uralstin@gmail.com

+7-912-761-34-20

Обеспечение качества композитной арматуры: диалектика производственных проблем

С 1 января 2014 года в России введен в действие ГОСТ 31938-2012 "Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Общие технические условия".

Разработчики декларируют, что ГОСТ "устанавливает общие технические условия и распространяется на композитную полимерную арматуру периодического профиля (АКП), предназначенную для армирования обычных и предварительно напряженных строительных конструкций и элементов, эксплуатирующихся в средах с различной степенью агрессивного воздействия, отвечающих требованиям огнестойкости по ГОСТ 30247 и пожарной безопасности по ГОСТ 30403".

Причастные к этому сегменту рынка операторы (особенно из числа поставщиков) отреагировали на введение ГОСТа по разному. В основном к его выходу (которого с нетерпением ждали 2 года) отнеслись спокойно: отсутствие документа не мешало производителям и раньше. Некоторые потребители выразили всплеск эмоций, посчитав открывшимися якобы закрытые до этого возможности применения АКП. Оценки на некоторых форумах доходят до уровня эпохальных: "Открывается дорога для всестороннего применения композитной полимерной арматуры в гражданском, жилищном и промышленном строительстве в Российской Федерации. В ГОСТе отражены основные обязательные к АКП технические требования, от которых производящие арматуру предприятия не могут отойти…".

При ближайшем ознакомлении с содержанием выясняется, что все не совсем так, или более того - совсем все не так! Название ГОСТа лишь отдаленно отражает "…общие технические условия» на АКП, он никаким образом фактически не узаконивает стеклокомпозитную арматуру, как строительный материал! Например, так, как это сделано для бетона в ГОСТ 26633-91 "Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия», где в первых же строках указано: "1.2.Бетоны следует изготавливать в соответствии с требованиями настоящего стандарта по проектной и технологической документации на конструкции конкретных видов, утвержденной в установленном порядке". А далее подробно расписано "сколько, чего и как". В обсуждаемом ГОСТ 31938-2012 нет такого пункта вообще! Как и нет его дальнейшего раскрытия по сути.

Дело в том, что основной содержательный материал документа, это подтверждение требований к физико-механическим характеристикам АКП, т.е. к конечному продукту. А вот собственно конструкция (устройство) АКП, требования к основным компонентам, рецептурному составу полимерного связующего, процесс формирования композитного стержня и технологический регламент производства в документе не рассматриваются.

Основной содержательный материал документа, это устанавливаемые требования к АКП, т.е. к величинам физико-механических характеристик конечного продукта. Для контроля качества АКП ГОСТ предусматривает проведение соответствующих конкретных замеров и испытаний, при которых определяются: 

Понятно, что совокупность этих характеристик Fi позволяет оценивать любой образец арматуры по фактическому состоянию и относить его либо к категории "допустимое качество" либо "брак".

В соответствии с ГОСТом можно считать, что произведенная АКП является качественной, если ее характеристики отвечают всем указанным в таблице требованиям. По сути эти требования являются функциями назначения АКП, как продукции, предназначенной для работы в строительных конструкциях. Здесь с нормируемыми показателями F1-F11 все однозначно определяется испытаниями и замерами. Понятно, также, что несоответствие хотя бы одному требованию не позволит отнести продукцию к типу с "наилучшим образом необходимых свойств" и она должна быть забракована. Возможность отклонения хотя бы одной малозначимой характеристики при соответствии других также исключается.

Остается открытым, однако, вопрос о применении на практике требований F12-F16 об оценке внешнего вида с непараметрическим критерием "Не допускается". Видимо, имеется в виду, что дефектные участки арматуры должны быть просто удалены при передаче потребителю.

Из всего фактологического материала собственно к технологии и компонентному составу можно лишь отнести п. 5.1.2: "АКП должна изготовляться из термореактивной смолы и содержать обязательный непрерывный армирующий наполнитель в количестве не менее 75% по массе".

Кроме того, остаются ненормируемыми характеристики одного из важнейших конструктивных элемента АКП - анкеровочного слоя. В документе не устанавливаются требования ни к толщине анкеровочного слоя (диаметру обмоточного жгута), ни к шагу периодического профиля, ни к соотношению номинального и наружного диаметров арматуры. Именно эти конструктивные особенности определяют в реальности эффективность работы арматуры. 

Попробуем разобраться в следующих вопросах:

1. Почему для добросовестных производителей АКП ГОСТ "по умолчанию" не меняет ситуацию, а недобросовестные производители, как подавали на сертификацию чужую продукцию, так и будут делать это дальше?

2. Почему даже добросовестные производители не смогут обеспечить стабильность качества продукции в соответствии с требованием п.7.13: «Производитель АКП обязан гарантировать соответствие (физико-механических характеристик) с доверительной вероятностью 95%»?

3. Почему недопустимо «распространение результатов периодических испытаний (раз в полгода) на всю продукцию до следующих периодических испытаний», как это указано в п.7.7. ГОСТа;

4. Почему документ не узаконивает композитную арматуру, как строительный материал наряду со стальной арматурой?

