История технологии

Со средины XX столетия, благодаря повышенному интересу представителей строительных сфер к стойкому к коррозийному воздействию материалу, активизировалось использование армированных стеклом и пластиком бетонных конструкций. Кроме того, появление необходимости обеспечения отдельных видов сооружений антимагнитными, а также диэлектрическими свойствами ещё больше усилило желание застройщиков использовать многокомпонентную арматуру. К тому же, очень важно было учитывать большой расход, даже без того уже существующего дефицита рудных ископаемых, используемых в стальном аналоге.

Изначально, главной основой многокомпонентного каркаса стало непрерывное, стойкое к щелочам, волокно из стекла, имеющее диаметр 10-15 микрон. Оно располагало абсолютную инертность к действиям щелочной среды. Арматурный стержень формировался из стекловолокон, а для главного связующего активно использовалось сырье из смолы полиэфирного, эпоксидного или другого подобного синтетического состава.

На заводах больших городов стран бывшего СССР применялась технология по изготовлению неметаллического, стойкого к щелочной среде, стержня из стекла. Его диаметр составлял 6 мм, а состав содержал совсем небольшой коэффициент диоксида циркония.

Изготовление первой многокомпонентной арматуры для эксперимента было осуществлено благодаря большому желанию, а также труду советских ученых. Этот временной период охватывает 60-е годы. Согласно многочисленным результатам практических экспериментов касательно стержня пятимиллиметрового стеклопластикового композита был установлен целый ряд его физико-технических характеристик:

• исходный модуль упругости бетона 50 ГПа;
• предел прочности 1,5 ГПа;
• предел плотности 2 т/м³;
• продолжительность коэффициента прочности в оптимальном температурном режиме с соответствующей влажностью 65%.

На то время наличие большого количества организационных факторов не позволяло наладить стабильное производство такого рода арматуры. Но при этом, строительные компании возводили всё больше зданий, сооружений, конструкций, где используется стеклопластиковый каркас. Многие из них эксплуатируются до сих пор. Это было первым большим шагом на пути к усовершенствованию производства, а также использования неметаллического типа арматуры.

С 1969-го по 1979-й год бетонные траверсы линий электропередач армировались стеклопластиковыми прутами во многих странах бывшего СССР. По разработанным экспериментальным образцам электроизолирующих траверс опор ЛЭП были изготовлены, а также установлены серьезной протяженности участки линий электропередач во многих регионах таких стран, как Белоруссия, Аджария, Россия. Вдобавок, специалисты всех стран исследовали стеклопластиковый каркас для укрепления опор контактной сети и, среди прочего, в конструкция напорных стояков. Кроме того, её применили даже на промышленных, транспортных или торговых комплексах цветного металла или складах неорганических удобрений. Применение подобного многокомпонентного вида стержня при кладке сооружений из легкого по весу бетона, в траверсах с отсутствием изоляции, фундаментах, покрытиях началось с 70-х годов XX века.

Но, не смотря на активное, положительное использование каркаса из стекла и пластика во многих сферах жизнедеятельности, к сожалению, заводское производство стеклопластикового, укрепительного каркаса так и не было осуществлено.

Многокомпонентная арматура также была активно использована при укреплении перекрытия технологичных галерей кислотной станции Светлогорского комбината искусственного волокна. Для армирования использовался стержень диаметром 6 мм. Его ребра и плиты поперечного направления заблаговременно устанавливались под напряжение. Это повлекло только позитивные последствия, а также снизило затраты.

В 1970 г. вблизи Костромы, согласно данным разработок и анализа результатов ИСиА Госстроя БССР вместе с ГПИ «Сельэнергопроект», быласдана в пользование линия опор ЛЭП-10 кВ с траверсами, бетон которых был укреплён стеклом с пластиком. Ставрополь прославил 1972 г., сдав в эксплуатацию аналогичное сооружение ЛЭП, только на 35кВ. А 1975 г. стал важным для Гродно и Солигорска, где подключили ЛЭП-10 кВ. Еще одной знаменательной датой касательно установки ЛЭП на 0,4 и 10 кВт является 1979 г. — Батуми.

