Армированный бетон — это композитный материал, состоящий из бетона, усиленного арматурой. Кроме классической стальной арматуры, в качестве армирующих элементов могут использоваться стеклопластиковые аналоги, а также дисперсное армирование стальными или полимерными волокнами.
Особенности армированного бетона
Бетон обладает высокой прочностью на сжатие, что позволяет ему выдерживать значительные нагрузки этого типа. Однако его прочность на растяжение существенно ниже и составляет только 7–10% от прочности на сжатие. Под действием растягивающих напряжений в бетоне возникают трещины, что в конечном итоге приводит к его разрушению.
Сталь имеет примерно одинаковые значения прочности при растягивающих и сжимающих нагрузках. Кроме того, при изгибе она не разрушается сразу, так как имеет высокое значение предела упругости. Это значит, что при определенной величине изгиба и снятии нагрузки сталь может вернуться в исходное состояние без образования трещин и потери прочности.
Так, если собрать из стальной арматуры пространственный каркас и залить его бетонным раствором, то армирование уменьшит величину изгиба бетонной конструкции и не даст развиваться поверхностным трещинам. Бетон же, в свою очередь, защитит каркас от внешнего воздействия, снизив его коррозию и деформацию.
Композиты, в которых используется не стальная или пластиковая арматура, а отдельные волокна, называются фибробетоном. Принцип их работы такой же.
Когда армирование бетона необходимо
Армированный бетон подходит для широкого круга задач: из него производят элементы сборных фундаментов, опоры мостов, балки и колонны зданий, подпорные стенки и многое другое. Однако армирование требуется не всегда.
- Армирование необходимо, когда на конструкцию действуют не только сжимающие, но и изгибающие, растягивающие нагрузки или их комбинация. Например, его применяют при производстве ответственных конструкций, для которых используют тяжелые бетоны марки выше М200: плиты перекрытия, лестничные марши, колонны, ригели, сваи, несущие стены, опоры и т.п.
- Без армирования можно возводить конструкции, на которые воздействуют только сжимающие нагрузки. Например, тонкие стяжки пола (до 3 см) внутри помещений, легкие хозяйственные постройки, гаражи, заборы, летние домики на стабильных грунтах с низкими грунтовыми водами, возводимые из бетонов марки М100-М200.
Плюсы и минусы армированного бетона
Преимущества армирования:
- увеличение несущей способности конструкций;
- стойкость к различным нагрузкам, в том числе и разнонаправленным;
- снижение образования трещин;
- возведение сложных архитектурных и инженерных строений — длинных пролетов мостов, арок, больших плит перекрытия, колодезных колец и др.;
- создание сборных конструкций, изготавливаемых заранее на заводе.
Однако железобетон обладает и рядом недостатков:
- трудоёмкость и длительность подготовительных работ;
- риск коррозии арматуры и ее повреждения при нарушении технологии строительства;
- невозможность добавить армирование после затвердевания бетонной смеси.
Способы армирования бетона и типы арматуры
Вид армирования подбирают с учетом типа конструкции и ее назначения.
- Стержневая арматура. Применяется в элементах, испытывающих нагрузки, приложенные вдоль их оси. Например, для изготовления колонн, свай, опор.
- Каркас. Это пространственная конструкция из прочных стержней, расположенных как в продольном, так и в поперечном направлении. Такой метод используется в ответственных конструкциях, которые воспринимают сложные, разнонаправленные нагрузки. Например, в фундаментах, монолитных перекрытиях, подпорных стенках, элементах мостов и путепроводов.
- Сетки. Используются в конструкциях малой толщины, не испытывающих значительных нагрузок, для снижения риска трещинообразования: в отмостках, стяжках пола, штукатурных слоях.
- Дисперсное армирование (фибра). Этот тип применяется в бетонных конструкциях, не испытывающих значительных нагрузок, для повышения сопротивления образованию трещин. Как правило, дисперсное армирование подходит для легких бетонов, например, для стеновых блоков из ячеистых бетонов.
Требования к армированию и нормативы
Основной документ, в котором установлены правила армирования бетонных сооружений — СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции». Основные требования норматива:
- К материалам и свойства используемой арматуры:
- Классы и прочность. Арматура делится на классы по прочности на растяжение (например, А240, А400С, А500С, А600, А800, А1000). Класс подбирается с учетом прочности конструкции.
- Сцепление с бетоном. Рифленая арматура обеспечивает лучшее сцепление с материалом, чем гладкая. Нормируется сила выдергивания арматуры из бетона.
- Коррозионная стойкость. В агрессивных средах необходимо использовать арматуру с защитными покрытиями, из коррозионностойких сталей или композитную.
