделе 6.
89
6 Исследования хрупкого коррозионного разрушения
базальтопластиковой арматуры под напряжением
Исследования коррозионной стойкости неметаллической
арматуры при воздействии агрессивных сред обычно проводят
при испытаниях ненапряженных образцов арматуры в агрессив-
ных средах. Критерием стойкости в этом случае служит, как пра-
вило, изменение массы образца или механических характерис-
тик по сравнению с исходным состоянием. Следует отметить, что
эти испытания обладают определенной условностью, так как в
реальных условиях эксплуатации армированных бетонных кон-
струкций присутствует одновременное воздействие на арматуру
растягивающего напряжения и коррозионной среды.
В связи с этим в рамках данной работы были поставлены
исследования коррозии под напряжением АБП. Испытание
проводили при постоянном напряжении, создаваемом изгибом
на рычажной установке. Общий вид испытательной установки
приведен на рисунке 6.1.
В качестве коррозионной среды был принят 1н раствор NaOH
при температуре 20 °C, широко используемый для определения
щелочной стойкости стеклопластиковой арматуры. Так, в работе
И.Е. Евгеньева, Л.Т. Аслановой и др. было показано, что проч-
ность АБП после испытания в 1н растворе NaOH в течение 2 мес
снижается на 42 %, в то время как в 1н растворе H2SO4 — на 25 %.
Испытания проводили при различных уровнях напряжения
от 0,30 ав до 0,70 ав. Время обрыва образца фиксировали при-
бором-самописцем автоматически.
Испытания проводили на следующих образцах:
1.	АБП на связующем ЛБС диаметром 5,25 мм;
-	в состоянии поставки;
-	забетонированная и подверженная термовлажностной об-
работке по режиму: 2 ч подъем температуры, 6ч — выдержка
при t = 80 °C;
-	то же, с последующим испытанием в климатической ка-
мере по режиму: замораживание до t = —50 °C и оттаивание в
5 %-ном растворе NaCl;
2.	АБП ЭНФБ диаметром 4,3 и 6,4 мм;
90
Рисунок 6.1 — Общий вид рычажной установки для испытания АБП на
склонность к хрупкому коррозионному разрушению
3.	АБП на связующем ДСВ диаметром 5,25 мм, термообра-
ботанных в НИИЖБ при t — 170 °C в течение 1,5 ч.
Результаты испытаний приведены в таблице 6.1 и на рисун-
ке 6.2.
Следует отметить, что имели место три случая хрупкого раз-
рушения образцов в исходном состоянии в процессе их нагру-
жения при напряжении 0,680 ов, 0,530 ов и 0,350 ов до помеще-
ния их в щелочную среду (таблица 6.1). В то же время образцы-
близнецы при большем напряжении не разрушались. Это сви-
детельствует о нестабильности качества опытных образцов АБП.
То же самое получилось при воздействии на напряженные об-
разцы 1н раствора NaOH (рисунок 6.2). Уменьшение уровня
напряжения не увеличивает стойкости исследованных образцов
против хрупкого коррозионного разрушения, что, как прави-
ло, имеет место в процессе таких испытаний.
91
Напряжение, кгс/мм2
92
Не выявлен порог напряжений, ниже которого резко воз-
растает долговечность. Так, при о0 ~ 0,3 ов стойкость состав-
ляет 3 — 5 сут, а при о0 ~ 0,6 ов — 12 сут. ТВО в бетоне не оказала
отрицательного действия на долговечность образцов. В отно-
шении предварительных испытаний на MP3 также не выявле-
но отрицательного влияния на время до разрушения.
В отношении образцов, изготовленных «Поликомп» на
эпоксидном связующем, можно отметить, что образец № 17
04,3 мм (стойкость 5 ч при <т0 — 0,55 ов) в значительно большей
степени склонен к хрупкому коррозионному разрушению, чем
образец № 18 06,4 мм, который испытывали практически при
том же уровне напряжения (стойкость 118 ч). Таким образом,
увеличение диаметра АБП значительно повышает стойкость
против хрупкого коррозионного разрушения.
Для сравнения были испытаны стеклопластиковые образ-
цы, выпускаемые Бийским Заводом Стеклопластиков для гиб-
ких связей трехслойных панелей.
При напряжении ~ 0,5ов один образец (№ 19) разрушился
через 13 сут; другой (№ 20) в течение 33 сут не разрушился. Ве-
роятно, что большая стойкость АСП, чем АБП, объясняется тем,
что они выпускаются по отработанной технологии, что обеспе-
чило лучшее качество.
Часть образцов, находившихся в напряженном состоянии без
воздействия среды в течение срока, при котором разрушался об-
разец-близнец, были испытаны на изгиб по ГОСТ 14019—80 «Ме-
тоды испытания на изгиб». Определяли разрушающую нагрузку.
На изгиб также были испытаны три образца АБП на свя-
зующем ЛБС после воздействия на них 1н раствора NaOH при
t = 20 °C в ненапряженном состоянии в течение 19 сут. Резуль-
таты приведены в таблице 6.2.
Контрольные образцы не выявили большого разброса по
прочности. Щелочной раствор NaOH при t — 20 °C практичес-
ки не повлиял на прочностные свойства АБП ЛБС.
Только совместное воздействие растягивающих напряжений
и щелочной среды позволяет более достоверно оценить возмож-
ное коррозионное поведение АБП.
93
S Таблица 6.1- Результаты испытаний АБП на склонность к хрупкому коррозионному разруше-
нию в 1н растворе NaOH при t - 20 °C
№ п.п.	Марки- ровка*	Поврежд. волокна, %	Вид арматуры, связующее	0 арм., мм	Напряжение при испытании о0, кг/мм2		Врямя до обрыва	
							сут-ч	ч-мин
1	1-1	40	АБП ЛБС	5,25	31,6	32	3-18,5	90-30
2	1-2	80	АБП ЛБС	5,25	32,6	33	5-18,5	138-30
3	2-1	100	АБП ЛБС	5,25	42,6	43	18-21	453
4	3-2	100	АБП ЛБС	5,25	50,2	51	1-20	44
5	3-1	50	АБП ЛБС	5,25	50,2	51	14-0,5	336-30
6	4-1	100	АБП ЛБС	5,25	52	53	Обрыв при нагружении	
7	2-2	40	АБП ЛБС	5,25	58,2	59	11-18	264
8	5-1	60	АБП ЛБС	5,25	59,3	60	3	72
9	4-2	—	АБП ЛБС	5,25	50,2	51	12 сут - обрыва нет	
10	—	50	АБП ДСВ	5,25	43,8	44,2	14-12	348
И	—	30	АБП ДСВ	5,25	67,3	68	Обрыв при нагружении	
12	—	35	АБП ЛБС**	5,25	61,6	62	3-7	79
Окончание таблицы 6.1
№ п.п.	Марки- ровка*	Поврежд. волокна, %	Вид арматуры, связующее	0 арм., мм	Напряжение при испытании о0, кг/мм2		Врямя до обрыва	
							сут-ч	ч-мин
13	—	70	АБП ЛБС**	5,25	64,6	65	10-16	256
14	—	50	АБП ЛБС***	5,25	50,2	51	4-5	101
15	—	—	АБП ЛБС***	5,25	61,6	62	7-9	177
16	—	70	АБП ЭНФБ	4,3	29,6	35	Обрыв при нагружении	
17	—	40	АБП ЭНФБ	4,3	45,9	55	0,2	5
18	—	30	АБП ЭНФБ	6,4	49	58	4-22,5	118-30
19	—	50	АСП****	5,25	51,1	52	13-2	312-30
20	—	—	АСП****	5,25	50,3	51	33 сут- обрыва нет	
Примечания
* Первая цифра - номер стержня, вторая - порядковый номер образца.
** Образец подвержен ТВО в бетоне.
*** Образец подвержен ТВО и MP3 в бетоне.
**** В качестве аналога испытана арматура стеклопластиковая по ТУ-2296-001-20994511-98.
40
1Л
Таблица 6.2 — Результаты испытаний образцов АБП иа изгиб
Наименование	Марка	Диаметр, мм	Разрушающая нагрузка, кге	
			Контрольные*	1н р-р NaOH**
АБП ЛБС	4-1	5,25	140	
	4-3	5,25	140	
	5-3	5,25	130	
АБП ЛБС	1-3	5,25		140
	2-3	5,25		80
	3-3	5,25		140
АБП ДСВ***	—	5,25	130	130
АБП ЭНФБ	—	4,3	110	100
		6,4	170	165
АСП****	—	5,25	180	170
Примечания
* Контрольные образцы находились под напряжением в атмосферных
условиях.
** Воздействие 1 н раствора NaOH на ненапрягаемые образцы АБП в
течение 19 сут.
*** Твердение в камере влажного твердения.
**** Стеклопластиковый образец испытан для сравнения.
Выполненные исследования показали, что:
-	отрицательного воздействия тепловяажностной обработ-
ки на склонность к хрупкому разрушению не выявлено;
-	уменьшение уровня нагружения увеличивает стойкость к
хрупкому разрушению;
-	существенное влияние на хрупкое разрушение оказывает
технология изготовления арматуры, над которой необходимо
продолжить работу.
7 Анализ результатов экспериментальных исследований
коррозионной стойкости неметаллической арматуры,
выполненных в разные годы в НИИЖБ
Экспериментальные исследования коррозионной стойкос-
ти композитных материалов в жестких условиях испытаний
96
показали, что наибольшей стойкостью обладают композиты на
основе эпоксидных и модифицированных фенолоформальде-
гидных смол и базальтовых волокон.
Стойкость композитных материалов в большой степени за-
висит от технологии изготовления материала. Важнейшим фак-
тором является качество контакта связующего с волокном, в
частности, степень заполнения связующим пространства меж-
ду волокнами. Пространство, не заполненное полимером, сни-
жает прочность и, в еще большей степени, увеличивает диффу-
зионную проницаемость материала для щелочных растворов,
делая материал менее долговечным. Процесс заполнения по-
лимером пространства между волокнами зависит от вязкости
полимера и поверхностного натяжения на границе «волокно —
полимер». В большой степени проблема решается применени-
ем специальных веществ — аппретов, являющихся поверхност-
но-активными веществами. В ряде случаев повышение стойко-
сти композитных материалов в щелочных средах также дости-
гается применением аппретов.
Важной задачей настоящего исследования является установ-
ление прогнозных сроков службы арматуры в щелочной среде
бетона. В выполненных расчетах сроков службы стержней ис-
ходили из представлений о диффузионном ограничении про-
цесса коррозии материала. Диффузионное ограничение озна-
чает, что скорость коррозионного процесса определяется не
скоростью собственно химических реакций, а скоростью диф-
фузионного переноса в реакционную зону реагирующих мате-
риалов, в данном случае раствора щелочи. Для расчетов исполь-
зовали частные решения уравнения Фика для нестационарной
диффузии в полубесконечном теле и в теле с двумя отражаю-
щими границами. Расчеты показали приемлемую скорость кор-
розионного процесса.
Испытания композитных материалов выполняли в услови-
ях, когда коррозионные процессы протекают с максимальной
скоростью. Этому способствуют высокая концентрация щело-
чей и постоянный контакт с жидкой агрессивной средой. В ре-
альных условиях эксплуатации концентрация щелочей в бето-
не будет пониженной вследствие их частичного химического
97
связывания и сорбции компонентами цементного камня, а так-
же ввиду карбонизации бетона углекислым газом воздуха. На-
личие в щелочной среде бетона ионов кальция также замедляет
скорость диффузии и химического взаимодействия жидкой сре-
ды с композитным материалом.
Контакт композитного материала с большими объемами
жидкой агрессивной среды также вероятен. В большинстве слу-
чаев коррозионный процесс будет развиваться в условиях огра-
ниченного количества жидкости.
Рассмотрим роль отдельных факторов, влияющих на кор-
розию композитной арматуры.
Роль температурно-влажностных условий
По данным [ 1 ], долговременная прочность стеклопластико-
вой арматуры в нормальных температурно-влажностных усло-
виях составляет 62,5 — 65 % предела прочности при кратковре-
менных испытаниях.
По другим данным [7], в сухих условиях при температуре до
100 — 200 °C и напряжении (0,35 — 0,47)ов прочность стекло-
пластиковой арматуры увеличивается. Тепловую обработку ар-
мированных изделий рекомендовано выполнять при темпера-
туре не более 60 °C.
Ускоренное разрушение стеклопластика в щелочной сре-
де при повышении температуры связано как с ускорением хи-
мических реакций, так и с увеличением скорости диффузии
щелочей в полимере. Диффузионная проницаемость эпок-
сидных смол равна (0,4 — 0,9)10~8 см2/с при температуре 20 °C и
(2,3 — 3)10“8 см2/с при температуре 50 °C, т. е. с повышением темпе-
ратуры до 50 °C скорость диффузии ускоряется в 3 — 6 раз [15].
При кратковременном воздействии температуры до минус
227 °C свойства стержней из композитного материала не изме-
няются [26].
При высушивании прочность стеклопластиковой арматуры
повышается.
Масса стеклопластиковой арматуры на эпоксидном связу-
ющем в щелочной среде:
98
при температуре 20 °C после небольшого увеличения стаби-
лизируется;
при температуре 60 °C непрерывно, почти линейно увели-
чивается;
при температуре 100 °C быстро увеличивается.
В насыщенном растворе Са(ОН)2 снижение прочности ком-
позитной арматуры было больше, чем в бетоне. Снижение проч-
ности стеклопластиковой арматуры в растворе Са(ОН)2 во вре-
мени замедляется и в ряде случаев прекращается, что объясня-
ется уплотнением пор продуктами коррозии и замедлением
диффузии. Тепловлажностная обработка понижала прочность
стеклопластиковой арматуры.
В выполненных в НИИЖБ исследованиях тепловлажност-
ная обработка мало влияла на прочность композитной армату-
ры лучших составов.
Изменение прочности композитной арматуры
в щелочных растворах и в цементном бетоне
Из работ разных авторов известно, что прочность на растя-
жение стеклопластиковой арматуры на эпоксидных компаун-
дах за 3 месяца в 0,1н растворе NaOH и в насыщенном растворе
Са(ОН)2 снизилась на 32 и 15 % [6], [9 — 13], [16] соответствен-
но. Прочность стеклопластиковой арматуры на эпоксидно-фе-
нольном связующем за 30 сут хранения в воде, в 1н растворе
NaOH и в среде, имитирующей щелочную среду бетона, снизи-
лась на 16, 50 и 16 % [12], [13], [22] соответственно. В растворе,
имитирующем среду твердеющего бетона, прочность стеклопла-
стиковой арматуры диаметром 3 мм на эпоксидном связующем
за 120 сут понизилась с 1300 до 400 МПа, а к 240 сут до 240 МПа
[21]. Арматура на эпоксидной смоле ЭД-6 за 720 сут в 1н раство-
ре NaOH не имела видимых повреждений, масса ее увеличи-
лась на 1,44 % [23], [24].
Арматура на эпоксидно-фурановом связующем и алюмобо-
росиликатном стекловолокне за 90 сут понизила прочность в
насыщенном растворе Са(ОН)2 на 10 % [6].
Испытаниями [2] показано, что за 30 - 37 сут выдержива-
ния стеклопластиковой арматуры на эпоксидной смоле в це-
99
ментно-песчаном растворе прочность снизилась на 12,9 %. В
цементном бетоне за 1 — 3 мес прочность стеклопластиковой
арматуры понизилась незначительно, но во времени снижение
прочности прогрессировало.
Исследование влияния технологических факторов [25] по-
казало:
снижение прочности стеклопластиковой арматуры разли-
чается при использовании различных видов цемента в бето-
не. В бетоне на пуццолановом цементе прочность снижалась на
5 — 8 %, в бетоне с пониженным содержанием C3S — на 25 %;
в среде керамзитобетона снижение прочности арматуры про-
исходило в более поздние сроки;
в процессе пропаривания бетона по режиму 2+8+2 ч при
температуре 90 °C в зависимости от вида цемента прочность
стеклопластиковой арматуры снижалась на 35 — 45 %;
в бетонных призмах, выдержанных в течение 1 года в натур-
ных атмосферных условиях, прочность стеклопластиковой ар-
матуры снизилась на 38 %;
в бетоне с добавкой СаС12 прочность арматуры снизилась
за 1 год на 5 %. Автор объясняет это снижением pH бетона;
в бетоне с добавкой ССБ за 1 год хранения прочность арма-
туры повысилась;
покрытия из свинцового сурика и эпоксидной смолы повы-
шали стойкость стеклопластиковой арматуры;
ползучесть и релаксация напряжений стеклопластиковой
арматуры в среде бетона существенно не отличались от соот-
ветствующих показателей арматуры, хранившейся на воздухе.
Влияние вида цемента
Вытяжки из цементов с высоким содержанием щелочей бо-
лее агрессивны по отношению к стекловолокну, чем вытяжки
из цемента с низким содержанием щелочей [27].
Стеклопластиковая арматура на основе эпоксидной смолы
и бесщелочного стекла в плотном бетоне с В/Ц=0,4 — 0,44 на
сульфатостойком портландцементе Себряковского завода не-
значительно снизила прочность за 240 сут [3], [4], [14], [23].
100
В наибольшей степени прочность стеклопластиковой арма-
туры снижалась в бетоне на портландцементе, несколько мень-
ше — в бетоне на особо быстротвердеющем цементе и менее все-
го — в бетоне на шлакопортландцементе. Наименьшее сниже-
ние прочности наблюдалось у арматуры в бетоне, твердевшем в
воздушных условиях и затем хранившемся в тех же условиях [19].
