Арматура в бетоне работает на 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
Железобетон – это один из самых старых стройматериалов. Несмотря на период использования больше одного века, он применяется и сегодня. Это можно объяснить наличием в нем арматуры, которая повышает прочность железобетонных объектов. Железобетонные постройки приобретают все большую популярность как в промышленном строительстве, так и бытовом. Именно его использование в разных направлениях делает железобетон лидером среди подобных материалов. Давайте попробуем выяснить в чем же заключается суть арматурной работы в бетоне, ее предназначение и особенности.
Бетон и сталь — их соотношение
Каждая строительная компания имеет уникальное соотношение армирующего и бетонного материалов, установленное на практике. Это объясняется рядом преимуществ их сочетания. Среди них можно выделить:
- повышение эксплуатационных свойств конструкции в результате объединения;
- повышение свойств прочности бетона под воздействием стали;
- крепость материала зависит от его возможности сдвига, растяжения и оказанного давления на материал.
Бетон имеет высокие показатели прочности на сжатие. В случае больших нагрузок применение железобетона обязательно. Растяжение стали не влияет на ее прочность. Вследствие этого, возможно строительство высокопрочных конструкций. Связь между бетонным раствором и сталью играет главную роль в определении крепости постройки. Сжатие бетона определяет уровень его прочности. Исходя из этого, железобетон обязательно применяется во избежания разрушения стен под действием нагрузок.
Вернуться к оглавлению
Правила железобетонных материалов
С целью полного соответствия конструкции установленным требованиям, стальные и бетонные материалы должны тесно взаимодействовать между собой. Этот процесс происходит в ходе их адгезии, вследствие чего бетонная смесь затвердевает. В случае слабого сцепления происходит скольжение арматуры в бетоне, и как результат, конструкция рушится.
С целью повышения адгезионных свойств, поверхность прутьев оборудуется специальными выступами. Данная процедура происходит либо во время проката, либо в ходе сплющивания двух стержней перпендикулярно по отношению друг к другу с применением специального оборудования.
Кроме того, на концах арматурных стержней оборудуются крюки для еще большего сцепления. Металлические сетки и каркасы имеют более надежное сцепление с бетоном благодаря неподвижности отдельных стержней.
Перед использованием должна быть проведена полная очистка арматуры от загрязнений и ржавчины, поскольку они препятствуют адгезии.
Пример взаимодействия арматуры и бетона.
Обязательным условием для предотвращения появления ржавчины является создание плотного и толстого бетонного слоя вокруг каждого за прутьев. Бетон, который расположен между сеткой и поверхностью строения, работает в качестве защиты не только от арматурного ржавления, но и обеспечивает ее огнеупорность. Данное свойство возможно в случаях применения плотного бетона, который не пропускает воздух.
В случае несоблюдения нужной толщины слоя защитного бетона возможна потеря огнеупорности материалов и появления ржавчины на армирующей сетке. В свою очередь, слишком толстый защитный слой приведет к снижению прочности строения вследствие смещения арматуры.
Следует отметить, что железобетон не теряет свои качества в случае перепадов температуры. Бетон и арматура обладают почти одинаковым температурным коэффициентом расширения, что позволяет им одновременно удлиняться или укорачиваться при повышении или понижении температуры соответственно.
Вернуться к оглавлению
Выбор стальной арматуры
Железо и бетон — основные составляющие железобетона. Существуют некоторые правила выбора материалов, которые обязательны к выполнению. Согласно этим правилам, арматура может быть создана из таких стройматериалов, как:
- сталь мягкой прочности;
- высоко- и среднеуглеродистая сталь;
- проволока из стали, созданная в ходе холодной протяжки.
Перед выходом в эксплуатацию стержни проходят процедуры по повышению прочности и холодному свертыванию. Обязательной особенностью металла должно быть наличие поверхности с неровностями и зазубринами. Это служит дополнительным сцеплением металла и бетона.
После соединения стержней под углом 90 градусов, они образуют армирующую сетку. Процесс соединения происходит с применением сварочных агрегатов или вязки. Расположение сетки также имеет особенности, она должна покрывать всю площадь железобетонного объекта.
Выделяют еще один вид арматуры под названием листовая. Этот материал являет собой стальной лист, который превращается в своего рода сетку путем прорезания на нем отверстий. Правила расположения листа идентичны вышеупомянутым правилам расположения сетки. Данная арматура применяется в бетонных плитах перекрытий и стен конструкции.
Вернуться к оглавлению
Подготовка стержней к связке
Сначала арматуру проверяют на коррозию.
Работа по арматуре — сложный и длительный процесс. Перед его проведением необходимо подготовить и проверить стержни. Они обязаны быть пригодными к использованию и прочными. После того, как вы убедитесь в качестве материала, можно приступать к работе.