Отвечая на последний вопрос, следует отметить, что на одинаковом названии сходство этих двух взаимодополняющих друг друга строительных материалов заканчивается! Стальная арматура была и остается основным строительным материалом железобетонных и монолитных конструкций, а композитная арматура становится частично заменяющей и дополняющей вспомогательной оснасткой для этих конструкций.

Сравним конструкцию, особенности работы в бетоне, условия производства  и технологию применения стальной арматуры и АКП.

Конструкция.

В стальной арматуре силовой стержень и ребра на них представляют по сути унитарный элемент из однородного материала, хотя и с достаточно сложной формой периодического профиля. Совместную работу арматуры и бетона обеспечивает сцепление их по поверхности контакта. При работе в бетоне ребра передают усилие на силовую часть стержня, работая на изгиб и срез одновременно. Однако срезу вдоль оси стержня сопротивляются все ребра одновременно, поскольку профиль прокатан с высочайшей точностью и действительно является "периодическим". Соотношение размеров выступов, впадин и диаметра силового стержня в стальной арматуре одинаково, в ней соблюдается геометрическое подобие элементов конструкции.

Композитная арматура имеет намного более сложную конструкцию, чем стальная! Во-первых, она сложносоставная: состоит из множества изначально несвязанных между собой волокон, анкеровочного жгута, который также составной, и матрицы. Во-вторых, по сути АКП - "склеенная": ее прочностные характеристики зависят не только от качества материала матрицы, но и от качества связи матрицы с наполнителем. Матрица - отвержденное полимерное связующее из смеси 2-5 компонентов, обеспечивает цельность полимерного композита, отвечает за передачу и распределение напряжений в армирующем наполнителе и определяет термостойкость, влагостойкость, огнестойкость и химическую стойкость полимерного композита.

Матрица соединяет между собой и включает в работу стеклонити силового стержня и анкеровочного жгута, причем, сила их сцепления между собой и является одной из определяющих для показателя назначения "предел прочности сцепления с бетоном". Степень пропитки смолой силового стержня и анкеровочного жгута, усилие их прижима при намотке друг к другу, температурный режим сушки и динамика нагрева-охлаждения существенно влияют в итоге на этот показатель.

В примечании к п.3.1. ГОСТа указывается: «Матрица и наполнитель композита образуют единую структуру и действуют совместно, обеспечивая наилучшим образом необходимые свойства конечного изделия по его функциональному назначению».

Работа в бетоне.

Такие особенности конструкции АКП изменяют физику ее работы в бетоне по сравнению со стальной арматурой. Можно лишь с большой "натяжкой" считать приближенным подобие работы АКП и металлической арматуры. Такое подобие характеризуется существованием упрощенных допущений и сознательных искажений каких-то их свойств.

Во-первых, АКП имеет винтовую или перекрестно-винтовую форму поверхности. 

Во-вторых, в АКП нет геометрического подобия неровностей поверхности арматурного стержня и обмоточного жгута. Для разных диаметров это соотношение разное, поскольку намотка на силовой стержень разных диаметров D1 и D2 ведется жгутом одинакового диаметра :

Это означает, что  для больших диаметров АКП предел прочности на сцепление должен падать, поскольку работу выполняет ребро с меньшей относительной поверхностью.

Следует заметить, что первоначальная редакция ГОСТа включала раздел, в котором предусматривалось регламентировать соотношение размеров элементов арматурного стержня АКП. В частности, там приводились требования к геометрическим характеристикам и характеристикам рельефности стержня с учетом допускаемых отклонений для номинальных диаметров от 4 мм до 30 мм. По каким-то причинам эти требования были исключены из содержания нормативного документа, открывая для производителей возможности фантазировать и применять рельефное построение арматурного стержня на свое усмотрение, и делая тем самым невозможным создание нормативной базы применения АКП: никто не сможет составить нормативный документ применения строительного материала с неизвестными геометрическими характеристиками!

В-третьих, при действии усилий на анкеровочный слой сбоку сопротивление создает не ровинг, а материал матрицы, прочность которого намного меньше прочности стеклонитей ровинга. Для устранения этого недостатка в многочисленных изобретениях применяются встречные навивки, чтобы прижать жгут в поперечном направлении и заставить работать ровинг встречной обмотки, плоские ленточные подложки под обмоточный жгут, чтобы увеличить площади среза и т.п.

В-четвертых, в анкеровочном жгуте вероятно появление зон с недостаточной пропиткой и плохим соединением с матрицей. В этих зонах легко происходит плоскостной сдвиг в продольном сечении или по винтовой плоскости вдоль спирали навивки. Следовательно, анкеровочный слой должен быть гарантированно прогрет (выпарен), пропитан смолой и не иметь "сухих" полостей или пустот между стекловолокнами. Вообще, наличие таких зон способствует, также, разрушению арматуры от воздействия агрессивных сред. "Красивая" заливка обмоточного жгута смолой на основном стержне вовсе не означает, что анкеровочный жгут и стержень «слились воедино» и представляют собой унитарный элемент.