Влияние влажности бетона
Стеклопластиковая арматура на основе алюмоборосиликат-
ного стекловолокна и эпоксидного связующего:
при непосредственном действии жидкой среды на бетон сни-
жала прочность и разрушалась через 300 сут;
при относительной влажности 100 % за 600 сут снижала
прочность на 20 %;
при относительной влажности до 70 % за 60 сут снижала
прочность на 16 — 18 %, затем прочность увеличивалась [18].
Проведенный сравнительный анализ литературных данных
и результатов собственных экспериментов НИИЖБ, выполнен-
ных совместно с МАТИ и рядом других организаций, показал,
что наибольшей стойкостью в щелочных средах обладает арма-
тура, изготовленная на эпоксидном (ЭНФБ) и модифицирован-
ном фенолоформальдегидном (ДСВ) связующем и аппретиро-
ванном базальтовом волокне. Эти составляющие были реко-
мендованы для дальнейшей отработки технологии получения
базальтопластиковой арматуры. Показано сильное влияние на
коррозионную стойкость базальтопластиковой арматуры техно-
логии ее изготовления, в частности степени уплотнения мате-
риала. При отработке технологии АБП особое внимание долж-
но быть уделено получению материала повышенной плотности
и стабильности.
Прочность при растяжении и модуль упругости опытных партий
АБП составили: ов = 810 — 990 МПа, £=48000 — 50000 МПа.
Проведенными исследованиями показано, что тепловлаж-
ностная обработка и воздействие знакопеременных температур
в диапазоне +20 ... —50 °C практически не влияют на физико-
механические свойства и на склонность к хрупкому разруше-
нию АБП при воздействии щелочных сред. Установлено значи-
101
тельное влияние напряженного состояния на поведение АБП в
щелочных средах. При напряжении, превышающем 0,3 времен-
ного сопротивления растяжению, проявляется хрупкое разру-
шение арматуры. Необходимо отметить, что опытные партии
АБП, изготовленные на лабораторном оборудовании, не позво-
ляют обеспечить стабильное качество арматуры.
Качество и стойкость арматуры неметаллической полимер-
ной во многом будут определяться технологией изготовления и
контролем стабильности ее свойств.
8 Опыт применения стеклопластиковой арматуры
при возведении мостов (с конца 70-х годов XX века)
В связи с возобновлением интереса к применению в строи-
тельной промышленности неметаллической высокопрочной
арматуры на основе базальтового или стекловолокна возникла
необходимость проведения обследования состояния стеклопла-
стиковой арматуры, использованной в конструкциях мостов на
автомобильных дорогах ряда территорий Дальнего Востока Рос-
сии. Мосты были возведены еще в 70 — 90-х годах прошлого сто-
летия под руководством д.т.н., профессора Кулиша В.И. с учас-
тием сотрудников кафедры «Мосты, основания и фундаменты»
ТОГУ*, и три опытных моста эксплуатируются по настоящее
время. Пролетные строения этих мостов были предварительно
напряжены высокопрочным неметаллическим коррозионноу-
стойчивым материалом — стеклопластиковой арматурой.
В опытных мостах была применена стеклопластиковая ар-
матура диаметром 6 мм, выпущенная на технологической ли-
нии ТЛ-СПА-3 в Институте строительства и архитектуры Гос-
строя Белорусской ССР. Временное сопротивление разрыву ар-
матуры составляло 1600 МПа, плотность — 2,02 т/м3, содержа-
ние эпоксифенольного связующего 17 —20 %. Прочность и де-
формативность арматуры определялись свойствами стеклово-
* Обследование конструкций со стеклопластиковой арматурой проводи-
лось сотрудниками кафедры «Мосты, основания и фундаменты» Тихоокеан-
ского Государственного Университета (ТОГУ).
102
локна, а в поперечном сечении стержня 06 мм были расположе-
ны 5,2х105 стекловолокон 010 мкм алюмоборосиликатного соста-
ва, причем связующего 20 % по массе было достаточно для равно-
мерного его распределения между стеклянными волокнами.
В 2006 г. по техническому заданию НИИЖБ сотрудниками
кафедры «Мосты, основания и фундаменты» ТОГУ было про-
ведено обследование этих трех мостов. В целом можно признать
обнадеживающими результаты обследований конструкций с
доступными к непосредственному осмотру участками преднап-
ряженной стеклопластиковой арматуры и конструкций с вне-
шними факторами, которые косвенным образом отражали вли-
яние арматуры на состояние пролетных строений. Еще в нача-
ле 60-х годов прошлого столетия при исследовании свойств стек-
лопластиковой арматуры был отмечен факт разрыва стержней
через 2 — 4 ч при уровнях натяжения (0,72 — 0,95)ов. Это обсто-
ятельство послужило основанием к тому, чтобы расчетные со-
противления арматуры в стадии эксплуатации и стадии пред-
варительного напряжения определять с учетом коэффициента
длительной прочности тт=0,65.
Коэффициент длительной прочности был принят во вни-
мание при назначении контролируемых усилий при создании
предварительных напряжений стеклопластиковой арматуры в
опытных мостах. При их обследовании в 2006 г. особое внима-
ние обращали на состояние контакта стержней арматуры с ос-
новой балок, на возможное проскальзывание стержней отно-
сительно несущих конструкций, проявление податливости стек-
лопластиковой арматуры в анкерных зонах и, как следствие,
потерю (или уменьшение) эффекта преднапряжения.
Обследование проводили на следующих конструкциях опыт-
ных мостов:
деревожелезобетонное пролетное строение моста с балками
из клееной древесины, предварительно напряженными стекло-
пластиковой арматурой;
стеклопластикобетонное пролетное строение длиной 15 м;
сталежелезобетонное пролетное строение моста с металли-
ческими балками, предварительно напряженными затяжками
из стеклопластиковой арматуры.
103
8.1 Деревожелезобетонное пролетное строение с балками
из клееной древесины, предварительно напряженными
стеклопластиковой арматурой
Первое в СССР деревожелезобетонное пролетное строение
моста с преднапряженными балками из клееной древесины про-
летом 9 м по проекту кафедры «Мосты и тоннели» Хабаровского
политехнического института построено и введено в эксплуата-
цию в 1975 г. Управлением «Амуравтодор» через суходол на ул.
Южной в с.Екатеринославке Амурской области. Каждая из шес-
ти балок сечением 20x61 см из древесины ели была преднапря-
жена четырьмя пучками стеклопластиковой арматуры по четыре
стержня диаметром 6 мм. Балки объединены с железобетонной
плитой проезжей части марки 300 (см. рисунки 8.1 и 8.2).
Для уменьшения скалывающих напряжений в балках опыт-
ного моста пучки стеклопластиковой арматуры были рассре-
доточены и размещены в криволинейных пазах на приопор-
ных участках балок (рисунок 8.3). Это позволило снизить кон-
центрацию усилий преднапряжения, снизить вероятность по-
явления трещин, повысить несущую способность балок по по-
перечной силе на участках наклонного расположения пучков,
а также снизить влияние на состояние стержней арматуры ло-
кальных деформаций в опорных узлах, имеющих существен-
ное развитие в древесине при малых значениях прочностных
и жесткостных показателей в направлении поперек волокон.
Для усиления зон передачи реактивных усилий с арматуры
на основу балки в зоне анкерения арматуры концевые участки
пластей досок были выполнены из плотной, прочной древеси-
ны ясеня. Для обеспечения надежного соединения стержней
стеклопластиковой арматуры с древесиной в пазах по всей дли-
не балок использовали синтетический клей на основе эпоксид-
ных компаундов. В лабораторном эксперименте прошел про-
верку и показал хорошие результаты по объединению стекло-
пластиковой арматуры с древесиной клеевой состав на основе
полиэфирной смолы ПН-3.
После размещения стержней арматуры в предварительно
устроенных пазах концы ее были помещены в захватное устрой-
ство и натяжение осуществляли винтовыми домкратами с фик-
104
Рисунок 8.1- Конструкция моста через суходол по ул. Южной в с. Екатерииославке Амурской области
105
Рисунок 8.2 — Общий ввд моста с несущими конструкциями из клееной
древесины, армированными преднапряженной стеклопластиковой арматурой
и объединенными в совместную работу с железобетонной плитой проезда
Рисунок 8.3 — Один из этапов изготовления преднапряженных балок
сацией контролируемых усилий посредством динамометра си-
стемы Токаря Н.Г. При достижении контролируемых напряже-
ний 7000 кгс/см2 арматурные стержни выдерживали в натяну-
том состоянии 0,5 — 1 ч в целях выявления и исключения слу-
чайных проскальзываний арматуры относительно анкера как
слагаемых потерь преднапряжения.
106
При изготовлении балок опытного моста длиной 9 м был
применен способ натяжения арматуры непосредственно на бал-
ку. Захватные устройства на специальных кондукторах упира-
лись в торец балки через плиту с отверстиями под арматурные
стержни. Для закрепления арматуры использовали захватное
устройство по а.с. № 435337 [62] с одновременным натяжением
4 стержней арматуры диаметром 6 мм.
Контроль усилий и напряжений осуществляли динамомет-
ром системы Токаря Н.Г. и дублировали замером полных пере-
мещений концов арматурных стержней и взаимных смещений
арматуры относительно балки, фиксируемых по рискам на ар-
матуре и балке.
Завершающий этап изготовления балки включал: работы по
заполнению пазов с пучком стеклопластиковой арматуры кле-
евым составом; технологический перерыв для полимеризации
клеевой композиции и набора ею прочности; передачу усилия
преднапряжения с упорного устройства на основу балки; уст-
ройство связующих элементов по верхней грани балок для их
объединения на месте строительства моста с монолитной желе-
зобетонной плитой проезда.
Испытания введенного в эксплуатацию моста статической
нагрузкой (рисунок 8.4) показали соответствие его работы прин-
Рисунок 8.4 — Вид фрагмента моста после завершения статических
испытаний 1975 г.
107
пипам, положенным в основу расчета деревожелезобетонных
конструкций с особенностями взаимодействия балок комбини-
рованных сечений с плитой проезда.
Полученные данные по результатам обследования позволя-
ют отметить;
•	сохранившиеся условия совместной работы основы балок,
железобетонной плиты проезда и армоэлементов свидетельству-
ют о сохранении эффекта преднапряжения стеклопластиковой
арматуры в конструкциях моста;
•	полученные результаты обследования подтверждают
правомерность изложенных в монографии В.И. Кулиша [54]
принципиальных положений расчета преднапряженных стек-
лопластиковой арматурой клееных деревянных балок, объе-
диненных в совместную работу с железобетонной плитой
проезда;
•	представляется целесообразным установление жестких тре-
бований по назначению максимальной толщины досок, исполь-
зуемых при изготовлении клееных деревянных балок;
•	для сохранения работоспособности конструкций на осно-
ве клееной древесины необходимо неукоснительное выполне-
ние требований в рамках регламента профилактических и пла-
ново-предупредительных работ по защите древесины; при боль-
шей чувствительности клееных деревянных конструкций к
влажностным воздействиям по сравнению с конструкциями из
других материалов выполнение указанных требований являет-
ся очевидным.
8.2 Стеклопластбетонное пролетное строение длиной 15 м
Мост с применением стеклопластиковой арматуры в соста-
ве сечений железобетонных балок построен в 1989 году через
реку Хинган в г. Облучье, ЕАО (рисунок 8.5). Мост имеет схе-
му 5x15 м (опытное пролетное строение № 1 примыкает к ле-
вому берегу). В поперечном сечении стеклопластбетонного
пролетного строения установлены пять ребристых предвари-
тельно напряженных, без уширения в нижней зоне балок (ри-
сунок 8.6).
108
Рисунок 8.5 — Вид моста через реку Хинган в г. Облучке (ЕАО) с левого
берега с верховой стороны
Рисунок 8.6 — Поперечное сечение пролетного строения
со стеклопластбетонными балками
Балки пролетного строения изготовлены на Хабаровском
заводе МЖБК республиканского треста «Автомост» в 1987 году,
строительство моста было осуществлено силами МСУ-12 рес-
публиканского треста «Автомост» в 1989 году. Опытные балки
были изготовлены в опалубочных формах, предназначенных для
выпуска ребристых балок из предварительно напряженного
железобетона поТП серии 3.503-14, вып. 6, 7, 8 [55], имеющих в
качестве напрягаемой арматуры пять пучков из 24 стальных
проволок диаметром 5 мм класса Вр-П. Пролеты № 2 - 5 моста
через реку Хинган с опытным пролетным сгроением № 1 были
изготовлены именно из таких балок.
109
Изготовление мостовых железобетонных балок по [55] в со-
ответствии с традиционной технологией предполагает закреп-
ление концов пучков в клиновых анкерах на одной стороне стенда
и закрепление концов пучков в домкратах двойного действия —
на другом. На Хабаровском заводе МЖБК изготовление реб-
ристых балок длиной 15 м из предварительно напряженного
железобетона осуществлялось по стендовой технологии с ис-
пользованием двухпетлевых пучков из стальной высокопроч-
ной арматуры (СВА) диаметром 5 мм. Пучки на одном конце
стенда крепились пальцами-фиксаторами, на другом — тягами
к гидравлическим домкратам. После бетонирования и тверде-
ния бетона балок осуществлялась плавная передача усилия на-
тяжения арматуры со стенда на балки путем нагревания газо-
пламенной горелкой с последующим удалением концевых уча-
стков петлевых пучков. Эта технология наряду с реализацией
ряда интересных практических решений была освоена и отра-
ботана на Хабаровском заводе МЖБК при инициативе и непос-
редственном участии профессора кафедры «Строительные ма-
териалы и изделия» ТОГУ Судакова В.И. [56].
Изготовление экспериментальных балок было ориентирова-
но на максимальное использование имеющегося оборудования и
отработанные технологии в отношении преднапряженных желе-
зобетонных балок. Поэтому армирование стеклопластбетонных
балок было принято комбинированным (рисунки 8.7 и 8.8): со-
здание начальных напряжений в них осуществлялось четырьмя
пучками стеклопластиковой арматуры по 24 стержня диаметром
6 мм в каждом (As=6,78 см2) и одним пучком из 40 стальных высо-
копрочных проволок диаметром 5 мм (As=7,85 см2). Армирова-
ние балок ненапрягаемой арматурой классов A-I и А-П было
оставлено без изменений.
Пучки типа 1 имели общую длину 16,79 м, пучки типа 2 —
16,39 м, длину концевых петель на неподвижном конце из СВА
2605Вр-П — 1,21 м, длину концевых петель на конце, соединя-
емом с домкратом из СВА 2605Вр-П, — 1,12 м.
Для анкеровки пучков в бетоне балок использовали стыко-
вые обоймы и внутренние анкеры в виде стальных пластинок
размером 1x2x7 см с обточенными гранями, которые устанав-
110
Рисунок 8.7— Схема армирования напрягаемой арматурой балок длиной 15 м
Ill
Е

73	X
О	£	Ь
	с	1
Е	S	й»
О	~ *
Y	О	О СУ
	с а с -з
	л с с
	й ф’	h л
X ?	с ч о е
Л (	W X X	(Ь
X S	4' KXSk
&	х о е х
Г	< X X Я X
	а s ь us с
-j	«и о а £ о
, о	сз с с м с
с Л	Г-	ъ	о
I °	С С X
«4 „	
X <£	
О С	
X *-	
о а	
с о	
о о	
Рисунок 8.8 — Конструкция пучков из напрягаемой арматуры для опытных балок длиной 15 м
112
ливали в пучки, с разделением пучка на две части с равным ко-
личеством стержней. Расстояние между пластинками — 15 см.
На каждом конце пучка устанавливали по 5 пластинок, на все
пучки опытного моста — 200 пгт. Каждую последующую плас-
тинку устанавливали с поворотом по отношению к предыдущей
на450°. Зона установки пластинок, равная 90 см, отстояла от тор-
цов стыковых обойм на расстоянии 162 см в пучках сред него (вто-
рого) ряда, в пучках третьего ряда — на расстоянии 60 см. Зона
установки пластинок внутреннего анкера снабжалась скрутка-
ми из углеродистой проволоки диаметром 3 мм с обеих сторон
зоны на протяжении 5 см.
На пучке в зоне установки пластинок располагалась арма-
турная спираль (как аналог армирования в зоне постановки
внутренних анкеров железобетонных преднапряженных балок).
Контролируемое усилие натяжения пучков — 480 кН, уси-
лие в пучке при перетяжке в течение 5 мин — 528 кН. В период
изготовления опытных балок в стержнях стеклопластиковой
арматуры контролируемое напряжение составило 708 МПа
(0,44 ов), суммарная величина потерь предварительного напря-
жения пучков составила 63,7 МПа, в то время как стальная ар-
матура имела бы суммарные потери 190 МПа. При создании
контролируемых усилий вытяжка пучков типа 1 составила 208 мм,
типа 2 — 205 мм.
Для ускорения твердения бетона балки была проведена его
тепловая обработка с подъемом температуры до 80 °C. Переда-
точная прочность бетона была установлена в 90 % прочности
проектного класса бетона В45.
В интересах успешного внедрения стеклопластиковой арма-
туры в преднапряженные конструкции необходимо исключить
воздействие булавы вибратора или передачу виброимпульсов
крупным заполнителем непосредственно на арматурные стер-
жни для предупреждения повреждений оплеточного слоя и стек-
лянных нитей.
Соединение стеклопластиковых и стальных концевых пет-
левых частей пучков осуществляли заливкой эпоксидно-цемен-
тным компаундом стыковых узлов (анкеров), представляющих
собой отрезки стальных труб, в которые были запасованы впе-
113
рехлест концы стержней стеклопластиковой и стальной арма-
туры. В преддверии изготовления опытных балок в производ-
ственных условиях были проведены испытания на разрыв трех
типов анкеров, отличающихся длиной и диаметром отрезков
труб. Состав полимерного компаунда не варьировался. Наилуч-
шие результаты (проскальзывание стальных проволок в компаун-
де начиналось при усилии натяжения пучков 650 кН) были дос-
тигнуты в анкерах, имеющих длину труб 30 см, диаметр — 86 мм и
толщину стенки — 4 мм (рисунок 8.8).
