Ж/б, сущность, достоинства и недостатки.
Железобетон - строительный материал, состоящий из двух основных компонентов: стальная арматура и бетон. Две стихии, две противоположности. Бетон отлично работает на сжатие (со временем, при длительном воздействии сжимающих сил, - даже упрочняется). Арматура прекрасно работает на растяжение. Прочность арматуры на растяжение в 100-200 раз больше чем у бетона. В ЖБИ, эти два материала друг друга дополняют и удерживают в заданных рамках. Если оба материала (бетон и стальная арматура) будут работать как одно целое, т. е. если мы получим одинаковую прочность в зоне сжатия и в зоне растяжения изгибаемых ЖБИ, то в несколько раз повысится прочность сооружения из железобетона на изгиб. Чтобы этого добиться, в подвергаемую растяжениям часть жби вводят прутья арматуры определенного сечения. Благодаря этому, железобетонные изделия не ломаются при изгибе и могут выдерживать во много раз большую разрушающую нагрузку.
Как же уживаются и совместно работают в ЖБИ два таких разных материала, как бетон и металл. Помогают им их же основные физические свойства: большая прочность бетона на сжатие; аналогичная прочность арматуры на растяжение; большая сила сцепления застывшего бетона с рифленой арматурой; почти одинаковое изменение геометрических размеров бетона и стали, при изменении температуры. Относительно малая теплопроводность бетона также идёт на пользу жби: бетон защищает стальную арматуру от резких изменений температуры. Так же, он выполняет функцию защиты арматуры от коррозии.
Совокупность этих факторов выводит железобетонные конструкции ЖБК в разряд наиболее прочных и качественных строительных материалов. Как сборный железобетон, так и монолитный железобетон обладают уникальными качествами, недоступными камню, металлу или дереву.
Благодаря отличному сцеплению застывшего бетона с периодической арматурой, ее нельзя выдернуть из бетона. Бетон и арматура в ЖБИ становятся одним целым. При твердении, бетон уменьшается в объеме, уплотняется и обжимает арматуру, тем самым, еще прочнее сцепляется с ней. Сила сцепления бетона с арматурой возрастает со временем. И как результат - железобетонные изделия ЖБИ и монолитный железобетон - один из самых прочных современных строительных материалов.
Достоинства ЖБИ:
Долговечность
Стойкость к атмосферным воздействиям
Огнестойкость
Высокая сопротивляемость статической нагрузке и динамическим воздействиям
Малые эксплуатационные расходы
Недостатки ЖБИ:
Большой вес конструкции
Высокая тепло и звукопроводность
Сложность при изготовлении конструкций
Низкая трещиностойкость
Классификация арматурных сталей. Их отличие между собой, область применения.
Железобетон — это строительный материал, в котором объединены вместе бетон и стальная арматура. Арматуру располагают в растянутой зоне конструкции для восприятия растягивающих напряжений. Сжимающие напряжения передаются на бетон. Соединение бетона и стальной арматуры обеспечивает высокую прочность железобетонной конструкции при сжатии, растяжении и изгибе. В отдельных случаях арматуру применяют для усиления бетона против сжимающих усилий, для восприятия усадочных, температурных, транспортных и других временных и постоянных нагрузок.
По совокупности отдельных механических и химических свойств арматура строительная подразделяется на классы. В зависимости от химического состава, прочности, технологии проката, послепрокатной обработки, свариваемости, коррозионной стойкости, и т.д. - арматурная сталь имеет определённую маркировку. Классы арматурной стали обозначаются в виде литеры А с буквенно-цифровым индексом.
· Классы прочности арматуры (предел текучести).
o А-I, А-II, А-III, А-IV, А-V, А-VI. Устаревшая маркировка по ГОСТ 5781-82
o А240, А300, А400, А500, А600, А800, А1000 Современное обозначение.
o Ат400, Ат500, Ат600, Ат800, Ат1000, Ат1200 Термически упрочнённая арматура строительная для изготовления железобетонных изделий и ЖБК.
