Дослідження неметалевої композитної базальтової арматури періодичного профілю та перспективи її застосування

Вступ. Проаналізовано результати досліджень фізико-механічних характеристики неметалевої композитної базальтової арматури, отримані дослідниками, зокрема міцність базальтової арматури на зріз, зчеплення базальтової арматури з бетоном, вилуговування базальтового волокна, довговічність конструкцій, армованих неметалевою композитною базальтовою арматурою.

Проблематика. В дорожній галузі основна частина витрат на ремонт і відновлення залізобетонних конструкцій мостів і шляхопроводів пов’язана з корозією металевої арматури. Застосування неметалевої арматури є перспективним принциповим рішенням цієї проблеми. Технічні характеристики дозволяють застосовувати базальтову арматуру для дорожнього будівництва, при підсиленні мостів, для огороджувальних конструкцій, в конструкціях, які зазнають впливу агресивних середовищ.

Ефект від використання базальтової арматури отримують, зокрема, від зниження вартості будівництва за рахунок застосування арматури меншого діаметру порівняно з металевою при забезпеченні необхідних характеристик міцності, зменшенню ваги конструкцій із такою арматурою. Також, завдяки відсутності певних видів корозії арматури під час експлуатації підвищується довговічність конструкції, скорочують або ліквідують окремі види ремонтних робіт.

Разом з тим, використання неметалевої композитної базальтової арматури періодичного профілю, виготовленої з базальтових волокон, призначеної для армування бетонних конструкцій транспортних споруд, стримується відсутністю достатньої кількості результатів досліджень характеристик такої арматури. На основі таких досліджень необхідно буде, в подальшому, внести зміни в норми на проектування, стандарти на методи випробування та ін.

Мета. Дослідити арматуру одного з основних виробників, яку виготовляли на момент дослідження в Україні. Здійснити визначення геометричних розмірів, маси, кольору, тимчасового опору, відносного видовження після розриву базальтової арматури періодичного профілю діаметром 6 мм, 10 мм. Здійснити обробку результатів випробувань фізико-механічних характеристик неметалевої композитної базальтової арматури періодичного профілю діаметром 6 мм, 10 мм, аналіз результатів випробувань. Розробити, за висновками з аналізу результатів випробувань, пропозиції щодо вимог до неметалевої композитної базальтової арматури для транспортних споруд на автомобільних дорогах загального користування.

Матеріали та методи. Здійснено експериментальні дослідження фізико-механічних характеристик базальтової арматури періодичного профілю виду А, номінальним діаметром 6 мм, 10 мм, виготовленої згідно з ТУ У В.2.7-25.2-34323267-001, зокрема, досліджено кривизну прутка, якість поверхні, колір арматури, внутрішній діаметр арматури, тимчасовий опір, відносне видовження після розриву.

Результати. У результаті досліджень встановлено, що кривизна прутка, якість поверхні, колір арматури відповідають ТУ У В.2.7-25.2-34323267-001. Внутрішній діаметр арматури, для окремих стержнів, перевищує допустимі відхилення в межах до 0,3 мм згідно з ТУ У В.2.7‑25.2‑34323267‑001, ДСТУ Б В.2.7-312:2016. Проте, в результаті аналізу отриманих механічних характеристик встановлено, що такі відхилення суттєво не впливають на величини показників механічних характеристик випробуваних зразків (вони не менші за необхідні).

Разом з тим, в подальшому, при застосуванні базальтової арматури необхідно перевіряти таку арматуру на відповідність вимогам ДСТУ Б В.2.7-312:2016 і відповідність повинна бути забезпечена.

Визначено для базальтової арматури тимчасовий опір, відносне видовження після розриву відповідно: для діаметра 6 мм ― 1 105 МПа та 2,13 %; для 10 мм ― 1 068 МПа та 2,10 %.

Висновки.

1. Аналіз досліджень неметалевої композитної арматури показав, що в останні роки науковці приділяють арматурі значну увагу, оскільки бачать перспективу її широкого використання в майбутньому. Дослідження базальтової арматури показали, що вона має високу міцність, малу густину, має достатню стійкість до лужного середовища.
2. В результаті досліджень арматури діаметром 6 мм та 10 мм встановлено, що кривизна прутка, якість поверхні, колір арматури відповідають ТУ У В.2.7-25.2-34323267‑001, ДСТУ Б В.2.7‑312:2016. Внутрішній діаметр арматури, для окремих стержнів, перевищує допустимі відхилення в межах до 0,3 мм (відповідно до ТУ У В.2.7-25.2-34323267-001 та ДСТУ Б В.2.7‑312:2016). Проте, в результаті аналізу отриманих механічних характеристик встановлено, що такі відхилення суттєво не впливають на величини показників механічних характеристик випробуваних зразків (вони не менші за необхідні). Разом з тим, в подальшому, при застосуванні базальтової арматури необхідно перевіряти таку арматуру на відповідність вимогам ДСТУ Б В.2.7-312:2016 і відповідність повинна бути забезпечена.
3. Визначено для базальтової арматури тимчасовий опір, відносне видовження після розриву відповідно: для діаметра 6 мм ― 1 105 МПа та 2,13 %; для діаметра 10мм ― 1 068 МПа та 2,10 %.
4. Напруження, яке відповідає максимальному статичному навантаженню розтягом (P_max) до руйнування зразків базальтової арматури встановлено при випробуванні зразка арматури діаметром 6 мм і становить s_в ~ 1 153 МПа, що відповідає границі міцності високоміцної стальної арматури класу А-1000. Відносне видовження базальтової арматури δ перебуває в межах від 2,0 % до 2,3 %, і співмірне із δ арматури А–1000, яке дорівнює 2,0 %.
5. Результати випробувань на статичні навантаження засвідчують високі показники характеристик базальтової арматури діаметром 6 мм та 10 мм, що є передумовою для застосування випробуваної арматури при будівництві транспортних споруд.

