Что такое армирование бетонных полов

От качества армирования зависят прочность  бетонного пола и его устойчивость к появлению трещин

Бетон — это высокопрочный строительный материал. После затвердевания он демонстрирует отличные характеристики при нагрузках на сжатие и усадку, однако его слабость заключается в способности реагировать на изгибающие и растягивающие усилия. Основным его недостатком является то, что под действием растягивающих нагрузок в бетонных элементах и структурах образуются трещины. Эти трещины, в свою очередь, могут приводить к разрушению конструкции.

Дело в том, что прочность бетона на растяжение значительно ниже, чем на сжатие, и составляет лишь 7-10% от его сжимаемой прочности. Таким образом, несмотря на свою прочность, бетон требует дополнительных мер для уменьшения вероятности появления трещин, особенно в условиях, когда на него действуют растягивающие напряжения.

Когда армируют бетонную стяжку

Нельзя забывать, что бетон является крайне хрупким материалом и не поддается растяжению, поэтому необходимо внимательно рассчитывать армирование.

Чем тоньше предполагается слой бетона, тем требовательнее он к качеству как самих материалов, которые будут использоваться при армировании, так и к точности проектировщиков и мастеров.

Качественное выполнение монтажных работ по установке арматуры играет решающую роль в продолжительности службы железобетонных полов. Мастерство арматурщиков проявляется в правильном распределении стержней, соблюдении шага арматуры и оптимальной толщине защитного слоя бетона.

Иногда даже опытные специалисты не осознают последствий, которые могут произойти с бетоном через несколько лет, если минимально допустимые величины защитного слоя не будут соблюдены. Однако необходимо отметить, что дефекты бетонных плит пола часто возникают уже на этапе проектирования.

Если, сетка будет уложена непосредственно на основание, это может привести к тому, что бетонный пол потрескается даже раньше, чем при полном отсутствии арматуры. Тактику армирования и материалы для него выбирает инженер на этапе проектировки напольного покрытия. Выбор здесь базируется на учёте таких факторов, как:

• коэффициент уплотнения основания из песка щебня;
• марка бетона и предполагаемые характеристики напольного покрытия, которое должно получиться в итоге;
• расчётная нагрузка на напольное покрытие в процессе эксплуатации;
• особенности основания, на которое укладывается раствор.

Устройство армирования бетонных полов что это

    Существует несколько технологий и материалов для армирования: арматура от 10мм, мет. сетка ВР1, фибра. Только учтя перечисленные выше факторы, можно выбрать оптимальный вариант для конкретного объекта.

Что такое армирование бетонных полов, какое выбрать под ваши условия 

Бетон – незаменимый материал в строительстве, который применяется на всех этапах возведения конструкций. Но несмотря на его прочность, бетон может деформироваться под воздействием различных факторов. Особенно подвержены растяжению зоны неравномерной нагрузки, что приводит к появлению трещин и разрушению построек.

Связь между арматурой и бетоном обладает высокой прочностью и не разрушается даже при сильных температурных перепадах, так как их тепловое расширение почти идентично.

Армирование бетона приводит к перераспределению нагрузок в зоне растяжения благодаря увеличению упругости стали. В свою очередь, бетон защищает сталь от коррозии и перегрева, обеспечивая прочность всей конструкции. Такое взаимодействие стало ключом к успеху в строительстве.

Ранее для армирования бетона использовались только металлические стержни. В настоящее время армирующие материалы для бетона представлены различными инновационными изделиями.

Механическая прочность  не спасет нас от всех проблем, связанных с целостностью бетонного пола или основания.

Применение армирования снижает вибрационные и динамические нагрузки на стяжку, укрепляет деформационные швы и предотвращает их расширение.

Изменение защитного слоя арматуры может привести к снижению несущей способности конструкции на различные величины, в зависимости от диаметра арматуры.

Ошибки в эксплуатации могут проявиться через превышение проектных нагрузок, несогласованные перепланировки, нарушения температурно-влажностного режима и другие факторы.

Ошибки при производстве строительно-монтажных работ включают нарушения технологии армирования, отсутствие строительного контроля, ошибки в выборе материалов и неверная последовательность выполнения работ.

Ошибки при проектировании могут возникнуть из-за неверного подбора классов и марок бетона и арматуры, а также из-за недостаточного отображения узлов в чертежах и недостаточного количества указаний по производству работ.

Трещинообразование является серьезным фактором, который следует учитывать. 

При застывании бетона всегда появляются микротрещины, обусловленные ранними напряжениями и напряжениями усадки бетона или отвода тепла при гидратации цемента. Они обычно возникают в пористой зоне контакта "цементный камень/зерно заполнителя". Рост этих трещин начинается при увеличении нагрузки.

