Железобетон. Применение арматурных сталей и арматурных изделий

Основными арматурными изделиями являются плоские и гнутые сетки и каркасы, пространственные каркасы, закладные детали.
Часть арматурных изделий в настоящее время унифицированы и налажено централизованное их изготовление. Разработаны примеры армирования различных конструкций с использованием унифицированных сеток.
Сетки выполнены с рабочей арматурой одного направления диаметром 12, 14, 16, 18, 20, 22 и 25 мм с шагом 200 мм и монтажной арматурой диаметром 8, 10 и 12 мм с шагом 600 мм. Рабочая арматура выполнена из стали классов А-II и A-III, монтажная — из стали класса A-I. Унифицированный ряд сеток состоит из набора разных нх типоразмеров и несущей способности. Размерный модуль принят равным 300 мм.
Армировать конструкции можно как плоскими отдельными сетками, так и пространственными каркасами, которые собирают из унифицированных сеток. Для изготовления таких сеток разработано высокопроизводительное оборудование.
Унифицированные легкие товарные арматурные сетки, широко применяемые в нашей стране, выпускают централизованно заводы метизной промышленности Минчермета, а также районные арматурные заводы. Сетки изготовляют как плоские, так и рулонные. Оии состоят из продольной и поперечной арматуры. Изготовляют их с помощью контактной сварки из низкоуглеродистой холоднотянутой проволоки диаметром 3—7 мм и горячекатаной низколегированной стали периодического профиля. Сетки выпускают длиной до 9 м и шириной от 1,5 до 0,3 м с рабочей и распределительной, а также рабочей арматурой в двух направлениях с переменным шагом.
Сетки маркируют с указанием размеров и характеристики.
Плоские сетки поставляют пакетами, рулонные — целиковым рулоном массой по 100—150 кг. Внутренний диаметр рулона должен быть не меньше 500 мм.
Для изготовления тонкостенных армоцементных конструкций выпускаются тканые сетки с ячейками 5—20 мм нз тонкой проволоки диаметром 0,7—1,6 мм.
Плоские каркасы выпускают в виде относительно узких и длинных изделий. Каркасы изготовляют в виде решеток из рабочих продольных и распределительных поперечных стержней. Поперечные стержни воспринимают также скалывающие и растягивающие напряжения, в частности в опорных частях конструкций, работающих на изгиб.
Пространственные каркасы выпускают различных сечений — замкнутые, прямоугольные и криволинейные, с переменным сечением по длине и т. д. Изготовляют такие каркасы как путем сгиба плоских сеток, так и соединением в местах сопряжения. Криволинейные каркасы особых очертаний для армирования специальных конструкций типа свай, труб и т. д. изготовляют на специальных установках намоткой и приваркой арматуры по образующей на продольные стержни, подаваемые в горизонтальном направлении.
Металлические закладные детали предназначены для соединения железобетонных конструкций, в том числе монолитных со сборными (например, навесных панелей с монолитными стенами и перекрытиями). Закладные различной конфигурации выполняют большей частью из стальных пластин или прокатных профилей. С помощью анкерных устройств их соединяют с арматурой. Ввиду того что часть закладных деталей в рабочем положении не защищены бетоном, их изготовляют с антикоррозионным покрытием (например, цинком). Если соединение ведется способами, разрушающими покрытие (например, сваркой), на площадке их необходимо дополнительно оцинковывать.
Опыт унификации арматурных сеток имеется у зарубежных фирм. С целью индустриализации производства арматурные изделия в некоторых странах изготовляют централизованно на мощных специализированных предприятиях производительностью 20—80 тыс. т/год.
Унифицированные сетки имеют набор типоразмеров длиной до 6 м. Такой набор сеток различного сечения и размеров позволяет армировать большинство монолитных конструкций, размеры которых также унифицированы.
Согласно размерам и типам бетонируемых конструкций составляется подбор сеток, составляется план их раскладки, при необходимости производится разрезка сеток. Арматурные сетки выпускают с одинарными, сдвоенными и переменного сечения арматурными стержнями.
Соединяют сетки внахлестку. Конструкция сеток позволяет получить сечение арматуры в зоне, нахлестки, аналогичное сечению средней части сетки, за счет того, что сетки со сдвоенными стержнями в зоне соединения выполнены с одинарными, на части сеток конечные участки выполнены со стержнями с увеличенным шагом или меньшего сечения.

