Арматура работает на сжатие или растяжение
Фундамент работает как несущее основание, на которое воздействуют все виды нагрузок от вышестоящих конструкций и которое равномерно распределяет их на почву.
Арматура из стали может абсолютно спокойно выдерживать нагрузки на растяжение в 10 раз больше, чем голый бетон.
В частном строительстве наиболее распространенным является фундамент ленточного типа. Он работает в виде замкнутой контур-ленты из сборного или монолитного железобетона, которая укладывается под несущими стенами постройки и по всему своему периметру распределяет вес строения. Большее распространение имеет ленточный фундамент из монолитного железобетона.
В процессе эксплуатации на фундамент воздействуют различные нагрузки, возникающие от веса самого здания, от морозного пучения и от движения грунтов. Нижняя часть при давлении дома имеет нагрузку на растяжения, а верхняя – на сжатие. Не стоит забывать и о силах морозного пучения, чья подъемная сила может значительно превышать вес здания и провоцировать растяжение в верхних частях ленточного фундамента.
В эпоху Петра І термин «арматура» обозначал армейское вооружение. Сегодня мы называем так «вооружение» стальными стержнями бетонного фундамента.
Смысл армирования
Ленточный малозаглубленный фундамент нужно армировать для того, чтобы компенсировать воздействующие на него нагрузки в процессе эксплуатации. Бетону свойственна большая прочность на сжатие, но вызывающие растяжение или срез бетона нагрузки могут с легкостью нарушить его структурную целостность. Устойчивость бетона к растяжению в 50 раз ниже, чем к сжатию. Трансформация при помощи стальной арматуры обычного бетона в совершенно новый материал, железобетон, дает возможность ленточному фундаменту получить улучшенную устойчивость к растягиванию.
Противостояние различным нагрузкам
Ленточный армированный фундамент является монолитной железобетонной рамой из надежно связанных балок, которая свободно лежит на упругом основании. Почва под основой фундамента не является неподвижной монолитной платформой; чаще всего она представляет собой неоднородную структуру, на которую воздействуют, провоцируя движение, влага, грунтовые воды, влияние снежного и растительного покровов, температура воздуха и пр. На конструкцию фундамента постоянно действуют различные нагрузки, возникающие от возможных движений почвы. Если представить, как работает нагрузка на ленточном фундаменте упрощенно, то можно говорить, что на нижнюю часть действует преимущественно растяжение, а верхняя часть испытывает сжатие.
Схема устройства ленточного фундамента.
Арматура из стали может спокойно, абсолютно без разрушений, выдерживать нагрузки на растяжение в 10 раз больше, чем голый бетон. Сталь имеет свойство удлиняться без разрывов при воздействии нагрузок на растяжение от 4 до 25 мм (тогда как бетон только на 0,2-0,4 мм). Бетон же лучше переносит нагрузку на сжатие. Соединенные в одном материале, железобетоне, бетон и сталь позволяют лучше переносить комплексные нагрузки на растяжение и сжатие. Равноудаленная от нижней и верхней частей ленточного фундамента часть фактически не воспринимает нагрузки. Это говорит от том, что использование срединного слоя продольных элементов, который нередко монтируют «для большей прочности», лишено необходимости. В том случае если вы возводите заглубленный фундамент (подземную стену), то и армировать его необходимо как монолитную бетонную стену.
Бывают такие случаи в самостоятельном дачном строительстве, когда строители работают так: они проводят армирование только нижней части фундамента. Аргументируется это тем, что нагрузка от здания не позволит балке выгнуться вверх, создавая этим самым растяжение в ее верхней части, в которой можно «сэкономить». Но такие горе-строители не берут во внимание немалую подъемную силу намокающей расширяющейся почвы или же силу морозного пучения при замерзании воды в почве. Нагрузка от этих сил может стать больше нагрузки от строения, и она вызовет растяжение в верхних частях фундамента, которое повлечет за собой разрушение его структурной целостности.
https://youtu.be/_xKAqYFUG-U
При неправильном армировании ленточного фундамента может произойти его разрушение, что повлечет за собой разрушение стен и всей постройки.
