для чего армировать бетон
Металл против стеклопластика: на чем держится бетон
Какая бывает арматура
Без арматурного каркаса невозможна ни одна монолитная бетонная конструкция. Прочность, устойчивость к деформациям — все это обеспечивается именно арматурным каркасом. За много десятилетий все привыкли к тому, что арматура — это металлические прутья или проволока. Не так давно на рынке появилась композитная арматура — стеклопластиковая или стеклобазальтовая, под нее даже разработан свой собственный свод правил — СП 295.1325800.2018 «Конструкции бетонные армированные полимерной композитной арматурой». Разбираемся, в чем различия между этими двумя типами арматуры и в чем заключаются некоторые секреты обустройства металлического арматурного каркаса.
Как работает арматура
Монолитный бетон — и прочный, и долговечный, и универсальный материал. Но у него есть один большой изъян — он хрупкий. Именно поэтому, чтобы придать всей монолитной конструкции устойчивость к деформациям и разрушению, бетон укрепляется своеобразным «скелетом» — арматурным каркасом. Именно арматура удерживает общую конструкцию: например, стальной прут на растяжение прочнее бетона в две сотни раз — и после заливки и застывания вся масса приобретает единые свойства.
Так что, если мы хотим получить прочный бетонный монолит, нужно, чтобы внутри него обязательно был каркас из арматуры. Это касается подавляющего большинства случаев: и для фундамента, и в перекрытиях, и в лестницах, и в других монолитных конструкциях.
Арматурный каркас бывает плоским (горизонтальный или вертикальный) или пространственным. Выбирается способ монтажа в зависимости от того, какую работу должна выполнять конструкция.
Фото: sdelai-lestnicu.ru
Два типа арматуры
Металлическая арматура — это стальной прокат, длинные пруты разного сечения (от 6 до 40 мм). Пруты эти бывают гладкими или ребристыми. Гладкий профиль (класс А1) используют, чтобы делать конструкционные перемычки. Ребристый обеспечивает более серьезное сцепление с бетоном, поэтому из него собирают несущий каркас для ленточных и плитных фундаментов. Разумеется, ребристый профиль дороже. Чтобы строить дома, в качестве рабочей арматуры используют арматуру классов А300 и А400. Металлическая арматура может быть сварена в сетчатый каркас, но этого делать не рекомендуется: прут станет хрупким из-за перегрева. Лучше вязать ее специальной проволокой или пластиковыми хомутами.
Композитная арматура была придумана около сорока лет назад. Она чаще всего бывает стеклопластиковая, но иногда бывает и стеклобазальтовая (сделанная из расплава горной породы и выскопрочного полимерного волокна). Профиль композитной арматуры чаще всего ребристый, сечение может быть от 4 до 20 мм. Такой каркас связывается проволокой или пластиковыми хомутами.
К достоинствам стеклопластиковой арматуры причисляют:
Пластиковая арматура никогда не заржавеет — а значит, не нужно пытаться во что бы то ни стало выдерживать защитный слой бетона. Она прочная — бетонная конструкция будет хорошо удерживать форму десятилетиями.
Фото: stpulscen.ru
Зато есть у «новичка» и серьезный недостаток — у стеклопластиковой арматуры модуль упругости примерно втрое меньше, чем у стальной. Иными словами, при пиковой нагрузке по упругости стальная арматура растянется, а стеклопластиковая — порвется, то есть плита перекрытия просто рухнет моментально. Так что многие профессионалы рынка не советуют использовать такую арматуру в фундаментах, особенно в ленточных и плитных.
И еще одна проблема стеклопластиковой арматуры — она не очень выгодна, армирование стальными прутьями выходит дешевле, даже с учетом сильного подорожания металла в строительстве за последнее время. Так что многие эксперты сомневаются в целесообразности использования подобных каркасов в частном домостроении.
Секреты армирования бетона
Прежде чем делать арматурный каркас, нужно все хорошо рассчитать: в зависимости от нагрузки, от типа грунта и уровня его промерзания. Есть умельцы, которые умеют рассчитать параметры «скелета» бетонной конструкции самостоятельно. Но если вы никогда этого не делали — лучше оставить эту работу специалистам. Но есть и общие правила, о которых было бы не лишне знать каждому начинающему домовладельцу.
