Испытание композитной арматуры на растяжение
Иллюстрация ПКА. Источник — https://festima.ru/
Приветствую вас, читатели!
Речь пойдет об избитой, но всё же теме применения полимеркомпозитной арматуры. Чтобы не быть голословным перед аудиторией, Вашему вниманию предлагаю несколько научных статей, опубликованных в инженерных журналах разных уголков России. Каждая статья подводит итоги экспериментов и проведенного тестирования в части применения композитной арматуры.
Научный труд кандидатов технических наук служит как доказательная база. Все материалы, приведенные в данной публикации — имеются в открытом доступе.
Далее по тексту вы встретите обозначение ПКА — это расшифровывается, как полимеркомпозитная арматура.
Итак, 1-й документ:
Вывод статьи:
В подведении итогов экспериментов в статье говорится, что обнаружен характер разрушения от продёргивания арматуры. Это одна из серьезнейших проблем. Композит имеет гораздо ниже сцепление с бетоном, чем сталь. К тому же, у стальной арматуры есть масса способов усилить анкеровку — согнуть стержень петлей, сделать крюк, сплющить конец в «грибок», приварить поперечины и т.п. У композитной арматуры, кроме плохого сцепления, вообще отсутствуют варианты усиления анкеровки.
2-й документ:
Вывод статьи:
В данном заключении упоминается вторая группа предельных состояний, которая не является определяющей для использования! А II группа предельных состояний — это прогибы и раскрытие трещин. Всё это из-за того, что модуль упругости композитной арматуры очень низок, и конструкции, выполненные с такой арматурой, недостаточно жесткие. Как раз здесь это и сказано, что если жесткость не стоит во главе угла и экономически достигается выгода — то ПКА использовать в конструкциях можно, иначе использование не рекомендуется!
3-й документ: статья, подготовленная к симпозиуму 2011 г. кандидатом технических наук.
Заключение:
В заключении говорится, что можно использовать такую арматуру там, где нужно получить определенные свойства, не достижимые при использовании стали: радиопрозрачность, химическую стойкость, диэлектрические свойства.
И далее упоминается «необходимо разработать строительные нормы, правила, требования и т.д.». Почему это сказано? А потому, что этих документов нет в природе! В итоге, мы покупаем и используем ПКА на свой страх и риск.
4-й документ:
Вывод статьи:
Если вы подробно ознакомитесь с выводом, то этой статьей наносится основной удар композитной арматуре: внезапность разрушения конструкции и разрушение смол при 100°С с небольшим, а соответственно и ограничение применения в несущих конструкциях.
5-я статья:
Выводы статьи:
В заключение хотел бы отметить, что в моей статье представлены далеко не все научные исследовательские труды, есть еще, найденные мною, около 10 материалов и так же в открытом доступе, построенных на исследовании и экспериментах с ПКА.
Поэтому, в ответственные конструкции лучше не закладывать данный вид армирования, а применять при строительстве отмосток, ненесущих стенок септиков, бетонировании заездов во двор и т.п.
Надеюсь, статья оказалась вам полезной. Спасибо за внимание!
Источник материала: «Инженерно-строительный портал о строительных конструкциях». Автор: Антон Вебер
Почему основной типоразмер металлопроката имеет в длину 11,7 м.?
Почему шаровой кран нельзя открывать наполовину?
Источник
Наряду с классической стальной арматурой, в строительстве все чаще применяют полимерную композитную арматуру, и для обоих видов этой продукции проводят испытания. Контролю подлежат геометрические параметры и физико-механические характеристики.
Проведение испытаний металлической арматуры
Арматурные изделия, применяемые для усиления железобетонных конструкций, выпускают в соответствии с ГОСТом 5781-82. Согласно нормативному документу, эта продукция по физико-механическим характеристикам подразделяется на классы от A-I до A-VI. Изделия класса A-I имеют гладкую поверхность, остальных – гладкую или периодического профиля.
ГОСТ 5781-82 подразумевает проведение ряда испытаний арматуры.