Виды материала
В России для армирования монолитного ленточного фундамента применяется арматура класса А-ІІІ (А400) периодического профиля. Эта арматура представлена в виде стальных круглых профилей с парой продольных ребер и поперечными выступами, которые идут по трехзаходной винтовой линии. Периодические профили предназначены для более надежного сцепления бетона с арматурой, что отличается от материала с гладким профилем, которая больше подходит для использования в качестве обвязки (хомута) продольных элементов. Маркировка стальной арматуры А400 обозначает предел текучести этого класса (390 Н/мм2). Но такая арматура сегодня уже считается устаревшей. В начале 90-х годов страны Европы перешли на один класс, которую можно варить, предел текучести которой равен 500 Н/мм2. Применяя класс А500С вместо устаревшего класса А400, вы экономите свыше 10% стали в строительстве.
Схема плитного фундамента под коттедж с использованием армирования.
Арматура периодического профиля класса А-ІІІ производится в отечественном экземпляре с выступами в форме колец и в экземпляре «европрофиль» с выступами в виде серпов. Кольцевой профиль отечественного производства работает на повышение прочности сцепления бетона с арматурой, а профили в форме серпа повышают стойкость к часто повторяющимся нагрузкам. Для армирования ленточного фундамента стоит выбирать кольцевой профиль отечественного производства. Порой можно встретить 4-сторонние серповидные профили, которые объединяют плюсы обоих типов.
Арматуру марки А400 (А-ІІІ) не рекомендуется варить для соединения стержней. Если варить сталь, то есть локально воздействовать высокой температурой, происходит значительное структурное ослабление стали. Эти изменения в стальных стержнях происходят на том участке, который варят, и в прилегающих участках на длину, которая равняется четырем диаметрам стержня в обе стороны. Если вы хотите варить соединение между стержнями, то вам следует выбирать специальные, предназначенные для этого классы, которые можно узнать по букве «С» в названии: А400С, А500С. Именно их можно варить для соединения стержней в каркас. Если вы не знаете, арматурой какого именно класса вы располагаете, но вам необходимо варить место соединения продольных стержней, то арматуру предварительно необходимо нагреть до 200 градусов по Цельсию, чтобы свести к минимуму потери стальной прочности. Длина сварного шва как минимум должна быть равной 10 диаметрам одного стержня свариваемой арматуры (45-55% длины стержня).
Сварка сетки
Варить отдельные стержни сетки железобетонного фундамента можно двумя видами контактной электрической сварки: стыковой и точечной.
Точечная контактная сварка основывается на использовании тепла, которое выделяется в местах контакта стержней во время пропускания электрического тока, чтобы разогреть металл на этих участках до температуры плавления. Осаживая разогретые стержни друг к другу, получается их надежное соединение. Контактной точечной сваркой можно варить узлы каркасов и сеток, которые представляют собой два или три пересекающихся стержня под углами 60 и 90 градусов.
Вязка прутьев
Схема конструкции фундамента.
Также требуется гнуть арматуру для изготовления соединительных элементов, которые работают на растяжение (лапка или стандартный крюк) и для армирования примыканий и углов. Некоторые строители производят армирование примыканий лент и углов ленточного фундамента, используя перекрестия стержневой арматуры. Этот метод является очень грубым нарушением типовых схем армирования примыканий и углов, которые ослабляют конструкцию. Такой способ может повлечь за собой расслоение бетона.
Класс А-ІІІ гнется в холодном состоянии на прямой угол по диаметру изгиба без потерей прочности. Если гнуть арматуру на 180 градусов, то прочность снизится на 10%. Сегодня работает минимум два очень распространенных и недопустимых способа гибки стержней. Недобросовестные рабочие, не желающие выполнять лишнюю работу, или надпиливают точку, где будет производиться гибка стержня, с помощью угловой отрезной машинки, или греют место сгиба паяльной лампой (автогеном или же на костре). Ясно, что оба приема в разы ослабляют стержни, что может повлечь разрушение их целостности под влиянием нагрузок. Запомните, что все типы должны гнуться в холодном состоянии, если другое не указано проектировщиком.