Арматура — совокупность соединённых между собой элементов, которые при совместной работе с бетоном в железобетонных сооружениях воспринимают растягивающие напряжения (балки), а также могут использоваться для усиления бетона в сжатой зоне (колонны).

Элементы арматуры делятся на жёсткие (прокатные двутавры, швеллеры, уголки) и гибкие (отдельные стержни гладкого и периодического профиля, а также сварные или вязаные сетки и каркасы). Арматурные стержни могут быть стальными (Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций ГОСТ 5781-82), композитными (композитная полимерная для армирования бетонных конструкций ГОСТ 31938-2012), древесного происхождения (бамбук) и др.

Классификация

Арматура классифицируется по ряду признаков: по назначению, ориентации в конструкции, условиям применения, по виду материала из которого арматура изготавливается.

По назначению

По назначению арматуру разделяют:

рабочая арматура (сечение назначается по расчету, воспринимает усилия в элементах от основной нагрузки)

конструктивная (распределительная) (сечение назначается по минимальному проценту армирования, воспринимает усадку/расширение, температуру воздействия)

монтажная (устанавливается для объединения рабочей и конструктивной в сетки и каркасы)

анкерная (закладные детали)

По ориентации в конструкции

Классификация арматуры по ориентации:

поперечная — арматура, которая препятствует образованию наклонных трещин от возникающих скалывающих напряжений вблизи опор и связывает бетон сжатой зоны с арматурой в растянутой зоне;

продольная — арматура, которая воспринимает растягивающие или сжимающие напряжения и препятствует образованию вертикальных трещин в растянутой зоне конструкции.

По условиям применения бывает:

напрягаемая арматура;

ненапрягаемая арматура.

Напрягаемая арматура в предварительно напряжённых ж/б конструкциях может быть только рабочей.

Применение

Совместную работу арматуры и бетона обеспечивает сцепление их по поверхности контакта. Сцепление арматуры с бетоном зависит от прочности бетона, величины его усадки, возраста бетона и от формы сечения арматуры и вида её поверхности.

Возможны пять видов контакта арматуры с бетоном:

соединения на связях сдвига;

трение;

сцепление (соединение с помощью бетонирования стального элемента арматуры);

обжатие арматуры бетоном после его усадки;

электрохимическое взаимодействие стальной арматуры и цементного раствора.

Если арматура была подвергнута предварительному натяжению, то её называют напрягаемой. Натяжение служит для увеличения прочности железобетонной конструкции путём предотвращения образования трещин, уменьшения прогибов и снижения собственной массы конструкции — поскольку по весу требуется значительно меньше арматуры.

В железобетонных изделиях, в основном, используются арматурные изделия, которые представляют собой соединённые между собой стержни арматурной стали. Основные способы соединения стержней — это электросварка, вязка проволокой. Вместо вязки проволокой используют специальные арматурные фиксаторы, изготовленные из пружинной стали. Газовая сварка, как правило, не применяется.

Основные виды арматурных изделий:

плоские арматурные решётки (сетки);

пространственные арматурные каркасы.

Сцепление арматуры с бетоном

Надежное сцепление арматуры с бетоном создаётся тремя основными факторами:

сопротивлением бетона усилиям смятия и среза, обусловленным выступами и другими неровностями на поверхности арматуры, т. е. механическим зацеплением арматуры за бетон

силами трения, возникающими на поверхности арматуры благодаря обжатию арматурных стержней бетоном при его усадке склеиванием (адгезией) поверхности арматуры с бетоном благодаря вязкости коллоидной массы цементного теста.

Наибольшее влияние на сцепление арматуры с бетоном оказывает первый фактор – он обеспечивает около 75% от общей величины сцепления.

Существенное влияние на сцепление арматуры с бетоном оказывает седиментация твёрдых частиц и выжимание воды при твердении бетонной смеси. Это приводит, особенно в подвижных составах бетона, к тому, что сцепление арматуры с бетоном становится различным для стержней в направлении бетонирования и перпендикулярно ему в нижней или верхней частях сечения изделия, бетонируемого за один приём.