Технология армирования бетона
Благодаря своим свойствам и характеристикам, железобетон позволяет, строить многоэтажные дома, промышленные здания, склады, технологические объекты различной формы. Армирование бетона позволяет укрепить его структуру, и сделать ее более устойчивой к большим нагрузкам.
Для чего нужно армировать бетон
Разница между армированным бетоном и простым в его прочностных характеристиках. Материал хорошо переносит нагрузку на сжатие, но не способен без дополнительного усиления противостоять нагрузкам на растяжение и изгиб. Для этого бетон армируют другим материалом, у которого показатель прочности выше. Применяют данную технологию в монолитном строительстве при возведении оснований, стен, колонн, лестниц, перекрытий и других железобетонных конструкций.
Преимущества и недостатки
Технология армирования бетона имеет ряд неоспоримых преимуществ:
Недостатков у данной технологии всего один, это значительное увеличение стоимость строительных работ.
Способы и материалы для армирования бетона
Есть 3 вида усиления бетонных изделий, которые активно применяются в строительстве, они имеют свои особенности и преимущества. Самый применяемый способ, это укрепление бетона арматурой.
Стержневое армирование
Первый вариант выполнения стержневого армирования бетона ненапряженный. Представляет собой композицию стеклопластиковых или стальных стержней периодического и гладкого профиля, соединённых между собой с помощью проволоки или сварки, в единый металлический каркас. Он помещается в опалубку и заливается бетоном, в результате получается железобетонная конструкция.
Арматура в бетоне придает ему способность выдерживать механические нагрузки на скручивание, растяжение и изгиб. Благодаря этому появилась возможность строительства высотных зданий разнообразных форм.
Второй способ предварительно напряжённое армирование. Это когда перед укладкой бетонной смеси, трос или стальную арматуру с высоким показателем прочности на растяжение, натягивают специальными устройствами. После того как бетон наберет необходимую прочность устройства отсоединяют, и арматура либо трос передают силу предварительного натяжения бетону.
Железобетонные элементы, изготовленные по данной технологии, обладают меньшим прогибом и повышенным показателем трещиностойкости, что дает возможность перекрывать пролеты большой длины при одинаковом сечении с ненапряженными конструкциями.
Дисперсное
Данная технология подразумевает добавление в жидкий бетон мелкодисперсных волокон. Для их изготовления используют материалы: сталь, базальт, полипропилен, стекло.
Чаще всего фибру применяют при армировании стяжек. Ее добавление улучшает структуру бетона, и он становится прочнее, это способствует:
При дисперсном армировании бетона металлической фиброй, процент появления усадочных трещин уменьшается на 20-25%, а полимерной на 60-90%, когда при армировании металлической сеткой этот показатель равен 6%.
Сеточное
Для армирования используют готовые сетки из стали, композитов или полимеров. Размер ячейки, как и диаметр используемой арматуры, может существенно отличаться, в зависимости от типа бетонной конструкции. Самые ходовые размеры ячейки варьируют в пределах от 50-200 мм.
Металлические сетки бывают 2 видов.
Главное преимущество использования сеток, это то, что не надо самостоятельно размечать, связывать или сваривать арматуру, достаточно ее разложить и соединить между собой по чертежу.
Но есть существенный минус. При монтаже тяжелых сеток требуется задействовать тяжелую технику, чаще всего это автокран.
Нормы и требования к армированию бетона
Для получения максимально прочного, долговечного, устойчивого к большим нагрузкам железобетона, были разработаны определенные требования, которых важно придерживаться.
Отдельное внимание нужно уделить тому, как соединять металлические пруты между собой в единую армирующую конструкцию. Доступные варианты – сварка или вязка арматуры с помощью вязальной проволоки. Рекомендуется второй способ, так как металл при вязке, не нагревается и сохраняет свои первоначальные свойства.
Применения технологии армирования бетона в строительстве
Конструкции из железобетона применяются в различных направлениях строительства. В этой сфере можно выделить несколько наиболее популярных вариантов применения технологии армирования, которая является обязательной.
Ленточный фундамент
Армирующий каркас имеет форму прямоугольной ленты из 4-16 стальных продольных прутов периодического профиля, соединенных между собой поперечными элементами, кусочками арматуры или хомутами (количество необходимой арматуры зависит от размера основания). Все части каркаса соединяются между собой в единое целое сваркой или вязкой. Затем его выравнивают в опалубке, и заливают бетоном.