Схема расчета арматуры для фундамента.
Арматура А-ІІІ (А400) применяется для поперечного и продольного армирования фундамента. Для дополнительного (вспомогательного) поперечного армирования (хомуты) можно также использовать стержневую гладкую горячекатаную арматуру класса А-І (А240) или А-ІІ.
Еще для армирования фундамента можно применять конструктивную арматуру, которая монтируется для восприятия непредвиденных усилий (к примеру, усилия от температурных деформаций или усадки бетона). Следует по возможности устанавливать арматуру пространственными или укрупненными заранее подготовленными элементами, сокращая при этом объем использования отдельных стержней. С бетонной подушки (подготовки) на месте монтажа стержней должны удаляться грязь, пыль, мусор, лед и снег.
Поверхность
Стержни необходимо обезжиривать, очищать от всех неметаллических покрытий посредством металлической щетки. Допускается наличие на арматуре эпоксидного покрытия. Оно в разы снижает сцепление с поверхностью бетона, но также повышает стойкость к коррозионному процессу.
Разрешается наличие на стержнях арматуры неотслаивающейся ржавчины. Кстати, обыкновенная неотслаивающаяся ржавчина даже усиливает прочность сцепления бетонной поверхности с арматурой.
Источник
Одним из важных этапов работы по заливке бетона является связывание арматуры. Армирование служит дополнительным укрепителем готовой железобетонной конструкции. Правильный выбор металла и его закрепление имеет не менее важную роль, чем марка бетона. Поэтому перед началом строительных работ определяются с видом арматуры, которая соответствует назначению планируемой конструкции.
Что собой представляет?
Арматура — это профиль из стали, имеющий круглое сечение и рифленую форму. Материал имеет высокую прочность на растяжение, что в сочетании с бетоном позволяет сделать покрытие или стену крепче. На поверхности металлических прутьев нанесены выступы, которые располагаются под уклоном относительно главной оси арматурной проволоки.
Физические характеристики арматуры регламентируются ГОСТом 30062—93, которым предусмотрено использование специальной аппаратуры для оценки качества стройматериала.
Зачем нужна?
Применение данной конструкции препятствует появлению трещин в материала при нагрузках на него.
Бетонные конструкции имеют высокую прочность на сжатие, поэтому их использование широко распространено в сооружении кровель и несущих конструкций. Так как сжимание не является единственным фактором воздействия на покрытие, то стяжка из бетона требует дополнительного укрепления. Это обусловлено тем, что при сжатии верхнего слоя происходит растяжение нижней части бетонной балки. Такое напряжение приводит к образованию трещин. Чтобы избежать преждевременного разрушения покрытия, применяется армирование. Арматура укрепляет конструкцию и придает ей устойчивости к растяжению. Только применение металла в бетонных балках делает возможным использование стройматериала для возведения несущих сооружений.
Классификация
В зависимости от характеристик материала выделяют различные виды арматуры. Существует такая классификация стройматериала:
Для данного раствора подходит именно рифленые стержни.
- По форме:
- Круглая. Используется для укрепления железобетонных блоков.
- Квадратная. Применяется для угловых сооружений.
- По рифлености:
- Гладкая. Не применяется для железобетонных блоков.
- Рифленая. Чаще всего используется при заливке бетона, так как имеет граненую форму. Это способствует хорошей сцепке материала с бетонной смесью.
- По форме:
- Продольная. Делает возможным растяжение бетонной связки, что предотвращает разрушение бетона при растяжке.
- Поперечная. Название обусловлено размещением арматуры перпендикулярно к продольным прутьям.
- Напрягаемая. Работа по заливке бетона начинается с натяжения арматуры, что после формирования поверхности делает готовое изделие крепче.
- По типу материала:
- Стальная. Имеет вид стержня с поперечными сечениями. Именно этот вид обеспечивает прочность железобетонных блоков.
- Композитная. Составляющими этого вида стройматериала являются волокна стеклянного, углеродного, арамидного или базальтового типа.
