Композитная арматура производства ТГ...

Композитная арматурапроизводства ТГ «Экипаж»

Докладчик:

Генеральный директор Орешкин Дмитрий Александрович

Разрушающаяся железобетонная

инфраструктура

Угрожающие факты современного состояния транспортной инфраструктуры

США впечатляют:

Источник: http://pewresearch.org/pubs/699/look-out-below

• По данным Министерства транспорта, более 25% из почти 600.000 мостов в США нуждаются в значительном ремонте• По данным Федерального управления шоссейных дорог, примерно тридцать процентов основных дорог Америки находятся в неудовлетворительном состоянии, что является причиной трети, из более чем, 43тыс. ежегодных аварий со смертельным исходом. • Чтобы сохранить в надлежащим состоянии системы наземного транспорта, Соединенные Штаты должны инвестировать ежегодно $ 225 млрд., в течение следующих 50 лет. В настоящее время, затраты составляют менее 40% от этой суммы.

Разрушающаяся железобетонная инфраструктура

Характерная реплика на форуме сайта Федерального управления шоссейных дорог по сложившейся ситуации:

«Конечно, можно надеяться, что правительство США начнёт финансировать необходимые инфраструктурные проекты, но, учитывая состояние государственного

долга, представляется маловероятным, что штаты и местные власти могут рассчитывать

на достаточную помощь от людей из Вашингтона. Во что наши деды и отцы

вложили столько времени, энергии и денег, всё, что сделало нашу нацию великой, теперь

на наших глазах превращается в ржавую труху…»

Жизненный цикл инфраструктурного объекта

Затраты собственника инфраструктурного объекта

Композитная арматура

альтернатива стальному армированию для инфраструктурных объектов

Виды волокон применяемых при производстве композитной арматуры

стекловолокно базальтовоеволокно

углеволокно

Обзор типов полимерного связующего

Эпоксидные связующие

Полиэфирные связующие

Винилэстерные связующие

Свойства Полиэфирные Эпоксидные Винилэстерные

Связующие

Прочность армирующих материалов на разрыв в продольном направлении

Высокая усталостная стойкость композитной арматуры, хорошо

работает при циклических нагрузках

Отсутствует фаза текучести перед разрушением

Низкая прочность композитной арматуры на срез

Поведение композитной арматуры в условиях низких температур

рабочая температура композитной арматуры под нагрузкой до -800С

ï ðè + 20 Ñ0

Высокая коррозионная стойкость композитной арматуры

Стойкость композитной арматуры АКС и АКБ к основным химическим реагентам

Chemical Environment

Chemical resistance of АКС and АКB FRP rebar

Chemical Environment

Chemical resistance of АКС and АКB FRP rebar

Chemical resistance of АКС and АКB FRP rebar

% Concen-tration

Temp °C % Concen-tration

Temp °C

Chemical Environment

% Concen-tration

Temp °C

Acetic Acid 50 85 Glycerine 100 90 Sulfuric Acid 25 90

Acetone 100 25 Heptane 100 50 Tartaric Acid ALL 90

Alumium Salts ALL 90 Hydrobromic Acid 50 50 Trisodium Phosphate ALL 65

Ammonium Chloride ALL 85 Hydrobromic Acid 37 35 Urea ALL 60

Ammonium Hydroxide 28 38 Hydrocyanic Acid ALL 85 Vinegar 100 90

Ammonium Carbonate ALL 65 Hydrogen Peroxide 30 50 Water, Distilled 100 90

Ammonium Bicarbonate ALL 50 Hypochlorous Acid 20 65 Water.Sea 100 90

Ammonium Nitrate ALL 85 Lactic Acid ALL 90 Zinc Salts 100 85

Benzene 100 60 Lead Acetate ALL 90

Benzene Sulfonic Acid ALL 90 Lead Chloride ALL 90

Benzoic Acid ALL 90 Lead Nitrate ALL 90

Calcium Hydroxide 35 85 Lime Slurry ALL 85

Calcium Hypochlorite ALL 85 Magnesium Salts ALL 85

Calcium Salts ALL 90 Maleic Acid 100 85

Calcium Nitrate ALL 90 Mercury Chloride 100 85

Carbonic Acid ALL 85 Nickel Salts ALL 90

Carbon Tetrachloride 100 60 Nitric Acid 20 40

Chlorine Dioxide ALL 60 Perchloric Acid 30 30

Chlorine Water ALL 50 Phosphoric Acid 100 90

Chromic Acid 10 85 Potassium Salts ALL 85

Citric Acid ALL 85 Phthalic Acid ALL 85

Copper Cyanide Plating ALL 85 Silver Nitrate 100 85

Copper Salts ALL 85 Sodium Hypochlorite 10 65

Ethanol 50 30 Sodium Salts ALL 40

Ethyl Acetate N/R N/R Stannic Chloride ALL 90

Ferric Chloride 100 85 Styrene N/R N/R

Ferric Salts ALL 85 Sulfuric Acid 50 85

N/R – not recommended (химическая стойкость невелика)