Если неправильно выполнить армирование ленточного фундамента, тогда он не сможет противостоять действующим на него нагрузкам, и с годами на нем и стенах дома могут появиться трещины.
Стяжка пола
Чаще всего для армирования стяжки используют металлические сетки, или изготовленные из композитной арматуры. Данный способ подходит больше при самостоятельном выполнении работ. Если использовать фибру из стали или стекловолокна, тогда лучше заказать готовый бетон, так как самостоятельно качественно его замешать очень сложно.
Усиленная стяжка более стойкая к появлению трещин при температурных перепадах, механических воздействиях, что существенно увеличивает ее срок службы.
Возведение колонн
При армировании колонн основные стержни располагаются вертикально, их количество зависит от формы и размера колонны. Соединяются они между собой в единый каркас с помощью горизонтальных поперечных элементов в виде хомутов.
Совместная работа арматуры с бетоном увеличивают показатели несущей способности колонны где-то на 25 %. Так например 3 метровая колонна 30 на 30 см, армированная 4 прутами диаметром 16 мм, способна выдержать нагрузку около 135 тонн.
Плитный фундамент
Армированный плитный фундамент, представляет каркас из 2 слоев сетки, которые соединены между собой пространственными каркасами. По краям сетки соединяются между собой «П» образным элементами. Основная часть арматурного усиления расположена на нижнем слое сетки, так как основная нагрузка приходится на нее.
Монолитный плитный фундамент обладает хорошей несущей способностью, благодаря своей форме, в виде цельной железобетонной подушки, он позволяет возводить здания различной формы на сложных грунтах.
Советы от специалистов
Для качественного армирования бетона арматурой и сеткой, рекомендуется придерживаться советов профессионалов в данной области.
Армирование бетона будет эффективным только в том случае, если правильно выбрать материал для сборки усиливающего каркаса, грамотно соединить между собой элементы конструкции. За счет этого значительно увеличится долговечность бетонного изделия, его устойчивость к воздействию факторов окружающей среды, нагрузке от сезонного движения почвы, массы постройки.
Армированный бетон. Виды, свойства, технологии
Немаловажны и экономические факторы, застройщики стремятся снизить расходы на строительство, не теряя при этом надёжности и долговечности конструкций. Поэтому на мировом рынке появляется всё больше новых стройматериалов, созданных на основе материалов хорошо известных, традиционных. Одним из таких материалов является армированный бетон.
Хотя говорить «одним из материалов» не совсем верно. Армированный бетон представляет собой целый класс композиционных материалов, основой которых является цемент. Наиболее широко распространён знакомый всем строителям железобетон — материал, высокие эксплуатационные свойства которого обусловлены взаимодействием цемента и стальных армирующих стержней. Железобетон существует уже почти два века, и в процессе его изучения и совершенствования появляются новые способы армирования.
Сейчас можно выделить два основных вида армирования бетона — при помощи непрерывных нитей, то есть, сеток или тканей, и при помощи небольших отрезков волокон, так называемых фибр. Фибробетон более прогрессивен, прежде всего, потому, что традиционная арматура обеспечивает двухмерное укрепление бетона, а введение в цемент фибр даёт трехмерное укрепление. Для получения фибробетона используется металлическая фибра, стекловолокно, базальтовое, асбестовое волокно, синтетическое волокно (нейлоновое, полиэтиленовое, полипропиленовое).
Благодаря введению в бетон фибр, появляется возможность преодолеть один из главных недостатков бетона — низкую прочность на растяжение и изгиб. Армирующие волокна принимают на себя растягивающее напряжение, и сопротивление растяжению возрастает на 250%. Фиброволокно способствует равномерному распределению влаги в бетоне, вследствие чего снижаются внутренние нагрузки, в два раза повышается трещиностойкость и в 12 раз — ударная прочность бетона. Во время производства фибробетона в нём образуется гораздо меньше водных каналов и капилляров, чем в обычном бетоне, этим обуславливается его высокая морозостойкость. Также нужно отметить устойчивость фибробетона к воздействию агрессивных сред, высокую ударную прочность и водонепроницаемость.