- К расположению арматуры в конструкции. Расстояние между стержнями в армирующих каркасах не должно превышать двукратную высоту сечения элемента, или 400 мм для прутов, работающих на растяжение, и не более 500 мм для прутов, работающих на сжатие. Минимальный шаг принимается с учетом удобства укладки и уплотнения бетона (как правило, не менее 25 мм). Для поперечной арматуры шаг не должен превышать 0,5 высоты изделия, или не более 300 мм.
Также для защиты от коррозии и повышения огнестойкости конструкции важна толщина слоя бетона, отделяющего арматуру от внешней среды:- для закрытых помещений (плиты, стены) — 20 мм;
- для изделий на открытом воздухе — 25 мм;
- при контакте с грунтом (фундаменты) — 40–70 мм;
- для балок и колонн сечением более 250 мм — 30-35 мм.
- Требования к минимальному проценту армирования. Для обеспечения высокой несущей способности, а также снижения веса и себестоимости конструкции необходимо рассчитать и предусмотреть минимально необходимое количество арматуры.
- для изгибаемых элементов (плиты, балки) — 0,05–0,1% от площади сечения бетона;
- для сжатых элементов (колонны, стены) — 0,5–1,0% (для продольной арматуры);
- для растянутых элементов (бетонные кольца) — не менее 0,1%.
Максимальный процент армирования также ограничен и составляет около 4–5% от площади сечения бетона. Это необходимо, чтобы раствор мог эффективно уплотняться в опалубке.
Кроме основного документа СП 63.13330.2018, в некоторых случаях могут применяться другие нормативы:- ГОСТ 31938-2012 «Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций».
- СП 28.13330.2017 «Защита строительных конструкций от коррозии».
- СП 27.13330.2016 «Бетонные и железобетонные конструкции, подверженные технологическим тепловым воздействиям».
Технология армирования бетона
Общий алгоритм возведения железобетонных конструкций состоит из следующих этапов:
- Расчет армирования. На основе расчетных нагрузок на сооружение выбираются необходимая марка бетона (например, М350) и схема его армирования.
- Подготовительные работы. Включают расчистку площадки, устройство основания и монтаж опалубки.
- Монтаж армирующего каркаса. Арматура размещается в опалубке в соответствии с расчетной схемой и связывается в единый пространственный каркас.
- Укладка бетона. Бетонную смесь укладывают равномерно и непрерывно. Для заполнения всего объема опалубки без пустот необходимо применять штыкование или глубинные вибраторы.
- Уход за бетоном. После заливки бетон следует укрыть и поддерживать в нем стабильную температуру и влажность до набора не менее 75% проектной прочности (как правило, в течение первых 7 суток).
Типичные ошибки при армировании бетона и как их избежать
- Отсутствие или недостаточная толщина защитного слоя бетона приводит к тому, что арматурные стержни оказываются слишком близко к поверхности или даже оголяются. Это создает риск быстрой коррозии и разрушения арматуры. Чтобы избежать негативных последствий, необходимо использовать дистанционные прокладки при установке каркаса и контролировать зазор между арматурой и опалубкой в процессе заливки.
- Неверное положение главных рабочих стержней. Рабочая арматура, которая рассчитана на растяжение (например, нижние стержни в плите или балке), может быть смещена, установлена в сжатую зону или расположена не вдоль, а под углом к оси изделия. Чтобы избежать этого, необходимо строго следовать чертежам и надёжно фиксировать все элементы каркаса.
- Неправильное соединение стержней. Арматуру, уложенную вдоль конструкции, соединяют без нахлеста прутов, а встык. Такое соединение имеет низкую прочность, и есть риск его разрыва под нагрузкой. Необходимо соблюдать нахлест стержней и располагать стыки разных частей каркаса в шахматном порядке.
- Недостаточное количество поперечных связей (хомутов). Иногда для экономии строители могут использовать слишком тонкую арматуру при вязке каркасов или уменьшать количество хомутов. Такой подход ослабляет каркас, и в местах концентрации напряжения железобетон может лопнуть. Чтобы этого не произошло, нужно следовать нормативным документам и проектному расчету, а также контролировать процесс подготовки каркаса.
- Принцип «чем больше арматуры, тем лучше». Излишняя перестраховка часто приводит к закладке арматуры в большем количестве, чем требуется по расчету. Это значительно увеличивает стоимость конструкции, затрудняет укладку бетонной смеси и повышает риск образования пустот при заливке. Необходимо строго соблюдать проект и не превышать нормативный максимальный процент армирования (обычно 3–5% от площади сечения элемента).
Заключение
Долговечность бетонных конструкций напрямую зависит от качественного армирования. Профессиональный расчет, тщательная подготовка, грамотный монтаж каркаса и применение высококачественного бетона — ключ к успеху. Использование продукции проверенного завода, например, «Молодой Ударник», обеспечивает надежность и позволяет выполнять работы по сооружению железобетонных конструкций любого уровня сложности. Такой подход позволит не только сократить время производства работ, но и значительно сэкономит бюджет.