Определение диаметра
Для определения этого размера у гладкой арматуры используют штангенциркуль. Диаметр продукции с периодическим профилем находят с использованием формул.
Сначала вычисляют площадь поперечного сечения:
S = m/pxl, где:
S – площадь поперечного сечения, м2;
m – масса образца, кг;
p – плотность, равная 7850 кг/м3(это средняя величина, для конкретной марки можно подставить точное значение);
l – длина образца, м.
Диаметр вычисляют по формуле:
D = √4S/π, где:
D –диаметр стержня, м;
S – площадь сечения, м2.
Для практических целей диаметр изделий периодического профиля вычисляют как среднюю величину диаметров по ребрам или между ними.
Класс арматуры: определяется по результатам испытаний на растяжение
Образцы должны иметь необработанную поверхность номинальным диаметром 3,0-80,0 мм, длина зависит от рабочей длины и конструкционных особенностей захвата оборудования, на котором производятся исследования.
Нормируемые характеристики при испытаниях на растяжение:
- предел текучести (физический) – это напряжение, при котором образец претерпевает деформационные изменения без роста растягивающей нагрузки;
- предел текучести условный – напряжение, при котором величина остаточной деформации составляет 0,2%;
- временное сопротивление разрыву – предел прочности, испытания на него позволяют определить величину, при которой появляется шейка и разрушения испытуемого изделия;
- относительное удлинение – равно соотношению разности конечной и начальной расчетных длин к начальной длине.
Методы испытаний стеклопластиковой и другой композитной полимерной арматуры
Композитная арматура представляет собой продукцию, состоящую из:
- стержня – скопления продольно ориентированных нитей;
- обмоточного жгута – скопления нитей, ориентированных винтообразно;
- матрицы – термореактивной смолы из нескольких жидких компонентов, переведенных в твердую фазу.
Испытания на соответствие изделий ГОСТу 31938-2012 включают определение:
- геометрических параметров – номинального и внешнего диаметров, длины;
- механических свойств при осевом растяжении – модуля упругости, предела прочности, относительного удлинения;
- предела прочности при сжатии;
- предела прочности при срезе стержня поперек расположения волокон;
- предела прочности сцепления с бетоном – испытанием балки на изгибающие нагрузки или осевым выдергиванием из куба;
- устойчивости к щелочным средам – это испытание длится в течение 30 суток при температуре +60°C;
- максимальной эксплуатационной температуры;
- удельной эффективной активности радионуклидов сырья.
Каждое исследование производится минимум на шести образцах.
Источник
В России с каждым днём появляется всё больше и больше производителей композитной арматуры и на первый взгляд это вроде бы хорошо, так как растет конкуренция. Все ли проводят испытания композитной арматуры? Все ли имеют сертификат соответствия ГОСТ 31938 ? Является ли сертификат соответствия ГОСТ 31938 гарантом качества композитной арматуры? На поверку оказывается, что всё неоднозначно, зачастую кажется, что современная Россия идет по пути Китая, где на одного нормального производителя приходится сотня маленьких производств, располагающихся в джунглях, которые делают внешне похожий, очень дешевый, но совершенно некачественный товар. Неискушенному покупателю может показаться, что наличие у производителя стеклопластиковой арматуры сертификата соответствия его продукции требованиям ГОСТ 31938-2012, — является достаточным подтверждением качества выпускаемой им продукции.