Существует термомеханически упрочнённая арматурная сталь, которую применяют на заводах ЖБИ, при изготовлении преднапряжённых конструкций и изделий. Например: преднапряжённые плиты перекрытия.
Дополнительные обозначения, в зависимости от эксплуатационных характеристик. Литера С, указанная после цифр, говорит о том, что эту арматуру можно варить электросваркой. В основном, в частном строительстве арматурные каркасы вяжут проволокой. Но если применяется электросварка, необходимо быть уверенным в том, что Ваши арматурные стержни можно сваривать. Например: арматура а500с
Литера К, указанная в классе, обозначает стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением.
Основные требования по обеспечению качества арматурной стали и системы контроля изложены в ГОСТ 5.1459—72.
В зависимости от содержания углерода и легирующих добавок (Si, Mn, Сг, Сu) арматурные стали делятся на малоуглеродистые (до 0,4% углерода), углеродистые конструкционные (до 0,67—0,85% углерода) и низколегированные (до 1% Si, до 2% Мn и около 1,5% Сr). Для маркирования стали каждому легирующему элементу присвоена соответствующая буква: марганцу — Г, кремнию — С, хрому— X, никелю — И, фосфору — Р и т. д. Справа от буквы указан процент содержания этого элемента в стали. Например, сталь, содержащая 0,20—0,29% углерода, 1,2—1,6% марганца, 0,6—0,9% кремния, обозначается маркой 25Г2С (первая цифра — среднее содержание углерода в сотых долях процента, т. е. 0,25%, марганца до 2% — Г2 и кремния до 1 % — С).
При маркировании сталей для обозначения степени раскисления в индекс их марок добавляют: кп — кипящая; пс—полуспокойная; сп — спокойная. С учетом этого индекс марки стали будет следующим: СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, БСтЗсп, ВСтЗсп. Категория стали обозначается соответствующим номером, располагаемым в конце ее индекса, например: СтЗпс2, БСтЗкп2, ВСт4пс2. Первую категорию в обозначении марки стали не указывают.
Профили арматуры:
а — гладкая круглая, б,в — горячекатаная периодического профиля классов А-II и A-III, г,д — сплющенная проволока, е - прядевая семипроволочная
Профильная арматурная сталь лучше сцепляется с бетоном.
Стержневую арматуру подразделяют на следующие типы:
-горячекатаную (классов A-I; A-II; A-III; A-IV; A-V);
-термически упрочненную (классов Ат-IV; Aт-V; Aт-VI);
-упрочненную вытяжкой (классов А-Нв и А-Шв).
Проволочную арматуру подразделяют на следующие виды:
-арматурную проволоку из низкоуглеродистой стали круглую класса B-I и периодического профиля Вр-I из углеродистой стали (высокопрочную) круглую класса В-II и периодического профиля Вр-II;
-арматурные пряди семипроволочные класса К-7 и девятнадцатипроволочные класса К-19, а также канаты двухпрядные класса К-2, трехпрядные — К-3 и многопрядные — Кn.
Марку арматурной стали выбирают с учетом типов монолитных конструкций и схемой их работы, а также прочностных характеристик бетона. Применение высокопрочных бетонов позволяет использовать стали, повышенной прочности. Высокопрочные арматурные стали применяют главным образом для предварительно напряженных конструкций.
Арматурные стали, имеющие при растяжении четко выраженную площадку текучести, условно считают мягкими, а высокопрочные, холодносплющенные, при арматурной проволоке диаметром до 5,5 мм — твердыми.
Расчетные напряжения мягких сталей принимают менее предела текучести. Предел текучести твердых сталей условно принимается равным 0,85 предела прочности. При увеличении напряжений выше предела текучести мягкие стали приобретают свойство повышать сопротивление с переходом в стадию самоупрочнения.
Силовая обработка мягких сталей (вытяжка в холодном состоянии/сплющивание) позволяет повысить их механические характеристики. Новый предел текучести и прочности упрочненной стали вследствие старения металла может несколько увеличиваться, при этом сталь делается более хрупкой.
Стержни арматуры:
- класса А1 - изготавливают гладкой;
- класса A2, A3, A4, А5, А6 - изготавливают периодического профиля (рифленые).