При изготовлении стыков стеклопластиковых и стальных
частей выполняли следующие технологические операции:
-	обезжиривание стальных проволок на участке стыка аце-
тоном;
-	выравнивание длины стальных проволок петли путем по-
становки сжима из двух металлических пластин, стягиваемых
винтами на месте перегиба стальных проволок;
-	попарное объединение стальных и стеклопластиковых
стержней проволочными скрутками на месте стыка;
-	приготовление эпоксидного компаунда и его заливка в
обойму стыка в вертикальном положении.
Испытанию в заводских условиях подвергали стыковые узлы
пучков, состоящих из концевых стальных петель, содержащих
по 26 высокопрочных проволок диаметром 5 мм класса Вр-П, и
среднего участка из 24 стержней стеклопластиковой арматуры
диаметром 6 мм. Длина стальных частей —1,15м, длина стекло-
пластиковой части — 1,8 м.
Для заливки стыковых обойм применяли эпоксидный ком-
паунд состава, в частях по массе:
-	эпоксидная смола (ЭД-20)	— 1;
-	отвердитель (полиэтиленполиамин) —0,1;
-	пластификатор (дибутилфтолат)	—0,15;
-	наполнитель (цемент)	— 2.
Твердение компаунда проходило в течение первых двух су-
ток в естественных условиях, в течение последующих двух су-
ток — прогрев по 12 ч в сутки при t — 80 °C.
Натяжение опытных пучков со стыковыми узлами осуще-
ствляли ступенями по 15 кН с выдержкой 30 с на ступени.
114
Обследование опытного пролетного строения моста приве-
ло к выводу об успешном эксперименте по применению стек-
лопластиковой арматуры и о необходимости проведения даль-
нейших более широких экспериментов с организацией наблю-
дений, инструментальной диагностики, фиксацией не только
перемещений, но и деформаций, с обеспечением доступа к ар-
моэлементам из стеклопластиковой арматуры. Представленный
опыт создания анкерных устройств, подготовки армоэлементов
из стеклопластиковой арматуры, изготовления стеклопластбе-
тонных балок и положительный опыт эксплуатации конструк-
ции в течение 22 лет дают основание для более широкого вне-
дрения и глубокого изучения вопроса поведения стеклоплас-
тиковой арматуры в преднапряженных конструкциях.
8.3 Сталежелезобетонное пролетное строение моста
с металлическими балками, предварительно напряженными
затяжками из стеклопластиковой арматуры
Мост со сталежелезобетонным пролетным строением, балки
которого преднапряжены стеклопластиковой арматурой, был
построен в России в 1981 году в Приморском крае через реку Тиг-
ровую на 35 км автомобильной дороги Шкотово — Партизанск.
Схема моста — 2x6+2x12+2x6 м. Третье пролетное строение это-
го моста — опытное, полной длиной 12 м (рисунок 8.9). В его по-
перечном сечении расположены шесть металлических преднап-
ряженных балок, объединенных монолитной железобетонной
плитой проезжей части. Характеристики опытного пролетного
строения — Г-8,1+2x0,75, расчетные нагрузки Н-30, НК-80 [57].
В качестве главных балок в пролетном строении использова-
ны прокатные двутавры № 45, для обеспечения несущей способ-
ности которых осуществлено их преднапряжение затяжками из
стеклопластиковой арматуры по 12 стержней диаметром 6 мм.
Необходимая величина предварительного напряжения нижних
поясов балок составляла 69 МПа при эксплуатационном усилии
предварительного напряжения затяжек 215 кН и напряжении в
стеклопластиковой арматуре 672 МПа. Контролируемое усилие
предварительного напряжения составило 236 кН при напряжении
115

116
в стеклопластиковой арматуре, равном 738 МПа. Натяжение затя-
жек осуществляли гидродомкратом двойного действия ДП-63 -315,
предназначенным для натяжения пучков из 24 стальных прово-
лок диаметром 5 мм. Возможность натяжения пучков из 12 стер-
жней стеклопластиковой арматуры диаметром 6 мм серийным оте-
чественным гидравлическим домкратом была обеспечена за счет
использования специального захватного устройства.
Ось пучка в месте анкеровки находилась на расстоянии 8 см
от нижнего пояса, в пролете это расстояние по расчетно-конст-
руктивным требованиям и условиям защиты пучка составляло
5 см. Изменение очертания оси пучка осуществлено прижима-
ми из отрезков уголка № 50. Д ля предотвращения разрушения стек-
лопластиковой арматуры о прижимы между отрезками уголков и
арматурой были установлены прокладки из полиуретана. Анкеров-
ка стеклопластиковой арматуры в опытном пролетном строении
осуществлена в стальных круглых обоймах длиной 160 мм с помо-
щью конических пробок и заливки пространств между стерж-
нями эпоксидно-цементным компаундом.
Предварительное напряжение осуществляли путем вытяж-
ки свободных концов затяжек домкратом на 117 мм, для чего
концы стержней закрепляли в клиновых вкладышах, размеща-
емых по периметру кольца захвата. Для выполнения анкеровки
свободных концов затяжек усилие предварительного напряже-
ния с кольца захвата передавалось на упор посредством двух
распорок, и в таком состоянии осуществляли анкеровку.
Защиту затяжек из стеклопластиковой арматуры от механи-
ческих воздействий осуществляли прокатным металлом (швел-
леры, уголки), приваренным к нижним поясам по длине затя-
жек. В трех балках доступ к стеклопластиковой арматуре осу-
ществлялся за счет съемных отрезков уголков длиной 30 см.
Все работы по изготовлению преднапряженных балок были
выполнены в лаборатории кафедры «Мосты и тоннели» Хабаров-
ского политехнического института в 1980 г. Фрагменты опытного
пролетного строения моста представлены на рисунках 8.10 — 8.12.
Рисунки 8.10 и 8.11 несут информацию о конструктивно-компо-
новочных решениях экспериментального пролетного строения
моста, рисунок 8.11 детализирует конструкцию балок, расположе-
117
Рисунок 8.10 — Вид снизу на сталежелезобетонное экспериментальное
пролетное строение моста. На нижнем поясе крайней балки водны упоры
для стеклопластиковой арматуры
Рисунок 8.11 — Вод снизу на металлические балки, преднапряженные
стеклопластиковой арматурой. На нижних поясах видны устройства
(анкеры-упоры) для натяжения и закрепления пучков преднапряженной
стеклопластиковой арматуры
118
Рисунок 8.12 — Фрагменты нижнего пояса балок (вид снизу) с упорами и
анкерами для натяжения и закрепления стержней стеклопластиковой
арматуры
ние упоров для анкерения стеклопластиковой арматуры, дает об-
щий их вид. При обследовании опытного пролетного строения в
2006 г. было отмечено удовлетворительное состояние покрытия,
одежды ездового полотна, плиты проезда, металлических балок.
Фрагменты моста, представленные на рисунке 8.12, заост-
ряют внимание на состоянии зон анкерения стержней стекло-
пластиковой арматуры в круглых обоймах, на состоянии кон-
такта монолита эпоксидно-цементного компаунда со стержня-
ми пучка стеклопластиковой арматуры и ребрами жесткости
упора. Тщательный осмотр при обследовании анкеров и про-
странств между ребрами упоров, заполненных эпоксидно-це-
ментным компаундом, не выявил проскальзывания стержней
СПА относительно несущих конструкций.
Таким образом, результаты обследования объекта в 2006 году
свидетельствуют о сохранении эффекта предварительного на-
пряжения в конструкциях пролетного строения моста и позво-
ляют утверждать, что предложенные конструкции и реализо-
ванные технологии по захвату, закреплению стержней в анкер-
ных устройствах на балках, принятые меры по обеспечению
выносливости сопряжения пучка с упором получили положи-
тельную оценку после 25-летней эксплуатации.
119
9 Путь развития исследовательских и практических работ
по арматуре композитной полимерной
начиная с 2000 года
С 2000 г. НИИЖБ совместно с ООО «АСП», а затем с ООО
КНПО «Уральская Армирующая Компания» начал исследова-
ния, направленные на совершенствование технологии произ-
водства композитной арматуры, улучшение ее свойств путем
подбора связующего, ровинга.
Привлекательность применения композитов в строительстве
заключается в следующих качествах:
-	высокая коррозионная стойкость к агрессивным воздей-
ствиям внешней среды;
-	высокие физико-механические характеристики;
-	малая объемная масса;
-	высокие диэлектрические свойства;
-	высокие теплофизические свойства.
Однако опыт применения стеклопластиковой композитной
арматуры показал, что стандартное алюмоборосиликатное стек-
лянное волокно не обладает достаточной химической стойкостью
от воздействия щелочной среды бетона. Эпоксидные, полиэфир-
ные смолы, используемые для пропитки связующего волокна, так-
же накладывают ряд ограничений как по химической стойкости,
так и по тепловлажностной обработке строительных конструкций.
Целью наших работ являлись:
1.	Разработка модифицированных полимерных связующих,
обладающих повышенной химической итермической стойкостью.
2.	Применение в качестве наполнителя базальтовых воло-
кон, имеющих по сравнению со стеклянными волокнами более
высокие физико-механические характеристики, химстойкость,
диэлектрические свойства.
3.	Разработка технологии и опытно-промышленного произ-
водства базальтопластиковой композитной арматуры.
9.1 Материалы для изготовления композитной арматуры
Композитная арматура представляет собой изделие, состо-
ящее из волоконных материалов, пропитанных связующим.
120
Связующее склеивает волокна в монолитный стержень, обес-
печивая их совместную работу, защищает их от непосредствен-
ного воздействия агрессивной среды эксплуатации. Волокна
определяют деформативность изделия и воспринимают воздей-
ствие силовых нагрузок.
Волоконные наполнители
В качестве силового продольного волокна был применен
ровинг стеклянный ЕС 13 2520Н-78 ТУ 6-48-00205009-116-97
производства ОАО «СтеклоНит» (г. Уфа).
Для создания периодического профиля использовали
крученые стеклянные нити ЕС 9 52x2 z80, ЕС 9 52x2x3 Z100
ТУ 6-48-0205002-71-90 производства ОАО «СтеклоНит» (г. Уфа).
В качестве базальтового волокна был испытан ровинг РБ
13-800-«76» ТУ 5952030-00204949-95 производства ОАО «Судо-
годское стекловолокно».
Свойства исследуемых материалов представлены в табли-
це 9.1.
Таблица 9.1 — Свойства волоконных наполнителей
Наименование показателей	ЕС 13 2520Н-78	ЕС 952x2z80	ЕС 9 52x2x3 zl00	РБ 13-800-«76»
Результирующая линейная плот- ность, текс	2588	105	638	802
Удельная разрыв- ная нагрузка, МН/текс (гс/текс)	549 (56)	578 (59)	519 (53)	363 (37)
Влажность, %	0,5	—	—	0,1
Количество кру- чений на 1 м	—	84	98	—
Массовая доля веществ, удаляе- мых цри прока- ливании, %	1,0	1,7	—	1,6
121
Полимерные связующие
Полимерное связующее должно обеспечивать получение
монолитного изделия, обеспечивающего совместную работу
волокон в процессе нагружения и наиболее полное использо-
вание прочности волокна. Для этого линейные молекулы по-
лимера при отверждении должны приобретать пространствен-
но-сетчатую молекулярную структуру и необратимое термоста-
бильное состояние. Кроме того, полимерное связующее долж-
но обладать адгезией к волокну, а также высокими физико-
механическими характеристиками и химической стойкостью к
средам эксплуатации.
В качестве полимерных связующих для изготовления ком-
позитной арматуры были исследованы композиции следующе-
го состава, % по массе:
Эпоксидная смола ЭД-20 ГОСТ 10587—84	- 100
Изометилтетрагццрофталевый ангидрид (ИЗМТГФА)	— 80
ТУ 38-103149-85
Алкофен ТУ 6-09-4136	- 2
Для улучшения свойств в базовые составы смол вводят функ-
циональные добавки. Введение в эпоксидную смолу ЭД-5 тио-
кола и полиэфира должно повысить химстойкость и эластичность
арматуры. Этими свойствами обладает компаунд К-153.
Компаунд К-153	-	100
ИЗМТГФА	-	80
Алкофен	—	2
Повышенной химстойкостью обладает полиэфирная нена-
сыщенная смола «Камфэст-05» производства ОАО «Пермские
полиэфиры», представляющая собой стирольный раствор про-
дукта поликонденсации пропиленгликольтерефталата с фума-
ровой кислотой или малеиновым ангидридом.
Полиэфирная смола «Камфэст-05»	— 100
Пероксид циклогексанона в трихлорэтилфосфате (ПЦГ) — 2
Нафтенат кобальта (НК)	— 0,5
Также исследованы свойства эпоксидной смолы, модифи-
цированной по технологии ООО «АСП».
122
Модифицированная смола ЭДИ-8П
ИЗМТГФА
Алкофен
- 100
- 75
- 2
Свойства смол и их основные характеристики представле-
ны в таблице 9.2.
В центральной лаборатории ОАО «Галоген» (г. Пермь) были
проведены испытания по определению химической стойкости
образцов полимерных композиций по ГОСТ 9.030—74. Группу
химической стойкости определяли по ГОСТ 9.071—76. Испы-
тания проводили в следующих агрессивных растворах:
1.	40%-ная фтористоводородная кислота (HF) по ТУ 6-
09-3401-88.
2.	Смесь соляной и фтористоводородной кислот (HC1+HF)
по ТУ 6-02-14-13-91.
3.	70 %-ная фтористоводородная кислота по ТУ 6-09-2622-88.
Продолжительность испытаний составляла 32 сут при тем-
пературе (20+2) °C. Образцы помещали в раствор так, что по-
ловина их находилась в растворе, а другая — в парах этого ра-
створа. Результаты испытаний приведены в таблице 9.3.
По результатам сравнительных испытаний наивысшую хи-
мическую стойкость 1-й группы показала модифицированная
эпоксидная композиция на основе смолы ЭДИ-8П.
Основной причиной низкой химической стойкости армату-
ры, производимой по традиционному пултрузионному прин-
ципу изготовления стеклопластиков, является недостаточная
плотность структуры композитного материала. Вследствие этого
ахрессивная среда поражает не только поверхность арматуры,
но и проникает внутрь стержня, что приводит к одновременно-
му повреждению всего объема композита.
При пултрузионном методе, по-видимому, происходит вы-
жимание связующего из поверхностного слоя жгута, что при-
водит к уменьшению плотности поверхностного слоя и возмож-
ному проникновению агрессивной среды внутрь стержня.
Описанный ранее в главе 4 пултрузионный принцип изго-
товления композитной арматуры не позволяет обеспечить не-
обходимую стойкость арматуры в различных агрессивных сре-
дах, а также требуемую производительность линий. Для обес-
123
Таблица 9.2- Основные свойства полимерных связующих
Деформацион- ная теплостой- кость, °C	125	90		146	
Водопоглоще- ние, %	0,16	0,3	0,13-0,16	80‘0	
Относительное удлинение при разрыве,%	2-5	3-5	1,5-2,0	6-7	
Разрушающее напряжение при растяже- нии, МПа	80	40-50	50-60		
Разрушающее напряжение при изгибе, МПа	153	80 -100	90 -100	132 -146	и о о
Динамическая вязкость при 25 °C, Па-с	12-25	10-20	2,8 - 5,0	70 - 90*	* Динамическая вязкость при (
Полимерное связующее	ЭД-20 ИЗМТГФА Алкофен	К-153 ИЗМТГФА Алкофен	Камфэст-05 ПЦГ НК	ЭДИ-8П ИЗМТГФА Алкофен	
124
Таблица 9.3- Химическая стойкость образцов полимерного
связующего
Полимерное связующее	Химическая стойкость в среде		
	40 % HF	HC1+HF	70%HF
ЭД-20 ИЗМТГФА Алкофен	4 сут	—	—
К-153 ИЗМТГФА Алкофен	5 сут	—	—
Камфэст-05 ПЦГ НК	7 сут	5 сут	Зч
ЭДИ-8П ИЗМТГФА Алкофен	1-я группа стойкости	1-я группа стойкости	4 сут
печения равномерного распределения связующего по сечению
стержня ООО «АСП» совместно с НИИЖБ разработало дру-
гой принцип подготовки и пропитки нитей стеклоровинга, а
также формирования периодического профиля стержня.
Принципиально отличия можно сформулировать следующим
образом:
1.	Разделение жгута волокон ровингов на 3 — 4 пучка с от-
жимом излишнего связующего эластичными пластинами.
2.	Формирование профиля на неподвижной оправке, напри-
мер, игле.
3.	Снятие выжатого связующего из изделия после обмотки
производится эластичными пластинами до и после первого на-
гревателя.
Технологический процесс получения композитной армату-
ры отрабатывали на опытной линии, схематически изображен-
ной на рисунке 9.1. Такая технология получила название «нвдл-
трузия», затем была усовершенствована и запатентована под
названием «плейнтрузия».
125
126
9.2 Результаты испытания свойств неметаллической
композитной арматуры при отработке бесфильерной
технологии ее изготовления
Изготовленную по разработанной технологии арматуру испы-
тывали на определение ее физико-механических характеристик.
Испытания арматуры на растяжение и статический изгиб
проводили на универсальной испытательной машине 2167-Р50
при скорости перемещения подвижного захвата И=10 мм/мин
с записью значений «нагрузка — удлинение».
Испытание на растяжение образцов композитной армату-
ры для определения прочностных и деформационных характе-
ристик материала проводили по ГОСТ 11262-80, а для опреде-
ления модуля упругости — по ГОСТ 9550—81.