Введение полимерного материала может снизить модуль упругости более чем наполовину, делая его более эластичным.

Однако, этот подход не полностью решает проблемы деформаций вызванных изменениями температуры и усадки бетона, к тому же он не дешев.

В таких случаях необходимо армирование фиброй.  Дисперсное армирование предполагает добавку в незатвердевший раствор бетона мелкодисперсных компонентов, таких как фибры, изготовленные на основе стали, базальта, полипропилена или стекловолокна.

Волокно может значительно сократить трещинообразование, особенно в первые сутки стабилизации цементного бетона или полимербетона.

Для предотвращения трещин в основаниях  используют армирование стеклотканью или металлической сеткой. 

 Стержневое армирование бетонных полов

Бетонный пол начинает изменять свою форму под воздействием неравномерной нагрузки на плиту. Любое изменение формы, которое создает у объекта участок в растяжении с одной стороны и в сжатии с другой стороны, увеличивает вероятность появления трещин.

Именно поэтому необходимо применение армирования. Сталь создает каркас, который равномерно распределяет нагрузку и устойчив к растяжению.

Пространственные каркасы имеют важное значение в строительстве, особенно когда речь идет о создании прочных и долговечных конструкций.

Одним из наиболее распространенных типов является плитный каркас, который используется для монолитных плитных фундаментов. Он представляет собой сетку из стальных стержней, которая обеспечивает равномерное распределение нагрузки и устойчивость к деформациям. Плитный каркас включает в себя два или три ряда сетки. Эти ряды соединены между собой металлическими отрезками проката, что значительно увеличивает жесткость конструкции.

Стержни, используемые в плитном каркасе, имеют периодический профиль. Их диаметр варьируется от 10 до 18 мм. Этот диапазон обеспечивает необходимую прочность при относительно небольшом весе. Количество рядов сетки и размеры ячеек зависят от рассчитанной плотности армирования и его высоты.

При проектировании каркаса необходимо учитывать тип грунта, на котором будет располагаться здание, а также предполагаемую нагрузку от конструкции. Например, для зданий с большим количеством этажей и тяжелыми перекрытиями требуется более высокая плотность армирования. Пространственные каркасы бетонных полов  используются для равномерного распределения нагрузки по всей поверхности пола, что особенно актуально в крупных промышленных и коммерческих зданиях.

Бетонные полы, в свою очередь, требуют особого подхода к проектированию и выполнению работ. Каркас, как правило, состоит из стальных или композитных арматурных сеток. Эти материалы обеспечивают необходимую жесткость и предотвращают появление трещин. Специальные технологии укладки бетона, такие как вибрирование и использование добавок, позволяют добиться высокой прочности и долговечности. Существуют различные методы армирования: продольное, поперечное и комбинированное. Каждый из них выбирается в зависимости от специфики нагрузки и условий эксплуатации.

Двойная арматура - это специфический вид арматуры, применяемый для укрепления железобетонных конструкций. Она состоит из двух слоев основной арматуры, расположенных параллельно друг другу. Использование двойной арматуры позволяет значительно увеличить прочность и устойчивость железобетонных конструкций к нагрузкам, что повышает грузоподъемность и долговечность сооружения. Однако это требует более сложного производственного процесса и увеличивает стоимость строительства.

Двойное армирование сетками применяется в тех редких случаях, когда необходимо увеличить прочность и устойчивость железобетонных полов к сверх нагрузкам, например, для повышения грузоподъемности свыше 10 тонн на 1 квадратный метр, например, для грузовых фур или установки тяжелого оборудования. Однако данный способ значительно увеличивает трудоемкость и стоимость расценки армирования, и в 90% случаев является избыточным. Кроме того, второй слой арматуры часто разрезается при нарезке швов.

Помимо двойной арматуры, для усиления железобетонных конструкций могут использоваться другие виды армирования, такие как одинарная арматура и стеклопластиковая арматура, каждый из которых имеет свои достоинства.

Размещение арматуры происходит в несколько этапов: сначала укладывается основной слой, затем дополнительный слой, после чего арматуру закрепляют и заливают бетоном. В случае двойной арматуры, вертикальные стержни пересекают горизонтальные стержни, повышая прочность сооружения.

    Эти технологии, несмотря на свою высокую стоимость, применяется особенно часто.

 Армирование выполняет ряд важных задач:

Во-первых, оно обеспечивает надежное соединение бетона с арматурой на всех этапах строительства и эксплуатации конструкции.