Арматура класса А1 ГОСТ 5781-82 гладкая - представляет собой круглые стержни с гладкой поверхностью, не имеющей рифления для улучшения сцепления с бетоном, применяется при монолитном строительстве или изготовления железобетонных изделий.
Арматура класса А2, A3, А4, А5, А6 ГОСТ 5781-82 периодического профиля - представляет собой стержни с равномерно расположенными на их поверхности под углом к продольной оси стержня поперечными выступами (рифлением) и с двумя продольными ребрами по всей длине стержня для улучшения сцепления с бетоном.
Арматуру ГОСТ 5781-82 изготовляют из углеродистой и низколегированной стали и в зависимости от механических характеристик стержневая арматура подразделяется на классы А1 (А240), A2(А300), A3 (А400), A4 (А600), A5 (А800), A6 (А1000)указанных в таблице. Марка стали указывается потребителем в спецификации, при отсутствии указания марку стали устанавливает поставщик.
| Класс арматурной стали | Диаметр профиля, мм | Марка стали |
| А1 (А240) | 6-40 | Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп |
| А2 (А300) | 10-40 40-80 | Ст5сп, Ст5пс, 18Г2С |
| Ас-2 (Ас300) | 10-32 (32-40) | 10ГТ |
| А3 (А400) | 6-40 6-22 | 35ГС, 25Г2С 32Г2Рпс |
| А4 (А600) | (6-8) 10-18 10-32 (36-40) | 80С 20ХГ2Ц |
| А5 (А800) | (6-8) 10-32 (36-40) | 23Х2Г2Т |
| А6 (А1000) | 10-22 | 22Х2Г2АЮ, 22Х2Г2Р 20Х2Г2СР |
Упаковка, маркировка, хранение:
• Арматуру диаметром 10мм и более поставляется в прутках мерной длины, стандартная мерная длинна арматуры выпускаемая Российскими заводами-изготовителями составляет 11700мм. Допускается 15% арматуры немерной длины от 6000мм до 12000мм, при отгрузке с завода. Арматуру упаковывают в связки массой до 15 тонн, перевязанной проволокой или катанкой в 4-х местах. Маркировка на связки краска наносится полосами не менее 20 мм на боковую поверхность по окружности (не менее ½ длинны окружности) на расстоянии не более 500 мм от торца.
• Арматуру диаметром менее 10мм поставляется с заводов-изготовителей в мотках, упаковывают в мотки до 1,5 тонны, наружный диаметр мотка составляет до 1200 мм, перевязанной проволокой или катанкой в 4-х местах. На мотки наносится маркировочная краска полосами не менее 20 мм поперек витков с наружной стороны мотка, дополнительно ее можно размотать на специальных станках с минимальными отходами, наша компания готова оказать эту услугу.
• Концы стержней из низколегированных сталей класса А4 (А600) должны быть окрашены красной краской, класса А5 (А800) должны быть окрашены красной и зеленой краской, класса А6 (А1000) должны быть окрашены красной и синей краской
Допускается окраска связок на расстоянии 500 мм от концов.
•К каждой связке или мотке арматуры должен быть прикреплен ярлык, на котом указывают; завод-производитель, условное обозначение класса арматурной стали, номер партии, клеймо технического контроля.
Технические требования:
•На поверхности профиля, включая поверхность ребер и выступов не должно быть раскатанных трещин, трещин напряжения, рванин, прокатных плен и закатов.
•Допускается мелкие повреждения ребер и выступов, в количестве не более 3-х на 1 метр длины, а также незначительная ржавчина, отдельные раскатанные загрязнения, отпечатки, наплывы, следы раскатанных пузырей, рябизна и чешуйчатость в пределах допускаемых отклонений по размерам.
Виды арматурных изделий.
По назначению арматура железобетонных конструкций делится на рабочую, которая воспринимает главным образом растягивающие усилия, возникающие в процессе эксплуатации конструкции, распределительную — для распределения усилий между рабочей арматурой, закрепления стержней в каркасе и обеспечения их совместной работы, монтажную — для обеспечения проектного положения отдельных стержней при сборке плоских и пространственных каркасов и хомуты - для восприятия поперечных усилий и предотвращения косых трещин в бетоне.