В первую очередь происходит проверка стали на наличие коррозии и соответствие параметрам и свойствам. Следует обязательно учитывать физические дефекты. К расположению сетки в бетоне следует подходить ответственно, поскольку даже небольшое отклонение может привести к необратимым последствиям.
При проверке учитывается сильная разрушающая коррозия стержня. В случае если ржавчиной покрыты небольшие участки прутьев, арматура может быть использована. Однако обработка антикоррозийным раствором такого металла обязательна.
Следующий этап — сгибание стержня. Это необходимо при армировании сложных конструкций, что будут оборудоваться в бетон. Данная процедура проводится при помощи специальных станков. После окончания подготовительных процедур создается арматурная сетка путем связки или сварки. Сетка создается при помощи таких материалов, приспособлений и правил:
- прутья из стали – подготовленные, проверенные и по необходимости изогнутые;
- проволока из металла – при создании сетки путем связки;
- аппарат для сварки – при изготовлении арматуры путем сварки;
- ровная поверхность – в случае сдвига связки или сварки возможно нарушение конструкции;
- механизм для подъема – используется при закреплении конструкции из стали;
- ограничительные приспособления и прокладки – контроль за соблюдением ровной связки и предотвращают смещение арматуры.
Вернуться к оглавлению
Пути создания сетки
Специалист работает с арматурой, а именно ее креплением путем сварки или вязки.
Вернуться к оглавлению
Связка
Этот способ применяется чаще. Это объясняется небольшими финансовыми затратами. В то же время соединительные качества от этого ухудшаются. Однако это не мешает связке быть популярной. Связка происходит отдельно от установленной опалубки. Связка должна проделываться на ровной поверхности во избежание смещений. Для соблюдения ровности применяются прокладочные и ограничительные материалы. Их устанавливают в процессе соединения прутьев.
Крепление должно производиться тщательно и аккуратно, поскольку исправить неточности крайне сложно. Это возможно лишь путем разбора секции арматуры и повторной связки. Вязка может производиться различными материалами. Наиболее распространенным среди них является мягкая, но в то же время прочная металлическая проволока. Кроме того, возможно применение пружинных креплений. Благодаря им крепление происходит быстрее.
Для достижения качественного сцепления с бетоном необходимо правильно рассчитать толщину бетонного слоя, который накладывается поверх сетки. Этот слой защищает арматуру от негативного воздействия воздуха и влаги. Следует подходить ответственно к определению толщины защитного пласта бетона.
Вернуться к оглавлению
Сварка деталей
Если каркас из арматуры достаточно высокий, то для придания ему жесткости делается выбор в пользу сварки.
Еще одним способом конструирования армирующего материала является сварка. Ее популярность объясняется повышенными прочностными качествами, которые положительно сказываются на свойствах железобетона.
Наиболее часто применяется электродуговая сварка. Ее простота и качество являются главными особенностями материала. Сварка может проводиться внахлест под углом или на одной прямой путем соединения двух стержней. Первый способ не требует особого контроля. А второй необходимо контролировать для достижения нужной прочности. Преимущества сварки:
- соединение внахлест необязательно;
- поперечное сечение соединений уменьшается;
- каркас обладает высокой жесткостью.
Это список не исчерпывающий. Стыки стержней необходимо зачистить перед началом работ. Поверхность должна быть обязательно ровной или обработанной для сварки конкретного типа сечения прутьев. На практике часто применяется оборудование, контролирующее горизонтальное и вертикальное расположение стержней.
Контроль за качеством работы должен проводиться на всех этапах и при любом виде работ. Нельзя не упомянуть предварительное сваривание для проверки материала. Данная процедура осуществляется путем сваривания нескольких прутьев и их проверки на прочность.
Вернуться к оглавлению
Поведение железобетона
Каждая конструкция имеет свои особенности, которые являются ключевыми при создании железобетона. Так, давление на балку не является одинаковым. Ее нижняя часть всегда подвержена растяжению. Поэтому арматура должна применяться именно в этом месте.
После армирования давление на балку будет неизменным. Однако благодаря стали, прочность бетона повышена. Сталь обеспечивает сопротивление бетона нагрузкам. Бетонная плита имеет особенности. Опирание этого элемента конструкции может происходить двумя или даже четырьмя ее сторонами. Самое большое растяжение происходит в средине плиты. Исходя из этого, арматура оборудуется с двух сторон плиты.
Вернуться к оглавлению
Заключение
Армирование бетона – это лучшее средство для повышения прочности бетона. Оно помогает добиться надежности конструкции при самых больших нагрузках. От выбора материала зависит качество результата.
Правильное построение схемы работы обеспечит железобетон со всеми надлежащими свойствами.
Источник