Современное состояние и перспективы применения стальной фибры и арматурных канатов в строительной отрасли Украины

 
Стальная фибра

 
Стальная фибра применяется для создания конструкционного материала, который называется сталефибробетоном и представляет собой композиционный материал, состоящий из бетонной матрицы и стальной фибры. В качестве бетонной матрицы применяется тяжелый или мелкозернистый бетон классов В20-В60, а в качестве фибры – стальные волокна различной формы диаметром 0,1-1,2 мм и длиной 5,0 - 12,0 см.

Содержание фибры в расчете на 1 м³ бетонной смеси принимается в зависимости от назначения конструкции и колеблется от 20-40 кг в промышленных полах до 100-120 кг в стенах банковских хранилищ и сейфов.

Принято различать два вида конструкций из сталефибробетона:

• конструкции с фибровым армированием, в которых армирование осуществляется только фибрами;
• конструкции с комбинированным армированием, которые наряду с фибрами армируются также традиционной стержневой арматурой.

По сравнению с обычным неармированным бетоном сталефибробетон имеет более высокую прочность на сжатие, осевое растяжение и растяжение при изгибе, ударную вязкость, сопротивление истираемости и ряд других преимуществ конструктивного и технологического характера.

В мировой практике сталефибробетон применяется в конструкциях зданий и сооружений, для которых важное значение по условиям эксплуатации имеют снижение собственного веса конструкций, требования по ограничению ширины раскрытия трещин, обеспечения водонепроницаемости бетона, повышение ударной вязкости, истираемости, долговечности при динамических нагрузках.

В ряде случаев применение сталефибробетона оказывается более эффективным по сравнению с традиционным железобетоном с армированием стержневой арматурой, как по расходу материалов, так и в результате снижения трудозатрат на выполнение арматурных работ.

Анализ мирового опыта показывает, что сталефибробетон широко применяется в монолитных железобетонных конструкциях и сборных конструкциях заводского изготовления.

В монолитных конструкциях сталефибробетон широко применяется в аэродромных покрытиях, дорожных покрытиях, гидроизолирующих и защитных слоев проезжей части мостов и путепроводов, при устройстве промышленных полов, временной и постоянной крепи тоннелей метро и автодорожных тоннелей, стен хранилищ банковских учреждений, ремонте конструкций, укреплении склонов и др.

В сборных железобетонных конструкциях заводского изготовления сталефибробетон применятся при изготовлении железнодорожных шпал, плит аэродромных, дорожных и тротуарных покрытий, колец смотровых колодцев для водоснабжения и канализации, водоотводных лотков, безнапорных и напорных труб и др.

В странах СНГ сталефибробетон наиболее широко применяется в России, где правила проектирования, регламентируются СП 52-104-2006 [1] и рядом Руководящих технических материалов.

Работы по внедрению сталефибробетона в Украине начались с освоения производства и выпуска технических условий на стальную фибру. Одни из таких технических условий разработаны ОАО «Силур» [2]. Следующим этапом работ явилась разработка документа по проектированию, изготовлению и применению сталефибробетонных конструкций – ДСТУ-Н В.2.6- [3], который был разработан Техническим комитетом по стандартизации «Арматура для железобетонных конструкций», ОАО «Силур», ОАО «Стальканат». Этот документ был рассмотрен Минрегионбудом Украины, одобрен и рекомендован для принятия как национальный стандарт Украины решением Научно-технического совета № 18 от 26.02.2009.

Разработанный ДСТУ-Н В.2.6- [3] определяет область применения конструкций из сталефибробетона, общие положения проектирования, требования к материалам (бетону, арматуре, стальной фибре), правила расчета по первой и второй группам предельных состояний, конструктивные требования, а также требования к технологии изготовления, транспортирования сталефибробетона и контроля его качества.

Арматурные канаты

В современной зарубежной и отечественной практике арматурные канаты применяются в предварительно напряженных конструкциях. При этом в отечественной практике существуют два вида канатов К7 и К19, которые имеют ограниченное применение в современной строительной практике, где для основной массы предварительно напряженных конструкций применяется стержневая арматура с натяжением электротермическим способом.

В этой связи необходимо отметить, что номенклатура и показатели качества (механические свойства, релаксационная стойкость, стойкость против коррозионного растрескивания и др.) всех видов выпускаемой в Украине напрягаемой арматуры (стержневой, проволочной и канатной) существенно отличаются от зарубежных аналогов.

Так Европейский стандарт EN 10138-3, объединяющий в себе виды напрягаемой арматуры, предусматривает производство:

• стержневой арматуры диаметрами от 20 до 50 мм с минимальными значениями предела текучести >800 МПа и временного сопротивления >1000 МПа, что соответствует отечественной арматуре класса А800;
• высокопрочной проволоки диаметрами от 4 до 10 мм со значениями предела текучести в диапазоне 1300…1500 МПа и временного сопротивления в диапазоне 1600…1800 МПа;
• 3-х проволочных канатов диаметрами от 5,2 до 7,5 мм со значениями предела текучести в диапазоне 1600…1700 МПа и временного сопротивления в диапазоне 1800…1900 МПа;
• 7-ми проволочных канатов диаметрами от 7 до 18 мм со значениями предела текучести в диапазоне 1500…1800 МПа и временного сопротивления в диапазоне 1800…2000 МПа.

При этом все перечисленные виды напрягаемой арматуры обладают низкой релаксацией – не более 4% для стержневой и 2,5 % для проволочной и канатной арматуры на базе 1000 часов при начальных напряжениях равных 0,7 значения временного сопротивления.

В настоящее время ОАО «Силур» производство арматурных канатов по EN 10138-3, применение которых в Украине позволит производить предварительно напряженные конструкции длиной более 12 м, что невозможно со стержневой арматурой по ДСТУ 3760:2006, отказаться от затратной технологии электротермического натяжения и перейти на механический способ натяжения. Кроме того, применение широкой номенклатуры канатов по EN 10138 позволит начать реализацию в Украине современной технологии предварительного напряжения в построечных условиях, позволяющей существенно увеличить пролеты перекрытий зданий монолитно-каркасной системы, сократив при этом материалоемкость, сроки и себестоимость строительства.

Для применения арматурных канатов по EN 10138 в Украине необходимо разработать ДСТУ на основе идентичного перевода EN 10138 и ДСТУ-Н, регламентирующего правила проектирования и применения арматурных канатов в предварительно напряженных железобетонных конструкциях.

Список литературы

1. СП 52-104-2006 Свод правил по проектированию и строительству. Сталефибробетонные конструкции, НИИЖБ, Москва, 2007.
2. ТУ У В.2.7-28.7-00191046-015:2007 Фібра із сталевого дроту
3. ДСТУ-Н В.2.6 - Настанова з проектування та виготовлення сталефібробетонних конструкцій.
4. EN 10138. Presstressing steel. Part 1-4, 1999.

 Ю.А. Климов,
доктор технических наук, профессор