К сожалению, можем разочаровать Вас. На сегодняшний день, такой сертификат соответствия ГОСТ 31938 можно купить, потратив на это всего 12 000 рублей. Как Вы понимаете, при этом никаких испытаний композитной арматуры никто не проводит! А теперь приведем ещё один факт. В упомянутом выше ГОСТе подробно расписана методика проведения испытаний композитной арматуры. Там указано, какие испытания композитной арматуры нужно проводить, каким образом их проводить, как часто их проводить и какое количество образцов нужно испытывать. Так, например, для честного получения сертификата соответствия требованиям ГОСТ 31938-2012, необходимо выполнить следующие испытания композитной арматуры:
- Внешний вид
- Геометрические размеры:
- наружный диаметр
- номинальный диаметр
- длина
- Предел прочности при растяжении
- Модуль упругости при растяжении
- Предел прочности при сжатии
- Предел прочности при поперечном срезе
- Предел прочности сцепления с бетоном
- Снижение предела прочности при растяжении после выдержки в щелочной среде
- Предел прочности сцепления с бетоном после выдержки в щелочной среде
- Предельная температура эксплуатации
Каждое из испытаний стеклопластиковой арматуры производится не на одном, а на 6-ти образцах! Причем в серии испытаний стелопластиковой арматуры есть довольно длительные, например метод ускоренного определения устойчивости к щелочам требует выдерживать образцы в течении 30 суток (!!!) в растворе щелочи при температуре +60°С.
Наверное не стоит уточнять, что вся серия данных испытаний композитной арматуры должна проводиться в сертифицированной лаборатории. Для справки можем сообщить, что полный цикл испытаний стеклопластиковой арматуры на предмет соответствия её характеристик требованиям ГОСТ 31938-2012 стоит от 300 000 рублей (в зависимости от лаборатории и того, за чей счет будут подготавливаться образцы к испытаниям).
Теперь внимание, вопрос: «Как Вы думаете, много ли сегодня в России настоящих сертификатов соответствия ГОСТ 31938-2012?»
«Сертифицированная» стеклопластиковая арматура некоторых производителей
Чтобы не быть голословными мы просто покажем несколько фотографий, на которых изображена арматура некоторых отечественных производителей композитной арматиуры, которые естественно имеют сертификат соответствия ГОСТ 31938 и более того – ещё имеют наглость заявлять, что они производят самую качественную арматуру в России, а всё остальное – контрафакт низкого качества. Все эти фотографии сделаны в Санкт-Петербурге!
Сначала приведем выдержку из ГОСТ 31938:
| Наименование дефекта | Норма ограничения |
| Сколы | Не допускаются |
| Расслаивание | Не допускаются |
| Раковины | Не допускаются |
| Задиры с порывом навивки | Не допускаются |
| Вмятины от механического воздействия с повреждением волокон | Не допускаются |
Почему по-настоящему качественная стеклопластиковая арматура только у нас?
- Наше производство было создано в Санкт-Петербурге в 2009 году и является одним из лучших в России, поэтому нами накоплен достаточно большой опыт производства стеклопластиковой арматуры;
- Мы дорожим своей репутацией и своими клиентами;
- Мы постоянно проводим новые исследования, что позволяет нам разрабатывать и внедрять новые виды композитной арматуры, имеющие улучшенные характеристики по сравнению с уже известными типами. Например нами была разработана стеклопластиковая арматура с особой плоской навивкой, обеспечивающей более высокие показатели сцепления с бетоном, чем у всех, известных на сегодняшний день типов композитной и металлической арматуры. Результаты испытаний описаны в статье: «Стеклопластиковая арматура — исследование сцепления с бетоном»;
- Мы тесно сотрудничаем с одним из ведущих Российских R&D центров в области химии и технолгии — ФГУП «СКТБ «Технолог». В тесном сотрудничестве с этой организацией, обладающей современной аналитической и научно технической базой, мы совершенствуем химический состав композитного связующего, совершенствуя физико-механические свойства выпускаемой композитной арматуры.
- Мы тесно сотрудничаем с одной из лучших в России механических лабораторий — лабораторией имени профессора Н. А. Белелюбского, основанной в 1854 году и расположенной на базе Петербургского Государственного Университета Путей Сообщения им. Императора Александра I. Все испытания композитной арматуры мы проводим исключительно в данной лаборатории, которая на сегодняшний день оснащена самым современным оборудованием.
Источник
Приложение Б (справочное). Метод испытания на осевое растяжение
Б.1 Общие положения
Настоящий метод устанавливает требования к испытанию на осевое растяжение АКП для определения следующих механических свойств:
— предел прочности;
— модуль упругости;
— относительное удлинение.