Во-вторых, армирование позволяет сохранить и увеличить огнеупорность сооружений из бетона с добавлением железного армирования.

Также арматурный каркас придает конструкции устойчивость и надежность, защищает металл от негативного влияния внешних факторов, таких как влажность, нагрев, оттаивание снега и агрессивные химические вещества.

Она заключается в укладке сварной или связанной проволокой стальной арматуры АIII диаметром 10-16  миллиметров и композитной.

Арматурой называют набор арматурных элементов, которые при совместной работе с бетоном воспринимают растягивающие, изгибающие и сжимающие усилия. 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).

Говоря слово "арматура", специалисты чаще всего имеют в виду именно гибкие арматурные стержни.

Арматура выполняет функцию компенсатора низкой прочности бетона на разрыв и растяжение. Металлический каркас предотвращает деформацию и другие повреждения структуры, разрушающие бетон, поскольку этот показатель у стальных элементов в 150 - 200 раз выше.

Бетон при затвердевании надежно сцепляется с арматурой по всем контактирующим поверхностям и формирует единый прочный монолит. Бетон и сталь имеют схожие значения коэффициента температурного расширения. Коллективная работа, где арматура берет на себя растягивающие нагрузки, а бетон - сжимающие, демонстрирует преимущества и достоинства обоих материалов. Металлический каркас формируется из круглых или рифленых стержней, сеток, проволоки.

Наличие металла повышает долговечность бетонных конструкций, увеличивает их прочность и жесткость, обеспечивает устойчивость к механическим повреждениям и температурным изменениям. Нагрузка равномерно распределяется по всей площади, что снижает вероятность появления трещин при усадке.

Средний вес 1 м3 бетона составляет примерно 2500 кг, а расход стали на этот объем достигает в среднем до 200 кг. При толщине плиты до 0,3 м армируют сетками из стержневой арматуры диаметром от 10 до 14 мм, при толщине плит более 0,3 м - диаметром от 14 до 18 мм. Шаг стержней продольной арматуры в сетках определяют в зависимости от процента армирования. Поперечное армирование конструктивное, расстояние между поперечными стержнями принимают равным 0,4 м.

Классификация арматурных стержней по материалу:

- Стальная;

-Стеклопластиковая.  

По способу установки:

- Отдельные стержни;

- Плоские каркасы ;

- Пространственные каркасы;

 Сетки  по принципу работы:

- Ненапрягаемая;

- Напрягаемая (преднапряжённая). 

Нагрузки — это собственный вес конструкций здания, а также вес людей, оборудования, отделочных слоёв, ветровые и снеговые воздействия и прочее. Полный список нагрузок для зданий и сооружений см. СНиП "Нагрузки и воздействия". 

Применяемая арматура бетонных полов

На данный момент при проектировании железобетонных конструкций чаще всего используют арматуру классов А500С и А240, реже А400С.

Главными преимуществами арматуры класса А500, по сравнению с А400, являются:

- А500 содержит больше углерода и имеет лучшую свариваемость, поэтому превосходит А400 при вязке арматурного каркаса;

 - А500 содержит в своем составе меньшее количество легирующих присадок, что сказывается на ее более высоких прочностных характеристиках и придает эластичность, отвечающую за отсутствие хрупких участков в местах сварки;

- Расход арматуры А500 меньше на 10% даже с учётом перерасхода на нахлёст;

 - На строительную площадку арматура поставляется прутьями длиной 11,7 м. Такая длина стержней выбрана исходя из ограничений габаритов транспортировки в 12 м.

Обычно она монтируется в два слоя. Нижний подвешивается на специальных подставках из пластика стульчиках. Верхний – на штырях из самой арматуры или змейке. Применяя такую технологию, важно соблюсти минимальное расстояние от арматуры до поверхности пола. Оно не должно быть меньше 1/3 толщины пола. 

Существует разнообразие видов стали, которые применяются для армирования различных объектов в зависимости от их диаметра, поверхности и механических свойств. Арматура может быть представлена как в виде прутьев, так и в виде готовых мотков.

При выборе арматуры необходимо учитывать назначение армируемой площади и предельные нагрузки.

Каркас используют для армирования бетонных полов на различных основаниях: песчано-щебеночной подушке, грунте, песке, керамзите и щебне. При необходимости усиления конструкции применяют двойную металлическую арматуру.

С увеличением нагрузки диаметр прутьев также увеличивается. Если рассматривать выбор метода крепления прутьев, предпочтительнее использовать связку вместо сварки, так как сварные швы более подвержены деформации.