Не следует думать, что получить уникальные свойства, можно просто насыпав в бетонную смесь металлическую стружку. Материалы, их которых изготавливают фибру, специально разрабатываются и многократно испытываются, прежде, после чего разработчики получают патент и необходимые сертификаты. Разрабатываются также технологии, с помощью которых армирующие волокна равномерно распределяются по всему объему смеси. Так, например, в процессе производства сталефибробетона применяют электромагниты, под воздействием которых металлическая фибра распределяется в общей массе бетона.
Чтобы распределить в бетоне стекловолокно применяют два способа получения смеси: торкетирование или, иначе, набрызг компонентов на специальную матрицу и премиксинг — предварительное перемешивание, после которого смесь формуется методом роликового прессования, виброуплотнения, экструзии и др. Также виброэкструзионный метод используется и при производстве базальтофибробетона.
Область применения фибробетона чрезвычайно широка, он может не только с успехом заменять традиционные виды бетона во всех областях строительного комплекса, но и выполнять более специфические задачи.
Так, например, стеклофибробетон позволяет воплощать самые оригинальные архитектурные замыслы, так как из него можно формировать объекты любой формы, фактуры и рельефа и создавать тонкостенные конструкции. Он используется для производства стеновых панелей, черепицы, декоративных элементов, малых архитектурных форм, элементов подземных сооружений, дренажных систем, тоннелей, автострад и т.д. Благодаря звукоотражающим свойствам стеклофибробетон применяется при возведении защитных экранов вдоль автострад. Востребован этот вид фибробетона и в реставрационных работах, так как с его помощью можно имитировать любой материал, и, к тому же, он не утяжеляет конструкцию и не создаёт дополнительной нагрузки на фундамент.
Обратили внимание на этот материал и специалисты, проектирующие зоопарки, так как он идеально подходит для имитации природного ландшафта — камней, скал и других элементов. Большое значение для создателей и работников зоопарков имеет то, что этот материал хорошо моется, и из него можно создавать прочные тонкостенные конструкции, внутри которых можно замаскировать оборудование или технические помещения.
Областью применения сталефибробетона являются сборные конструкции, этот материал позволяет уменьшить число стыков и повысить надёжность таких элементов, как трубопроводы, балки, сваи, элементы мостов, морских сооружений. Из него возводятся взрывоустойчивые конструкции, автомобильные дороги, мостовые настилы, ирригационные каналы, промышленные полы. Хорошо зарекомендовал себя сталефибробетон и при проведении ремонтных и реконструкционных работ.
Фибробетон, армированный полипропиленовой фиброй, используется для изготовления наливных полов, стяжки, фасадных растворов, резервуаров для воды. Благодаря тому, что полипропиленовые волокна не подвержены коррозии, этот материал подходит для возведения гидросооружений — водосливов, водохранилищ, отстойников, морских заграждений, а также сооружений, к которым предъявляются высокие требования по устойчивости к проникновению антиобледеняющих солей — дорог и мостов.
Также в строительстве морских сооружений может применяться базальтофибробетон, он устойчив к электрохимической коррозии, не вступает в химическую реакцию с солями или красителями. Фибробетон, армированный базальтовыми волокнами, может применяться и как замена железобетона в строительстве жилых сооружений и дорожных покрытий, и в качестве материала для создания таких ответственных объектов, как взлетно-посадочные полосы аэродромов, реакторные отделения атомных электростанций, береговые дамбы и плотины.
Можно сказать, что армированный бетон — стройматериал с уникальными возможностями, обусловленными оптимальным сочетанием технических, эксплуатационных и декоративных характеристик.
Как делают армирование бетона
Поскольку бетон является твердым, но хрупким строительным материалом, его основным критерием по прочности является плотность. Бетон хорошо функционирует на сжатие, но плохо работает на растяжение и изгиб. Плотность марки бетона на упаковке обозначается буквой М и цифрами в диапазоне от 50 до 1000. Они обозначают предел прочности бетона на сжатие в кг/см2.
На строительной площадке для уплотнения бетона используются вибраторы.
Металл, в отличие от бетона, имеет прочность на растяжение выше в 100 и более раз, т.е. с арматурой качество материала значительно повышается. Чтобы улучшить сцепление двух различных поверхностей и прочностные характеристики железобетона путем противодействия силам растяжения, арматура имеет рельефные насечки.
