Как правильно армировать бетон: советы и рекомендации Рисунок 1. Армирование бетона Бетон – достаточно надежный материал, хорошо работающий на сжатие или усадку. А вот при изгибах и растяжениях он может трескаться или даже разрушаться. Компенсировать невысокую прочность бетона на растяжение позволяет армирование. Но для того, чтобы подобное усовершенствование конструкций оправдало ожидания, важно осуществлять его по все правилам, учитывая особенности современной арматуры. Основные понятия и определения Бетон в качестве самостоятельного материала имеет очень невысокую прочность на растяжение. Аналогичный показатель у металла выше более чем в 100 раз. Объединение арматуры и бетонного раствора в итоге позволяет получить универсальную конструкцию, хорошо выдерживающую как сжатие, так и растяжение. Рисунок 2. Прутья арматуры Для армирования чаще всего применяют отдельные стержни, сваренные или связанные между собой. Также нередко используется стекловолокно, специальная сетка, дисперсные или иные волокна. По используемым материалам армирование бетона делят на следующие виды: Монолитное. Наиболее распространенный метод, подразумевающий применение металлических стержней. Они укладываются слоями, после чего фиксируются проволокой. Дисперсное. Предполагает изготовление специального раствора с веществом, которое добавляется в бетон. Чаще всего в качестве дополнения применяют дисперсию стали, базальта, стекловолокна или полипропилена. Обычно предполагается объем добавки от 0,3 до 1,2 кг на кубический метр бетона. Сеточное. Применяются вязаные или сварные сетки, располагаемые на поверхности. Сетки изготавливаются из композитных материалов, полимеров или стали. Прочностные характеристики зависят от размера ячеек. Всю арматуру принято делить на несколько классов. Класс – специальная маркировка, содержащая данные о прочностных характеристиках и допустимых сферах применения материала. В соответствии с государственным стандартом для обозначения используют комбинацию букв и цифр. Выделяют 3 класса арматуры: А – стержневой вариант, используемый для создания основного каркаса; Вр – проволочная арматура для связывания основных деталей; К – канатная арматура для изготовления Ж/Б конструкций в промышленности. Сразу после буквы идет цифра: 1-6 – в рамках советских систем обозначений; 240-1000 – современные маркировки. Более высокие значения указывают на повышенную прочность. Чтобы армирование бетона дало необходимый результат, важно обеспечить конструкции определенную толщину защитного слоя. Этот слоя обязан обеспечивать совместную работу материалов, повышать удобство формирования стыков, а также увеличивать устойчивость арматуры к воздействиям внешней среды и огню. Толщина защитного слоя определяется исходя из роли арматуры в конкретной конструкции, типа строения, диаметра и вида элементов каркаса. Выбор арматуры для армирования бетона Выбирая арматуру для упрочнения бетона, необходимо учитывать следующие факторы: требования к прочности конструкции; тип арматуры; диаметр стержней; методы фиксации каркаса; условия эксплуатации; цена. В зависимости от типа строительной конструкции, к арматуре предъявляются разные требования. Металлическую арматуру чаще всего производят из мягкой, среднеуглеродистой и высокоуглеродистой стали. Также применяется стальная холоднокатаная проволока. Максимальной адгезии между материалами удается добиться за счет деформированных стержней с особой рельефной поверхностью. Однако такие элементы всегда применяются вместе со стальной проволокой. В основе железобетонных плит традиционно применяется арматурная сетка или стальной проволоки. Впоследствии такие элементы используют при строительстве дорог или зданий. Стальная листовая арматура представляет собой тонкие листы с ячейками определенных размеров. Она используется для армирования плит перекрытий или стеновых панелей. Современным аналогом традиционной металлической арматуры является арматура из композитных материалов. У каждого варианта имеются свои преимущества и недостатки, которые важно учитывать при выборе. Рисунок 3. Стальная и композитная арматура Плюсы стальных стержней и сеток; допускает соединение концов при помощи сварки; подойдет для строительства зданий выше трех этажей; при сгибе сохраняет свою геометрию, не смещая напряжения; имеет высокую устойчивость на прогиб; подходит для организации заземлений за счет токопроводности. Среди преимуществ композитной арматуры стоит выделить: относительная доступность; устойчивость к коррозии; минимальная теплопроводность; не проводит электричество; простая транспортировка; высокая прочность; малый вес. Однако композит не может применяться для армирования перекрытий и подходит лишь для фундаментов или стен. Также могут возникать сложности при укреплении углов, так как при сгибе композитные стержни теряют свои эксплуатационные качества. Расчет армирования бетонных конструкций В рамках расчета объема арматуры для укрепления бетонных конструкций необходимо учитывать множество параметров: характер и величина нагрузок (сжатие, изгиб, вибрации, удары и т.д.); особенности работы конструкции под нагрузкой; факт воздействия агрессивных сред или перепадов температуры. В соответствии с существующими нормами, минимальный процент армирования железобетонных конструкций должен составлять 0,1%. При этом максимальное значение равно 5%. Для отдельных элементов с повышенными требованиями объем укрепляющих элементов могут повысить до 10%, однако встречается такое нечасто. Все необходимые расчеты необходимо провести заранее, чтобы оптимальным образом подобрать сами пруты, марку бетона и определить размеры конструкции. За основу практически всегда берется рекомендованный процент армирования, который предлагается в специальных документах и нормативах. Найти нужное значение не составит труда, имея данные о размерах конструкции, классе бетона и величине нагрузки. Однако практически всегда рекомендованы индивидуальные расчеты по простому алгоритму: вес арматурного каркаса разделить на массу заливки; умножить полученное значение на 100. Эта формула справедлива для расчета арматуры на фундамент, балки, стены и колоны. Для лучшего понимания принципов расчета армирования рассмотрим несколько примеров. Арматура для ленточного фундамента Рисунок 4. Схема армирования ленточного фундамента В соответствии с существующими нормативами для ленточного фундамента суммарная площадь поперечного сечения стальных стержней Sа должна составлять как минимум 0,1% от сечения бетонной конструкции Sб. Sа = 0,001х Sб Sб рассчитывают как произведение высоты фундамента h0 на его ширину b Sб = h0 х b, мм² Продольное армирование предусматривает применение стержней с сечением не менее 8 мм. Количество профилей в данном случае определяют по таблице ниже: Таблица 1. Соотношение диаметра к площади и весу арматуры Причем на участках более 3 м разрешено использование стержней диаметром не менее 12 мм. Конкретный метраж определяется по чертежу фундамента с формированием запаса около 5%. Пример расчета армирования фундамента здания 6х12 м (глубина 70 см, ширина 40 см): Площадь сечения основания 70х40=2800 см². Площадь арматуры (минимальная) 2800х0,001=2,8 см². По представленной выше таблице становится ясно, что для обеспечения необходимой прочности нужно создать две горизонтальные сетки с двумя стержнями сечением 12 мм. Поперечные стержни подбираются по высоте каркаса, а для соединения стержней используется проволока диаметром 6 мм. Количество материала в метрах рассчитывают по габаритам конструкции 6+6+12+12=36 м. Общее количество 4х36 = 144 п.м. арматуры диаметром 12 мм. Хомуты фиксируются с шагом 40 см. Их потребуется 36/0,4=90 штук. Размер одного хомута (70х2+40х2)/1,15 =191 см. В этой формуле 1,15 – коэффициент для перевода периметра сечения в длину хомута. Общая длина требуемой проволоки 90х1,91 = 171,9 м. Теперь можно учесть запас 5 % и сформулировать объем необходимого материала: арматура диаметром 12 мм 144х1,05=151,2м; проволока диаметром 6 мм 171,9х1,05=180,5 м. Арматура для монолитного перекрытия Теперь рассмотрим расчет нагрузки арматуры на кубометр бетонной конструкции. Это позволит оценить показатели прочности итогового сооружения. В качестве примера возьмем перекрытие высотой 20 см, внутри которой создается сетка с шагом 200 Х 200 мм. Применяются стержни диаметром 10 мм. Дополнительно использованы усиливающие детали диаметром 14 мм с шагом 200 мм. Порядок расчета: На 1 квадратный метр потребуется 20 м прутьев. Кубометр бетона распределен на 5 кв.м площади плиты, в которой для сетки потребуется 5 Х 20 = 100 м прутьев. Масса 1 м арматуры 10 мм составляет 0.617 кг. На 1 м2 перекрытия потребуется 100 Х 0.617 = 61.7 кг. Дополнительное усиление потребует 50 м прутьев диаметром 14 мм общим весом 60.5 кг (аналогичный расчет). Стальные каркасы создаются из 20 м стержней диаметром 10 мм. Общий вес их равен 20 Х 0.617 = 12.34 кг. Итоговая нагрузка от арматуры на 1 м3 бетона составит 61.7+60.5+12.34 = 134.54 кг. Дополнительно для более точных результатов имеет смысл учесть расход материала для укрепления стыков со стенами. Технология армирования бетона Рисунок 5. Армирование бетона Крайне внимательно стоит отнестись к технологии армирования бетона, предполагающей проведение предварительных расчетов и выбор максимально подходящего способа создания железобетонной конструкции. Как только проведены все необходимые расчеты и выявлен необходимый объем арматуры, можно приступать непосредственно к сборке каркаса. Общая технология армирования бетона включает в себя следующие этапы: Изготовление опалубки (съемной или несъемной). Она может создаваться из древесины или металла в зависимости от целей и требований к конструкции. Подготовка арматуры в соответствии с ранее проведенными расчетами. Соединение элементов арматуры. Стальные стержни фиксируются проволокой, сетка – специальной пластиковой подставкой. При использовании дисперсной технологии фиксация осуществляется особым раствором с добавлением фибры. Заливка бетона. Помещение приготовленного бетонного раствора в готовую опалубку. Трамбовка. Поверхность трамбуется, чтобы удалить из материала воздушные карманы. Демонтаж опалубки. Съемную опалубку обычно снимают примерно через 2-3 недели после заливки, так как к этому времени бетон окончательно затвердеет. Одним из важнейших аспектов вязки арматуры является соблюдение расстояний между прутьями. Этот промежуток подбирается в зависимости от диаметра элементов. В вертикальной плоскости между основными прутьями традиционно выдерживают не менее 12 мм. Это не касается участков с пересечениями или скрещиваниями. Помимо проволоки, стержни арматуры также могут закрепляться при помощи сварки. Обычно прибегают к электродуговой сварке, соединяя элементы встык или внахлест. При этом очень важно следить за тем, чтобы сварные соединения отвечали требованиям по прочности и соответствовали механическим свойствам всего арматурного каркаса. Отдельное внимание уделяют защите арматуры от коррозии. И тут говорят не столько о каких-либо специализированных защитных средствах, сколько о достаточном слое бетона. Этот показатель рассчитывается заранее и в среднем для разных типов конструкций имеет следующие значения: плиты – от 1 мм; продольные балки – от 25 мм; конец прута – от 25 мм; остальные случаи – от 1 мм или диаметр используемой арматуры. Если игнорировать данные рекомендации, можно довольно быстро столкнуться с коррозией, трещинами, различными деформациями или даже разрушениями. Выходящие за пределы бетонной стяжки элементы армирования следует дополнительно защитить при помощи лака, инертной краски, меди. Не лишней будет гидроизоляций в виде специальных добавок для бетона или покрытий для арматуры. Она защитит от блуждающих электротоков в конструкциях. Частные случаи армирования бетона Армирование при низких температурах Рисунок 6. Принцип армирование при низких температурах Армирование бетона в условиях низких температур может быть осложнено замерзанием воды, содержащейся в материале. Образуются ледяные пробки, не дающие свежему бетону протекать вокруг стержней, обеспечивая связывание. И получить действительно прочную конструкцию в таких условиях очень сложно. В качестве решения арматуру предварительно подогревают. Таким образом, удается избежать замерзания воды, гарантируя качественное связывание материалов. Можно использовать электрообогреватели, специальную проволоку, паровые шланги и т.п. Также можно использовать специальные добавки для бетона, ускоряющие его затвердевание. Более сложный способ устранения препятствий связан с применением теплоизоляционных материалов, надолго сохраняющих тепло внутри бетонной конструкции. Армирование при реконструкции и ремонте Выполняя армирование в рамках реконструкции и ремонта, важно проводить правильные расчеты с учетом уже имеющейся арматуры и добавляемого объема. Нужно проверить, соответствует ли стержневая конструкция тем нагрузкам, которые будут к ней прикладываться. Очень важно следить за тем, чтобы арматурный каркас не препятствовал равномерному распределению бетонной смеси по ремонтируемому участку. Ранее использовавшуюся арматуру не следует применять для усиления будущей постройки, так как она может не соответствовать требованиям по прочности и устойчивости. Такие элементы подойдут лишь для простой потолочной стяжки или формирования пола. Заключение Процедура армирования бетона необходима, чтобы полученные конструкции были достаточно надежными, долговечными и надежными. При соблюдении всех правил размещения арматуры практически гарантированно удается получить здание, отличающееся устойчивостью к нагрузкам и долгим сроком эксплуатации. Очень важно верно подобрать метод армирования, материал арматуры, а также предельно качественно осуществить сборку каркаса с соблюдением технологии. Именно такой подход позволяет усилить несущие способности конструкции, повысить ее прочность и стойкость.