Испытания на статический изгиб образцов композитной
арматуры проводили по ГОСТ 4648—71.
Испытания на статический изгиб
Сущность метода заключается в том, что образец для испы-
таний, свободно лежащий на двух опорах, кратковременно на-
гружают в середине между опорами. Устройство для проведе-
ния испытаний на статический изгиб схематически изображе-
но на рисунке 9.2.
Рисунок 9.2 — Схема устройства для испытаний на статический изгиб
127
К Таблица 9.4 — Результаты испытаний на статический изгиб образцов арматуры, приготовленной
на различных связующих
Маркировка образцов	Диаметр арматуры d, мм	Разрушаю- щая нагруз- ка Р, Н	Прогиб арматуры z, мм	Разрушаю- щее напря- жение сти, МПа	Относитель- ная деформа- ция крайних волокон е, %	Предельный относитель- ный прогиб Z/L,%	Модуль упругости при изгибе Б^.МПа
Связующее ЭД-20 Тип б Образец 1		926,5	3,5	687,6	2,10	4,375	32240,6
Образец 2	6,5	961,25	3,8	713,4	2,31	4,375	30809,1
Образец 3		924,0	3,58	685,8	2,18	4,375	31435,1
Связующее Камфэст-05 Тип б Образец 4		574,8	3,4	542,3	1,91	4,25	28357,9
Образец 5	6,0	511,3	3,1	482,4	1,74	3,88	27665,9
Образец 6		543,3	3,1	512,6	1,74	3,88	29397,6
Связующее ЭДИ-8П Тип б Образец 7		929,3	з,з	658,8	2,13	4,10	32266,0
Образец 8	6,6	1011,5	3,7	717,1	2,29	4,63	31323,3
Окончание таблицы 9.4
Маркировка образцов	Диаметр арматуры d, мм	Разрушаю- щая нагруз- ка Р,Н	Прогиб арматуры z, мм	Разрушаю- щее напря- жение <ги, МПа	Относитель- ная деформа- ция крайних волокон е, %	Предельный относитель- ный прогиб Z/L,%	Модуль упругости при изгибе Двг.МПа
Связующее ЭДИ-8ПМ Типа Образец 9	6,6	663,5	3,9	470,4	2,471	4,88	19493,0
Образец 10	6,5	659,3	4,0	489,3	2,43	2,00	20073,2
Образец 11	6,6	661,0	4,1	468,6	2,54	5,13	18472,3
Тип б Образец 12		678,3	3,9	587,75	2,27	4,88	25927,6
Образец 13	6,2	719,8	3,9	615,54	2,27	4,88	27153,7
Образец 14		698,0	4,4	596,94	2,56	5,50	23340,8
Длина L между опорами равна 80 мм. Изгибающее напря-
жение ои вычисляли по формуле
с^М/И'МРЛ/лЛ	(12)
где М — изгибающий момент, Н-мм;
W — модуль сопротивления сечения образца, мм3.
Изгибающий момент вычисляли по формуле
M=PL/4,	(13)
где Р - нагрузка, Н;
L — расстояние между опорами, мм.
Момент сопротивления сечения образца вычисляли по фор-
муле
W= 7uf/32,	(14)
где d — диаметр стержня, мм.
Относительную деформацию крайних волокон е вычисля-
ли по формуле
е = 6zd/L\	(15)
где z — величина прогиба, мм.
Модуль упругости при изгибе Епзт вычисляли по формуле
Em = 4/3PL^/zjtd.	(16)
Результаты испытаний на изгиб приведены в таблице 9.4.
Из таблицы видно, что с увеличением плотности обмоточной
нити (образцы 12 — 14 типа б) увеличиваются разрушающее
напряжение на изгиб, предельный относительный прогиб и
модуль упругости. Арматура на полимерном связующем ЭДИ-
8П близка по характеристикам к арматуре на смоле ЭД-20.
Наиболее эластичная арматура (образцы 12 — 14) имеет пре-
дельный относительный прогиб более 5 %. Наименее прочны-
ми и наиболее хрупкими являются образцы 4 — 6 на полиэфир-
ной смоле Камфэст-05.
130
На основании выполненных исследований установлено, что
связующее на основе модифицированной эпоксидной смолы
обладает повышенной химической стойкостью в кислотах, а
арматура — улучшенными физико-механическими характерис-
тиками. Разработан новый технологический процесс производ-
ства композитной арматуры гладкой и периодического профи-
ля, позволяющий на 25 — 30 % увеличить производительность
установки по сравнению с традиционной установкой, работа-
ющей по принципу пултрузии.
Композитная арматура ООО «АСП» (рисунок 9.3) испытана
в опытных образцах фрагментов дорожной плиты в двух вари-
антах: с арматурой стеклопластиковой и базальтопластиковой.
Проведенные испытания позволили запроектировать массово
выпускаемые дорожные плиты ПД 3x1,75, работающие на уп-
ругом основании, для серийного производства с использовани-
ем композитной арматуры взамен металлической.
Рисунок 9.3 — Композитная арматура производства ООО «АСП»,
выпускаемая по ТУ 5769-183-40886723-04
9.3 Номенклатурный перечень и виды высокопрочной
неметаллической арматуры, области ее применения
На основании проведенных исследований и накопленного
опыта в настоящее время на ряде предприятий производится
131
арматура композитная полимерная (АКП) периодического про-
филя. Она предназначена для армирования обычных и предва-
рительно напряженных бетонных конструкций, эксплуатиру-
ющихся в средах различной степени агрессивного воздействия.
Рекомендуемые области применения:
-	стеновые панели промышленных зданий с агрессивными
средами (производства хлорокаустической соды, минеральных
удобрений, пищевой промышленности);
-	армирование трехслойных стеновых панелей с гибкими
связями;
-	элементы дорожного строительства (армированные бор-
дюрные камни, блоки разделительных полос, дорожные и тро-
туарные плиты);
-	укрепление дорожных оснований и покрытий, ремонт по-
врежденных железобетонных конструкций, армирование кир-
пичной кладки и т.д.
По результатам проведенных научно-исследовательских ра-
бот НИИЖБ совместно с ООО КН ПО «Уральская Армирую-
щая Компания» разработаны технические условия
-	ТУ 2296 275-36554501-2008 Арматура неметаллическая ба-
зальтопластиковая (АНБ);
-	ТУ 2296-290-36554501-2010 Арматура неметаллическая
базальтопластиковая с повышенным модулем упругости
(АНБ ВМ).
Это позволило ООО КНПО «Уральская Армирующая Ком-
пания» организовать производство неметаллической компо-
зитной арматуры и изделий из нее нового поколения (рису-
нок 9.4).
Рисунок 9.4— Неметаллическая композитная арматура производства
ООО КНПО «Уральская Армирующая Компания»
132
По виду используемых волокон выпускается следующая
композитная арматура диаметром от 4 до 24 мм:
•	АНС «ЛИАНА» — арматура неметаллическая стеклоплас-
тиковая;
•	АНБ «ЛИАНА» — арматура неметаллическая базальтопла-
стиковая;
•	АНБ ВМ «ЛИАНА» — арматура неметаллическая базаль-
топластиковая высокомодульная (гибридная).
Арматуру изготавливают из высокопрочного непрерывного
стеклянного или базальтового волокна на модифицированном
эпоксидном связующем методом бесфильерной протяжки по
технологии «плейнтрузия» с двойной спиральной обмоткой в
противоположных направлениях. При такой технологии на на-
ружной поверхности арматуры образуется ромбовидный пери-
одический профиль. Это обеспечивает надежное сцепление ре-
льефной спиральной обмотки с силовым несущим стержнем
арматуры. Двойная намотка повышает прочностные характери-
стики изделия.
Весь номенклатурный перечень высокопрочной неметалли-
ческой арматуры изготавливается как с ручным управлением,
так и с автоматизированной системой управления. Композит-
ная арматура (АНС, АНБ и АНБ ВМ) характеризуется следую-
щими особенностями:
-	не теряет свойств при низких температурах;
-	практически не проводит тепло, теплопроводность в 100 раз
ниже, чем у стали;
-	коэффициент теплового расширения (КТР) соответствует
КТР бетона, что исключает трещинообразование при измене-
нии температуры;
-	радиопрозрачна, диамагнитна, диэлектрик, что позво-
ляет применять данную арматуру в специализированных зда-
ниях и сооружениях, таких как больницы, радиолокационные
здания аэропортов, стратегические здания военных сооруже-
ний.
Связи гибкие — композитные (стеклопластиковые и базаль-
топластиковые — рисунок 9.5) применяют при возведении«теп-
лых» слоистых стен.
133
Рисунок 9.5 — Связи гибкие композитные
Преимущества:
-	низкая теплопроводность;
-	малый вес;
-	высокая коррозионная стойкость.
Композитная фибра (рисунок 9.6) рекомендуется при армиро
вании бетонных конструкций с целью повышения их прочности
на растяжение при изгибе, а следовательно, и трещи иостойкости.
Рисунок 9.6— Композитная фибра
Технологическим недостатком применения композитной
фибры является неравномерность ее распределения в бетоне. В
настоящее время в НИИЖБ разработана усовершенствованная
технология для решения этой проблемы.
Композитные сетки (рисунок 9.7) рекомендуются к приме-
нению в качестве:
-	кладочных сеток кирпичных и каменных стен зданий;
-	конструктивной арматуры в бетонных изделиях.
134
Рисунок 9.7 — Композитные сетки
Преимущества применения композитных сеток:
-	отсутствие операции вязки мест пересечения стержней ар-
матуры;
-	высокая коррозионная стойкость;
-	экономия при замене стальных сеток.
Сопутствующая продукция. Наряду с основной продукцией
на предприятиях осуществляется выпуск сопутствующих изде-
лий, т.е. комплексный подход. Это гнутые композитные элемен-
ты (каркасы), устройства для закрепления, натяжения и отпус-
ка арматуры (рисунок 9.8).
Гнутые композитные элементы (каркасы) рекомендуются при
необходимости конструктивных загибов арматуры, а также в
качестве поперечной обвязки рабочей арматуры, например,
свай.
Преимущества:
-	уменьшение трудозатрат при изготовлении;
-	высокая коррозионная стойкость.
Устройства для закрепления, натяжения и отпуска арма-
туры рекомендуется применять в предварительно напряжен-
ных композитобетонах (сваи, плиты, перекрытия и т.п.), они
обеспечивают надежное крепление натянутой композитной
арматуры.
Варианты использования композитных материалов в стро-
ительстве представлены на рисунках 9.9 — 9.13.
135
a — гнутые композитные элементы (каркасы); б — устройства для закрепления,
натяжения и отпуска арматуры
Рисунок 9.8— Сопутствующая продукция при производстве композитной
Наружная стена
арматуры
«Теплая» стена при
кирпичной кладке
Рисунок 9.9 — Стены зданий (слоистая стена с внутренним утеплителем и
соединением слоев стены нетеплопроводными композитными стержнями)
136
Утеплитель_________
Теплоизоляционный компо-
зитный стержень ----
Внутренняя стена
Бетон
Свая забивная
Рисунок 9.10 — Композитобетоны (цельные бетонные сваи квадратного
сечения с напрягаемой композитной арматурой и спиральным компо-
зитным каркасом, предназначенные для свайных фундаментов зданий и
сооружений)
Рисунок 9.11 — Плиты перекрытия (преднапрягаемая рабочая арматура
и сетки выполнены из композитной арматуры и залиты бетоном)
высокопрочная
сетка из композитной
арматуры
Автомобильная дорога с высокопрочным
покрытием
асфальтобетон
Рисунок 9.12 — Дорожное полотно (стержни из композитной арматуры
укладывают на основание дороги и производят укладку асфальтобетонного
покрытия)
137
Рисунок 9.13 — Анкерные крепления грунтов и скальных пород (высоко-
прочные коррозионно-стойкие композитные стержни устанавливают
в породном массиве для укрепления склонов, обделок тоннелей, стен
каменных выработок и т.п.)
138
Анализ проведенных исследований позволяет сделать вывод,
что строительная отрасль находится в постоянном поиске но-
вых эффективных материалов и технологий. Таким требовани-
ям отвечает производство арматуры композитной полимерной,
что вызывает необходимость дальнейших исследований как эк-
сплуатационных свойств арматуры, так и конструкций с ее ис-
пользованием. Накопленный опыт позволяет разрабатывать и
совершенствовать нормативно-техническую документацию по
производству, расчету и проектированию конструкций с ком-
позитной полимерной арматурой.
9.4	Зарубежный опыт производства арматуры композитной
полимерной
За последние 5 — 10 лет за рубежом активно начали исполь-
зовать арматуру композитную полимерную. Из зарубежных об-
разцов неметаллической композитной арматуры представляет
интерес продукция фирмы Schock (Германия). Материал Schock
ComBAR относится к классу волокнистых композитных мате-
риалов.
Schock ComBAR — неметаллическая арматура, предназна-
ченная для усиления бетонных конструкций. Благодаря ее
свойствам авторы гарантируют срок службы арматуры 100 лет
при преимущественно статических нагрузках и в условиях
среднеевропейского климата. Стержни ComBAR поставляют
в готовом виде, они не требуют дополнительной обработки на
строительной площадке (стержни П-образной формы, хому-
ты). Изделия Schock ComBAR сертифицированы на террито-
рии РФ для применения в качестве неметаллической компо-
зитной арматуры для бетонных конструкций. Арматурные из-
делия соответствуют ТУ 5763-308-3655-4501-2012. Информа-
ция о продукции фирмы Schock (виды, размеры) представле-
на на рисунке 9.14.
Особенностью производства продукции Schock ComBAR
является двухфазовый технологический процесс, специально
усовершенствованный для соответствия требованиям, предъяв-
ляемым к арматурным стержням. Первая фаза — пултрузия,
139
Линейка продукции
3
Классический
прямой стержень
Schock ComBAR®
Прямой арматурный
стержень—здесь как гото-
Изогнугые стержни для при-
менения в качестве конст-
вое концевое крепление
с анкерным болтом
руктивного крепления, изго-
тавливаются на заводе и по-
ставляются на строительную
площадку
Фиксатор Schock ComBAR®
Распорка Schock ComBAR®
Размеры стандартных изделий
Тип	Диаметр, мм	Стандартная длина, м
Прямые стержни	8	10,0
	12	10,
	16	12,0
	25	14,0
	32	14,0
Стержни с анкерным креплением	12	0,16 bis 3,5
	16	0,24 bis 3,5
	32	0,27 bis 3,5
Изогнутые стержни	12	0,50 bis 6,0
	20	0,50 bis 6,0
Другая длина — по запросу.
Рисунок 9.14 — Информация о продукции фирмы Schock (Германия)
140
представляет собой непрерывный процесс как можно более
плотного связывания стекловолокна и протягивания его через
механизм, где оно пропитывается жидкой синтетической смо-
лой. Во второй фазе — профилировании в затвердевших стерж-
нях вырезают ребра. Затем на стержни наносят покрытие окон-
чательно. К сожалению, поддержать оптимистические заявле-
ния фирмы Schock НИИЖБ не может, так как продукцию ее
производства мы не испытывали. Вторая фаза — профилирова-
ние, т.е. нарезка фрезой профиля, у нас вызывает сомнения.
Нарушение целостности структуры композитного тела стерж-
ня может негативно повлиять на его длительные эксплуатаци-
онные свойства.
Большой интерес представляют работы Канады. В основном
в Канаде внедряется стеклопластиковая арматура. Параметры
свойств этой арматуры совпадают с российскими как по сопро-
тивлению растяжению в пределах от 900 до 1200 МПа, так и по
модулю упругости от 45 до 55 ГПа.
Тесные контакты с NSERC Research Chair in Innovative Fibre
Reinforced Polymer (FRP) Reinforcement for Concrete
Infrastructure поддерживает наша отечественная фирма ООО
«Гален». В 2012 г. на семинаре, организованном ООО «Гален» в
РОСНАНО, проф. Brahim Benmokrane достаточно обстоятель-
но рассказал об опыте применения стеклопластиковой арма-
туры в Канаде при ремонте и реконструкции мостов в провин-
ции Квебек, в г. Торонто. Интересным было сообщение о го-
товящемся проекте по использованию арматуры композитной
полимерной стеклопластиковой при строительстве больше-
пролетного моста.
На рисунках 9.15 — 9.19 приведены фото по применению
FRP в бетонных настилах мостов, плитах мостов автомагист-
рали, в трубах при строительстве тоннелей, в стенах резервуа-
ров станций водоподготовки, в настилах автопарковки. При-
менение арматуры сопровождается расчетом конструкций с со-
ответствующим коэффициентом запаса для обеспечения их
надежной эксплуатации. Расчет конструкций аналогичен рас-
чету железобетонных конструкций в соответствии с СП
63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции» (Ак-
141
-
Сфера применения: бетонные настилы мостов
Мельбурнский мост 2005, Квебек
? it? ? *	1
Ji J
V,
Вид на построенный мост	Укладка арматуры из
стекловолоконного композ
NSERC Research Chair in Innovative Fibre Reinforced Polymer (FRP) Reinforcement for Concrete Infrastructure e
Рисунок 9.15
<v---------------------------------------
I	Плиты мостов автомагистрали 410 i
 Университетский бульвар 2010
LK/H
NSERC Research Chair in Innovative Fibre Reinforced Polymer (FRP) Reinforcement for Concrete Infrastructure
Рисунок 9.16

Рисунок 9.18
Сфера применения: закрытые автопарковки
146
туализированная редакция СНиП 52-01-2003). Экономичес-
кий эффект, как правило, получают не при закупке арматуры,
а при использовании ее в деле с учетом всех производствен-
ных (транспортирование, укладка) и эксплуатационных зат-
рат (увеличение срока межремонтного периода за счет высо-
ких антикоррозионных свойств арматуры и обеспечения дол-
говечности конструкции в целом).