Как работает армирование в бетоне
Суть армирования заключается в том, что нагрузка, которая оказывается на бетон, должна передаваться непосредственно на весь стальной каркас, после чего он распределяет это давление по всему железобетонному изделию. Для наглядности рассмотрим его работу на конкретном примере.
Возьмем две колонны и положим на них не армированную плиту. Для условности по ее центру разместим нагрузку. Пояс сосредоточения нагрузки будет находиться перпендикулярно неармированной плите. Груз пытается прогнуть плиту там, где и расположен пояс нагрузки, при этом верхняя часть плиты сжимается, а в нижней части, наоборот, растягивается. Но как мы заметили ранее, на растяжение бетон работает очень плохо, поэтому на том месте, где оно появляется, строительный материал ломается.
Рассмотрим другой пример. Положим на две бетонные колонны ту же плиту, но усиленную арматурой в нижней части (так как именно там она работает на растяжение), и добавим нагрузку. В этом случае в том месте, где бетон работает на растяжение, мы добавили арматуру, которая работает в 100 раз лучше. За счет того, что арматура имеет насечки, она хорошо держится в бетоне, плотно прилегает к нему и берет всю нагрузку на себя. В верхней части бетон сам по себе отлично работает на сжатие, а нижняя часть имеет надежную арматурную защиту, работа которой направлена на растяжение. Это позволяет бетонным колоннам и плите функционировать должным образом.
Существует три основных вида армирования бетонных изделий.
Монолитное
Принцип метода заключается в том, что происходит укладка железных прутьев по слоям, причем они должны быть соединены проволокой параллельно и перпендикулярно будущей арматуре. В результате этих действий получаются достаточно крупные ячейки, размер которых составляет до 20 см.
Дисперсное
Этот способ армирования имеет свою особенность: не нужно делать какие-либо специальные установки. Оно происходит следующим образом: в незастывший бетонный раствор добавляют различные компоненты на основе стали, базальта, полипропилена и стекловолокна. Кстати, последний является одним из самых распространенных компонентов на сегодняшний день.
Сеточное
Метод характеризуется монтажом готовой сетки, предварительно зафиксированной на поверхности, не имеющей никаких возвышений и впадин, которая может быть изготовлена из железа, композита или полимерных материалов. При укладывании сетки очень важно выдерживать расстояние между основными прутьями хотя бы 1,2 см (кроме случаев, когда они расположены в местах пересечения или скрещивания с перпендикулярно установленной железной арматурой). Армирование с помощью сетки имеет широкое применение благодаря тому, что сетки имеют оптимальные размеры (от 0,5 до 1,5 в ширину и 2 м в длину), а также обладают антикоррозийным свойством.
Виды арматуры
Вообще, на строительной площадке специально проводят определение защитного слоя бетона для арматуры, чтобы удостовериться, что армирование выполнено правильно, подробнее про это вы можете прочитать в другой статье на нашем сайте. Эту услугу вы можете заказать в нашей лаборатории бетона.
К преимуществам изделий, изготовленных из железобетона, относятся:
Укрепление изделий из железобетона путем армирования может производиться одним из двух способов. Напряженный тип армирования увеличивает способность бетона сопротивляться крупным напряжениям, изделие имеет меньшие прогибы и повышенную стойкость к появлению различного рода трещин. Ненапряженный тип армирования характеризуется тем, что при возведении сооружения этим методом нельзя применять специальную проволоку с повышенной прочностью, которая могла бы повысить прочность всей конструкции, снизив риск образования дефектов. Именно поэтому при их строительстве приходится увеличить номинальный расход применяемой арматуры.
Также во время высыхания бетона, а именно в местах его растяжения, могут начать образовываться пустоты, которые снижают прочность всего сооружения, создавая благоприятную среду для самопроизвольного разрушения материала.
Кроме того, в большинстве случаев аварии происходят из-за допущенных отступлений и недостатков при армировании или монтаже составных частей. В отличие от качества бетона, которое можно проверить в любое время, контроль состояния металлических конструкций может быть ограничен, ведь если нужно сделать их проверку уже в готовом изделии на соответствие нормативным показателям, то какое-то количество застывшей смеси необходимо убирать, чтобы добраться непосредственно до самой арматуры. Чтобы проведение армирования было как можно проще, можно пользоваться некоторыми рекомендациями, которые помогут заметно увеличить срок службы любого здания: