Армирование. Виды армирования бетона

При осуществлении сварочных работ обязательным является применение материалов, соответствующих стандарту ГОСТ 14098-2014. Этот стандарт устанавливает строгие требования к соединениям арматурных стержней в одно целое через сварку. Для сборки конструкций с использованием муфт следует ориентироваться на рекомендации ГОСТ 34278-2017, в то время как испытание готовых соединений производится согласно ГОСТ 34227-2017.

Бетон и арматура: совместная работа

Во время строительства зданий и сооружений, элементы конструкций, которые подвергаются дополнительным нагрузкам, требуют дополнительного укрепления. Фундаменты, потолочные перекрытия и шахты создаются из монолитного или сборного железобетона — высокопрочного композитного материала, состоящего из бетона и стальной арматуры.

Металлический каркас может быть изготовлен из круглых или рифленых стержней, сетки и проволоки. Применение металла позволяет значительно увеличить долговечность бетонных конструкций, повышая их прочность и жесткость, а также обеспечивает устойчивость к механическим повреждениям и температурным колебаниям. Металлический каркас способствует равномерному распределению нагрузки по всей площади, что уменьшает риск образования трещин в процессе усадки.

Арматура выполняет роль компенсатора недостаточной прочности бетона на растяжение и разрыв. Металлический каркас предотвращает деформации и другие разрушительные повреждения бетонной структуры, так как прочность стали в 150-200 раз превышает прочность бетона на растяжение. При затвердевании бетонная масса прочно связывается с арматурой по всем контактирующим поверхностям, создавая прочный монолит. Бетон и сталь имеют схожие коэффициенты температурного расширения, что обеспечивает эффективное сотрудничество: арматура принимает на себя растягивающие нагрузки, в то время как бетон справляется с сжимающими. Это формирует важные преимущества обоих материалов.

Сила сцепления, возникающая под действием нагрузок, уравнивает деформации обоих компонентов и зависит от множества факторов, таких как прочность бетона, величина его усадки, характер поверхности арматуры и размер её сечения.

Расход арматуры в бетонных конструкциях и её напряжение

Вес одного кубического метра бетона составляет в среднем 2500 кг, при этом количество стали на этот объем не превышает 200 кг. Для того чтобы правильно рассчитать необходимое количество металлических элементов, следует учитывать различные виды и характеристики арматуры:

• принцип её действия — напрягаемая или ненапрягаемая;
• технологию производства (стержневая, канатная, проволочная);
• профиль — гладкий или рифленый;
• тип монтажа (каркасный, сетчатый, штучный);
• метод соединения — вязальный или сварочный.

В некоторых случаях арматуры может потребоваться больше, чем планировалось, для обеспечения безопасной конструкции. Это может быть связано со сложными условиями грунта (песчаным или глинистым), частыми землетрясениями, резкими температурными изменениями, повышенной влажностью или интенсивной эксплуатацией зданий, например, при размещении большого количества тяжелого оборудования.

При строительстве крупных жилых и промышленных объектов нормы расхода арматуры, качество которой регулируется ГОСТ 10884-94, определяются на стадии проектирования. Согласно сметным нормам ГЭСН 81-02-06-81, для создания железобетонной базы общего назначения и армирования фундамента объёмом 5 м³ потребуется 1000 кг металла, равномерно распределяемого по всему объёму бетона. В сборниках федеральных единичных расценок ФЕР, для армирования одного кубического метра фундамента высотой 2 метра и толщиной 1 метр с наличием пазов и стаканов необходимо 187 кг арматуры, а для заливки полов и потолочных перекрытий — 81 кг на 1 м³.

Таким образом, расход металла зависит от типа фундамента, веса возводимого строения, типа грунта, класса и площади сечения стальных стержней.

Перед заливкой бетонной смеси рабочую арматуру натягивают с помощью электротермической обработки или домкрата, что создает напряжение в ней. Напряжение снимается после затвердевания бетона, когда арматура возвращается в своё первоначальное состояние, передавая значительную скорость сжимаемых усилий окружающему бетону.

Что дает армирование бетону

На первый взгляд, бетон является уникальным строительным материалом. Сухая смесь цемента и крупного заполнителя (гравий, щебень) при взаимодействии с водой образует пастообразную массу, обладающую хорошей текучестью в опалубке. После затвердевания получается монолитный блок.

Однако основным недостатком бетонных изделий является то, что они хорошо воспринимают сжимающие нагрузки, но гораздо хуже держат растягивающие. Прочность бетона на растяжение в 15-20 раз ниже, чем на сжатие. Важно отметить, что каждый строительный элемент в разной степени подвержен обоим типам нагружения: стены, фундамент и колонны в большей степени работают на сжатие, тогда как плиты перекрытий — на растяжение.

Чтобы компенсировать такой недостаток, более 150 лет назад были предприняты первые шаги по созданию композиционных конструкций из бетона и стальных элементов. Модуль упругости стали в 10-20 раз превосходит аналогичный параметр для бетона. При этом, когда бетон начинает претерпевать необратимые пластические деформации (такие как растрескивание, сдвиг, выкрашивание), металл все еще находится только в пределах упругих деформаций.

Таким образом, заложенная арматура в бетоне может взять на себя часть нагрузок, значительно снижая давление на сам бетон.

Для успешного совместного функционирования этих двух элементов ЖБ-системы требуется соблюдение нескольких условий:

• сцепление стали с бетоном должно предотвращать выдвижение и сдвиг стержней внутри затвердевшей массы;
• важно достичь равновесия между тепловым расширением материалов;
• необходимо надежно защитить металл от коррозии.

Решение проблемы сцепления и надежного закрепления металла достигается за счет четырех основных факторов:

• арматурные элементы встраиваются в бетон благодаря своим конструктивным поверхностям (например, поперечные стержни, пластины, шайбы — типично для закладных деталей и каркасов);
• эффективность сцепления благодаря выступающим рифлениям на поверхности арматуры;
• сопротивление силы трения при контакте;
• адгезия (сцепление бетонной смеси с поверхностью металла).

Сцепление стали и бетона более чем на 70% зависит от охвата рифленой поверхности. Прочность соединения арматуры периодического (рифленого) профиля в 2-3 раза больше, чем в случае использования гладких стержней. Поэтому для армирования железобетонных изделий предпочтительно использовать стальную арматуру с продольными и поперечными рифлениями, нежели гладкие прутки.

Арматуру располагают внутри железобетонных изделий в зависимости от действующих нагрузок, которые конструкция будет испытывать в процессе эксплуатации. Существует три типа арматуры:

• рабочая — арматура, заложенная преимущественно в продольном направлении и подобранная согласно проектным расчитанным значениям;
• распределительная — вспомогательная арматура, необходимая для равномерного распределения нагрузки по всей рабочей арматуре;
• монтажная — используется для соединения железобетонных элементов друг с другом и обеспечивает удобные захватные поверхности для транспортировки конструкций.

Монтажная арматура также в некоторой степени принимает на себя нагрузки, возникающие при усадке бетона и температурных изменениях, однако сравнивать её функциональность с рабочей арматурой неправильно.

Характерная особенность рабочей и распределительной арматуры заключается в том, что этот металл конструктивно помещается вглубь монолитного блока. Невозможно допустить, чтобы какой-либо элемент армирующего каркаса выступал наружу, так как это могло бы привести к коррозии. Сплошной слой бетона, который защищает скрытую стальную арматуру от внешних воздействий, называется защитным. Его минимальная толщина регулируется строгими нормами.

Плюсы и минусы процедуры

Армирование бетона с помощью стальных компонентов используется в фундаменте, стенах, междуэтажных плитах перекрытий, крышах, колоннах, балках, стропильных фермах и лестницах. Это самый простой и надежный метод для минимизации риска разрушения под воздействием эксплуатационных нагрузок.

К числу преимуществ армирования бетона можно отнести:

• увеличение суммарного запаса прочности за счет оптимального распределения изгибных, растягивающих и сжимающих нагрузок;
• сопутствующее увеличение долговечности конструкций;
• образование устойчивости к негативным последствиям теплового расширения при колебаниях температуры;
• предоставление конструкции дополнительной жесткости, особенно когда армирующие каркасы из разрозненных элементов формируют единый несущий каркас;
• существенное усиление конструкций, работающих с внецентренными нагрузками.

С развитием технологий армирования строительство вышло на новый уровень: фрагменты зданий и сооружений стали производить в заводских условиях, а на строительных площадках осуществлять только сборку, стыковку и окончательную заделку соединений.

Именно железобетонное строительство в 20 веке дало возможность строить в огромных масштабах и с впечатляющими темпами, как в гражданском, так и в промышленном секторе.

В общем, принципы и необходимость армирования ясны многим. Однако цена ошибки в этом деле может быть слишком велика: любой недочет материализуется уже во время эксплуатации, что может привести к растрескиванию, постепенному разрушению или полной аварии конструкции.

Наиболее критичные моменты включают:

1. Неправильное проектное расположение. Неверная интерпретация будущих нагрузок и неправильное распределение арматуры внутри железобетонного элемента может привести к тому, что бетон не только не получит необходимую поддержку со стороны стали, но и станет более уязвимым.
2. Недостаточные меры для предотвращения проникновения влаги. Если в бетоне слишком много пор, защитный (внешний) слой будет недостаточно толстым, или фрагменты рабочей арматуры выступают наружу, это создаёт риск быстрой коррозии. Это не только может разрушить металл, но и его продукты коррозии, осыпаясь, становятся концентраторами напряжений при тепловом расширении бетона, что также может привести к растрескиванию бетона.
3. Экономия на металле в ходе реализации проекта. Иногда застройщики не следуют рекомендации проектантов и самостоятельно решают заменить арматуру другого типоразмера на более легкий (по диаметру или материалу) вариант из-за задержки поставок или отсутствия нужного производства. На такие замены часто не проводятся предварительные расчеты. В итоге взаимодействие бетона и стали оказывается совершенно непредсказуемым.
4. Неправильное расположение стыков арматуры в зоне действия растягивающих напряжений. При соединениях каркасов и сеток важно применять правильные методы сварки или использовать специальные детали (муфты и хомуты). Эти места окажутся уязвимыми. Если армирование проводится без учета концентрации нагрузок, оно может оказаться неэффективным, что приведет к их разрыву и обрушению бетонной конструкции.

Работа с железобетоном требует тщательной подготовки и строгого соблюдения всех технологий. Иначе вместо прочной монолитной конструкции можно получить только обломки и ржавые прутья, торчащие из них.

Виды армирования бетона

• Стержневое армирование. Этот метод включает использование стальной или стеклопластиковой (композитной) арматуры, которая связывается или сваривается в единый пространственный каркас, помещаемый в опалубку и заливаемый бетоном. Такой способ используется при возведении колонн, балок и высотных зданий, а также монолитных плитных фундаментов на сложных грунтах.
• Сеточное армирование. Технология послойного укрепления показала свою эффективность при выполнении отделочных и ремонтных работ, а также при обустройстве полов, кладке газоблоков, возведении кирпичных заборов и колонн. Для усиления поверхности используются готовые металлические или пластиковые сетки, которые помещаются внутрь штукатурки.
• Дисперсное армирование. Этот метод применяют при устройстве бетонных стяжек, производстве фибробетонной несъемной опалубки, карнизов и для малых архитектурных форм. В жидкий бетон добавляются металлические, стекловолоконные или полимерные фибры (небольшие отрезки волокон), формируя пространственную решетку, что способствует повышению прочности и износостойкости бетона, а также уменьшению риска усадочных трещин. Способы армирования и материалы выбираются, исходя из вида бетонной конструкции и предполагаемых нагружений.

стержневое армирование сеточное армирование дисперсное армирование

Оценка качества армирования основывается на различных показателях, включая соблюдение технологии производственного процесса и качество исходного материала.
Испытательная лаборатория И.Д.К. располагает полным набором оборудования и документации для контроля качества строительных материалов. Обратитесь к нашим специалистам за консультациями.

Применение армирования

Технология армирования приобрела значительное развитие в таких направлениях строительства:

• промышленное — армирование несущих фундаментов, буронабивных свай, плит перекрытий, балок, перегородок и балконных ограждений;
• дорожное — бетонные и дорожные плиты, подстилающие слои и набетонки, железобетонные фермы;
• частное домостроение — для установки ленточных фундаментов и армопоясов, подпорных стен, монолитных лестниц, кирпичных и газобетонных кладок, окон, арок, отмосток, чаш бассейнов, крылец и колодцев.

фундамент лестница колонна столб стяжка пола балкон

В чем секрет наличия арматуры в бетоне?

Бетон служит дополнением для стали и выполняет защитную функцию, предотвращая коррозию и перегрев. Использование арматуры в бетоне повышает его устойчивость к деформациям и температурным перепадам, позволяет рационально распределять нагрузки, обеспечивая конструктивную надежность строения.

Основные характеристики конструкций из бетона включают способности к растяжению, сжатию и сдвигу. Этот материал деформируется в зависимости от условий эксплуатации и различных факторов. Например, при сжатии бетон обладает высокой прочностью и может использоваться для перекрытий, которые сталкиваются с серьезными сжимающими нагрузками. Однако в случае добавления растяжения, использование арматуры становится необходимым, так как только бетон не сможет справиться с такими испытаниями.

Армированный бетон значительно превышает прочность на растяжение. Это связано с тем, что арматура производится из высокопрочной стали, а при корректном соединении элементов достигаются максимальные показатели прочности и надежности.

Есть ли альтернатива стальной арматуре?

Укрепить бетонную конструкцию можно не только с использованием стальной арматуры. Пластиковая арматура для фундамента — это современный материал, который превосходит стальные изделия по своим характеристикам. Её стоимость практически такая же, но работать с пластиковым материалом намного легче и удобнее. Более того, прочность на растяжение пластиковой арматуры в 2-3 раза превышает таковую стальной. Еще одно важное преимущество — при армировании фундаменте стеклопластиком не образуются трещины, поскольку бетон и стеклопластик имеют схожие коэффициенты теплового расширения.

Этот союз позволяет возводить прочные конструкции. Преимущества железобетонной конструкции следующие:

• способность выдерживать удары, изгибы, растяжения и усадки;
• жесткость;
• возможность придавать конструкции различные формы без потери прочности;
• долговечность;
• устойчивость к изменениям температуры и влаге.

Однако этот союз не лишен недостатков. К ним можно отнести значительный вес конструкции, так как стальная арматура добавляет немалую тяжелую массу (если не использовать стеклопластик). Это обстоятельство обязательно нужно учитывать на стадии проектирования и тщательно просчитывать все нагрузки. Перестройка армированной конструкции также представляет собой серьезную задачу, как и внести изменения в её проект.

Тем не менее, недостатки становятся не столь значительными при правильном подходе. Армирование — это надежный и по-прежнему единственный эффективный способ усилить любую конструкцию, обеспечивая долговечность.

Склад 1: г. Минск, Селицкого 17.
Склад 2: Минская обл.,
г.п. Радошковичи.

Маркировка арматуры

Класс арматуры обозначается буквенно-цифровым кодом, который включает в себя:

1. Буква в начале обозначает метод производства арматуры:
   A – горячекатаная стержневая арматура;
   B – холоднодеформированная проволочная арматура;
   K – канатная арматура.
2. Цифра указывает нормативное сопротивление арматурной стали растяжению, выраженное в МПа.
   Вы можете встретить график, отображающий предел текучести стали, на котором видно, что до 500 МПа арматурный стержень растягивается, не теряя прочностных характеристик. После этого начнется площадка текучести и окончательное разрушение.
3. Буква в конце обозначает специальные свойства продукции
   С – для соединений методом сварки;
   К – коррозионная стойкость;
   Т – термомеханически упрочненная сталь;
   СП – специальная.

А500С и А400С характеризуются рифленым профилем.

А240 — это гладкая арматура.

Вся информация о арматурных изделиях доступна в следующих нормативных документах:
ГОСТ 52544-2006 / ГОСТ 5781-82 / ГОСТ 34028-2016

Защитный слой арматурных стержней

Все арматурные стержни располагаются с определённым смещением от поверхности изделия. Это смещение называют защитным слоем арматуры.

Основная цель защитного слоя — исключить воздействие огня, влаги и других агрессивных факторов на арматуру, а также обеспечить совместную работу элементов железобетона.

Толщина защитного слоя варьируется в зависимости от окружающей среды, в которой расположена конструкция, а также от типа конструкции, вида и диаметра арматурных стержней.