Сборная, трёхлучевая конструкция траверсы это два прямолинейных, заранее напряженных, стеклопластиковых элемента, к которым прикреплено три провода. Основой траверсы являлся электроизолирующий бетон, армированный четырьмя стержнями диаметром 6 мм в каждом отдельном элементе.

Специалисты Усть-Каменогорского комбината цветной металлургии овладели производством предварительно напряжённых электролизных ванн для получения алюминия, конструкция которых армировалась стеклопластиковым стержнем с диаметральной величиной 6 мм. С использованием 4-х миллиметровой арматуры из композита, согласно с проектом кафедры «Мосты и тоннели» Хабаровского политехнического института, был возведен первый клееный из древесины мост. Он датируется  1975 годом.

1976 год – это масштабное строительство надвижных складов с нетрадиционной конструкцией на территории белорусских городов Рогачев и Червень. Арки складских помещений армировались многокомпонентной проволокой, диаметр которой составлял 6-8 мм.

Армированный в 1981 году многокомпонентными стержнями мост на реке Шкотовка (Дальний Восток России) эксплуатируется до сегодняшнего деня. Пролётное строение моста представляет собой шесть двутавров из металла 45, которые заблаговременно напряжены затяжками из 12 многокомпонентных стержней диаметром 6 мм.

Кроме того, 1989 год запомнился истории сдачей ещё одного моста Хабаровского края с применением комбинированного армирования: четыре пучка осуществляли напряжение по 24 стеклопластиковым стержням диаметром 6 мм. Укрепление балок каркасом классов А-I и А-II осталось без существенных изменений.

Согласно результатам проведенных исследований, эффект предварительного напряжения для многокомпонентной арматуры в мостах, датированный периодом с 1975-го по 1989-й годы, остался прежним.

Двухтысячные года после длительного перерыва прославили Россию новыми экспериментальными результатами касательно разработки технологий для новых образцов АСП. Большой теоретический вклад при развитии этой сферы, совместно с практическим опытом ООО «Ярославского завода композитов», вложили специалисты научных центров НИИЖБ, а также ФГУП «НИЦ МАТИ». Результат их совместной работы — это разработан новый многообещающий, перспективный метод безфильерной технологии пултрузия.

При изучении уже эксплуатированного стержня, большое внимание уделялось таким ее физико-техническим характеристикам, как прочность, долговечность, коррозийная стойкость, а также стойкость к агрессивным воздействиям различных сред. Во время исследований были выведены новые показатели использования такого рода каркаса:

• временное сопротивление к разрыву до 1500 МПа;
• исходный модуль упругости 50 000 МПа;
• плотность 1,8-2 т/м3 при весе волокна из стекла в 80%;
• при растяжении рабочая диаграмма остается прямолинейной аж до самого момента разрыва, грань деформаций к этому моменту 2,5-3%;
• долговременная прочность каркаса при нормальных температурно-влажностных условиях 65% от временного сопротивления;
• коэффициент линейного расширения 5,5-6,5*10-6.

Также, был исследован уровень изгиба связующих элементов арматуры под воздействием статических нагрузок.

Что касается международной теоретической а также, само собой, практической истории, то использование многокомпонентной арматуры началось ещё до Второй мировой войны. Собственно аэрокосмическая промышленность показала истинные, качественные характеристики такого рода каркаса. А во время войны интерес к легкому, практичному, а главное, долговечному материалу только усилился. Далее, стремительно развивающаяся экономика США, очень нуждалась в не очень дорогом, но удовлетворяющем запросы потребителя сырье. Именно таким образом были произведены соосно-ориентированный волокнистый пластик, а также композитный пластик, которые использовались для изготовления клюшек для гольфа или удочек. И только к 60-м годам этот материал стал рассматриваться, как главное сырье бетонной арматуры.