Как выбрать?
Арматура для заливки бетона используется стального вида круглого сечения, так как она будет выдерживать довольно большие механические воздействия.
Для лучшей адгезии с бетоном выбирают прутья, имеющие выступы. Толщина материала зависит от размера предполагаемых нагрузок. Положительной стороной использования металлических стержней вместе с бетоном является их одинаковая реакция на воздействие перепадов температуры. Если связывание арматуры предполагает сварочные работы, то выбирается материал, который рассчитан на нагревание, что не влияет на качество готового изделия.
Источник
Уже более века в строительной отрасли известен такой материал, как железобетон. Несмотря на такой почтенный возраст, это соединение бетона и стальной арматуры используется в строительстве до сих пор. Это объясняется многими факторами, среди которых важнейшим является повышенная прочность железобетона, которая достигается благодаря использованию арматуры.
Армаровка, подготовленная под заливку бетона.
В данной статье будет рассказано о том, как работает арматура в бетоне, зачем она там нужна и в чем заключается особенность такого конструкторского решения.
Железобетонные сооружения используются не только в строительстве жилых или же производственных зданий. Преимущества, которые дает этот строительный материал, позволяют применять его во многих сферах строительства, подразумевающих дальнейшую эксплуатацию в различных условиях.
Союз бетона и стали
Схемы основных уплотнений деформационных швов бетонных и железобетонных плотин:
а – диафрагмы из металла, резины и пластических масс; б – шпонки и прокладки из асфальтовых материалов; в – инъекционные (цементация и битумизация) уплотнения; г – брусья и плиты из бетона и железобетона; 1 – металлические листы; 2 – профилированная резина; 3 – асфальтовая мастика; 4 – железобетонная плита; 5 – скважины для цементации; 6 – цементационные клапаны; 7 – железобетонный брус; 8 – асфальтовая гидроизоляционная прокладка.
Создание строительного материала из бетона и стали обусловлено рядом преимуществ, которые дает такой симбиоз. Прежде всего это касается физических свойств этих двух материалов. Бетон дополняет сталь, а сталь значительно усиливает физические параметры бетона.
В первую очередь это касается такого понятия, как прочность. Данный параметр измеряется при разных состояниях того или иного материала. К таким состояниям относятся растяжение, сжатие и сдвиг. Каждое из этих состояний важно, поэтому их расчет ведется весьма тщательным образом.
Бетон имеет довольно высокий уровень прочности при сжатии. Этот показатель обусловил применение бетонных конструкций при строительстве перекрытий, где сжатие является постоянным. Однако там, где помимо сжатия действует и фактор растяжения, нужно применять железобетон.
Объясняется это тем, что сталь, из которой сделана арматура, имеет очень высокий уровень прочности при растяжении. Это-то и дает тот запас прочности, которым славятся железобетонные конструкции. Правильное соединение стали и бетона, правильно созданная между ними связь обеспечивают высокую прочность железобетонного сооружения. Далее будет рассказано о том, как достичь того, чтобы эта самая связь стали и бетона была как можно более прочной и на полную мощность выполняло свое предназначение.
Железобетонные правила
Самостоятельная укладка половой доски
Прочность конечной железобетонной конструкции, которую предлагает завод ЖБИ, зависит в первую очередь от того, как осуществляется связь бетона с арматурой. Если говорить более конкретно, то важно то, как бетон передает свое напряжение, возникающее от нагрузки, стальной арматуре. Если эта передача осуществляется без потери энергии, то и общая прочность будет высокой.
При передаче напряжения не должно быть никакого сдвига связи. Значение этого параметра допускается лишь в 0,12 мм. Точное, прочное и неподвижное соединение бетона и стальной арматуры – это залог того, что и прочность конечного железобетонного сооружения также будет высокой.
Для того чтобы наглядно понимать принцип работы арматуры в бетоне, недостаточно знать лишь теоретическую часть, о которой было сказано выше. Немаловажной частью подготовки является и практика, то есть знание того, как этот железобетон делается и какие правила его производства обеспечивают железобетонную связь конечной конструкции.