Метод устанавливает следующие требования к испытанию на осевое растяжение АКП:
— разрушение опытного образца должно происходить в пределах рабочего участка;
— за рабочий участок принята часть образца, которая находится между испытательными муфтами, предназначенными для зажима образцов захватами испытательной машины;
— влияние на процесс разрушения образца касательных и радиальных растягивающих напряжений, возникающих в переходной зоне от испытательной муфты к стержню, не учитывается.
Б.2 Образцы
Б.2.1 Образцы для испытаний отбирают методом случайного отбора от контролируемой партии АКП и обязательно сопровождают актом отбора образцов, в котором указывают:
— наименование предприятия-изготовителя;
— условное обозначение;
— тип волокна и связующего вещества;
— дату изготовления;
— номер партии;
— число и размеры образцов;
— показатели, для контроля которых отобраны образцы;
— подпись лица, ответственного за отбор.
При отборе и подготовке образцов для испытаний следует избегать деформирования и нагревания, воздействия ультрафиолетового света и других воздействий окружающей среды, которые могут привести к изменениям свойств материала.
Число образцов, отобранных для испытаний, должно соответствовать требованиям таблицы 7.
Б.2.2 Длину испытательных муфт следует принимать из условий, чтобы разрыв образца происходил в пределах длины рабочего участка без проскальзывания в испытательных муфтах.
Б.2.3 Длина образца для испытания определяется длиной рабочего участка и длиной двух испытательных муфт.
Рекомендуемая конструкция и размеры испытательной муфты для проведения испытаний в соответствии с рисунком Б.1, таблицей Б.1.
.jpg "растяжение композитной арматуры")
Рисунок Б.1 — Вид типового опытного образца
Таблица Б.1 — Размеры опытных образцов и испытательных муфт, мм
| АКП Номинальный диаметр | Испытательная муфта | ||||||
| Внешний диаметр | Минимальная длина | Толщина стенки | |||||
| От | 4 | до | 10 | 35 | 300 | От 3 до 5 | |
| « | 12 | « | 16 | 42 | 350 | ||
| « | 18 | « | 22 | 48 | 450 | ||
| « | 22 | « | 30 | 60 | 500 | ||
Длину рабочего участка следует принимать не менее 40 стержня.
Б.2.4 Допускается использование более коротких образцов при условии, что разрушение происходит в пределах длины рабочего участка без проскальзывания в испытательной муфте.
Б.2.5 Опытные образцы перед испытанием выдерживают в соответствии с требованиями ГОСТ 12423.
Б.3 Аппаратура и материалы
Б.3.1 Испытательная машина по ГОСТ 28840 должна обеспечивать:
— нагрузку, превышающую прочность образца при испытаниях на контролируемый показатель;
— измерение нагрузки и расстояния между траверсами с погрешностью не более 0,5%;
— скорость перемещения активной траверсы в диапазоне от 5 до 100 мм/мин.
Б.3.2 Система регистрации данных должна обеспечивать непрерывную регистрацию нагрузки, деформации и перемещений. Минимальное регистрируемое значение должно быть:
| — для нагрузки | 100 Н; |
| — для деформаций | 0,01 мм; |
| — для перемещений | 0,001 мм |
Б.3.3 В качестве тензометров применяют экстензометры или линейные датчики перемещений, которые должны записывать удлинение образца во время испытаний с точностью не менее 0,002% длины отрезка между датчиками.
Б.4 Проведение испытаний
Б.4.1 Условия испытаний должны соответствовать подразделу 3.15 ГОСТ 15150
Б.4.2 При установке образца на испытательную машину следует контролировать точность совпадения продольной оси образца с линией соединения двух испытательных муфт.
Б.4.3 Экстензометр или линейные датчики перемещений следует устанавливать посредине рабочего участка на расстоянии от испытательных муфт не менее 8 стержня, при этом длина базы для измерения предельной деформации должно быть не менее 8 стержня.
Б.4.4 Предполагаемую максимальную нагрузку, Н, определяют по результатам пробного испытания опытного образца.
