Как правильно армировать бетон: способы, материалы, технология

Сам по себе бетон — прочный материал. После отвердения он хорошо работает на сжатие и усадку, но не на изгибы и растяжение, что является главным недостатком. Под воздействием растягивающих усилий в бетонных изделиях и конструкциях образуются трещины. В дальнейшем они ведут к разрушению. Все потому, что прочность бетона на растяжение очень низкая. Она составляет всего 7-10% от показателя на сжатие. В связи с этим на первый план выходит вопрос армирования бетона.

Понять, зачем армировать бетон, очень легко. В сравнении с ним металл, из которого выполняется арматура, имеет прочность на растяжение выше в 100 и более раз. При их соединении получается армированный бетон (железобетон, если армируют стальными стержнями или сетками), который выдерживает и сжатие, и растяжение.

Растягивающие усилия воспринимает на себя арматура, которая для улучшения сцепления с бетоном имеет рельефные насечки, одинаковые по всей поверхности. В результате бетонное изделие получает защиту от трещин, приобретает более высокую несущую способность, надежность и долговечность. Дополнительно железобетон становится устойчивым к перепадам температуры, вызывающим сжатие-расширение, циклы которых могут повторяться большое количество раз.

Нужно ли обязательно армировать бетон? Специалисты, занимающиеся строительством, говорят, что армирование необходимо. Исключением может быть заливка не толстой (до 3 см) цементной стяжки в доме или квартире. Здесь можно обойтись без армирования, но для большей прочности и долговечности чернового пола многие все же добавляют при замешивании раствора фиброволокно. Это не увеличивает трудоемкость и время работ, но делает стяжку более прочной и стойкой к трещинам.

Другой частый вопрос — можно ли не армировать бетон при обустройстве фундамента. Теоретически можно, если строится очень небольшой деревянный или каркасный дом, хозпостройка, забор с равномерной нагрузкой. При этом уровень грунтовых вод должен быть очень низким, т. е. глубоко, далеко от фундамента, а силы морозного пучения — быть минимальными или отсутствовать.

Кроме того, для большей уверенности придется изучить подстилающие грунты и их динамику по сезонам. На основе этих данных и точной расчетной нагрузки от всех конструкций будущей постройки можно определить, нужно армирование или нет и есть ли риски при отказе от усиления.

Под блоки, кирпич и другие тяжелые материалы фундамент обязательно нужно армировать. Это поможет и сэкономить на бетоне, и обеспечить надежность постройки. При качественно выполненных работах фундамент в процессе усадки дома точно не потрескается. Выбор в каждом случае индивидуален. Но, как показывает практика, на арматуре лучше не экономить.

В остальных случаях можно не думать — армирование точно необходимо, особенно при строительстве гражданских и промышленных зданий, т. е. не частных, где застройщик может делать свой выбор. В высотных сооружениях металлический арматурный каркас и вовсе служит основой всей конструкции, обеспечивает постройке нужную жесткость.

Армирования требуют:

• фундамент;
• крыльцо;
• монолитные и сборные перекрытия;
• колонны;
• стяжки;
• площадки под автомобиль;
• забивные и буронабивные сваи;
• ригели;
• железобетонные перемычки;
• лестничные марши и пр.

Армирование конструкций из бетона имеет очевидные плюсы. Главное преимущество — значительное увеличение долговечности здания. Но еще важнее обеспечение безопасности. Без армирования бетонные конструкции подвергаются разрушению, из-за чего могут просто обрушиться. К плюсам также относятся:

• повышение прочности и стойкости к комбинированным нагрузкам;
• минимизация риска появления трещин;
• обеспечение защиты здания от воздействия перепадов температур;
• достижение высокой прочности конструкций на изгиб.

Минусом армирования выступает только увеличение веса конструкций. Но это условный недостаток. Увеличенную массу просто учитывают при расчете нагрузок от всех частей здания. Кроме того, данный недостаток нивелируется тем, что армирование делает ж/б конструкции прочными и безопасными в эксплуатации.

