Области применения арматуры
Одними из самых активных потребителей продукции металлургии всегда были и остаются строители. В строительстве наиболее востребованными являются арматура, используемая для возведении зданий и сооружений.
Арматура используется во всех железобетонных конструкциях: от индивидуальной застройки до многоэтажных домов, как в заводских штучных изделиях (плиты перекрытия, перемычки), так и в конструкциях, что изготавливаются непосредственно на строительной площадке и представляет собой гладкие или рифленые круглые стальные стержни.
При строительстве монолита одной из стадий является возведение арматурного каркаса, и от правильного и грамотного выполнения этой стадии зависит дальнейшая прочность здания, построенного по этой технологии. Достоинств у монолита много, поэтому он используется повсеместно.
Рис.1. Использование арматуры:
а — при возведении многоэтажного здания; б — строительство, реконструкция мостов.
Идея сочетания в железобетоне двух крайне отличающихся механическими свойствами материалов заключается в следующем. Бетон, как и всякий каменный материал, хорошо сопротивляется сжимающим нагрузкам, но слабо противодействует растягивающим напряжениям. Прочность бетона при растяжении примерно в 10-15 раз меньше прочности при сжатии. В результате этого бетон невыгодно использовать при изготовлении конструкций, в которых возникают растягивающие напряжения. Сталь же, обладая очень высоким пределом прочности при растяжении, способна воспринимать растягивающие напряжения, возникающие в железобетонном элементе.
Наиболее выгодно применять ж/б для строительных элементов, подлежащих изгибу.
Рис.2. Схема работы ж/б балки:
а – с обычной арматурой; б – с предварительно-напряжённой арматурой.
При работе таких элементов возникают два противоположных напряжения – растягивающие и сжимающие. При этом сталь воспринимает первые, а бетон – вторые напряжения, и железобетонный элемент в целом успешно противостоит изгибающим нагрузкам. Таким образом сочетается работа бетона и стали в одном материале – ж/б.
В отдельных случаях арматуру применяют для усиления бетона против сжимающих усилий, для восприятия усадочных, температурных, транспортных и других временных и постоянных нагрузок.
Процесс бетонирования комплексный и состоит из простых процессов в соотношении:
• устройство опалубки и её разборка (50-70% по трудоемкости и
стоимости);
• арматурные работы (17-22%);
• укладка бетонной смеси и уход за ней (12-22%).
Производство ж/б изделий состоит из следующих основных процессов:
— армирования — укладка арматуры в форму или в готовое изделие;
— формования — включает в себя укладку бетонной смеси в форму и
её уплотнение;
— и твердения — происходит под влиянием ускоряющей процесс теп-
ловлажностной или тепловой обработки.
Ж/б изделия армируются:
● обычными сварными сетками (плоскими и гнутыми) и каркасами
(плоскими и пространственными),
● или предварительно напряжёнными стержнями,
● проволочными пакетами,
● и непрерывно наматываемой проволокой,
● различными типами закладных деталей.
В зависимости от способа армирования и состояния арматуры различают железобетонные изделия:
■ с обычным армированием – усиление прочности которых дости-
гается путём укладки стальных стержней, сеток или каркасов при
изготовлении изделий.
Однако такой способ армирования не предохраняет полностью изделия, работающие на изгиб, от образования трещин в бетоне в растянутой зоне. Появление трещин отрицательно влияет на работу железобетонного элемента: увеличиваются прогибы, в трещины проникает влага и газы, что создаёт опасность коррозии стальной арматуры.
■ армирование с предварительным сжатием бетона в местах,
подверженных растяжению.
Сжатие бетона достигают предварительным напряжением (растяжением) арматуры. По способу изготовления различают два вида предварительно-напряжённых конструкций:
1й — предварительное напряжение арматуры производится до затвердения бетона,
2й — после приобретения бетоном определённой прочности.
Предварительное напряжение арматуры не только предупреждает появление трещин в растянутом бетоне, но и позволяет снизить м ассу железобетонных конструкций, увеличить их жёсткость, повысить долговечность и сократить расход арматуры.
К классу арматур относят:
— различные конструкции,
— вспомогательные устройства, которые служат для обеспечения
функционирования разного рода конструкций и аппаратов.
Широко известно, что в строительстве арматура служит стальным каркасом железобетонных конструкций. Специалисты по строительству, произнося слово «арматура», имеют в виду не только
▪ стальные стержни, но и вспомогательные элементы:
▪ швеллеры,
▪ двутавры,
▪ уголки,
▪ разного рода сварные сетки и каркасы.
Рис.3. Арматура.
На сегодняшний день арматурные стержни изготавливают:
• стали – т.е. из традиционного материала;
• но также из дерева;
• или стеклопластика.
Для обеспечения прочного контакта бетона и арматуры на прутья наносят специальные насечки. Но при этом не следует забывать о том, что сцепление арматуры и бетона зависит от возраста самого бетона, его усадки и прочности.
В современном строительстве используют несколько видов контакта арматуры с бетоном:
— трение,
— сцепление,
— соединение на связях сдвига,
— электрохимическое воздействие раствора цемента на арматуру,
— трение и обжатие арматуры бетоном (применяется после усадки
бетона).
Выбор конкретного способа взаимодействия зависит от условий строительства.
Арматурные стержни соединяют между собой двумя способами:
● электросварка;
● и вязка проволокой;
Традиционную для других областей газовую сварку обычно не применяют для связки арматурных прутьев.