Из ближнего зарубежья большой интерес представляют ра-
боты ООО «Экипаж» (Украина), возглавляемого Орешкиным
Дмитрием Александровичем. Им ведутся интересные научные
исследования с точки зрения оценки длительной прочности
арматуры композитной полимерной, ползучести и релаксации.
Имеется большой опыт применения композитной арматуры в
Украине. В настоящее время Ассоциация ОППНКА «Неметал-
лическая композитная арматура», ОАО «НИЦ «Строительство»
(член Ассоциации) заключили договор о творческом сотруд-
ничестве с ООО «Экипаж» с целью ускорения развития работ
по исследованию и применению арматуры композитной по-
лимерной, набора статистических данных по испытаниям ре-
альных конструкций и подготовке нормативной документа-
ции.
Активизировались работы в Республике Беларусь. Большое
внимание восстановлению направления применения компо-
зитных материалов в строительной отрасли уделяет фирма
ООО «Уручье-СБ», руководитель Борисенко Игорь Станисла-
вович. Организация работает в тесном контакте с Ассоциацией
«Неметаллическая композитная арматура» и ОАО «НИЦ «Стро-
ительство» (рисунок 9.20).
За последние годы интенсивно растет объем применения
арматуры композитной полимерной в Германии, Японии,
Китае.
147
Рисунок 9.20 — Сотрудничество ООО «Уручье-СБ» и НИИЖБ им. А.А.
Поддева ОАО «НИЦ «Строительство»
9.5	Состояние вопроса анкерения
стеклопластиковой арматуры
Необходимо отметить, что наибольшая эффективность при-
менения неметаллической композитной арматуры достигнута
в преднапряженных конструкциях. Однако преднапрягать та-
148
кую арматуру очень сложно, так как требуются специальные
анкерные устройства или захваты.
Стеклопластиковая арматура, являясь транверсально-изо-
тропным материалом, обладает высокой прочностью при рас-
тяжении вдоль волокон и низкой прочностью при сжатии в по-
перечном направлении. Интенсивный поиск по созданию зах-
ватных и анкерных устройств для стеклопластиковой армату-
ры, начавшийся в конце 50-х годов прошлого столетия, разде-
лился на ряд направлений:
1.	Анкеровка в набивных с помощью кварцевого песка уст-
ройствах.
2.	Анкеровка за счет сил сцепления с отверждаемыми ком-
позициями, термопластичными материалами, быстротвердею-
щими пластмассами, обжатыми тем или иным образом.
3.	Усиление концов стержней стеклонитью, пропитанной
синтетическим связующим.
4.	Анкеровка за счет сил трения между стеклопластиковой
арматурой и обжимающими ее деталями анкерных и захватных
устройств.
В работе [57] на основе анализа тенденций анкеровки стер-
жней стеклопластиковой арматуры, рассмотрения конструкций
анкерных и захватных устройств, реализующих названные выше
направления, сформулированы принципы, которые были по-
ложены в основу конструирования захватных и анкерных уст-
ройств при максимальном использовании сил трения и сцеп-
ления:
1.	Обеспечение совместности перемещений обжимающих
стеклопластиковую арматуру деталей с целью исключения про-
явление сдвиговых деформаций.
2.	Стремление к равномерному обжатию стеклопластиковой
арматуры во взаимодействующих деталях, обеспечивающему ее
гарантированную прочность при поперечном обжатии.
3.	Возможность использования серийных гидродомкратов.
Указанным принципам отвечало захватное устройство по а.с.
№ 57334 [58], которое было использовано в комплекте с серий-
ным гидродомкратом ДП-63-315. Модификации захватного ус-
тройства, отличающиеся длиной полуклиньев, нашли приме-
149
некие при нормировании сопротивления арматуры поперечному
обжатию. Выявился и недостаток указанного захватного устрой-
ства — упругое зажатие обжимных пластин в виде полуклиньев и
арматурных стержней в пазах домкратов, что вынуждало силовое
извлечение полуклиньев со стержнями после окончания работ.
По данным [57], длина зоны анкеровки стержней стеклопла-
стиковой арматуры диаметром 6 мм, при которой происходит
разрыв стержней между захватами, но при этом арматура не раз-
рушается в захватах от поперечного обжатия, составляет 170 мм
при угле охвата стержней в пазах обжимающих деталей, равном
150°. При этом нормативное сопротивление стеклопластиковой
арматуры поперечному обжатию оценено величиной 400 МПа.
Изучение литературных источников не позволило опреде-
литься с длиной зоны анкеровки стеклопластиковой арматуры
за счет сил сцепления с отверждаемой композицией, при кото-
рой происходил бы разрыв стержней между зонами анкеровки.
По нашим данным, эта величина составляет не менее 30 см.
В соответствии с Техническими условиями на стеклопласти-
ковую арматуру диаметром 6 мм [59] определение разрывного уси-
лия арматуры следует производить на разрывных машинах с по-
мощью специальных захватов либо использовать образцы с уси-
ленными концами. Разрыв образцов должен происходить на ра-
бочей длине между захватами или зонами усиления. К сожалению,
мы не располагаем информацией о типе захватных устройств, при-
меняемых при контроле прочности стеклопластиковой арматуры,
выпускаемой по ТУ 7 БССР [59]. Возможно, это были пластины с
полукруглыми пазами под стержни арматуры, обжимаемые вин-
тами, применяемые при изготовлении электротраверс.
Поиск методов анкеровки стеклопластиковой арматуры
привел к созданию анкера в виде металлической обоймы с тор-
цевыми диафрагмами, через которые пропущен стержень, с из-
менением оси стержня по длине обоймы за счет винтовой тяги
с проушиной и последующей заливкой полости обоймы эпок-
сидной смолой [60]. В устройстве анкеровка стержня осуществ-
ляется не только за счет сцепления с клеевой композицией, но
и за счет искривления стержня в зоне анкеровки, что уменьша-
ет ее длину. Таким образом, каждый стержень стеклопластико-
150
вой арматуры имеет анкер небольшой длины, соблюдается со-
осность стержней и анкеров, и это позволяет использовать стер-
жни по отдельности или компоновать из них мощные пучки для
преднапряжения конструкций. На основании выполненных
работ не представляется возможным назвать параметры анке-
ра. С 2006 года и по настоящее время ведутся работы по усовер-
шенствованию конструкции анкерного устройства для натяже-
ния арматуры неметаллической полимерной, получен патент
[61] на данное устройство. Однако натяжение арматуры с его
помощью можно производить только на 65 — 70 % разрушаю-
щей нагрузки 1200 МПа. В свете сказанного необходимо про-
должать работы по разработке захватов для натяжения армату-
ры неметаллической полимерной.
10 Результаты испытаний бетонных конструкций,
армированных неметаллической композитной арматурой
Как уже отмечалось ранее, в ряде ведущих стран все боль-
шее внимание уделяется исследованиям бетонных конструкций,
армированных композитной арматурой. Факторами, суще-
ственно влияющими на эксплуатационные характеристики ар-
мированных бетонных конструкций, являются: процент арми-
рования; толщина изделия; свойства бетона конструкций, за-
висящие от вида крупного заполнителя, в том числе теплотех-
нические и механические свойства бетона.
Для изучения работы арматуры композитной полимерной в
конструкциях по сравнению с металлической арматурой были
выбраны дорожные плиты серии ПД-30-0,5-0,14, которые из-
готавливались на ОАО «Моспромжелезобетон».
10.1	Исследование прочности, жесткости и трещиностойкости
опытных образцов дорожных плит, армированных арматурой
композитной полимерной
Для исследования изготавливали три опытных образца плит
из тяжелого бетона по ГОСТ 26633—91 класса по прочности на
сжатие В22,5, марки по морозостойкости F100 и марки по во-
донепроницаемости W2:
151
-	образец № 1 - в качестве арматуры применяли холодноде-
формируемую арматуру А500С диаметром 5 и 8 мм производ-
ства ОАО «Моспромжелезобетон»;
-	образец № 2 - использовали базальтопластиковую арма-
туру диаметром 5 и 8 мм опытного производства МАТИ;
-	образец № 3 - применяли базальтопластиковую арматуру
диаметром 6 и 3,4 мм производства ООО «АСП», г. Пермь.
Основные физико-механические характеристики арматуры
базальтопластиковой (АБП), применяемой при изготовлении
опытных образцов плит, приведены в таблице 10.1.
Таблица 10.1— Физико-механические характеристики АБП
для опытных образцов плит
№ об- раз- цов	Производитель					
	МАТИ			ООО «АСП»		
	Временное сопротив- ление разрыву ов, МПа	Относит, удлинение	Модуль упругости Д,, МПа	Временное сопротив- ление разрыву св, МПа	Относит, удлинение	Модуль упругости Еа, МПа
2	960	1,7	58000	—•	—	
3	—	—	—	1500-1300	2,5	60000
Опытные плиты армировали плоскими сетками (С-4), рас-
положенными в верхней и нижней зонах плиты, и двумя плос-
кими вертикальными каркасами (К-9), размещенными вдоль
продольных сторон плиты (см. таблицы 10.2 — 10.4).
Таблица 10.2 — Элементы армирования плиты с арматурой
А500С
Марка	Поз.	Сечение, мм	Длина, мм	Кол-во, птг.
К-9	1	08 А500С	2950	2
	2	05А5ООС	ПО	10
С-4	1	05А5ООС	2950	4
	2	05 А500С	480	20
152
Таблица 10.3 — Элементы армирования плиты с базальтопла-
стиковой арматурой производства МАТИ
Марка	Поз.	Сечение, мм	Длина, мм	Кол-во, шт.
К-9	1	06 АБП	2950	2
	2	03,4 АБП	ПО	10
С-4	1	06 АБП	2950	4
	2	03,4 АБП	480	20
Таблица 10.4 — Элементы армирования плиты с базальтопла-
стиковой арматурой производства ООО
«АСП», г. Пермь
Марка	Поз.	Сечение, мм	Длина, мм	Кол-во, шт.
К-9	1	06 АБП	2950	2
	2	03,4 АБП	ПО	10
С-4 (верхняя)	1	08 АБП	2950	2
	2	06 АБП	2950	1
	3	03,4 АБП	480	20
С-4 (нижняя)	1	06 АБП	2950	4
	2	03,4 АБП	480	20
Испытания опытных образцов плит проводили по схеме, пред-
ставленной на рисунке 10.1, в соответствии с «Рекомендациями
по испытанию и оценке прочности, жесткости и трещиностойко-
сти опытных образцов железобетонных конструкций» на силовой
установке ОАО «Моспромжелезобетон» (рисунок 10.2).
			р		
П1 		3		Г	П2		ПЗ	
					
90	900	1000		900	90
„ '	'	2980	'	' ' t	-					
Рисунок 10.1 — Схема испытаний опытных образцов плит Ш, П2, ПЗ —
прогибомеры
153
Рисунок 10.2 — Силовая установка ОАО «Моспромжелезобетон»
154
Нагружение образцов осуществляли поэтапно гидравлическим
домкратом ДГ-5 от ручной насосной станции с контролем нагруз-
ки по образцовому манометру. Для вторичного контроля величи-
ны нагрузки между домкратом и силовой распределительной тра-
версой устанавливали динамометр сжатия, по тарировочной шка-
ле которого проводили контроль величины нагрузки. В процессе
испытаний на каждом этапе нагружения с выдержкой по времени
фиксировали перемещения плиты и ширину раскрытия трещин.
На день испытаний прочность бетона опытных образцов
плит, определенная по ГОСТ 10180—78, составила 420 кг/см2.
Результаты испытаний исследуемых образцов плит приве-
дены в таблице 10.5 и на рисунках 10.3 и 10.4.
Таблица 10.5 — Результаты испытаний по трещиностойкости
опытных образцов плит
№ образ- цов	Максималь- ный момент, при котором произошло разрушение образца Чах- ™	Момент трещинооб- разования Чр,™	Ширина раскрытия трещин ат, мм, при Л/—0,77 тм	Ширина раскрытия трещин дт, мм, при Л/=1 тм	Перемеще- ния, см
1	1,12	0,46	о,1	0,2	2,7
2	1,12	0,39	0,5	1,2	7,0
3	1,5	0,45	1,5	2	8,0
В плитах, армированных базальтопластиковыми стержнями,
после образования трещин на каждом этапе нагружения наря-
ду с интенсивным раскрытием трещин происходит существен-
ный прирост перемещений плит. Вследствие малых относитель-
ных деформаций базальтопластиковых стержней, сопоставимых
с деформациями сжатого бетона, разрушение последнего не
происходит, что и обусловливает достижения существенных пе-
ремещений опытных плит.
На рисунках 10.5 — 10.7 показаны общий вид испытаний и
разрушение опытных образцов.
Проведенные испытания показали, что применение базаль-
топластиковой арматуры эффективно для армирования строи-
тельных конструкций, работающих на упругом основании.
155
Чих=1>125™
Рисунок 10.3 — График зависимости «нагрузка — перемещение» для
образца № 1 с металлической арматурой
156
Момент, тм
Рисунок 10.4 — График зависимости «нагрузка —перемещение» для
образцов на базальтовом ровинге № 2 и 3 (по таблице 10.1)
157
Рисунок 10.5 — Общий ввд испытаний и разрушение образца № 1
158
Рисунок 10.6 — Общий вид испытаний и разрушение образца № 2
159
Рисунок 10.7 — Общий вад испытаний и разрушение образца № 3
160
10.2	Исследование работы бетонных конструкций,
армированных композитной полимерной арматурой
Для более детального изучения совместной работы армату-
ры композитной полимерной с бетоном были продолжены ис-
следования с проведением испытаний натурных образцов плит
дорожного покрытия, заменяющих аналогичные железобетон-
ные плиты массового производства.
Опытные образцы плит изготавливали из тяжелого бетона
по ГОСТ 26633—91 класса по прочности на сжатие В22,5, марок
по морозостойкости F200 и водонепроницаемости W4. Бетони-
рование производили в формах, предназначенных для изготов-
ления железобетонных плит ПД 3x1,75-2, по рабочим чертежам
ИЖ 307, дополнение 7 «Плиты железобетонные для покрытия
внутрипостроечных и объездных дорог» (КТБ Мосоргстройма-
териалы, 1998 год, per. № 1962).
Плиты армировали плоскими сетками Cl-Б и С1-С, изго-
товленными из базальтопластиковой и стеклопластиковой ар-
матуры диаметром 6 мм, путем ручной вязки стальной прово-
локой мест пересечения стержней. Сетки располагали в верх-
ней и нижней зонах каждой плиты и разделяли между собой
гнутыми каркасами К-4 (рис. 10.11), изготовленными из арма-
турной проволоки класса В500 (Вр-I) по ГОСТ 6727—80.
Опытные плиты рассчитывали на восприятие автомобиль-
ной нагрузки Н-30 (нормативное давление на колесо составля-
ет 6,0 тс) по методике МАДИ, где в качестве основных показа-
телей предлагается нормативный прогиб (модуль упругости) под
колесом расчетного автомобиля, а также зависимость значения
прогиба от интенсивности движения.
Учитывая, что с применением базальтопластиковой и стек-
лопластиковой арматуры эффект коррозии арматуры отпадает,
толщина защитного слоя бетона опытных образцов была умень-
шена на 5 мм и установлена максимально допустимая ширина
раскрытия трещин 0,5 мм.
Испытания плит проводили на силовом стенде по схеме,
представленной на рисунке 10.8. Нагружение образцов осуще-
ствляли в средней части пролета и проводили поэтапно. Вели-
161
чина нагрузки на каждом этапе составляла около 10 % конт-
рольной. Величины контрольных нагрузок представлены в таб-
лице 10.6.
Рисунок 10.8 — Схема испытаний опытных образцов плит марки ПД
Зх1,75-2АБП (ДСП)
Таблица 10.6 — Величина контрольных нагрузок
Марка плиты	Проверка трещиностой- кости		Проверка прочности	
	Расчетная кубиковая прочность бетона, кгс/см2	Величина до- полнительно приклады- ваемой нагрузки, ^контр’ КГС	Величина дополнительно прикладываемой нагрузки Рразр’КГС	
			С=1,3	С=1,6
ПД Зх1,75-2АБП	300	2810	5340	6970
ПД Зх1,75-2АСП		2810	5340	6970
На день испытаний прочность бетона опытных образцов
плит, определенная по ГОСТ 10180—78, составила 423 кг/см2.
Зависимость прогибов от нагрузки и результаты испытаний
опытных образцов плит приведены на рисунке 10.9.
162
~Ч 1 i 1 ) 1-----------1 i 1 1—I 1—t 1 1 1—t-
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4
Прогиб, см
Рисунок 10.9 — Зависимость прогибов от нагрузки испытанных образцов
163
Результаты проведенных экспериментальных исследований
показали принципиальную возможность использования арма-
туры композитной полимерной для армирования бетонных эле-
ментов, особенно для конструкций, работающих на упругом
основании, для которых величины перемещений не являются
определяющими, а ширина раскрытия трещин не влечет за со-
бой коррозию арматуры.
Для получения и анализа более обширных данных по рабо-
те и по поведению базальтопластиковых стержней в роли арми-
рующих элементов бетонных конструкций были проведены рас-
четные исследования с применением метода конечных элемен-
тов.
10.3	Расчет фундаментной железобетонной плиты методом
конечных элементов. Анализ поведения базальтопластиковой
арматуры в конструкции фундаментной плиты
Для математического моделирования и дальнейшего рас-
чета была принята конструкция монолитной железобетонной
плиты толщиной 600 мм из тяжелого бетона по ГОСТ 26633—
91 класса по прочности на сжатие В20. Конечно-элементная
модель фундаментной плиты здания представлена на рисун-
ке 10.10.