В строительной отрасли есть отдельный СНиП на армирование бетона, в частности свод правил (сегодня СП заменяют многие устаревшие СНиП) — СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции». Это актуальная редакция СНиП 2.03.01–84 и СП 63.13330.2018. В своде правил СП 63.13330.2018 может быть полезно приложение К, в частности часть К.4 п. 10.3, где перечислены требования к армированию (продольному и поперечному):

1. Минимальная толщина бетона без армирования — принимается в соответствии с таблицей 10.1 СП 63.13330.2018. Речь идет о защитном слое, который начинается от ближайшей грани конструкции и заканчивается у поверхности арматуры. Это важно, чтобы защитить ее от огня и агрессивных внешних воздействий.
2. Минимальное расстояние между стержнями арматуры: 25 мм — при их горизонтальном или наклонном положении (для нижней арматуры), 30 мм — то же, только для верхней, 50 мм — то же, только при размещении нижних прутьев более чем в 2 ряда или при их вертикальной установке.
3. Максимально допустимое расстояние между прутьями продольной арматуры: в плитах и балках — не более 200 мм при высоте h поперечного сечения до 150 мм, 1,5h и 400 мм — при h более 150 мм; в колоннах — 500 мм в направлении плоскости изгиба, 400 мм в направлении, перпендикулярном к ней.
4. В бетонных конструкциях необходимо армировать места, где резко меняются размеры сечения, зоны над и под проемами в стенах, а во внецентренно сжатых элементах — у граней, где возникают растягивающие напряжения.

Кроме того, в указанном своде правил приводится определение, что такое коэффициент армирования бетона. В соответствии с п. 3.8 СП 63.13330.2018 этот параметр представляет собой отношение площади сечения арматуры к рабочей площади сечения бетона. Измеряется в процентах, обозначается буквой μ. Его нормативные значения для продольного армирования:

• не менее 0,1% — во внецентренно растянутых и сжатых элементах при гибкости l₀/i ≤ 17 (для прямоугольных сечений l₀/h ≤ 5);
• не менее 0,25% — во внецентренно сжатых элементах при гибкости l₀/i ≥ 87 (для прямоугольных сечений l₀/h ≥ 25).

Другой нормативный отраслевой документ по армированию представлен ГОСТом 34028-2016 «Прокат арматурный для ж/б конструкций», распространяющийся на арматуру классов А240, А400, А500 и А600, Ап600, А800 и А1000.

Основной способ армирования бетона — с помощью гладкой или рифленой арматуры. По назначению она бывает разной. Выделяют:

• рабочую арматуру, которая воспринимает растягивающие усилия;
• распределительную — распределяет нагрузку от рабочей на все ж/б изделие;
• монтажную — служит для объединения всех частей и общего усиления всего каркаса.

Чем армировать бетон кроме арматуры:

1. стекловолокном;
2. фиброволокном;
3. металлическими опилками;
4. полимерными, металлическими или композитными сетками.

Многих частных застройщиков интересует вопрос, можно ли армировать бетон рабицей, ведь это тоже разновидность металлической сетки. Специалисты четко отвечают — можно, но в этом нет смысла. Общего у рабицы с армирующей сеткой только название — «сетка». Материал не будет работать как арматура, поскольку не обладает нужной прочностью и пространственной жесткостью. Такая сетка просто растянется вместе с бетоном под воздействием нагрузки.

По конструкции армирование может быть плоским или пространственным. Первое предназначено для плит и стяжек, второе — для объемных элементов вроде перемычек, балок, колонн, стен, армопоясов.

Еще существуют разные виды армирования бетона по используемым материалам:

1. монолитное,
2. дисперсное,
3. сеточное.

Армирование бетона арматурой — самый распространенный способ. Металлические стержни укладывают по слоям, после чего связывают проволокой. В зависимости от конструкций используют разные классы арматуры:

• Гладкая AI (A240) диаметра 6-40 мм, AII (A300) с винтовыми ребрами и диаметром 10-40 мм, а также AIII (A400) периодического профиля, диаметром 6-80 мм. При диаметре 6-12 мм арматура поставляется в бухтах, 12-40 мм — в прутьях. Самые распространенные классы, применяемые во всех сферах строительства.
• AIV (А600), AV (А800) и AVI (А1000). Редко используемые классы арматуры, предназначенные для конструкций, испытывающих постоянные динамические нагрузки.

Уже из названия дисперсного армирования бетона можно понять, в чем заключается его суть. Дисперсия — это раствор, в котором равномерно распределены мелкие частицы вещества. При дисперсном армировании в бетон добавляют различные компоненты небольшого размера: из базальта, стали (опилки), полипропилена, стекловолокна. Среднее количество добавки — 0,3-1,2 кг на 1 м³, для особо прочных конструкций — 2-3 кг.