Защитный слой бетона играет важную роль в формировании эксплуатационных свойств сооружений. Представляющий собой прослойку цементного состава между арматурным каркасом и поверхностью объекта, он защищает конструкцию от воздействия окружающей среды. Несмотря на небольшую толщину, этот слой обеспечивает надежность и долговечность.

От правильного формирования защитного слоя зависит срок службы и безопасность объекта. Качественно выполненный защитный слой бетона способствует сохранению целостности конструкции и предотвращению возможных повреждений.

Защитный слой бетона выполняет несколько функций. Он оберегает металл от воздействия окружающей среды, обеспечивает фиксацию арматурного каркаса, защищает от негативных факторов и обеспечивает сцепление бетона с арматурой.

При выборе толщины слоя учитывается толщина арматуры.  Защитный слой бетона необходим для обеспечения совместной работы арматуры с бетоном, возможности устройства стыка арматурных элементов и анкеровки арматуры в бетоне, сохранности арматуры от воздействий окружающей среды, включая агрессивные воздействия, а также для обеспечения огнестойкости конструкций.

Согласно п. 10.3.2 и таблице 10.1 СП 63.13330.2018, минимальная толщина защитного слоя бетона должна составлять: - в закрытых помещениях при нормальной и пониженной влажности не менее 20 мм; - в закрытых помещениях при повышенной влажности (при отсутствии дополнительных защитных мероприятий) не менее 25 мм; - не менее 40 мм — для стержневой арматуры.

Для создания  предохранительного слоя используют фиксаторы большего размера. Одним из эффективных фиксаторов является «стульчик». Он имеет полую конструкцию, которая заполняется бетоном при заливке, обеспечивая надежное крепление арматуры в бетоне. «Стульчики» выпускаются разной высоты, что позволяет подобрать их под каждую конкретную конструкцию.

В настоящее время стальные фиксаторы типа "змейка" часто заменяют пластиковые фиксаторы и получают все большую популярность. Эти фиксаторы, изготовленные из проволоки диаметром 4 мм или 5 мм, обладают высокой несущей способностью и очень удобны в использовании. Их также называют межсеточными поддерживающими каркасами типа "змейка". Время вязки двурядного армировочного каркаса с применением фиксаторов типа "змейка" значительно сокращается.

Фиксаторы создают межсеточное пространство и дополнительно усиливают будущую бетонную плиту. Высота фиксаторов составляет 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 150, 200 и 240 мм в зависимости от требуемой высоты межсеточного пространства.

Межсеточные поддерживающие каркасы типа "змейка" представляют собой специальные изделия, предназначенные для армирования железобетонных перекрытий двухслойными плитами. Они изготавливаются из проволоки диаметром 4 или 5 мм класса ВР-1 и представляют собой соединенные вертикальными стойками треугольные элементы.

Межсеточные каркасы "змейка" имеют ряд преимуществ перед традиционными каркасами "лягушка": - Снижение трудозатрат и производственных затрат до 60%. Это связано с изготовлением каркасов "змейка" в заводских условиях, что исключает ручной монтаж:

- Сокращение расхода материала. Для изготовления каркасов "змейка" используется проволока диаметром 4 мм, что позволяет снизить расход материала на 30-40% по сравнению с каркасами "лягушка".

- Повышение качества армирования. Каркасы "змейка" обеспечивают более точное пространственное расположение плоских сеток двухрядной конструкции, что улучшает качество армирования и прочность железобетонных перекрытий.

- Гарантия точного пространственного расположения плоских сеток двухрядной конструкции. Каркасы "змейка" имеют специальные элементы, которые обеспечивают надежное крепление сеток в заданном положении.

Главными преимуществами фиксаторов типа "змейка" являются:

- Небольшой вес изделий, что обеспечивает удобство и простоту их использования;

- Высокая фиксация и устойчивость к высоким нагрузкам в процессе монтажа;

- Гарантированное правильное и точное расположение армировочных сеток будущей конструкции;

- Дополнительное армирование будущей конструкции самими фиксаторами;

- Надежность и прочность, так как проволока сварена между собой;

- Треугольная форма основы фиксаторов обеспечивает максимальную жесткость.

В качестве армирующего материала могут применяться специальные металлические дорожные сетки типа ВР1. Такая технология позволят снизить трудозатраты. Здесь также крайне важно проконтролировать расстояние от основания до сетки и от сетки до верхнего край напольного покрытия. Укладывать такой материал непосредственно на основание недопустимо.