Натрузки на плиту передавались через несущие внутренние
и наружные стены здания. В результате расчета модели были
получены следующие значения усилий:
-	максимальный момент	по оси х — 27,2 тм/м;
-	максимальный момент Л/	по оси у — 27,0 тм/м.
Армирование плиты по полученным расчетным путем зна-
чениям усилий проводили в соответствии со СНиП 2.03.01-84*
с применением двух видов арматуры:
-	металлические стержни периодического профиля класса
А-Ш с расчетным сопротивлением растяжению Rs — 3750 кгс/см2 и
модулем упругости Es, равным 200000 МПа;
-	базальтопластиковые стержни периодического профиля с
расчетным сопротивлением растяжению Rsc — 8270 кгс/см2 и
модулем упругости Esc, равным 60000 МПа.
164

'в 1ШШ1ШЯШПЯ1ШЯЯИ
^яягшя^и:шяяшшял
• МРШМЛ'.V МЮШРЛ' ШШк Л

i «ifiitiiiПИШИ FilflWhSij
Т!ЯЯиЯЯ1ШШЯЯЯ1!ЯШЛ
Ит1Ш1Л1/Ш \иЯ!ШШ№П
еш лш’шш iiiinaietn
Рисунок 10.10— Конечно-элементная модель фундаментной плиты
Значение расчетного сопротивления растяжению АБП
было определено по результатам испытаний на разрыв трех
образцов диаметром 6 мм (расчетный диаметр 4 мм, Л^=0,126
см2), проведенных в НИИЖБ в 2009 г. В результате испытаний
среднее значение разрушающего усилия составило 1668,5 кгс.
Рабочая диаграмма растяжения арматуры была практически
прямолинейной вплоть до разрыва. Ввиду этого напряжение
разрушения 1668,5/0,126=13242 кг/см2 может быть принято в
качестве нормативного сопротивления растяжению Rsn. С уче-
том коэффициента надежности по арматуре у =1,6, который
обусловлен хрупким характером разрушения композитной ар-
матуры, значение расчетного сопротивления растяжению со-
ставило
Rsc =	« 8270 кгс/см2.
1s 1.6
(17)
165
В результате проведенного расчета по второму предельному
состоянию для армирования плиты была принята арматура клас-
са А-Ш диаметром 25 мм с шагом 200 мм. При таком армирова-
нии ширина раскрытия трещин составила 0,23 мм, что, согласно
таблице 2 СНиП 2.03.01-84*, удовлетворяет условию от < 0,4 мм.
Приняв диаметр и шаг базальтопластиковой арматуры ана-
логично металлической и проведя расчет по второму предельно-
му состоянию, значение ширины раскрытия трещин составило
1,13 мм, что значительно превысило условие, указанное выше.
В результате для АБП был проведен новый расчет по второ-
му предельному состоянию, но уже с понижающим коэффици-
ентом ук=0,4 для расчетного сопротивления растяжению Rsc, что
обеспечило запас арматуры по прочности и уменьшило значе-
ние ширины раскрытия трещин. Соответственно значение ши-
рины раскрытия трещин составило 0,74 мм, что не удовлетво-
ряет требованиям СНиП 2.03.01-84*, но не является критичным
для элементов, армированных композитной арматурой.
Расчет плиты по деформациям показал, что при идентич-
ном армировании конструкции двумя видами разномодульных
материалов с отличными друг от друга физико-механическими
свойствами величины деформации плиты при армировании
АБП выше, чем при армировании металлической арматурой: 0,9
и 0,3 см соответственно.
Учитывая, что вес 1 п.м АБП приблизительно в четыре раза
меньше веса аналогичной по диаметру металлической армату-
ры, в бетонных элементах, армированных в нижней и верхней
гранях при укладке бетона, и уплотнении бетонной смеси виб-
раторами возможно поднятие арматуры и нарушение ею про-
ектного положения. Во избежание поднятия композитной ар-
матуры при укладке бетона является целесообразным армиро-
вание таких элементов комбинированным способом, где рабо-
чая арматура в верхней и нижней частях армируемого элемента
композитная, а связи, объединяющие и удерживающие верх-
нюю арматуру с нижней в проектном положении, — металли-
ческие.
Пример армирования плиты комбинированным способом
представлен на рисунке 10.11.
166
Рисунок 10.11 — Продольный разрез армирования фундаментной плиты
комбинированным способом
Проведенные испытания конструкций, армированных ар-
матурой композитной полимерной, и расчеты показали прин-
ципиальную возможность использования неметаллической ар-
матуры для армирования железобетонных элементов, особен-
но для конструкций, работающих на упругом основании и яв-
ляющихся в расчетном отношении статически неопределимы-
ми системами, где величины перемещений не являются опре-
деляющими, а ширина раскрытия трещин не влечет за собой
коррозии арматуры. В таких элементах образование трещин
приводит к перераспределению и, как следствие, к снижению
действующих от внешней нагрузки изгибающих моментов. В
конструкциях с обычной металлической арматурой раскрытие
трещин приводит к подсосу воды в трещины и к коррозии ар-
матуры. Для снижения этого эффекта в таких конструкциях
увеличивают величину защитного слоя бетона. С применением
арматуры композитной полимерной эффект коррозии армату-
ры отпадает, а эффект снижения действующих моментов и, как
следствие, снижение расхода материалов остается.
167
Поведение плит с базальтопластиковой (стеклопластиковой)
арматурой до появления трещин практически не отличается от
поведения плит с металлической арматурой, что подтверждает-
ся близостью положения ветвей трафика зависимости «нагруз-
ка —прогиб» (рисунок 10.9) до момента трещиностойкости плит.
При расчете конструкций по второму предельному состоянию
для уменьшения ширины раскрытия трещин и деформаций ре-
комендуется вводить понижающий коэффициент ук=0,4 расчет-
ного сопротивления растяжению Rsc.
Для предотвращения под нятия арматуры и упрощения ее фик-
сации в проектном положении при укладке и уплотнении бетон-
ной смеси в фундаментных бетонных конструкциях рекомендует-
ся армирование проводить комбинированным способом, где ра-
бочая арматура в верхней и нижней частях армируемого элемен-
та — композит, а связи, объединяющие и удерживающие верхнюю
арматуру с нижней в проектном положении, — металл. Расчет фун-
даментной плиты показал, что расход арматуры при армировании
плиты комбинированным способом в 2,6 раза меньше, чем при
использовании металлической арматуры. Так, расход армирующе-
го материала при обычном армировании составил 16692,5 кг, при
армировании комбинированным способом — 6418,0 кг.
Высокие прочностные свойства арматуры композитной по-
лимерной даже при допущении повышенных значений шири-
ны раскрытия трещин используются далеко не полностью. С
целью снижения расхода композитной арматуры и расширения
областей ее применения следует уделить особое внимание со-
зданию преднапряженных конструкций с использованием ар-
матуры композитной полимерной.
10.4	Исследование предварительно напряженных конструкций
с арматурой композитной полимерной*
С применением предварительно напряженных конструкций
появился специфический вид коррозии — коррозия под напря-
жением, при этом наиболее характерным видом разрушения
♦	Работа по разделам 10.4 — 10.6 выполнена аспирантом НИИЖБ им.
А.А. Гвоздева Зюзиным Р.В.
168
напряженного металла является коррозионное растрескивание,
которое происходит вследствие усиления процесса коррозии,
локализованного на узких участках поверхности металла. Счи-
тается, что процесс коррозионного растрескивания имеет элек-
трохимическую природу, и обычно связывают его с работой кор-
розионных элементов, возникающих вследствие:
-	неравномерного распределения растягивающих напряже-
ний, при котором концентратор напряжения работает анодом,
а остальная поверхность (боковые стенки трещины, внешняя
поверхность металла) — катодом;
-	местного нарушения защитной пленки (репассивация хло-
рид-ионами, образование трещин в цементном камне), при ко-
тором металл в местах разрушения работает анодом, остальная
поверхность — катодом.
Защита стальной арматуры от коррозии в значительной степе-
ни основана на пассивирующем действии щелочной среды, обра-
зующейся в процессе гидратации и твердения цементного камня.
Сталь приобретаетповьппенную коррозионную устойчивость вслед-
ствие торможения анодного процесса электрохимической реакции
растворения металла. Нарушение пассивности может произойти в
случае карбонизации цементного камня—понижения значения pH
до 11,0 — 9,0. Депассивирующее действие оказывают также хлорид-
ионы, сульфат-ионы, способные разрушать пленку Fe(OH)2 на по-
верхности арматуры в бетоне (цементном камне).
В последние годы в ряде зарубежных стран все чаще стали
применять в анкерных конструкциях композитные полимерные
материалы. В анкерах тяжи выполнены из эпоксидных или по-
лиэфирных смол, армированных стекловолокном (в соотноше-
нии примерно 75 % стекловолокна и 25 % смол) либо углеплас-
тиком (карбоновые волокна, спекаемые с эпоксидной массой).
Применение композитных полимерных материалов в анкер-
ных конструкциях вызвано тем, что обычные стальные анкеры
подвергаются коррозионному разрушению под воздействием
подземных вод, солей, содержащихся в грунтах, отходов различ-
ных производств, аэрозолей и т.п. Сильноагрессивные трунты
вызывают электрохимическую коррозию анкеров: на поверх-
ности металла образуется множество микроскопических галь-
169
ванических элементов (диполей). Зернистая структура стали иг-
рает роль разрушающегося анода, а химические элементы, со-
держащиеся в грунтовой воде, и отдельные компоненты струк-
тур, участвующие в стальных сплавах, — катода. Кроме того, де-
формируемые и сильнонапряженные части анкеров обладают
переменными электродными потенциалами и вызывают обра-
зование микрогальванических пар [46].
Для защиты от коррозии в анкерах с металлическими тяжа-
ми используют разные виды защитных покрытий, что обычно
является трудоемким и дорогостоящим мероприятием, поэто-
му возможное применение композитных полимерных матери-
алов позволит снизить трудоемкость.
10.5	Оценка возможности применения арматуры
композитной полимерной в конструкции
предварительно напряженного анкера
Оценку возможности использования арматуры композитной
полимерной взамен металлической в предварительно напряженных
анкерных конструкциях проводили по результатам сопоставления
и анализа данных, полученных опытным и теоретическим путем.
В натурных условиях были проведены испытания десяти
предварительно напряженных анкеров, изготовленных из че-
тырех металлических канатов диаметром 15,2 мм со свободной
длиной, равной 10,5 м, и заделкой (корнем) анкера, равной 6,5 м.
Испытания проводили в соответствии с [47] выдергивающей
осевой ступенчато-возрастающей нагрузкой с выдержкой на
каждой ступени до полного затухания перемещений. Переме-
щения анкеров в процессе испытаний фиксировали прогибо-
мером 6-ПАО с точностью измерения 0,01 мм. Максимальная
испытательная нагрузка составила 600 кН.
В ходе испытаний были установлены максимальные пере-
мещения анкерных тяжей для каждой ступени нагружения.
Прогнозируемое значение перемещений анкерных тяжей
вычисляли по следующей формуле
а£=^Х8’	<18>
170
где о — напряжение в анкере, соответствующее значению на-
грузки на каждой ступени, МПа;
L — свободная фактическая длина анкера, м;
Е — модуль упругости материала тяжа анкера, кН/мм2;
F — площадь поперечного сечения анкера, мм2;
0,8 — коэффициент условия работы.
Следовательно
N
С=У’	(19)
где N — усилие натяжения анкера, кН;
F — площадь поперечного сечения анкера, мм2.
Анализ показал, что расчетные значения перемещений прак-
тически соответствуют значениям, полученным эксперимен-
тально (рисунок 10.12), следовательно, вышеизложенные фор-
80 л-------------------------------------------------
142,8	285,7	571,4	714,2	857,1	1071,4
Напряжение, МПа
—♦— опытные данные —л— теоретические данные
Рисунок 10.12 — График зависимости «напряжение — перемещение»
мулы можно применить и для расчета перемещений тяжей ан-
кера, выполненных из базальтопластиковой арматуры.
Для расчета напряжений и перемещений базальтопластико-
вых тяжей анкера были приняты четыре арматурных стержня
периодического профиля с наружным диаметром 16 мм. Расче-
171
ты проводили для композитной арматуры с различной величи-
ной модуля упругости.
Физико-механические характеристики базальтопластиковых
стержней, принятых в расчете, представлены в таблице 10.7. Ре-
зультаты расчетов представлены в таблице 10.8 и на рисунке 10.13.
Таблица 10.7 — Физико-механические характеристики
базальтопластиковых тяжей анкера
Наименование параметров	Характеристики
Площадь поперечного сечения F, мм2	147,3
Нормативное сопротивление растя- жению Rm, МПа /и’	153,9
Расчетное сопротивление растяже- нию^,, МПа	1000
Усилие при расчетном сопротивле- нии, кН	200
Модуль упругости: Ер кН/мм2 Ег, кН/мм2	115 180
Таблица 10.8 —Результаты расчета напряжений и перемещений
базальтопластиковых тяжей анкера
Ступень	Нагрузка, кН	Напряжение, МПа	Максималь- ное переме- щение при Ёр мм	Максималь- ное переме- щение при Е2, мм
0	0	0,0	0,00	0,00
1	80	135,8	16,83	9,44
2	160	271,6	33,66	18,89
3	320	543,1	67,33	37,77
4	400	678,9	84,16	47,21
5	480	814,7	100,99	56,66
6	600	1018,3	126,24	70,82
172
—♦— при Е-115 кН/мм2	"1 И" при £=180 кН/мм2
Рисунок 10.13 — График зависимости «напряжение — перемещение» для
анкеров с тяжами из композитного материала
при Е=П5 кН/ммг	при £=180 кН/мм2
опытные значения для стальных-»- расчетные значения для
анкеров	стальных анкеров
Рисунок 10.14 — Сводный график зависимости «напряжение - переме-
щение» для исследуемых анкеров
На рисунке 10.14 показан сводный график зависимости «на-
пряжение — перемещение» исследуемых анкеров.
Анализ рисунка 10.14 и вьшгеизложенные результаты расчетов
показали, что испазьзование арматуры композитной полимерной
173
в роли тяжей анкерных конструкций представляется возможным,
но при этом модуль упругости Е композитных стержней должен
соответствовать значению не менее 180 кН/мм2, что позволит избе-
жать больших деформаций в момент натяжения анкера.
Для более детального анализа работы композитных анкеров
в грунтовом массиве и сопоставления их со стальными анкера-
ми были выполнены математическое моделирование и расчет
ограждающей конструкции котлована.
10.6 Математическое моделирование работы грунтового анкера
из базальтопластиковой арматуры при креплении ограждающей
конструкции котлована
Математическое моделирование и расчет были выполнены
в программном комплексе PLAXIS 8.2.
В расчетах моделировали разработку открытого котлована
глубиной 11,5 м, устраиваемого в песчаных грунтах. При моде-
лировании грунта использовали 15-узловые треугольные эле-
менты. Для описания поведения грунта была использована мо-
дифицированная модель Кулона — Мора. Поведение конструк-
ционных материалов описывалось упругой моделью.
В качестве ограждающей конструкции был принят ряд ме-
таллических труб 0325x10 мм по ГОСТ 8732—78 с шагом 0,6 м.
Крепление шпунтового ограждения осуществляли предвари-
тельно напряженными инъекционными анкерами, расположен-
ными в два яруса с шагом 2,4 м. Первый ярус анкеров распола-
гали на отметке — 2,00 м, второй на отметке — 7,50 м. Парамет-
ры анкеров и заглубление металлических труб шпунтового ог-
раждения котлована были приняты в результате расчетов ограж-
дающей конструкции по программному комплексу Wall-З, раз-
работанному НИИОСП им. Н.М. Герсеванова.
В расчетной схеме на расстоянии 2 м от шпунтового ограж-
дения воспроизводили равномерно-распределенную нагрузку
GK величиной 20 кПа. На расстоянии 12 м от ограждения мо-
делировали фундамент близлежащего здания. Нагрузка от фун-
дамента здания QK была принята равной 208 кПа. Заглубление
фундамента принято — 1,93 м, ширина подошвы 1 м.
Разработку котлована моделировали поэтапно:
174
1-й этап — активация нагрузок от пригрузки GK и от фунда-
мента здания QK;
2-й этап — моделирование устройства шпунтового огражде-
ния;
3-й этап — разработка грунта до отметки 3,00 м;
4-й этап — установка предварительно напряженных анкеров
первого яруса;
5-й этап — разработка грунта до отметки 8,50 м;
6-й этап — установка предварительно напряженных анкеров
второго яруса;
7-й этап — разработка грунта до отметки 11,50 м.
Устанавливаемые анкера моделировали с помощью комби-
нации арматурных тяжей и области цементного раствора, скреп-
ленного с грунтом. Несмотря на то, что данная двухкомпонент-
ная модель не позволяет с большой точностью смоделировать
напряженное состояние анкерной конструкции и ее взаимодей-
ствие с грунтом, с ее помощью можно оценить распределение
напряжений, деформаций и устойчивость конструкции на гло-
бальном уровне, предположив отсутствие проскальзывания
между слоем цементного раствора и грунтом.
Усилие предварительного напряжения задавали равным
320 кН. Технические характеристики материалов анкеров, за-
даваемых в расчетах, представлены в таблице 10.9.
Таблица 10.9 — Тёхническиехаракгеристакиматериалсж анкеров,
задаваемых в расчетах
Наименование	Для стального анкера	Для композитного анкера
Модуль упругости Е, кН/мм2-	195	180
Номинальный диаметр Д мм	15,2	16
Относительное удли- нение, %	3,5	2,5
Площадь поперечного сечения Л, мм2	140,2	147,3
175
Расчетная схема, обозначения нагрузок и номера инженер-
но-геологических элементов представлены на рисунке 10.15.
Характеристики физико механических свойств грунта, исполь-
зованные в расчетах, представлены в таблице 10.10.