Выбор стальной арматуры
Схема армирования
Для того чтобы начать производство железобетона, понадобятся, как не трудно догадаться, железо и бетон. При выборе материала для металлического остова нужно руководствоваться определенными правилами, некоторые из которых прописаны в специальных нормативных документах. Согласно правилам, для производства арматуры можно использовать следующие материалы:
- мягкая сталь;
- средне- и высокоуглеродистая сталь;
- стальная проволока, произведенная методом холодной протяжки.
Каждый из этих материалов проходит такие операции, как механическое упрочнение и холодное скручивание. Важным фактором является и то, что металлические стрежни должны быть обязательно с неровной или же немного зазубренной поверхностью. Такое положение дел дает дополнительное сцепление стали с бетоном.
Конструкция монолитного перекрытия с применением стального профилированного настила в качестве несъемной опалубки и внешней арматуры.
Расположение арматуры должно быть осуществлено по всей площади железобетонного блока, плиты или же иной конструкции. Из стальных стержней создается сетка. Эта сетка представляет собой прутья, которые соединены между собой под прямым углом. Соединение происходит путем сварки или же вязки.
Существует и еще одна разновидность арматуры, о которой нужно рассказать. Это так называемая листовая арматура. Представляет она собой лист стали, который по всей своей поверхности прорезается во множестве мест, а получившиеся прорези расширяются. Получается своеобразная сетка, расположение которой осуществляется так же, как и расположение обычной арматурной сетки. Применение такой сетки востребовано в плитах перекрытия и стенах зданий.
Подготовка стержней к связке
Схема армирования
Прежде чем начать работы по составлению арматурной сетки и встраиванию ее в бетонную плиту или же иную бетонную конструкцию, стальные стрежни нужно к этому подготовить. Далее их нужно проверить на пригодность и прочность. Только после этого стоит приступать к основной операции армирования бетона.
Самыми главными параметрами, по которым происходит проверка арматуры, являются наличие на ней ржавчины и ее соответствие указанным ранее расчетным размерам. Нельзя забывать и о физических дефектах. Стальные прутья должны быть ровными и соответствовать всем размерам. Их расположение в бетонной плите должно быть точно выверено, ведь отклонение даже на несколько миллиметров может быть критическим.
Говоря о ржавчине, речь идет о сильной коррозии, которая уже начинает разрушать внутренности того или иного металлического стержня. При ржавчине, которая поразила лишь незначительные части стержней, эксплуатация арматуры разрешена. Однако нужно совершить обработку таких прутьев специальными антикоррозийными средствами.
После этого осуществляется сгиб металлических стержней. Зачем нужна эта операция? Она необходима для сложных армированных конструкций, которые будут устанавливаться в бетоне. Производится данная операция на специальных станках. После завершения всех операций, призванных подготовить арматуру, происходит связка или же сварка арматурной сетки. Для создания такой сетки обычно используются следующие материалы и инструменты:
- стальные прутья (они должны быть уже подготовлены, проверены и, если нужно, изогнуты);
- металлическая проволока (она нужна, если используется связка);
- сварочный аппарат (он нужен, если будет использоваться сварка арматурной сетки);
- ровная поверхность (связка или сварка сетки должна производиться очень осторожно, малейший сдвиг может нарушить правильность всей конструкции);
- подъемный механизм (для закрепления стальной конструкции в бетоне нужно использовать подъемный механизм);
- прокладки и ограничители (эти приспособления позволяют контролировать ровность связки и избежать смещений).
Создание арматурной сетки
Схема монолитного перекрытия.
Связка как крепление арматурных стержней сейчас используется намного чаще, чем сварка. Обусловлено это меньшей затратностью данного процесса. Однако и качество соединения тоже уменьшается. Но что бы там ни было, данная операция проводится и ее осуществление тоже требует знаний и определенных навыков.
