Зачем нужна арматура в бетоне?
При возведении зданий и сооружений части строительной конструкции, испытывающие дополнительную нагрузку, нуждаются в укреплении. Фундаменты, потолочные перекрытия, стволы шахт создаются из монолитного или сборного железобетона - композитного высокопрочного материала, состоящего из бетона и стальной арматуры.
Металлический каркас создается из круглых или рифленых стержней, сетки, проволоки. Благодаря наличию металла увеличивается долговечность бетонных конструкций, повышается их прочность и жесткость, устойчивость к механическим повреждениям и температурным перепадам. Также равномерно распределяется нагрузка по всей площади и снижается риск образования трещин при усадке.
Арматура выполняет функцию компенсатора низкой прочности бетона на разрыв и растяжение. Металлический каркас предупреждает деформацию и другие повреждения структуры, разрушающие бетон, так как этот показатель у стальных элементов в 150 - 200 раз больше. Бетонная смесь при затвердевании прочно сцепляется с арматурой по всем контактирующим поверхностям и образует единый прочный монолит. Бетон и сталь обладают близкими значениями коэффициента температурного расширения. В совместной работе, где арматура принимает на себя растягивающие, а бетон снимающие нагрузки, проявляются преимущества и достоинства обоих материалов.
Сила сцепления при действии усилий от нагрузок уравнивает деформации обоих компонентов и зависит от многих факторов: прочности бетона и величины его усадки, вида поверхности арматуры и размера ее сечения.
Расход арматуры в бетонных конструкциях и ее напряжение
Вес 1 м3 бетона составляет в среднем 2500 кг, на этот объем расход стали составляет в среднем до 200 кг. Для расчета необходимого количества металлических элементов необходимо учитывать разновидности и признаки арматуры:
- принцип ее действия - напрягаемая или не напрягаемая;
- технологию производства (стержневая, канатная, проволочная);
- профиль - гладкий, с рифленой поверхностью;
- тип монтажа (каркас, сетка, штучная);
- способ соединения - вязальное или сварочное.
Иногда арматуры расходуется больше, чем предполагалось с целью безопасности конструкции из-за сложного грунта (песчаного или с плывунами), частых землетрясений, резких перепадов температур, чрезмерной влажности или интенсивного использования здания с размещением на его площади большого количества тяжелого оборудования.
При возведении крупных жилых и промышленных зданий нормы расхода арматуры (качество которой регулирует ГОСТ 10884-94), изначально предусматриваются на стадии проектирования. Согласно элементным сметным нормам ГЭСН 81-02-06-81 для возведения железобетонного основания общего назначения и армирования фундамента объемом 5 м3, расходуется и равномерно распределяется по всему объему бетона 1000 кг металла. В сборнике федеральных единичных расценок ФЕР для армирования 1 м3 фундамента высотой 2 метра и толщиной 1 метр с наличием пазов и стаканов необходимо 187 кг арматуры, для заливки пола и потолочных перегородок - 81 кг на 1 м3.
В целом на расход металла влияет тип фундамента, вес возводимого строения, тип грунта, класс и площадь сечения стальных стержней.
Перед заливкой бетонным раствором рабочую арматуру натягивают электротермическим способом или домкратом, чем вызывают ее напряжение. Оно снимается, когда бетон затвердевает, арматура занимает свое первоначальное состояние, передавая окружающему ее бетону значительную долю сжимаемых усилий.
Коррозия арматуры в бетоне
От смены морозов и оттепелей, находящихся в атмосфере хлоридов, карбонатов, сульфатов и других негативных влияний окружающей среды, в бетоне образуются поры, внутри которых формируются кристаллы и по мере их роста приводят к образованию трещин с последующим разрушением бетона и металлической части конструкции. Особенно опасны трещины, проходящие вдоль длины стальных прутьев.
С увеличением пор в бетоне усиливается проникновение кислорода, кислотообразующих газов и влаги, которая при замерзании увеличивается в объеме и способствует образованию трещин. Все эти факторы негативно влияют на свойства и несущую способность металла.
Щелочная среда гидротехнического бетона на основе портландцемента с РН 12,5 призвана сохранить поверхность стали от коррозийных процессов и увеличить срок службы конструкции до нескольких десятков лет. Снижение показателя РН до 8 способно привести к значительному нарушению целостности поверхности.
Для защиты арматуры от коррозии ее покрывают лакокрасочным составом или используют оцинкованные аналоги, а главное - выдерживают ее размещение на рассчитанном расстоянии от края поверхности, сохранность которой обеспечат специальные пропитки.
Защитный слой бетона для арматуры
Стальные элементы в бетонном теле от негативных влияний атмосферы сбережет защитный слой бетона - прослойка сравнительно небольшой толщины, расположенная между металлическим каркасом и поверхностной плоскостью бетона. Другими словами, арматура размещается на некотором удаленном расстоянии от внешней поверхности, обеспечивает совместную работу арматуры и бетона на всех стадиях монтажа конструкции и ее эксплуатации.
Величина слоя зависит от типа сооружения, величины нагрузки на каркас, класса и марки бетона, размера и сечения металлических элементов. При номинальном диаметре арматуры (0,4 - 1), (1,2 - 3,2) и более 3,2 см толщина защитного бетонного слоя соответственно составляет (0,5 - 3), (1 - 6) и (4 - 12) см.
В зависимости от условий эксплуатации толщина защитного слоя должна быть (в см):
- в помещениях с низкой влажностью - 2;
- во влажных помещениях - 2,5;
- на открытых пространствах - 3;
- в фундаментах - 4.
Магнитный метод определения толщины слоя и расположения арматуры проводится по ГОСТ 22904 - 93.
Армирование бетона в разы увеличивает срок службы строений. Раствор без внедрения в него стальных конструкций способен трескаться и деформироваться при пучении грунта, любом атмосферном и физическом воздействии. Срок металлической основы продлевает внесение в состав бетонного раствора ингибиторов коррозии или пассиваторов (нитрита натрия и других) в количестве до 3% от веса цемента.