Рисунок 10.15 — Расчетная схема, обозначение нагрузок и номера
инженерно-геологических элементов
Таблица 10.10- Физико-механические свойства грунтов
			Пока «л ети грунтов			
Номер ИГ')	К pai кая характеристика грунтов	Идей- ность грунта, г/см*	Угол внутрен- него тре- ния град	Удельное снепле- ние. кПа	Модуль деформа- ции, МПа	Коэффи- циент фильтра НИИ м/сут
1	Насыпной груш (Техногенный)	1.80	27	1	28	1 	1
2	11есок средней крупности, сред ней плотности, влажный и водо- насыщенный	1 55	30	0	13	2
1 1 		Супесь ггластич- на« 			-		’ ”4	37	1 5	36 		2 	
176
Окончание таблицы 10.10
Номер ИГЭ	Краткая характеристика ФУНТОВ	Показатели грунтов				
		Плот- ность грунта, г/см3	Угол внутрен- него тре- ния, град	Удельное сцепле- ние, кПа	Модуль деформа- ции, МПа	Коэффи- циент фильтра- ции, м/сут
4	Супесь пластич- ная	2,01	23	15	20	
5	Песок мелкий, плотный, влаж- ный	1,92	42	5	41	1
6	Песок средней крупности, сред- ней плотности, влажный	1,74	37	1,5	36	2
7	Суглинок полу- твердый	2,22	21	31	50	
8	Песок пылева- тый, плотный, водонасыщен ный	2,03	40	7	40	1
Анализ выполненных расчетов и полученные результаты,
представленные на рисунках 10.16 и 10.17, показали реальную
возможность крепления ограждающих конструкций строитель-
ных котлованов с помощью анкеров, изготовленных из компо-
зитных материалов.
Применительно к типовым параметрам котлованов и трунтов
различие в деформациях и усилиях в ограждающих конструкциях, а
также между креплением с использованием стальных анкеров и ан-
керов из базальтопластиковой арматуры практически отсутствует.
Таким образом, проведенные расчетные исследования по-
казали, что использование базальтопластиковой арматуры в
роли тяжей предварительно напряженного анкера представля-
ется возможным и в некоторых случаях является целесообраз-
ным. Применение анкерных конструкций из композитных тяжей
177
позволит избежать процесса коррозии, которому подвержены
стальные анкера при высоких напряжениях и переменных нагруз-
ках в агрессивных средах, а также снизить затраты на их установку
за счет отсутствия проведения антикоррозионных мероприятий.
при креплении ограждения СА	при креплении ограждения БПА
Рисунок 10.16— График осадок дневной поверхности по окончанию и
разработки котлована, при креплении ограждающей конструкции
стальными и базальтопластиковыми анкерами
Момент в ограждающей конструкции, кНм/м
момент в стене при креплении СА момент в стене при креплении
БПА
Рисунок 10.17 — График моментов в ограждающей конструкции при ее
креплении двумя типами анкеров и окончательной разработке котлована
178
Во избежание больших деформаций анкерных тяжей в мо-
мент их натяжения рекомендуется использовать арматуру ком-
позитную полимерную — гибридную, с модулем упругости не
менее 180 кН/мм2.
Применительно к типовым параметрам котлованов и грун-
тов различие в деформациях и усилиях в ограждающих конст-
рукциях, а также в осадках дневной поверхности между крепле-
нием с использованием стальных анкеров и анкеров из базаль-
топластиковой арматуры практически отсутствует, что показы-
вает реальную возможность крепления ограждающих конструк-
ций строительных котлованов с помощью анкеров, изготовлен-
ных из композитных материалов.
11 Огнестойкость и пожарная безопасность конструкций
с арматурой композитной полимерной
Одним из существенных моментов для определения облас-
тей применения арматуры композитной полимерной является
ее огнестойкость и пожарная безопасность. Многие заблужда-
ются, утверждая, что конструкции, армированные такой арма-
турой, не проходят по огнестойкости. По огнестойкости не про-
ходит открытая, незабетонированная арматура, так как органи-
ческое связующее на основе эпоксидной смолы не может вы-
держать температуру более 150 °C, поэтому применительно к
арматуре, не защищенной бетоном, как правило, пишут: «лег-
ко воспламеняема и относится к группе горючести Г-4». Но ар-
матура без бетона не эксплуатируется, поэтому для определе-
ния огнестойкости арматуры композитной полимерной нами
были изготовлены и испытаны по ГОСТ 30244—94 «Материалы
строительные. Метод испытания на горючесть» (метод II) че-
тыре опытно-экспериментальные плиты с защитным слоем бе-
тона 10 мм, армированные стеклопластиковой и базальтоплас-
тиковой арматурой. Описание образцов дано в таблице 11.1.
Арматура была изготовлена ООО «ЕвроПластГрупп». Опыт-
ные образцы плит были изготовлены в лаборатории коррозии
и долговечности бетонных и железобетонных конструкций
НИИЖБ им. А.А. Гвоздева ОАО «НИЦ «Строительство».
179
Таблица 11.1— Образцы опытно-экспериментальных плит
с арматурой композитной полимерной для
испытаний на горючесть по ГОСТ 30244—94
Вид арматуры	Состав арматуры		Метод изготовления арматуры	Диа- метр арма- туры, мм	Толщина защитно- го бетон- ного слоя, мм	Общая тол- щина плиты, мм
	Вид волокна	Вид связую- щего				
Поли- мерная стекло- пласти- ковая армату- ра АНК-С	Стеклоро- винги по ГОСТ 17139	Эпоксвдно- диановая неотверж- денная смола по ГОСТ 10587	Безфильер- ная протяж- ка (плейнт рузия)со спираль- ным пери- одическим профилем	10	10	30
Поли- мерная базаль- топлас- тиковая армату- ра АНК-Б	Ровинги и жгуты ба- зальтовые НРБ по ТУ 5952- 001- 133080-94			10	10	30
Примечание — Образцы для испытаний составляли из четырех плит (ГОСТ 30244-94): два образца — бетонная плита толщиной 30 мм со средним слоем из ар- матуры АНК-С (арматура находится в середине плиты); два образца — бетонная плита толщиной 30 мм со средним слоем из ар- матуры АНК-Б (арматура находится в середине плиты).						
На рисунках 11.1 и 11.2 показана подготовка арматуры пе-
ред бетонированием плит.
На рисунке 11.3 представлены бетонные плиты, армирован-
ные базальтопластиковой и стеклопластиковой арматурой до
испытаний на огнестойкость, на рисунке 11.4 — после испыта-
ний на огнестойкость.
180
Рисунок 11.1—Стеклопластиковая
арматура в кондукторе
Рисунок 11.2—Базальтопластиковая
арматура в кондукторе
а)
б)
а — бетонная плита со стеклопластиковой арматурой; б — бетонная плита с
базальтопластиковой арматурой
Рисунок 11.3 — Бетонные плиты с композитной полимерной арматурой
до испытания на огнестойкость
181
a — бетонная плита со стеклопластиковой арматурой; б — бетонная плита с
базальтопластиковой арматурой
Рисунок 11.4 — Бетонные плиты с композитной полимерной арматурой
после испытания на огнестойкость
Таблица 11.2 — Результаты определения группы горючести по
ГОСТ 30244—94 (метод II) опытно-экспери-
ментальных плит с арматурой композитной
полимерной
Дата: 20.11.2012 г.	Условия в помещении: температура — 180 °C
атм. давление — 737мм рт.ст.
отн. влажность —70%
Экспериментальные данные							
Но- мер испы- тания	Темпера- тура дымовых газов, °C	Время самосто- ятельного горения, с	Повреж- дение образцов по длине, %	Масса образцов, г		Потеря массы	
				до испыта- ния	после испыта- ния	г	%
1	91	Отсутствует	0	12475	12435	40	0,3
				12945	12905	40	0,3
Приложение —В соответствии с ГОСТ 30244—94 образцы относятся к группе горючести Г1. Наблюдения при испытании: распространения горения нет. Самостоя- тельного горения нет.							
182
Испытания плит проводили в Испытательном центре ЗАО
«ЦСИ “Огнестойкость”» в ноябре 2012 г. Результаты испыта-
ний, приведенные в таблице 11.2, относятся только к исследо-
ванной арматуре производства ООО «ЕвроПластГрупп», изго-
товленной по ТУ 2296-001-37254847-2012. Для получения ста-
тистических данных необходимо провести испытание на огне-
стойкость изделий с арматурой композитной полимерной не-
скольких производителей.
С целью оценки пожарной безопасности (огнестойкости)
конструкций с композитной полимерной арматурой нами
также были испытаны опытные образцы дорожных плит ти-
пов НЗ и Н2, испытания проводили в ЗАО «ЦСИ “Огнестой-
кость”».
Опытно-экспериментальная плита дорожного покрытия тип
НЗ, серия 1П30.18-30 по ГОСТ 21924.0—84 «Плиты железобе-
тонные для покрытий городских дорог. Технические условия» и
ГОСТ 21924.3—84 «Плиты железобетонные для покрытия город-
ских дорог. Арматурные и монтажно-стыковые изделия. Кон-
струкция и размеры» размером 3000x1750x170 мм, армирована
неметаллической композитной базальтопластиковой арматурой
типа«Лиана» (ТУ 2296-001-37254847-2012 Арматура неметалли-
ческая «Композит»).
Элементы армирования плиты НЗ — продольная арма-
тура нижней сетки диаметром 10 мм, поперечная — 8 мм;
продольная и поперечная арматура верхней сетки диамет-
ром 8 мм.
Образец испытывали как плиту перекрытия под равномер-
но распределенной нагрузкой 400 кг/м2 (нагрузка указана без
учета собственного веса плиты) с опиранием по двум сторонам
(площадки опирания по 100 мм). Испытательную нагрузку ус-
танавливали не менее чем за 30 мин до начала испытаний и под-
держивали с точностью ±5 % (ГОСТ 30247.1—94, п. 72). Коли-
чество образцов — 1 шт.
Идентификация образца с учетом поэлементного состава
представлена в таблице 11.3.
183
Таблица 11.3— Характеристики плиты типа НЗ
Серия 1П30.18-30 с базальтопластиковой арматурой «Композит» (типа «Лиана»)	
Толщина Н, мм	170
Ширина В, мм	1750
Длина L, мм	3000
Масса плиты, кг	2200
Класс бетона по прочности на сжатие	В40
Марка по морозостойкости	F200
Марка по водонепроницаемости	W6
Результаты испытания:
1)	Время наступления предельного состояния по потере це-
лостности Е\
• За время испытания не достигнуто.
2)	Время наступления предельного состояния по потере не-
сущей способности R-.
• Достигнуто на 135-й мин испытания.
3)	Время наступления предельного состояния по потере теп-
лоизолирующей способности Г.
• За время наступления не достигнуто.
4)	Пожарно-технические характеристики:
• Предел огнестойкости составляет REI 120.
Дорожная плита типа Н2 — аналогична плите типа НЗ, но
армирована продольной и поперечной арматурой диаметром
8 мм верхней и нижней сеток.
Образец испытывали как плиту перекрытия под равномер-
но распределенной нацэузкой 400 кг/м2 с опиранием по двум
сторонам (площадки опирания по 100 мм). Испытательную
нагрузку устанавливали не менее чем за 30 мин до начала ис-
пытаний и поддерживали с точностью ±5 % (ГОСТ 30247.1—94,
п. 7.2). Количество образцов — 1 шт.
Поэлементный состав аналогичен плите типа НЗ.
184
Результаты испытаний:
1)	Время наступления предельного состояния по потере це-
лостности Е:
• За время испытания не достигнуто.
2)	Время наступления предельного состояния по потере не-
сущей способности R:
• Достигнуто на 64-й мин испытания.
3)	Время наступления предельного состояния по потере теп-
лоизолирующей способности Г.
• За время наступления не достигнуто.
4)	Пожарно-технические характеристики:
• Предел огнестойкости составляет REI 60.
Данные по огнестойкости и пожарной безопасности конст-
рукций дорожных плит относятся только к исследуемой нами
арматуре. Работа в данном направлении должна продолжаться
применительно к арматуре различных производителей и с уче-
том требований по пожарной безопасности, предъявляемых к
конструкциям зданий и сооружений.
12 Заключение
На основании многолетних исследований арматуры компо-
зитной полимерной и особенно в последние годы (2000 — 2013
гг.), коллективом научных сотрудников НИИЖБ им. А.А. Гвоз-
дева подготовлены рекомендации по областям применения ар-
матуры композитной полимерной в бетонных конструкциях (на
рисунке 12.1 представлены некоторые из разработанных доку-
ментов). В процессе накопления статистических данных по ис-
пытанию арматуры и конструкций области применения ком-
позитной арматуры будут расширяться.
Технология изготовления арматуры композитной полимер-
ной, вид профиля арматуры, связующее и изделия из арматуры
композитной полимерной авторами защищены патентами и
свидетельствами, разработан целый рад Технических условий
(рисунок 12.2).
185
ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ, ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ И
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА
«НИИЖБ»
ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
«НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР «СТРОИТЕЛЬСТВО»
(ОАО «НИЦ «СТРОИТЕЛЬСТВО»)
УТВЕРЖДАЮ:
>
Заместитель директора НИИЖБ,
д.т.нСпвдф.
. |Дт Т.А. Мухамедиев
«	)>" 1	200_г
РЕКОМЕНДАЦИИ
по применению неметаллической композитной арматуры
ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПРИМЕНЕНИЮ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ КОМПОЗИТНОЙ АРМА-
ТУРЫ ПЕРИОД ИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ В БЕТОННЫХ КОНСТРУК-
ЦИЯХ
ТР 013-1-04
(Договор № 95/13-17-09/ЖБ от 25 декабря 2009 г.)
Зав. лабораторией коррозии
и долговечности бетонных и
железобетонных конструкций,
д.т.н., проф.
В.Ф. Степанова
Москва, 2004 г.
Москва 2009
ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
«НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР «СТРОИТЕЛЬСТВО»
(ОАО "НИЦ "СТРОИТЕЛЬСТВО")
УТВЕРЖДАЮ
. А.АГвоздева
В В. Ремнев
_________2010
Рекомендации по применению неметаллической стеклопластвковой
арматуры АСП в дорожных плитах серии 2П 30.18-30
Завлабораторией коррозии
и долговечности бетонных
и железобетонных конструкций,
д.т.н., проф.
Научный сотрудник
В.Ф. Степанова
А.В. Бучкин
Москва 2010г
Рисунок 12.1 — Рекомендации по областям применения арматуры
композитной полимерной
186
я
• •bjuls
BATlteT
х 2^7647
АРМАТЗг КА к<>М IN Ml. IНЛЯ (НАР 1ЛН1ЫI
<кш. «*• Нняднмм**
. % JMAt в >М1
!•«««« '* -	f Hat*» •**» с <к^»ммчг»я«»
•»т4юм<»мг*"мп ль*» Д< Н fM f
C-^PrUJ ,. . £Jtt
♦
«•МЙ-ЛЗг.
X г • « • «ТУНГ*
гптт
Рисунок 12.2 — Техническая документация, патенты и свидетельства
ЙАТЕЙТ
*7’*7131
ГККОЬ HMOI UILUHMM КОМ 1IO3I Г1К1М
ЧРМЛТУ 1Чн

iSAVBifT
- .»жы«н
ак7мь
>•
ОШ4|-*-ЯМИ»
mwMiKxwwr- «Я <Я1 f
ьМ КО «Ий/«фт»е
М «манж^Км
n<4H'HCk Vl ШИПЯ 13Я и ишовлмшя
KcniHiMISTiron КРИ ко РЫ
ч«гшим'м*«» £11ГМ!)
СМ Wf CtffautefM«*

187
В 2012 г. разработан межгосударственный стандарт ГОСТ
31938—2012 «Арматура композитная полимерная для армиро-
вания бетонных конструкций. Общие технические условия»
(ISO 10406-1:2008, NEQ), в котором сформулированы основные
требования к арматуре. В настоящее время в лаборатории кор-
розии и долговечности бетонных и железобетонных конструк-
ций НИИЖБ им. А.А. Гвоздева ОАО «НИЦ «Строительство» ве-
дутся работы по дальнейшему исследованию арматуры компо-
зитной полимерной и по разработке необходимой норматив-
но-технической документации по проектированию (расчету) бе-
тонных конструкций с арматурой композитной полимерной.
Работы осуществляются при поддержке РОСНАНО, ООО
«БЗС», ООО «ЕвроПластГрупп», ООО «ТБМ», ООО НПК «Ар-
мастек».
Большой интерес представляет программа «Базальт для Се-
вера», которая выполняется ООО «ТБМ», Институтом физико-
технических проблем Севера СО РАН им. В.П. Ларионова, Якут-
ским ПромстройНИИПроектом (ЯкутПНИИС) при участии
НИИЖБ им. А.А. Гвоздева ОАО «НИЦ «Строительство» и Ас-
социации ОППНКА «Неметаллическая композитная арматура».
В 2010 г. результаты работ были представлены на Московском
международном Салоне инноваций и инвестиций, где участво-
вало более 40 зарубежных и отечественных фирм. Работа полу-
чила высокую оценку — диплом «Гран-при» (рисунок 12.3).
Надеемся, что результаты, которые будут получены в даль-
нейшем с учетом усовершенствованных и гармонизированных
с зарубежными нормами методов исследований арматуры ком-
позитной полимерной, позволят дополнить и развить изложен-
ный материал в следующей редакции книги.
188
Рисунок 12.3 — Московский международный Салон инноваций
и инвестиций-2010
189
Список литературы
1.	Степанова В.Ф. Проблемы долговечности бетонных и же-
лезобетонных конструкций в современном строительстве / Бе-
тонные конструкции. — 2008 // www.stroi.net.