● иногда вместо вязки арматуры проволокой применяются арматур-
ные фиксаторы, сделанные из пружинной стали.
Арматурные изделия следует изготавливать на крупных арматурных заводах, поскольку при изготовлении арматуры в мелких цехах и на приобъектных полигонах в 3 — 5 раз возрастают затраты ручного труда, увеличиваются потери материала и стоимость продукции.
Процесс поэтапного изготовления арматурных изделий можно выразить следующей цепью: склад арматуры → разматывание, правка, чистка и резка → гнутье → сварка → готовое изделие.
Разматывание из бухт, правку, чистку и резку легкой арматуры производят на автоматических правильно-отрезных станках. Проходя через правильные ролики, арматура выпрямляется, очищается, затем отрезается по размеру. Далее арматура гнется на приводных станках и сваривается в сетки точечной контактной сваркой.
Арматурные работы состоят из двух самостоятельных рабочих операций:
▬ заготовки арматуры;
▬ и установки арматуры.
Заготовку арматуры необходимо начинать до начала опалубочных работ и укладывать ее по мере установки опалубки. Арматуру, как правило, заготавливают на арматурно-сварочных заводах или в цехах заводов железобетонных конструкций, где процессы изготовления максимально механизированы. Арматуру изготовляют преимущественно в виде укрупненных элементов, облегчающих ее транспортирование и сборку на местах установки.
В последнее время все большее применение находят арматурные несущие каркасы, что позволяет обойтись без специальных лесов, поддерживающих опалубку, уменьшает расход лесоматериала и сокращает трудоемкость и сроки работы.
Для изготовления ж/б конструкций применяют арматуру из стали различных марок.
Классификация арматуры. Стальную арматуру классифицируют по:
▪ основной технологии её изготовления;
▪ условию применения;
▪ профилю стержней.
Итак, классификация арматуры:
а). По материалу:
• стальная;
• неметаллическая.
б). В зависимости от способа изготовления арматуру подразделя-
ют на:
• стержневую, изготовляемую горячей прокаткой стали:
1 горячекатаная, не подвергающаяся после проката уп-
рочняющей обработке;
2 упрочнённую вытяжкой, подвергающуюся после прока-
та упрочнению вытяжкой в холодном состоянии (холод-
носплющенная);
• проволочную, получаемую волочением в холодном состоя-
нии:
1. арматурная проволока;
2. арматурные проволочные изделия.
Рис.4. Виды арматуры:
а — круглая горячекатаная сталь Ст3; б — горячекатаная сталь периодического профиля Ст5; в — горячекатаная сталь марок 25Г2С, 35ГС, и 30ХГ2С; г — холодносплющенная сталь; д — плоский сварной каркас; е — пространственный каркас, собранный из двух плоских; ж — сварная плоская сетка; з — рулонная сетка.
в). По условиям работы арматуру подразделяют на:
• ненапрягаемую;
• и напрягаемую.
Ненапрягаемую арматуру применяют в обычных железобетонных конструкциях, а также в предварительно напряженных, где она является нерабочей. В качестве напрягаемой рабочей целесообразно применять арматуру из высокопрочной стали, которая может воспринимать максимальные растягивающие усилия.
г). По способу изготовления:
• стержневая;
• канатная;
• проволочная.
д). по способу установки:
• сварная;
• вязаную в виде отдельных стержней, сеток и каркасов.
е). Как стержневую, так и проволочную арматуру по профилю выпускают:
— гладкой (круглую гладкую — класс А-1);
— и периодического профиля. Профильная арматурная сталь
лучше сцепляется с бетоном.
Рис.5. Горячая арматурная сталь периодического профиля.
Стержневую арматуру подразделяют на следующие типы:
○ горячекатаную (классов А-I; А-II; А-III; А-IV; А-V);
○ термически упрочненную (классов Ат-IV; Ат-V; Ат-VI);
○ упрочненную вытяжкой (классов А-IIв и А-IIIв).
Проволочную арматуру подразделяют на следующие виды:
♦ арматурную проволоку из низкоуглеродистой стали круглую класса В-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;
♦ канаты двухпрядные класса К-2, трехпрядные — К-З и многопрядные — Кп.
Арматурные стали классов А-I, А-II, А-III, В-I, Вр-I используют в качестве ненапрягаемой арматуры в обычных и преднапряженных конструкциях.
Высокопрочную арматуру горячекатаную класса А-V, термически упрочненную классов Ат-IV, Ат-V и Ат-VI применяют в предварительно напряженных конструкциях.
ж). 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.
Рабочую арматуру в предварительно напряженных конструкциях применяют в виде прядей канатов и стержней.
з). По трудоемкости изготовления арматура с диаметром стержней до 12 мм называется «легкой», а от 12 и до 40 мм – «тяжелой».
Таблица 1
Основные механические характеристики горячекатаной
стержневой арматуры и холоднотянутой проволоки
В мостовых конструкциях, особенно в пролётных строениях длиной более 18-21м, наряду со стержневой арматурой разных классов применяют высокопрочную проволочную арматуру диаметром от 4 до 8мм с временным сопротивлением от 1470 до 1961МПа как в виде пучков из прямых проволок, так и витых прядей и канатов заводского изготовления.
Оборудование для изготовления арматурных конструкций включает в себя следующие группы станков и аппаратов:
1). Для упрочнения арматурной стали;
2). Для заготовки элементов арматурных конструкций (стержней,
проволочных пакетов и т.п.);
3). Для сварки арматурных конструкций.