Разрушение бетонных конструкций из-за коррозии стальной арматуры - одна из основных задач, с которой столкнулась строительная отрасль

Коррозия стали

При изготовлении бетона в результате растворения содержащихся в цементе известковых частиц образуется щелочной раствор со щелочным показателем рН более 12. В процессе твердения бетона не происходит никаких особых изменений, так как содержащаяся в порах цементного камня вода имеет высокий показатель рН. При таком показателе рН на наружной поверхности арматурной стали образуется слой из окиси трехвалентного железа, который защищает наружную поверхность стали от коррозии.

Коррозионная защита сохраняется до тех пор, пока щелочной показатель рН окружающего сталь бетона не снизится ниже 8,3; например, в результате карбонизации (преобразование гидроокиси кальция плюс углекислого газа воздуха в карбонат кальция). При достаточной толщине слоя бетонного покрытия этого не происходит. Если возможно проникание хлоридов до поверхности стали, они разрушают пасивированный слой и действуют непосредственно на сталь. Если процесс протекает на узкоограниченных местах, то это может привести к язвенной (точечной) коррозии.

Композитное стержневое армирование

 Проектировщик должен осознавать, что равноценная замена стальной арматуры на композитную невозможна в виду отличий механических свойств двух материалов.

• Одна из особенностей композита – линейность до разрушения и отсутствие пластичности;
• Другое отличие: эксплуатационные характеристики композита в отличие от стали ограничиваются аспектами проектирования. Модуль упругости (к примеру, СП стержней) диктует зависимость процесса проектирования от параметров деформации и ширины трещин;
• Разрыв- разрушение композита перед разрушением бетона.

Армирование композитными стержнями преимущества:

•  невосприимчивы к хлор-ионам и кислотам;
•  разрывная прочность выше чем у стали (от 2 до 6 раз);
•  ¼ массы стальной арматуры;
•  прозрачны к магнитным и радио-полям (СП стержни);
• диэлектрик (СП стержни);
• теплопроводность в 100 раз ниже стали (СП стержни);
• долговечность – основное преимущество СП стержней по сравнению с традиционной стальной арматурой.

Стоимость эксплуатационного обслуживания

Фибра для бетона что такое. Применение фибры

Армирование фиброй бетонных полов

Дисперсные волокна изготавливаются из различных материалов и выполняют различные функции в конструкции. Наилучший результат достигается при корректном сочетании компонентов в фибробетоне.

Особенно эффективной арматурой для этого материала является стальная. Модуль упругости стали значительно превосходит показатели бетона, однако не всегда используется в полной мере из-за недостаточной анкеровки. Использование стальной фибры позволяет избежать этой проблемы, так как фибра обладает высокой анкеровкой.

В отличие от проволочной сетки или простой арматуры, фибра одинаково распределяется по всей бетонной структуре, обеспечивая трехмерное укрепление. Ее использование также улучшает различные характеристики бетона, такие как устойчивость к трещинам, время затвердевания и прочность.

Дисперсное армирование с применением пластмассовой, композитной или металлической фибры  позволяет значительно сократить трудозатраты в ходе подготовки к заливке бетона, применять для заливки современную технику. Однако при использовании фибры значительно возрастают требования к подготовке основания, а также к качеству бетонной смеси. Правомерность использования фибры подтверждено:

Актуализированы и разработаны своды правил: - СП 297 «Конструкции фибробетонные с неметаллической фиброй. Правила проектирования» (изменение); 

1. Изменение СП 27.13330.2017 «Бетонные и железо бетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур»: внедрено дисперсное армирование конструкций с применением различного рода фибр, армирование композитной арматурой конструкций из жаростойких бетонов, работающих в условиях повышенных температур в сочетании с воздействиями агрессивных сред и/или электромагнитных полей, с ограничением температуры эксплуатации конструкций и изделий из бетона с АКП значением температуры стеклования полимерной матрицы (полимерного связующего)

2.2. Изменение СП 164.1325800.2014 «Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования»: установлены новые правила назначения расчетного сопротивления растяжению полимерного композита для выполнения расчетов по прочности при действии длительных нагрузок новые зависимости для учета начального напряженно деформированного состояния конструкции при ее усилении правила учета неупругих свойств бетона растянутой зоны сечения усиленных композитными материалами конструкций при расчете момента трещинообразования.

Эти изменения повысят экономичность решений с применением композитных материалов и однозначно повысят привлекательность их применения при выполнении ремонтных работ по усилении железобетонных конструкций.

Необходимо для предотвращения трещинообразования бетонных полов:

Применять комбинированные технологии армирования. Так, например, значительных успехов можно достичь, комбинируя дорожную сетку ВР1 с композитной  стекловолоконной макрофиброй ECCOTEXX FIBRAMАХ и др.  либо без с сетки только микро и макро фибру.