По условиям работы арматуру подразделяют на ненапрягаемую и напрягаемую. Ненапрягаемую арматуру применяют в обычных и предварительно напряженных конструкциях, а напрягаемую — только в предварительно напряженных конструкциях. Такое подразделение важно, так как арматурная сталь класса A-IV может быть использована в качестве как напрягаемой, так и ненапрягаемой арматуры, а высокопрочную арматурную сталь применяют только в качестве напрягаемой. Эффективность напрягаемой арматуры повышается при увеличении ее прочности, поэтому в качестве напрягаемой арматуры целесообразно применять высокопрочные арматурные стали. В каркасах железобетонных конструкций напрягаемую арматуру соединяют с ненапрягаемой с помощью распределительной ненапрягаемой арматуры, т. е. сеток и стержней, пропущенных между ее рядами и с наружных сторон. Поэтому можно применять как свариваемую, так и несвариваемую напрягаемую арматуру. Напрягаемую арматуру используют в предварительно напряженных железобетонных конструкциях только в качестве рабочей, ненапрягаемую — в качестве рабочей, распределительной и монтажной в самых различных конструкциях. Всю ненапрягаемую арматуру следует сваривать.
В зависимости от способа изготовления арматуру подразделяют на стержневую, изготовляемую горячей прокаткой стали, и проволочную, получаемую волочением в холодном состоянии. Как стержневую, так и проволочную арматуру выпускают гладкой и периодического профиля.
Арматурные изделия и конструкции выполняют из малоуглеродистых, углеродистых, конструкционных или низколегированных сталей. В зависимости от назначения и гарантируемых характеристик стали подразделяют на три группы А, Б и В по ГОСТ 380-71. К группе А относится сталь, поставляемая по механическим свойствам, к группе Б — сталь, поставляемая по химическому составу, и к группе В — сталь, поставляемая по механическим свойствам с дополнительными требованиями к химическому составу.
Условия совместной работы бетона и арматуры
Основными условиями, обеспечивающими надежную совместную работу бетона и стальной арматуры в железобетонных конструкциях, являются:
1) сцепление арматуры с бетоном по площади их контакта, исключающее продергивание (сдвиг) арматуры в бетоне;
2) примерное равенство коэффициентов температурного удлинения (укорочения) бетона аЬ = 0, 000007…0, 00001 град-1 и стальной арматуры ast = 0, 000012 град-1.
Материалы с разными коэффициентами линейных температурных деформаций независимо от надежного сцепления между ними работают в усложненных условиях, так как при перепадах температуры возникают собственные натяжения, снижающие сцепление между материалами; небольшая разница коэффициентов линейных температурных деформаций бетона и стали исключает появление собственных напряжений в них и надежное сцепление арматуры с бетоном сохраняется при изменениях температуры до 100 С;
3) способность бетона при соответствующей его плотности, достаточной толщине защитного слоя, кратковременном раскрытии трещин не более 0, 4 мм и содержании цемента более 250 кг/м3 надежно предохранять арматуру от коррозии и непосредственного действия огня.
Защитное действие бетона на стальную арматуру основано на способности щелочной среды поддерживать химически пассивное состояние стали неопределенно длительное время. Основным фактором, определяющим надежные защитные свойства бетона, является непроницаемость его для газов и для агрессивных ионов в водных растворах.
Чтобы арматура работала в железобетонных конструкциях с заданным расчетным сопротивлением, необходимо ее завести (анкеровать) за рассматриваемое сечение элемента на длину зоны передачи напряжений с арматуры на бетон, обусловленную сцеплением арматуры с бетоном или заанкерить с помощью специальных устройств. Арматуру, концы которой надежно самоанкеруются в бетоне за счет сил сцепления, называют арматурой без анкеров в пределах длины зоны анкеровки. Арматуру, концы которой анкеруют в бетоне посредством специальных устройств, называют арматурой с анкерами на концах.
