Нас часто спрашивают, каким должен быть диаметр композитной арматуры и что такое «равнопрочная замена»? Понятие «равнопрочная замена», появилось как попытка провести некую аналогию между привычной для всех строителей стальной арматурой и композитной арматурой. Любая строительная арматура, используемая для армирования бетонных конструкций, — работает на растяжение (на сжатие работает сам бетон) и применяется для предотвращения растрескивания этой бетонной конструкции.
Прочность арматуры на растяжение измеряется в МПа и имеет название «предел прочности при растяжении». Если приложить к арматуре растягивающее напряжение, превышающее её «предел прочности при растяжении», то она будет разрушится (разорвется). Стоит отметить, что при достижении предела прочности, композитная и стальная арматура разрушаются по-разному — у них разный характер поведения под нагрузкой (зависимость «напряжение-деформация»):
• У композитной арматуры это прямая линия с упруголинейной зависимостью под нагрузкой до разрушения;
• У стальной арматуры это кривая линия с площадкой текучести под нагрузкой.
Другими словами, стальная арматура в какой-то момент теряет прочность и начинает сильно растягиваться. Такое поведение называется «текучестью».
 

Понятие «Равнопрочная замена»

Теперь вернемся к понятию «равнопрочная замена». Как и следует из формулировки, «равнопрочная замена» это замена стальной арматуры на композитную, имеющую другой диаметр, но ту же прочность на растяжение. Соответственно далее отсюда рождается ещё одно понятие, характеризующее композитную арматуру — «равнопрочный диаметр».
Зачем когда-то были введены эти понятия? Дело в том, что до недавнего времени в нашей стране существовал, если так можно выразится, нормативный вакуум. Поэтому неким альтернативным выходом из ситуации было составить таблицу «равнопрочной замены», пользуясь которой строитель мог бы сделать расчет конструкции для стальной арматуры, а потом просто использовать вместо неё композитную, определив необходимый диаметр композитной арматуры по этой самой таблице «равнопрочной замены». Безусловно такой порядок действий не является безусловно правильным и рождает некоторые вопросы, основанные на том, что таблица не учитывает всех особенностей сравниваемых материалов (стали и композита). Например, в случае пожара и нагрева конструкции, стальная и композитная арматура начинают вести себя абсолютно по-разному. Кроме того, модуль упругости при растяжении у композитной арматуры отличается от модуля упругости при растяжении у стальной арматуры. Однако, если речь не идет о таких ответственных конструкциях, как перекрытия, то использование метода равнопрочной замены было вполне оправдано.

Так каким же должен быть диаметр композитной арматуры? Вы будете удивлены, но равнопрочный диаметр композитной арматуры легко посчитать математически. Итак, логика довольно проста:

• Изначально мы ориентируемся на стандартные диаметры, принятые для стальной арматуры. Эти диаметры определены в ГОСТ 5781-82. Механические свойства арматурной стали должны соответствовать нормам, указанным в Таблице 8 данного ГОСТ. Под пределом прочности на растяжение у стальной арматуры берем значение её предела текучести, так как за этим пределом она, по сути, перестаёт «работать».
• Выберем в Таблице 8 ГОСТ 5781-82 интересующий нас класс стальной арматуры. Обычно это самый широко применяемый A-III (А400).
• Составим таблицу, в которой перечислим диаметры стальной арматуры выбранного класса и посчитаем силу, которую нужно приложить к арматуре ДАННОГО ДИАМЕТРА для того, чтобы достигнуть предела текучести. В таблице указан предел текучести в Ньютонах на 1 мм2 площади окружности арматурного прутка. В качестве диаметра стальной арматуры возьмем не внешний или внутренний её диаметр, а номер её профиля, так как он является усредненным диаметром, что следует из ГОСТ 5781-82 пункт 1.4.: «Номинальные диаметры периодических профилей должны соответствовать номинальным диаметрам равновеликих по площади поперечного сечения гладких профилей.»
• Дополним таблицу столбцом с расчетными площадями окружностей для всех арматурных прутков с диаметрами, указанными в первом столбце
• Рассчитаем силу, которую надо приложить, чтобы достигнуть предела текучести для каждого из диаметров. Для этого соответствующую площадь окружности, измеренную в мм2 нужно умножить на предел текучести, характерный для данного класса арматуры и измеряемый в Н/мм2
• Далее нам нужно вычислить равнопрочный диаметр композитной арматуры. При этом, стоит отметить, что учитывая конструкцию современной композитной арматуры, производимой в России, прочность на растяжение у этой композитной арматуры определяется ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО самим телом арматурного стержня, состоящим из пучка параллельных волокон. Следовательно нас интересует исключительно внутренний диаметр композитной арматуры, измеряемый по телу арматурного стержня. Внешний диаметр, измеряемый по виткам намотанных ребер нам абсолютно не интересен, так как эти намотанные по спирали ребра никак не влияют на прочности при растяжении у композитной арматуры.
• Равнопрочный диаметр композитной арматуры рассчитывается в обратном порядке. Другими словами нужно взять ту же величину силы, как та, которую надо приложить, чтобы достигнуть предела текучести металла и рассчитать требуемый внутренний диаметр, который и будет равнопрочным эквивалентом соответствующей стальной арматуре. Единственное отсутствующее значение — «предел прочности при растяжении» у композитной арматуры определяется очень просто, так как является по своей сути справочным. Опуская подробности, его можно принять равным 1100 Н/мм2

Диаметр композитной арматуры

Вот теперь мы можем ответить на вопрос: Какой должен быть диаметр композитной арматуры?Пример: если Вы ищите замену стальной арматуре класса A-III (А400) с диаметром (номером профиля) 14мм, то Вам нужно брать стеклопластиковую арматуру, внутренний диаметр (измеренный по телу прутка) которой должен быть не менее 8,34 мм!
Если Вы собираетесь вооружиться штангенциркулем и приступить к измерениям диаметров композитной стеклопластиковой арматуры, то учтите следующие оговорки:
1. Всё, что описано выше, справедливо лишь для композитной арматуры периодического профиля (с ребрами, намотанными по спирали)! Измерение диаметра стержня у гладкой композитной арматуры, обсыпанной кварцевым песком, представляется практически невозможным.
2. Измеряя внутренний диаметр композитной арматуры периодического профиля избегайте мест, в которых заметно избыточное количество композитного связующего в виде наплывов и капель из застывшей смолы.
3. Сечение стержня композитной арматуры может иметь форму, отличную от идеальной окружности. Так, например, при незаконченной полимеризации из-за протягивания между валами, сечение стержня композитной арматуры может приобретать немного элипсовидную форму. Поэтому, измерять диаметр следует в двух, взаимоперпендикулярных, плоскостях с последующим вычислением усредненного диаметра (сложить два полученных результата друг с другом и результирующую сумму разделить на два).
4. Приведенная таблица справедлива лишь для стальной арматуры класса A-III (А400) по ГОСТ 5781-82 и композитной стеклопластиковой арматуры периодического профиля по ГОСТ 31938-2011. Для стальной арматуры других классов, а так же для других типов композитной арматуры (например, не основе стеклопластика, а на основе базальтопластика) таблица будет иметь совершенно другие значения.