Обычно связка проводится в стороне от уже сделанной опалубки. Поверхность, на которой происходит связка, должна быть идеально ровной, так как в результате должна получиться связка без каких-либо смещений. Для контроля ровности и отсутствия смещений применяются специальные прокладки и ограничители, устанавливаемые в ходе процесса крепления прутьев.
Нужно помнить, что при данной работе крепление, которое уже произведено, крайне сложно исправить. Для этого придется разбирать целую секцию и перевязывать ее заново. Поэтому слежение за ровностью связки и правильностью процесса является обязательным.
Для вязки могут использоваться различные материалы. Самым распространенным и доступным из них является обычная железная проволока, которая обладает мягкостью и одновременной прочностью. Могут использоваться и специальные крепления на основе пружин. Они значительно ускоряют процесс крепления.
Для того чтобы связь арматуры с бетоном была качественной, нужно просчитывать такой момент, как слой бетона над стальной сеткой. Слой бетона должен защищать стальную конструкцию от проникновения к ней воздуха и влаги. Важно найти разумное значение толщины слоя бетона, которое удовлетворит все требования, предъявляемые к железобетонным конструкциям.
Сварка деталей
Соотношение составляющих бетона М250 (цемент, песок, гравий и вода).
Вторым способом создания арматурной сетки является сварка. Она начинает все чаще использоваться на наших стройках, так как является идеальным решением для прочности и качественного исполнения железобетона. Далее будут рассмотрены ее преимущества и то, как правильно производить сварку, чтобы связь арматуры и бетона стала действительно крепкой.
Чаще всего используют электродуговую сварку. Она является самой распространенной из-за своей простоты и качества. Посредством сварочного аппарата и электродов производится сварка внахлест под углом и сварка двух стержней из стали на одной прямой. В первом случае особый контроль за качеством не предусматривается. А вот при сварке на одной прямой нужно создать действительно прочное соединение, способное выдержать большую нагрузку.
Сварка имеет ряд преимуществ перед вязкой:
- возможность обойтись без соединения внахлест;
- уменьшение итогового поперечного сечения многих участков соединений в арматурной сетке;
- повышенная жесткость арматурного каркаса.
Можно найти еще немалое количество преимуществ, которыми обладает сварка.
Прежде чем начинать производить сварку, стыки стержней стоит зачистить. Они должны быть ровными или же обрезаны под определенными углами, удобными для сварки прутьев того или иного сечения. При подгонке прутьев друг к другу можно использовать специальное устройство, которое контролирует как горизонталь, так и вертикаль прутьев.
Немаловажным условием качественно выполненной работы является ее контроль. Он должен касаться всего: и качества швов, и квалификации сварщика, и итога произведенных работ. Нужно сказать пару слов о предварительном проверочном сваривании. Оно предполагает сварку нескольких проверочных прутьев. После чего производятся их испытания на разрыв и на сжатие.
Поведение железобетона
Таблица соотношения прочности бетона.
Здесь будет рассказано о том, как арматура улучшает качества бетона в тех или иных строительных конструкциях, важнейшими из которых являются балки, плиты и колонны. Каждая из этих конструкций позволяет найти особенности, которые должны учитываться при создании железобетонных блоков.
Напряжение, которое испытывает балка, не является однородным. Нижняя часть балки более подвержена растяжению. Это значит, что именно она нуждается в укреплении арматурным каркасом.
Низ балки, укрепленный арматурной сеткой, будет испытывать точно такое же растяжение, как и раньше. Однако сопротивление этому растяжению будет усилено физическими свойствами стали, которая при грамотной связке с бетоном будет передавать ему свое сопротивление.
Относительно бетонной плиты надо сказать следующее. Ее опирание происходит посредством двух, а иногда и четырех сторон. Плита испытывает растяжение с большего в середине. Принято крепить арматурную сетку с двух сторон плиты, это позволяет быть уверенным в том, что арматурная сетка работает в полной мере.
Представленная тут информация поможет понять, как работает арматурная сетка и зачем нужно ее использование в строительстве как промышленном, так и гражданском. Несмотря на то, что железобетон используется уже довольно давно, он до их пор остается актуальным и будет оставаться таким еще долгое время.
Источник