К арматуре без анкеров относят всю стержневую, проволочную профилированную арматуру и канаты однократной свивки при натяжении на упоры и достаточной передаточной прочности бетона. К арматуре с анкерами на концах относят любую арматуру, натягиваемую на бетон, а также арматуру, натягиваемую на упоры, при недостаточном ее сцеплении с бетоном (гладкая высокопрочная проволока, многопрядные канаты). В отдельных случаях применяют арматурные элементы из высокопрочной проволоки без сцепления их с бетоном (наружное размещение арматуры). Конструкции с такой арматурой по сравнению с аналогичными конструкциями, в которых имеется надежное сцепление арматуры с бетоном, требуют увеличения расхода стали. По своей сущности они являются шпренгельными конструкциями.
Железобетонные конструкции армируют арматурными изделиями заводского производства: плоскими и гнутыми сетками, плоскими и пространственными каркасами и различными типами закладных деталей.
Некоторые арматурные изделия унифицированы, а их производство централизовано. К таким изделиям относят тяжелые и легкие сетки. Тяжелые сетки выполняют с рабочей арматурой 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 А-III, монтажная - класса А-I. Для изготовления легких сеток используют проволоку диаметром 3; 4 и 5 мм классов Вр-I и В-I и горячекатаную сталь диаметром 6 и 8 мм класса А-III. Сетки изготовляют в виде плоских элементов и в рулонах.
Каркасы собирают из унифицированных тяжелых и легких сеток и стержней в виде замкнутых, прямоугольных и криволинейных конструкций, а также с переменным сечением по длине. Криволинейными каркасами армируют специальные конструкции (например, сваи, трубы). Их изготовляют намоткой и сваркой арматуры в виде спирали по образующим продольных стержней.
Металлические закладные детали (для соединения сваркой железобетонных и монолитных конструкций со сборными с целью образования жесткого пространственного каркаса) различной конфигурации выполняют из стальных пластин, к которым приваривают анкерные стержни. С помощью анкерных стержней детали закрепляют в бетоне. Допускается крепление закладной детали в бетоне без стержней путем сварки с рабочей арматурой. Размеры пластин и анкеров зависят от нагрузок, воспринимаемых закладными деталями, и вида стыкуемых элементов.
Закладные детали изготовляют из арматурной стали классов А-I...А-III. Для плоских элементов применяют горячекатаную листовую, полосовую и фасонную сталь марки СтЗ.
Надежность и долговечность сооружений во многом зависят от метода антикоррозионной защиты закладных деталей. Применением лакокрасочных покрытий (масляная краска на железном сурике, эмаль и лак) не обеспечивают надежной защиты. В таких покрытиях образуются трещины и в местах их образования возникает интенсивная коррозия металла, которая по истечении некоторого времени существенно ослабляет стыковое соединение.
Эффективным методом защиты от коррозии является цинкование стали. Цинк обладает большим отрицательным электрохимическим потенциалом, поэтому в присутствии влаги между слоем защищаемого металла и цинка образуется гальванический элемент, в котором цинк растворяется и защищает сталь от коррозии. Цинкование закладных деталей выполняют гальванизацией, металлизацией или горячим способом.
Сварка арматуры. Для соединения арматурных стержней, при изготовлении сеток, пространственных и плоских каркасов применяют электродуговую, ванную, электроконтактную точечную и стыковую сварку. В ряде случаев эти операции производят вручную (например, при сварке крестовых соединений стержней большого диаметра, при соединении стержней накладками и внахлестку).
Для соединения арматуры и закладных деталей железобетонных конструкций применяют типы сварных соединений.
Для изготовления широкой номенклатуры арматурных изделий в заводских условиях применяют сварочные машины, работающие в полуавтоматическом или автоматическом режимах, и только некоторую часть сварочных работ, связанных с устройством и монтажом арматуры на строительной площадке, выполняют вручную.
Арматурные сетки и плоские каркасы изготовляют контактной точечной сваркой, что позволяет механизировать и автоматизировать процессы, а также упростить изготовление пространственных каркасов путем их сборки из плоских сварных сеток.