1. Методические рекомендации по расчету и конструированию бетонных и железобетонных конструкций с включением стекловолокнистой арматуры. Київ, 1984. 76 с. (Інформація та документація).
2. Коваль П.М., Бабяк І.П., Гримак О.Я. Дослідження впливу базальтової фібри на властивості бетону для транспортного будівництва. Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди, Рівне, 2011. Вип. 22. С.93–100.
3. Бабяк І.П. Вплив базальтової фібри на властивості бетону для транспортного будівництва. Містобудування та територіальне планування, Київ, 2016. Вип. 61. С.128–135.
4. Гвоздюк М.М., Бабяк І.П., Гембара Т.В., Костів Р.Б. Статична та втомна міцність базальтової арматури. Фізико-хімічна механіка матеріалів. Львів, 2013. Вип. 5. С. 79–83.
5. Коваль П.М., Гримак О.Я., Коваль М.П., Стоянович С.В. Дослідження армування базальтобетонних балок за допомогою системи ЛАРМ-САПР. Актуальні проблеми інженерної механіки. Одеса, 2018. С. 114–117.
6. Климов Ю.А., Солдатченко А.С, Васильчишина С.А. Механические свойства неметалической композитной арматуры на основе базальтового ровинга. Містобудування та територіальне планування. Київ. 2011. Вип. 40. С.461–470.
7. Guide Test methods for fiber-reinforced polymers (FRPs) for reinforcing or strengthening concrete structures. 2004. 40 p. ACI COMMITTEE REPORT. АСІ 440.3R-04  URL: https://www.iranfrp.ir/wp-content/uploads/2018/12/4403R_04_0.pdf (дата звернення: 05.01.2020).
8. Климов Ю.А., Солдатченко А.С., Орешкин Д.О. Экспериментальные исследование прочности композитной неметаллической арматуры на срез. Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди, Рівне, 2010. Вип. 20. С. 217–224.
9. Климов Ю.А., Пискун Р.А. Отчет по результатам испытаний на сцепление с бетоном неметаллической композитной базальтовой арматуры производства ТОВ «Технобазальтинвест». Київ, 2010. 23 с.
10. ТУ У В.2.7-25.2-34323267-001:2009 Арматура неметалева композитна базальтова періодичного профілю. Технічні умови. Київ, 2009. 13 с. (Інформація та документація).
11. ДСТУ-Н Б EN 1992-1-1:2010 Єврокод 2. Проектування залізобетонних конструкцій. Частина 1-1. Загальні правила і правила для споруд (EN 1992-1-1:2004, IDT). Київ, 2012. 345 с. (Інформація та документація).
12. Гоц В.І., Пальчик П.П., Шпера С.П., Рєзнік О.Ю.  Вилуговування базальтового волокна різних модифікацій. Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Рівне, 2010. Вип. 20. С. 17–22.
13. Гоц В.І., Пальчик П.П., Рєзнік О.Ю., Журбинська М.В. Особливості вилуговування склоподібних базальтів. Сучасні будівельні матеріали, конструкції та інноваційні технології зведення будівель і споруд. Донецьк, 2010. Вип. 5 (85). С. 45–49.
14. Глуховський В.В., Свідерський В.А., Ященко О.М. та ін. Композиційні матеріали на основі волокон з гірських порід та неорганічних в’яжучих. Науково-дослідна лабораторія базальтових волокон Інституту проблем матеріалознавства НАН України : моногр. Київ, 2006. 140 с.
15. Селютін Ю.В. Довговічність бетонних конструкцій з елементами скло- і базальтопластикового армування. Ресурсоекономні матеріали, конструкцій, будівлі та споруди. Рівне, 2008. Вип. 18. С. 241–245.
16. ДСТУ 4179-2003 Рулетки вимірювальні металеві. Технічні умови. Зі зміною № 1 (ГОСТ 7502-98, MOD). Київ, 2004. 20 с. (Інформація та документація).
17. ДСТУ Б В.2.7-312:2016 Арматура неметалева композитна базальтова періодичного профілю. Загальні технічні умови. Київ, 2016. 21 с. (Інформація та документація).