Условия производства.

Стальная арматура изготавливается на предприятиях металлургической промышленности, которые функционируют в традиционно жестких условиях обеспечения качества продукции. Как правило, эти предприятия осуществляют сплошной входной контроль качества сырьевых материалов и периодический контроль качества продукции. Собственно процесс изготовления (прокатки) отработан на самом высоком уровне технологической надежности производства, когда неизбежные в реальных условиях отклонения режимов от оптимальных значений технологического регламента не выводят продукцию в категорию "брак". Как раз, именно технологическая надежность производственного оборудования для изготовления АКП оставляет желать лучшего. Она существенно зависит от температурных режимов (хранения компонентов, отжига ровинга, нагрева термореактивной смолы, динамики полимеризации, интенсивности охлаждения), рецептурного состава связующего и реальных характеристик жидких компонентов, силовых нагрузок в растянутом стержне и анкеровочном жгуте.

В настоящее время технологические регламенты отдельных производителей являются документами внутреннего пользования. Многие технологические особенности производства АКП защищаются от разглашения и не раскрываются в открытых источниках информации. Такая ситуация - настоящий Клондайк для недобросовестных производителей.

Конечно, в ГОСТ предусмотрены правила приемки АКП "службой технического контроля предприятия-изготовителя", которая должна осуществлять входной контроль качества сырьевых материалов, операционный контроль соответствия технологическому регламенту, а также – приемочный контроль по показателям "качества АКП, предусмотренным требованиями настоящего стандарта". При этом ни контролируемые параметры, ни собственно требования технологического регламента в документе не приводятся.

Таким образом, изготовителю "вменяется" признавать причинно-следственную связь между качеством АКП и соблюдением технологического регламента, однако право выбора самого регламента и соответствующего оснащения производственных линий отдается самим производителям.

Вместе с тем, все производители АКП по собственному опыту знают, что реальное качество АКП невозможно оценить непосредственно в процессе производства. Тем более, невозможно исправить обнаруженный брак: например, овальность или расслоение стержня, отслоение обмоточного жгута, неравномерность шага намотки жгута и т.д. Визуально можно только произвести отбраковку по внешнему виду, руководствуясь установленной нормой.

Если предположить, что приемочный контроль должен осуществляться по соответствию требованиям пп.5.1.3., 5.1.4, то это означает только одно: никто из производителей его не делает. Все руководствуются требованиями пункта "прикрытия" (п.7.7.): пролонгацией действия результатов периодических испытаний на полгода вперед.

Добросовестный производитель формально знает, что продукция должна соответствовать функциям назначения []= f ([dн], [d], [l], [δв], [Ef],  [δвc],  [τsh],  [τr], [Δδв], [τr], [Тэ]). ГОСТ по сути устанавливает допустимые предельные значения качества продукции, фактические показатели которой должны быть не хуже указанных. Несоответствие требованиям любой характеристики означает брак. Однако, определить соответствие качеству можно только при очередных периодических испытаниях. Представить, что в случае несоответствия характеристик допустимым, будет отбракована произведенная арматура или, тем более, "отозвана" у потребителя, очень трудно. В реальности, даже морально добросовестный производитель, стремящийся обеспечить своей продукции функции назначения не хуже заданных FΣ факт. ≥ [], зависит от десятков факторов (табл.3), отсутствие контроля за которыми переводит его производство в категорию фактически недобросовестного производителя (см. статью Невозможные реалии?). 

В реальности частота возникновения и серьезность отрицательного влияния на техпроцесс субъективных и объективных факторов производства  таковы, что недопустимые отклонения качества АКП, т.е. хотя бы одного из всех, неизбежны, в том числе, и во время "распространения (на них) результатов периодических испытаний", якобы защищающих от брака.

Технология применения.

Если применение стальной арматуры регламентировано рядом нормативных документов, то применение АКП возможно только в индивидуальном порядке. Вопрос как раз и упирается в отсутствие требований к геометрии и устройству АКП в каком-либо типоразмерном ряду с фиксированными характеристиками. Причем, в силу указанных выше обстоятельств для каждого типоразмера АКП произведенного на различном оборудовании должны фиксироваться параметры технологического процесса. Тогда будет соблюдено условие п.7.3. ГОСТ - обеспечить операционный контроль параметров работы оборудования и технологического процесса изготовления АКП и их соответствие технологическому регламенту.

Соблюдение требований технологического регламента в процессе производства обеспечивается соответствующим уровнем автоматизации оборудования с возможно более полным исключением человеческого фактора. Система управления производственными линиями АКП должны иметь модули архивирования показателей режима техпроцесса, которые должны сохраняться в определенные периоды времени. Если обязать это делать всех производителей, то риск появления брака через полгода после последних приемочных испытаний будет сведен до минимума.

Вот когда АКП получит право называться арматурой и встанет рядом со стальной, как дополнительный строительный материал со специфическими свойствами.

 

Низамов Р.Ш., Пушкарев С.А., Самойлов С.Д.

Наверх
?>