2.	Австрийские нормы В 6122 (ONORM). Решетка из стек-
лоткани для наружных стен и систем связи из полистирол-кор-
пускулярного пенопласта и тонкой штукатурки.
3.	Альперин В.Н., Аврасин Я.Д., Телешов В.А. Стеклоплас-
тики / под ред. В.Н. Катаева и др. // Справочник по пластичес-
ким массам. — М.: Химия. — 1975. — т. 2. — 455 с.
4.	Арматура неметаллическая / под ред. К.В. Михайлова и
др. // Стройиндустрия и промышленность строительных мате-
риалов: энциклопедия. — М.: Стройиздат. — 1996.
5.	Асланова Л.Г. Условия применения стеклопластиковой ар-
матуры в изгибаемых бетонно-полимерных конструкциях элек-
тросетевого строительства: диссертация канд. техн. наук. — М.:
НИИЖБ. - 1983.
6.	Берг О.Я., Нагевич Ю.М. Некоторые особенности про-
цесса разрушения стеклопластиковой арматуры // Бетон и же-
лезобетон. — 1965. — № 9. — С. 34 — 36.
7.	Бондарь В.П. Исследование некоторых композиций сис-
темы неорганическое вяжущее — силикатные волокна: дис. ...
канд. техн. наук. — Киев. — 1979.
8.	Будников П.П. Избранные труды. — Киев. — 1960. — С.
546 - 553.
9.	Вадбольский С.Л. Синтез и исследование устойчивости в
цементном камне стекловолокна с низким содержанием ZrO2:
дис.... канд. техн. наук. — М. — 1982.
10.	Вильдавский Ю.М. Исследование высокопрочных стек-
лопластиковых стержней как арматуры предварительно напря-
женных бетонных конструкций // Использование стеклоплас-
тиков для армирования бетонных конструкций: сб. науч. тр. —
Минск. — 1964.
190
11.	Вильдавский Ю.М. Исследование физико-механических
свойств стеклопластиковой арматуры и некоторые особеннос-
ти ее работы в изгибаемых элементах: диссертация канд. техн,
наук. - М.: НИИЖБ. - 1969.
12.	Голышев А.Б., Мильто А.А. О возможности применения
стеклопластиков в качестве арматуры для бетонных конструк-
ций // Известия вузов. Строительство и архитектура. — 1961. —
№3.
13.	Голышев А.Б., Мильто А.А. Применения стеклопласти-
ков в качестве арматуры бетонных судовых конструкций // Су-
достроение. — 1963. -№ 1.
14.	ГОСТ 4650—73. Пластмассы. Методы определения водо-
поглощения.
15.	ГОСТ 12020-72 (СТ СЭВ 428-89). Пластмассы. Методы
определения стойкости к действию химических сред.
16.	Высокопрочная стеклопластиковая арматура для пред-
варительно напряженных армобетонных конструкций: докла-
ды и сообщения / Научно-техн, совет Госстроя СССР. — 1965. —
ноябрь.
17.	Евгеньев И.Е., Асланова Л.Г., Реснянский О.А. Исследо-
вание физико-механических свойств базальтопластиковой ар-
матуры на разных связующих // Экономичное армировании же-
лезобетонных конструкций: тез. докл. / Всесоюзное коорд. сове-
щание, Фрунзе, сентябрь 1990 г. — С. 23 — 27.
18.	Жаврид С.С. Коррозионная стойкость стеклопластико-
вой арматуры // Стеклопластбетонные конструкции: сб. науч,
тр. — Минск. — 1972.
19.	Зайцева Л.П. Бетонные конструкции со стеклопласти-
ковой арматурой при тепловом и огневом воздействии: дис. ...
канд. техн. наук. — М. — 1980.
20.	Зак А.Ф. Физико-химические свойства стеклянного во-
локна. — М.: Гостехиздат. — 1962. — 219 с.
21.	Зак А.Ф., Манько Ю.П. Химическая устойчивость стек-
ла: сб. науч. тр. / ВНИИСВ. — М.: Гизлегпром. — 1957. — № 5. —
С. 16-41.
191
22.	Закарявичус В. Теплые связи в трехслойных стенах //
Строительная газета. — 1996. — № 38. — 20 сентября.
23.	Исследование химически устойчивых стекол, волокон и
материалов на их основе: сб. тр. / ГИС. — М.: Изд-во Промстрой-
материалов СССР. — 1985.
24.	Альперин В.И. Конструкционные стеклопластики /
В.И. Альперин, Н.В. Корольков, А.В. Мотавкин, С.Л. Рогинс-
кий, В.А. Телешов. — М.: Химия. — 1979. — 360 с.
25.	Маллинсон Ж. Применение изделий из стеклопласти-
ков в химическом производстве / пер. с англ, под ред. В.И. Аль-
перина и С.П. Перлина. — М.: Химия. — 1973. — 30 с.
26.	Материалы Всесоюзного совещания по координации
НИР в области применения стеклопластиковой арматуры для
бетонных конструкций. — Минск. — 1962.
27.	Материалы Всесоюзного совещания по цредварительным
итогам и дальнейшим перспективам работ в области стеклоце-
мента/Госстрой СССР. — М. — 1964.
28.	Материалы координационного совещания по НИР в об-
ласти создания бетонных конструкций с неметаллической ар-
матурой / НИИЖБ. — М. — 1962.
29.	Материалы Первой Всесоюзной конференции по исполь-
зованию стеклопластиков для армирования бетонных конструк-
ций. — Минск. — 1963.
30.	Материалы совещания по предварительным итогам и
дальнейшим перспективам работ в области стеклопластиковой
арматуры для бетонных конструкций / НИИЖБ. — М. — 1964.
31.	Мильто А.А. Исследования по применению стекловолок-
нистой арматуры для железобетонного судостроения: дис. ...
канд. техн. наук. — Горький. — 1963.
32.	Мощанский Н.А. О стойкости стеклопластиковой арма-
туры в бетоне // Бетон и железобетон. —1965. — № 9. — С. 33 — 34.
33.	Мощанский Н.А. и др. Изучение химической стой-
кости стеклопластиковой арматуры: материалы НТО ЦЛК
НИИЖБ. - 1965.
192
34.	Наполнители для полимерных композиционных мате-
риалов: справочное пособие / пер. с англ, под ред. Г.С. Капа и
Д.В. Милевски. ~ М.: Химия. - 1981. — 736 с.
35.	Никуда И. Экспериментальные исследования в области
применения неметаллической арматуры: дис. ... канд. техн,
наук. — М. — 1959.
36.	Пат. 566517 СССР, приоритет США. — 1972.
37.	Пащенко А.А.. Сербина В.П. Армирование цементного
камня минеральными волокнами. - Киев. - 1970.
38.	Пащенко А.А. Стойкость стекяоволокнистой арматуры
в портландцементной матрице / А.А.Пащенко, В.П. Сербина,
А.П. Паславская. В.Р. Бондарь // Известия АН СССР. Неорга-
нические материалы. - 1978..т. 14. - № 3. — С. 574 - 577.
39.	Рекомендации по определению областей эффективного
использования СПА; Органические волокна; Углеродные во-
локна / под ред. Г.С. Капа /'/ Наполнители для полимерных. —
Минск. — 1973.
40.	Сабрамониэн Р„ Аустин X. Базальтовые волокна; Стер-
жен Д., Лэйси Р. Высокомодульные композитные материалы /
пер. с англ, под ред. Г.С. Каца и Д.В. Милевски, под общ. ред.
П.Г. Бабаевского. — М.: Химия.  1981. — С. 593, 601.678.
41.	Смирнов Э.Н. Исследование стойкости стеклопластико-
вой арматуры в бетоне: диссертация канд. техн. наук. — М.;
МАДИ. - 1966.
42.	Стеклянные волокна / под ред. М.С. Асланова. - М.:
Химия. - 1979. — 179 с.
43.	Стержень для армирования бетона и способ его изготов-
ления: пат. 2058276 Рос. Федерация: МКИ6 С 04 В 26/14, Е 04
С5/07 / Асланова Л.Г. - № 93047899/04; заявл. 14.10.93.
44.	Троснянская Е.Б., Бельник А.Р. и др. О причинах изме-
нения свойств резита в водной и щелочной средах // ФХММ. —
1973. -№2.-С. 21.
45.	Троснянская Е.Б. Диффузия электролитов в смесях полиме-
ров / Е.Б. Троснянская. А.Р. Бельник, А.Е. Чалых, ОД. Чернико-
ва // Высокомолекулярные соединения. — 1974. — т. XVI Б. -- № 7.
193
46.	Пащенко А. А. Физико-химические основы композиции
неорганическое вяжущее — стекловолокно / А.А.Пащенко,
В.П. Сербина, В.С. Клименко, АП. Паславская. — Киев: Вища
школа. — 1979.
47.	Фролов Н.П. Технология изготовления стеклопластико-
вой арматуры и некоторые ее свойства // Бетон и железобетон. —
1965.-№9.-С. 5-8.
48.	Фролов Н.П., Жаврид С.С. и др. Физико-механические
свойства и совместная работа стеклопластиковой арматуры с
бетоном: материалы конф. // VI Конференция по бетону и же-
лезобетону. — Рига. — 1966.
49.	Ципкина О.Я. Стеклопластиковая арматура ЮЖНИИ и
ее перспективы применения в строительстве // Использование
стеклопластиков для армирования бетонных конструкций: сб.
науч. тр. ЮЖНИИ. — Минск. — 1964.
50.	Ципкина О.Я., Шмунер А.Ш. Новые материалы в строи-
тельстве — стеклопластики // Сб. науч. тр. ЮЖНИИ. — Минск. —
1959. — вып. 2.
51.	Юшка П.С. Исследование особенностей работы стекло-
пластиковой арматуры в бетоне и стеклопластбетонных конст-
рукциях: автореф. дисертация канд. техн. наук.—Вильнюс. —1973.
52.	Soudki К. А., Green М. F. Performance of CFRP Retrofitted
Concrete Columns at Low Temperatures / 2nd International
Conference on Advanced Composite Materials in Bridges and
Structures, Montreal, Quebec, 11 — 14 August 1996. — P. 427 — 434.
53.	Majumdar. A.J., Ryder J.F. Glass Fibre Reinforcement of
Cement Products I Glass Technology. — 1968. — v. 9. — № 3. — P. 78
-74.
54.	Кулиш В.И. Клееные деревянные мосты с железобетон-
ной плитой. — М.: Транспорт. — 1979. — 160 с.
55.	ТП серии 3.503-14. Пролетные строения автодорожных
мостов и путепроводов, ребристые из предварительно напря-
женного железобетона пролетами 12, 15 и 18 м. Выпуски 6, 7,
8. - М.: ГИПРОДОРНИИ. - 1983.
194
56.	Судаков В.И. Управление качеством строительной про-
дукции / Качество в разработке мостовых железобетонных кон-
струкций: книга 4. — Хабаровск: Изд-во ТОГУ. — 2005. — 285 с.
57.	Казаринов В.Е. Применение затяжек из стеклопласти-
ковой арматуры в сталежелезобетонных пролетных строениях
автодорожных мостов: диссертация канд. техн. наук. — Хаба-
ровск: Хабаровский политехи, ин-т. — 1986. — 195 с.
58.	А.с. 576374 СССР. Захват для натяжения арматуры / В.И. Ку-
лиш, В.Е. Казаринов, А.Е. Казаринов; Хабаровский политехи,
ин-т; заявл. 17.05.76; опубл. 15.10.77, Бюл. № 38.
59.	Арматура стеклопластиковая. Технические условия:
ТУ 7 БССР 1-85. - Взамен ТУ 7 БССР 1-81. — Минск: ИСиА
Госстроя БССР. — 1985. — 15 с.
60.	Пат. 2062849 Российская Федерация. Анкер для стержня
стеклопластиковой арматуры / Казаринов В.Е.; заявитель и па-
тентообладатель Хабаровский гос. техн, ун-т; заявл. 25.04.94;
опубл. 26.06.96, Бюл. № 18.
61.	Пат. 94254 Российская Федерация. Устройство для закреп-
ления, натяжения и отпуска арматуры (варианты) / А.С. Шахов,
С.В. Шахов, С.И Шабалин и др.; заявитель и патентооблада-
тель ООО КНПО «Уральская армирующая компания»; заявл.
01.02.2010; опубл. 20.05.2010, Бюл. № 14.
62.	А.с. 435337 СССР. Устройство для анкеровки арматуры /
Б.В. Накашидзе, В.И. Кулиш; Хабаровский политехи, ин-т; за-
явл. 20.06.72; опубл. 10.07.74, Бюл. № 25.
63.	Методика расчетного прогнозирования срока службы
железобетонных пролетных строений автодорожных мостов /
РосДорНИИ, МИИТ, ОАО ЦНИИС. — М.: Росавтодор. —
2002. - 138 с.
195
Содержание
Предисловие...........................................3
Введение..............................................5
1	Состояние вопроса.................................  6
1.1	Обзор отечественного и зарубежного опыта
применения неметаллической арматуры в строи-
тельных конструкциях...............................6
1.2	Анализ свойств армирующих волокон
и связуюших.....................................  14
1.3	Исследование коррозионной стойкости АПК.......20
2	Материалы для производства неметаллической
композитной арматуры................................27
3	Выбор связующего для неметаллической композитной
арматуры на основе базальтового волокна.............31
4	Свойства неметаллической композитной арматуры.....36
4.1	Исследование коррозионной стойкости базальто-
пластиковой и стеклопластиковой арматуры, изготов-
ленной методом пултрузии...........................36
4.2	Физико-механические свойства неметаллической
арматуры...........................................40
5	Исследование свойств опытных партий неметаллической
композитной арматуры................................46
5.1	Методы испытаний АНК......................    46
5.2	Физико-механические свойства неметаллической
арматуры .........................................60
5.2.1 Стеклопластиковая арматура...............60
5.2.2 Базальтопластиковая	арматура..........   61
5.3	Химические исследования коррозионной стой-
кости базальтопластиковой арматуры................64
5.4	Ускоренные коррозионные испытания АНК
в щелочах.......................................  76
5.5	Испытания базальтопластиковой арматуры
в ненапряженном состоянии и при напряжении.........83
5.6	Исследование диффузионной проницаемости и прогно-
зирование стойкости базалътошастиковой арматуры....84
196
5.7	Исследование влияния температурных воздей-
ствий на стойкость стержневой базальтопластико-
вой арматуры. Влияние тепловлажностной обра-
ботки на коррозийную стойкость базальтоплвс-
тиковой арматуры.................................  88
5.8	Влияние воздействия отрицательных температур
на коррозийную стойкость...........................89
6	Исследования хрупкого коррозионного разрушения
базальтопластиковой арматуры под напряжением..........90
7	Анализ результатов экспериментальных исследова-
ний коррозионной стойкости неметаллической
арматуры, выполненных в разные годы в НИИЖБ........96
8	Опыт применения стеклопластиковой арматуры
при возведении мостов (с конца 70-х годов XX века)....102
8.1	Деревожелезобетонное пролетное строение
с балками из клееной древесины, предварительно
напряженными стеклопластиковой арматурой...........104
8.2	Стеклопластбетонное пролетное строение
длиной 15 м.......................................108
8.3	Сталежелезобетонное пролетное строение моста с метал-
лическими балками, предварительно апряженными
затяжками из стеклопластиковой арматуры............115
9	Путь развития исследовательских и практических работ по
арматуре композитной полимерной начиная с 2000 года... 120
9.1	Материалы для изготовления композитной
арматуры..........................................120
9.2	Результаты испытания свойств неметаллической
композитной арматуры при отработке бесфильерной
технологии ее изготовления........................127
9.3	Номенклатурный перечень и виды высокопроч-
ной неметаллической арматуры, области ее
применения........................................131
9.4	Зарубежный опыт производства арматуры компо-
зитной полимерной.................................139
197
9.5	Состояние вопроса анкерения стеклопластиковой
арматуры.........................................148
10	Результаты испытаний бетонных конструкций,
армированных неметаллической композитной
арматурой..........................................151
10.1	Исследование прочности, жесткости и трещино-
стойкости опытных образцов дорожных плит,
армированных арматурой композитной
полимерной.......................................151
10.2	Исследование работы бетонных конструкций,
армированных композитной полимерной
арматурой........................................161
10.3	Расчет фундаментной железобетонной плиты
методом конечных элементов. Анализ поведения
базальтопластиковой арматуры в конструкции
фундаментной плиты...............................164
10.4	Исследование предварительно напряженных
конструкций с арматурой композитной
полимерной.......................................168
10.5	Оценка возможности применения арматуры
композитной полимерной в конструкции предвари-
тельно напряженного анкера.......................170
10.6	Математическое моделирование работы грунтового
анкера из базальтопластиковой арматуры при
креплении ограждающей конструкции котлована.. 174
11	Огнестойкость и пожарная безопасность конструкций
с арматурой композитной полимерной.................179
12	Заключение.....................................185
Список литературы..................................190
198
В.Ф. Степанова, А.Ю. Степанов, Е.П. Жирков
АРМАТУРА КОМПОЗИТНАЯ
ПОЛИМЕРНАЯ
Издательско-полиграфическое
предприятие ООО «Бумажник»
Дмитровское ш., д. 46, корп. 2, тел. 8 (495) 482 42-3ft
Ответственный за выпуск Хазанов Ю.Л.
Компьютерный набор, верстка, макет;
Прокофьев А.В., Смородина Т.Н.
Обработка рисунков Прокофьев А. В,
Корректура Ковачевич В.В.
Дизайнер Черномаз Г.А.
Формат 60x84 716. Бумага Кюм Люкс Классик 80 г/м1,
Объем 12,5 п.л.
Тираж 200 экз. Заказ № 359.
Отпечатано в ОАО«ЦИТПим. Г.К. Орджоникидзе»