Малый вес композитной арматуры

Вес композитной арматуры составляет четверть от веса стальной

арматуры

Низкая теплопроводность композитной арматуры

Теплопроводность композитной арматуры близка к теплопроводности древесины

Композитная арматура является диэлектриком, магнито- и радио-

прозрачна

композитная арматура исключает гальванокоррозию в бетонных изделиях

Модуль упругости у композитной арматуры ниже, чем у стальной

эластичность композитной армирования обеспечивает длительный срок службы бетонных плит и балок на

распределенном основании

модуль упругости:СТАЛЬ – 195 ГПаСТЕКЛОПЛАСТИК – 38 ГПаБАЗАЛЬТОПЛАСТИК – 42 ГПаУГЛЕПЛАСТИК – 250-350 ГПа

Композитная арматура чувствительна к УФ-излучению

Коэффициент теплового расширения (КТЕ) и теплостойкость композитной

арматуры

Обзор технического дизайнакомпозитной арматуры

Конструкция композитной арматуры

Сцеплениекомпозитной арматуры с бетоном

Í î ðì àòèâí û å

Ôàêòè÷åñêèå

Касательныенапряжения

Характеристический график зависимости

касательныенапряжения-деформация

сдвига

Факторный анализ системы«бетон - композитная арматура»

• воздействие среды бетона (pH12-14)

• воздействие химический агентов

окружающей и эксплуатационной среды

• воздействие воды

• циклы заморозки-оттаивания

• температурные циклы

Долговременная надежность композитного армирования в бетонах

Потеря 28% прочности в течение 550 дней

Источник: бюллетени #10 и #40 FIB

Деградация механических свойств Е и ЕСR GFRP в бетоне по ускоренному методу

Канадское управление по эксплуатации транспортной инфраструктуры провело масштабное исследование 5-ти действующих мостов (срок эксплуатации 6÷8 лет) с бетонными настилами армированными GFRP с Е-стекловолокном

Методы ускоренных испытаний не коррелируют с реальным процессами

Исследование процессов деградации GFRP-арматуры (Е-стекло)

на реальных объектах

В исследовании приняли участие ведущие канадские университеты

Британской Колумбии

Применялись следующие методы тестирования

• Backscattered Electron Imaging (BEI)

• X-ray Elemental Mapping Analysis (XEMA)

• Energy Dispersive Spectrometry (EDS)

• X-ray Diffraction Analysis (XDR)

• phenolphtalein carbonation test

• измерение рН

Исследование процессов деградации GFRP-арматуры (Е-стекло) на реальных объектах

Фотография микроструктуры

арматуры

Выводы: следы гидросорбционной деградации и выщелачивание стекловолокна

не были обнаружены

Фотография микроструктуры

арматуры в рентгеновских лучах

Диаграмма поглощения GFRP-арматурой ионов из бетона (результаты

по EDS)

Химический состав GFRP-арматуры

(результаты по EDS)

Базальтопластиковая арматура: перспективы и проблемы

• высокая химстойкость в целом

• исключительная щелочестойкость

• низкое водопоглощение

преимущества:

отсутствие у базальтового ровинга явления сорбционного вырождения, делает ее применение предпочтительным для сооружений на урезе воды

Базальтопластиковая арматура: перспективы и проблемы

Е-стекловолокно

несколько выигрывая по цене,

уступает БНВ по всем остальным

параметрам особенно по

водопоглощению

Базальтовое волокно против стеклянного

ECR-стекловолокно

наиболее близкое к БНВ по набору

свойств, однако десятикратная

разница в водопоглощении

серьезно сокращает возможность

применения ECR-стекловолокна в

инфраструктурных приложениях

Базальтовое волокно против стеклянного

S2-стекловолокно

значительно дороже БНВ,

обладает несколько большей

механической прочностью, но

серьезно проигрывает по химстойкости,

водопоглощению

Базальтовое волокно против стеклянного

Базальтопластиковая арматура:существующие проблемы

• высокая цена

• недостаточные объемы производства

• недостаточный модуль упругости

• зависимость от месторождения

Базальтопластиковая арматура: перспективы и проблемы

• снижение цены за счет роста объемов производства

• увеличение модуля упругости за счет отработки

технологий изготовления

• изготовление специализированных волокон за счет

подшихтовки исходного сырья и доработки технологии

изготовления

перспективы:

Проблематика применения композитной арматуры в строительных объектах

• Проблема модуля упругости

• Проблема «хрупкого разрушения»

• Проблема низкой теплостойкости

• Проблема поправочных коэффициентов запаса

прочности

• Проблема «условной долговечности» в

инфраструктурных объектах

Проблема «хрупкого разрушения»

Проблема низкой теплостойкости композитной арматуры в толще бетона

(до 180…2000С)