Б.4.5 Систему регистрации данных следует включать за несколько секунд до начала нагружения. В ходе испытаний скорость нагружения должна быть постоянной и обеспечивающей разрушение образца за время от 3 до 10 мин.
Б.4.6 Деформации следует регистрировать до уровня нагрузок, составляющих не менее 50% предела прочности при растяжении.
Если разрушение образца произойдет в испытательной муфте или образец выскальзывает из нее, то следует провести дополнительное испытание образца из той же партии.
Диаграмма «нагрузка — деформация» должна быть построена на основании измерений нагрузки и деформаций, регистрируемых экстензометром.
Б.5 Обработка результатов испытаний
Б.5.1 Предел прочности σв, МПа, определяют по формуле
.jpg "Предел прочности σв")
(Б.1)
где Р — разрушающая нагрузка, Н;
A — площадь поперечного сечения стержня A = pd ²²/4, мм².
Б.5.2 Значение начального модуля упругости Еf, МПа, рассчитывают как отношение приращений нагрузок
при растяжении в интервале от 0,2P до 0,5Р и деформаций по формуле
.jpg "деформаций стеклопластиковой арматуры по формуле")
(Б.2)
где P1— нагрузка, составляющая (50 ± 2) % разрушающей нагрузки, Н;
P2— нагрузка, составляющая (20 ± 2) % разрушающей нагрузки, Н;
ε1— деформация, соответствующая нагрузке P1;
ε2— деформация, соответствующая нагрузке P2.
Б.5.3 Относительное удлинение при разрушающей нагрузке εв, мм/мм, рассчитывают по формуле
(Б.3)
Значения оцениваемой характеристики и величин определяют с точностью до 0,001
Статистическую обработку результатов испытаний проводят в соответствии с требованиями ГОСТ 8.207.
Б.6 Протокол испытаний
Протокол испытаний должен включать в себя:
— сведения об образцах, приведенные в акте отбора образцов;
— наименование организации, проводившей испытание;
— дату проведения испытаний;
— сведения об условиях, при которых проведены испытания;
— геометрические характеристики каждого образца;
— значения измеряемых характеристик для каждого образца;
— значения определяемых характеристик каждого образца, полученные при обработке результатов ис-
пытания;
— средние значения определяемых характеристик и результаты статистической обработки полученных ре-
зультатов;
— диаграмму «нагрузка — деформация» каждого образца;
— сведения о специалистах, проводивших испытания, и их подписи.
Источник
Прежде, чем приобрести композитную арматуру, любой покупатель пожелает узнать особенности ее применения, положительные и отрицательные стороны, и главный источник информации — интернет. Но понять, какая информация достоверна, не всегда удается. Попробуем дать ответ на наиболее сложные вопросы и развеять устоявшиеся мифы:
Миф первый: Арматура из композита – «резиновая». Подразумевается, что у композитной арматуры модуль упругости ниже, чем у стальной. Так ли это?
Модуль упругости:
Чтобы растянуть образец на заданное некоторое расстояние, необходимо приложить определенное усилие – это и есть модуль упругости. У композитной арматуры он составляет 45000 Мпа, у металлической – 200 000 Мпа. Значит арматуру из композита в 4 раза легче «растянуть». Однако проведенные исследования доказали, то у стальных материалов величина модуля упругости не постоянна и резко снижается при усилении нагрузки из-за появления пластических деформаций. Главная задача арматуры в бетоне – работа на растяжение и разрыв. У самого бетона модуль упругости имеет колебания в пределах от 20000 до 30000 Мпа, в зависимости от марки, но резиновым его назвать сложно.
Учитывая свойства материала, необходимо учитывать полный комплекс его характеристик, который включает относительное удлинение на разрыв, временное сопротивление разрыву, предел текучести, равномерное удлинение.
Конструкция из железобетона при нагрузке ведет себя следующим образом: После небольшого растяжения в бетоне появляются микротрещины, после чего металлическая арматура препятствует окончательному его растрескиванию. Микротрещины в нагружаемой конструкции явление обычное, так как даже при минимальной нагрузке предотвратить их появление невозможно. От модуля упругости арматуры зависит размер этих трещин, чем он меньше, тем сильнее бетон «провиснет». Чтобы вся конструкция не обрушилась, в действие вступает предел прочности. Чем выше этот предел, тем более сильную нагрузку выдержит бетон. У самого бетона предел прочности при растяжении в 8-20 раз ниже прочности при сжатии. Маркировка В25 означает, что данный класс материала способен выдержать давление на сжатие 25Мпа, а на растяжение всего 1-4 Мпа. У стали этот показатель равен 400 Мпа, а у композитной арматуры 1200 Мпа. Данная характеристика показывает, что конструкция с композитной арматурой способна выдержать в 3 раза большую нагрузку, чем с металлической. Но при этом она в 4 раза сильнее провиснет. Размер микротрещин при одинаковой нагрузке в бетоне с металлической арматурой будет в 4 раза меньше.
Деформация растяжения:
Использование стальной арматуры регулируется ГОСТами и СНиПами, так как со временем она подвергается коррозии, теряет свойства, что может привести к обрушению конструкции. Арматура из композита не ржавеет и разрушение ей не грозит. Однако появление трещин в бетоне не является только следствием коррозии. При усилии на разрыв деформация стеклопластика составляет до 2,8%, а металла 25%.
В СП52-101-2003 указано, что армированные бетонные конструкции дают трещины при деформации растяжения 0,015%, т.е. задолго до предела прочности арматуры, независимо от ее материала (композита или стали).
Если возникло желание заменить металлическую арматуру на композитную в перекрытиях или несущих стенах, необходимо произвести перерасчет проектно-технической документации, что позволит избежать появления крупных трещин. Перерасчет производится для конструкций, подвергающихся максимальным нагрузкам. В местах, где предполагается минимальная нагрузка, допускается замена металлической арматуры на композитную с меньшим диаметром. СНиП позволяет не производить перерасчет раскрытия трещин, не предусмотренных конструкцией. Поэтому элементы конструкции, не подверженные сильной нагрузке, можно смело выполнять с применением стеклопластиковой арматуры.
Миф второй. Равнопрочная или равнозначная замены? В чем разница?
Не следует путать равнопрочную и равнозначную замены. Если образец не уступает по прочности исходную конструкцию, то говорят о равнопрочной замене. В данном случае под прочностью подразумевается «предел прочности», максимальное механическое напряжение, после которого наступает разрушение материала. В ГОСТе 1497-84 под прочностью понимается «временное сопротивление разрушения», напряжение, которое соответствует максимальному усилию перед разрывом образца при испытаниях.
Если произвести замеры двух образцов из металла и композитного материала, получим следующие показатели: прочность на разрыв у композита диаметром 10 мм составит 63000 Мпа, а у стали диаметром 14 мм 60 000 Мпа. Это показывает, что данная замена не является равнопрочной, так как арматура из композита прочнее на 5%. Отсюда вывод, что при равнопрочной замене металлическую арматуру диаметром 14 мм можно смело заменить на композитную с диаметром 10мм.
Что же такое равнозначная замена? При такой замене физические характеристики образцов должны быть идентичны. Если у стеклопластиковой арматуры модуль упругости в 4 раза меньше, чем у металлической, то для замены ее необходимо брать в 4 раза больше. Способность твердого тела деформироваться при приложении к нему усилия называют модулем упругости. Этот термин включает в себя несколько физических величин. Рассчитаем диаметры материалов при равнозначной замене. Если композитного материала необходимо в 4 раза больше, то используя формулу площади круга получаем, что для замены металлической арматуры диаметром 10 мм требуется стеклопластик диаметром 20 мм.
Полученные расчеты необходимо учесть до начала строительства или составления проекта, и четко понимать разницу между равнозначной и равнопрочной заменой.
В конструкциях, где прогиб арматуры не имеет особого значения, целесообразно использовать более прочные композитные материалы. В плитах перекрытия или несущих стенах требуется использование металлической арматуры с высоким модулем упругости или производить перерасчет при использовании стеклопластика.
Источник