Армирование бетона стекловолокном сегодня наиболее распространено. Материал обеспечивает хорошую износоустойчивость конструкций и при этом незначительно увеличивает их массу. Высоким спросом пользуется и армирование бетона фиброй из полиэтиленового или полипропиленового волокна. В целом дисперсная технология лучше монолитной тем, что обеспечивает не двух-, а трехмерное укрепление бетонных конструкций.

Для армирования используют готовые сварные или вязаные сетки, которые предварительно фиксируют на поверхности. Сетки могут быть изготовлены из стали, композита, полимерных материалов. Различие заключается в размере ячеек. Чаще всего они имеют сторону 15-20 см. Сетки продаются листами размерами 0,5х2 и 1,5х2 м. Кроме основных работ по бетонированию, они часто используются в отделке цоколей и фасадов для придания прочности финишному покрытию.

Теперь предлагаем рассмотреть, как правильно армировать бетон. Стоит сказать, что предварительно должен быть выполнен расчет и сделан выбор в пользу подходящего способа армирования.

Количество арматуры зависит от типа и формы ж/б конструкции. К примеру, в плитном фундаменте используют рифленые стержни диаметром не менее 10 мм, причем из них организуют 2 пояса — верхний и нижний. Для стяжки толщиной от 5 см подойдет сварная сетка — ее размещают в первой трети высоты наливного слоя. Другой вариант — фибра, которую просто добавляют в бетонный раствор, — способ особенно часто используется индивидуальными застройщиками.

Общая технология армирования бетона:

1. Изготовление опалубки для будущего ж/б изделия (может быть съемной и несъемной, деревянной или металлической).
2. Подготовка арматуры в соответствии с выполненным расчетом.
3. Соединение проволокой — для стальных стержней, установка на специальные пластмассовые подставки — для сетки, замешивание раствора с добавлением фибры — для дисперсной технологии.
4. Бетонирование — заливка бетонного раствора в подготовленную опалубку.
5. Трамбовка бетона для устранения воздушных карманов.
6. Снятие опалубки (съемной) после 2-3 недель после заливки, когда бетон затвердеет.

Теперь поделимся секретами, как сделать конструкцию прочной и надежной. Самые распространенные ошибки при армировании:

• Использование для армирования сетки-рабицы, рельсов, труб. Только специальная арматура может выдержать все нагрузки. Кроме того, для сцепления с бетоном важно наличие рельефной поверхности.
• Следование принципу «чем больше арматуры, тем прочнее основание». Совсем нет. Необходимо брать столько прутьев, сетки и других материалов для армирования, сколько нужно по расчету.
• Несоблюдение требований относительно толщины защитного слоя бетона. Это повышает риск негативного воздействия на арматуру, появления химической или электрохимической коррозии.
• Неточное размещение главных рабочих стержней. Это самые важные составляющие, поскольку они воспринимают на себя основные растягивающие усилия.

Отсутствие Г-образных элементов армирования в углах. Простой перехлест арматуры чреват разрывом при подвижках грунта. Поэтому в углах важно использовать Г-образные элементы. Их можно просто добавить сверху на уже разложенные прутья.

Важные нюансы и правила армирования бетона:

1. При стержневом армировании важно обязательно проверять, правильно ли рассчитана нагрузка на конструкции, поскольку под нее подбирается рабочая арматура, которая будет воспринимать основные усилия.
2. Любой вид фибры необходимо добавлять в раствор на стадии замешивания. Причем перемешивать необходимо в течение минимум 15 мин. Это необходимо, чтобы усилить связь между компонентами раствора.
3. При хранении арматуры до начала работ важно исключить попадание на нее веществ, способных вызвать разъедание и коррозию металла.
4. Готовый арматурный каркас не должен создавать препятствий для равномерного распределения бетонной смеси.
5. Нельзя допускать попадание на арматуру масляных веществ, поскольку это уменьшит сцепление с бетоном.

Подробнее разобравшись в вопросе, для чего нужно армирование бетона, можно легко понять, что эта процедура просто необходима, чтобы ж/б конструкции были безопасными, надежными и долговечными. При соблюдении всех норм и правил здание получится долговечным, без существенных дефектов. Для этого важно правильно выбрать способ и материал армирования, а также качественно выполнить соединение элементов конструкции между собой.