Невозможно изогнуть арматуру на стройплощадке

завод-изготовитель поставляет фасонные элементы из композитной арматуры по спецификации

потребителя

Повестка дня для проведения углубленных исследований

• Долговечность под нагрузкой в системе «бетон -

композитная арматура»

• Ползучесть под циклическими нагрузками в системе

«бетон - композитная арматура»

• Стабильность модуля упругости и сцепления с бетоном

под циклическими нагрузками

• Долговременная надежность под комплексным

воздействием усталостных нагрузок в сочетании с циклом

заморозки-оттаивания

• Системы механических анкеров для преднапрягаемого

FRP-армирования

Нормативные документыв области применения

и расчетов композитной арматуры

в строительстве

USA

ACI 440.1R-06 (2006) “Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRP Bars,” ACI 440.3R-04 (2004) "Guide for Test Methods for Fiber Reinforced Polymers (FRP) for Reinforcing and Strengthening Concrete Structures," ACI Committee 440, American Concrete Institute, Farmington Hills, Mich.ACI 440.5-08 (2008) "Specification for Construction with Fiber-Reinforced Polymer Reinforcing Bar"ACI 440.6-08 (2008) "Specification for Carbon and Glass Fiber-Reinforced Polymer Bar Materials for Concrete

Canada

CAN/CSA-S806-10, “Design and Construction of Building Components with Fibre-Reinforced Polymers”CAN/CSA-S6-06, “Canadian Highway Bridge Design Code”

The Canadian Network of Centers of Excellence on Intelligent Sensing for Innovative StructuresDesign Manual No. 3, “Reinforcing Concrete Structures with Fiber Reinforced Polymers” Design Manual No. 4, “FRP Rehabilitation of Reinforced Concrete Structures” Design Manual No. 5, “Prestressing Concrete Structures with FRPs” Design Guide, “Specifications for FRP Product Certification”

JapanJapan Society of Civil Engineers (JSCE) 1997 “Recommendation for Design and Construction of Concrete Structures Using Continuous Fiber Reinforced Materials,” Concrete Engineering Series 23, ed. by A. Machida, Research Committee on Continuous Fiber Reinforcing Materials, Tokyo, Japan, 325 p.

EuropeFIB Bulletin #10: "Bond of reinforcement in concrete"FIB Bulletin #40: “FRP reinforcement in RC structures"Report # STF 22 A 98741 “Eurocrete Modifications to NS3473 When Using FRP Reinforcement”, Norway (1998)

ItalyCNR-DT 203/2006 - "Guide for the Design and Construction of Concrete Structures Reinforced with Fiber-Reinforced Polymer Bars."Available: Italian National Research Council

Беларусь

Украина

Россия

Перспективы применения композитной арматуры

• Объекты наземной транспортной инфраструктуры

• Объекты контроля водных объемов и поверхности

• Объекты химпроизводств, захоронений, объекты водоподготовки и водоочистки

• Бетонные элементы и сооружения на распределенном основании (полы, плиты и т.д.)

• Объекты городской подземной инженерной инфраструктуры

• Фундаменты, подпорные стены и грунтоукрепление, в т.ч. и для вечной мерзлоты

• Шахты и тоннели

• Армобетонные суда и плавающие сооружения (понтоны, дебаркадеры, поплавки

буровых платформ и т.д.)

• Бетонные изделия с ненапряженной и преднапрягаемой арматурой (заборы,

дорожные плиты, опоры ЛЭП и осветительные столбы и т.д.)

• Армированные бетонные сооружения, эксплуатирующиеся в условия высоких

напряженностей электромагнитных полей и разности потенциалов (боксы ЯМР-

томографии, опорные конструкции высоковольтных линий и подстанций и т.д.)

• Гибкие связи в многослойных теплосберегающих ограждающих конструкциях

• Ремонтно-восстановительные работы по восстановлению несущей способности

мостов, элементов зданий и сооружений

Пути повышения конкурентоспособностикомпозитной арматуры

ОБЪЁМЫ

ОБЪЁМЫ

ОБЪЁМЫ

ОБЪЁМЫ

ОБЪЁМЫ

Емкость рынка СНГкомпозитной арматуры

Предварительные оценки емкости рынка композитной арматуры для инфраструктурных

объектов по СНГ

Предполагаемый объем использования композитной арматуры:

до 2015 г. 10 – 25 тыс. тонн/годдо 2025 г. 25- 100 тыс. тонн/год

Емкость рынка СНГкомпозитной арматуры

Фибра 10

Сетки 25

Арматура 65

Распределение по типу композитного армирования

Распределение по типу волокна

Стекло 68%

Базальт 30%

Уголь 2%

Отдельные сектора рынка:FRP-сетки и FRP-фибра

Благодарим за внимание

Докладчик: Генеральный директор

Орешкин Дмитрий Александровичтел./факс: +38 (0572) 93-10-03

e-mail: orda@ukrpost.ua