Но ещё 50-е годы очень остро ощущали потребность в смене материала для систем скоростных автотрасс, круглосуточное техобслуживание которых было очень затратным. Используя соль для очистки льда с автодорожных мостов, дорожные службы столкнулись с проблемой коррозии, а также ее негативного влияния на стальную арматуру. Это было хорошим побуждением к проведению исследований различных защитных покрытий (цинковых, с электростатическим напылением, полимербетонов, эпоксидных, а также арматуры из стеклопластика), согласно результатам которых лучше всех вариантов при условиях агрессивной среды проявила себя композитная арматура из стекла и пластика. Но тем не менее, использование такого рода каркаса не считалось эффективным через большую его стоимости. Именно по этим причинам он не нашел своего активного коммерческого распространения до конца 70-х годов. «Применение технологии композитных материалов при проектировании, а также постройке мостов» (Plecnik and Ahmad 1988) официальный документ, датированный 1983 годом, который является первым проектом Министерства транспорта США. Монополистом в области первоначальной разработки арматуры из стеклопластика на территории США была корпорация Marshall-Vega Inc. Изначально, стеклопластиковый каркас являлся просто идеальной альтернативой стальному аналогу для полимербетона из-за полного отсутствия совместимости характеристик температурного расширения между полимербетоном и сталью. К концу 70-х годов на этот же рынок вышла ещё одна корпорация — это International Grating Inc. Этот период связывают с возникновением большой проблемы ухудшения состояния мостов под влиянием коррозии, вызванной действием хлорид-ионов. Главным, даже единственным решением вопроса быстрого старения мостов стало армирование конструкции стеклом с пластиком. Два этих экономических объединения сделали большой вклад в развитие производства, а также эксплуатации многокомпонентной, стеклопластиковой арматуры, и закончили свою деятельность касательно этого направления ближе к 80-м годам. Следующий временной период прославился использованием каркаса из стекла и пластика при строительстве медицинских учреждений, центров, комплексов. Потребность в эксплуатации именно такого рода арматуры была связана с большим влиянием стального аналога на результаты медицинского оборудования магнитной резонансной томографии. Самые крупные проекты — это здания Gonda Building рочестерской клиники Mayo в штате Миннесота, Национальный институт онкологии на территории города Бетесда штата Мэриленд. А далее, им укреплялись конструкции мостов, волноломов, основания реакторов электроподстанций, взлётно-посадочные полосы, лаборатории электроники. Самыми знаменитыми проектами являются мосты на территории города Поттер Каунти штата Техас и города Беттендорф штата Айова. Это поспособствовало проведению новых тщательных исследований в области неметаллической арматуры, результаты которой сохранил документ «Элементы из волоконных композитов и технология применения неметаллической арматуры».

В 1986 г. Германия соорудила автодорожный мост, используя стеклопластиковую арматуру. Япония к средине 90-х годов уже динамично использовала каркас из FRP. Результаты исследований более 100 коммерческих проектов с применением стержня из стеклопластика были описаны научной работой «Рекомендации по проектированию и постройке».

Постройка настила канадского моста Crowchild под небом региона Калгари штата Альберта, датированная 1997 годом, также армирована стержнем из стеклопластика. Гражданские инженеры этой страны долгое время работали над разработкой положения по применению неметаллической арматуры. Свой результат они закрепили официальным документом — «Канадский свод норм проектирования автодорожных мостов». На его основании построили целую серию демонстрационных проектов. Самыми выдающимися, удачнейшими из них являются: мост Headingley в Манитобе,мост на Kent County Road №10, мост Joffre Bridge через реку Сен-Франсуа, расположенный в Шербруке (Квебек). Таким образом, Канада заняла лидирующие позиции касательно постройки мостового настила.

Британская Колумбия использовала стеклопластиковую арматуру при возведении винного завода, датированного 1998 годом.

Нынче, наиболее крупным потребителем каркаса из многокомпонентного материала является Китай. Специалисты строительной промышленности страны используют ее при возведении новых конструкций различных сфер от настилов мостов и до подземных покрытий или креплений.