Виды и классификация арматуры
В наше время армирование распространяется от монолитных построек, до железобетонных шпал.
Армирование представляет собой укрепление исходного материала от крутящих и растягивающихся нагрузок. Высокий модуль упругости передается на весь материал повышая его несущую способность. Арматура, используемая в составе железобетона, представляет собой набор отдельных металлических стержней, а также сваренные или связанные из них сетки, каркасы. Именно поэтому испытания арматуры и ее соединений являются неотъемлемой частью контроля качества при проектировании и строительстве железобетонных конструкций.
Металлические стержни для железобетонных конструкций классифицируется по степени прочности, которая определяет ее способность выдерживать нагрузку. Существуют три основных класса:
- A – стержневая для основного каркаса;
- Bp – проволочная для фиксации основных элементов между собой;
- K – канатная, применяется в промышленных условиях для изготовления железобетонных конструкций.
Далее следует обозначение цифрой: по советской маркировке от 1 до 6, где 6 – самая прочная, а по современной системе – от 240 до 1000, где 1000 – самая прочная. Чем выше число, тем прочнее арматурное изделие.
Также при выборе необходимо учитывать химический состав арматуры. Различают низколегированную конструкционную и углеродистую сталь. Количество содержащихся в них элементов влияет на конечное качество, например на прочность и способность к сопротивлению на излом, увеличение предела тягучести.
| Класс прочности (старая маркировка и ее эквивалент по европейским стандартам) | Марка стали | Предел текучести, МПа | Диаметр круга, мм | Описание |
|---|---|---|---|---|
| A-I (A240) | Углеродистая | 240 | 4-40 | Гладкая |
| A-II (A300) | Низколегированная | 300 | 10-80 | Рифленая, выпускается в виде стержня или проволоки, свернутой в бухту |
| A-III (A400) | Легированная | 400 | 6-40 | Ребристая арматурная для фундамента |
| A-IV (A600) | Низколегированная холоднокатанная | 600 | 6-40 | Рифленая серповидная, для сварного каркаса железобетонных изделий |
| A-V (A800) | Низколегированная | 800 | 6-40 | Ребристая, для сварки каркаса в ЖБИ |
| A-VI (A1000) | Низколегированная | 1000 | 6-32 | Рифленая, для сварных работ |
Помимо состава, на качество арматуры влияет и ее профиль.
Гладкая арматура производится из проволоки или стержней с гладкой поверхностью и применяется для армирования конструкций с низкой степенью напряжения.
Рифленая арматура, оснащена продольными выступами (рифление), которое обеспечивает значительное увеличение сцепления с бетоном, что способствует повышению прочности конструкции. Является наиболее распространенным типом, применяемым в строительстве.
Канат стальной арматурный представляет собой многопроволочный канат, изготовленный из высокопрочной стальной проволоки. Он обладает повышенной прочностью и устойчивостью к растяжению, используется для армирования конструкций, где требуется высокая прочность и устойчивость к динамическим нагрузкам, например, при строительстве мостов, высотных зданий или сооружений, подверженных вибрации (ГОСТ Р 53772-2010 «Канаты стальные арматурные. Семипроволочные стабилизированные»).
Рисунок 1. Виды ребер арматур
Кольцевой (рис.1а) вид ребер самый востребованный на отечественном рынке.
Серповидный (рис.1б) широко применяется в Европе, встречается и у отечественных представителей.
Смешанный (рис.1с) вариант внедрен в классе А500 относительно недавно, его форма способствует более эффективному сцеплению с бетоном, что значительно повышает жесткость конструкции в целом.
Качество соединений стальной арматуры, особенно при необходимости её наращивания по длине, во многом определяет трудоёмкость изготовления монолитных железобетонных конструкций. Механическое соединение арматуры позволяет повысить производительность и скорость бетонных работ, обеспечивая при этом равнопрочность стыков.
Существуют три основных способа соединения арматуры:
Рисунок 2. Виды соединений арматуры без сварки
1. Соединение внахлест без сварки.
Самый простой и доступный способ, где два стержня укладываются внахлест с определенной длиной перекрытия. Длина нахлеста зависит от диаметра арматуры и класса бетона (определяется по СНиП 52-01-2003). Прочность такого соединения зависит от качественных характеристик арматуры и длины нахлеста.
Испытания производят по следующим ГОСТам:
- ГОСТ 10922-2012 «Арматурные и закладные изделия, их сварные, вязаные и механические соединения для железобетонных конструкций. Общие технические условия». Регламентирует требования к стыкам арматуры, включая стыки внахлест без сварки. В нем указаны методы контроля качества вязки (визуальный контроль, проверка длины нахлеста), но не описаны конкретные методы испытаний на прочность.
- ГОСТ 5781-82, ГОСТ 12004-81, ГОСТ 6996-66 и ГОСТ Р 57997-2017 устанавливают требования к прочности и качеству арматурной стали. Эти стандарты определяют методы испытаний на растяжение, изгиб и ударную вязкость, что необходимо учитывать при определении допустимой нагрузки на соединение внахлест.
- СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» описывает правила вязки арматуры внахлест, указаны минимальные длины в зависимости от диаметра арматуры и класса бетона. В СНиПе также проводятся расчеты прочности вязки внахлест с учетом характеристик арматуры и бетона.
2. Сварное соединение.
Надежный и прочный способ соединения. Сварка обеспечивает монолитность конструкции, но требует специального оборудования и квалифицированных сварщиков. Прочность шва зависит от качества сварки и от свойств арматурной стали.
Рисунок 3. Типы сварных швов
Регламентируется следующими ГОСТами:
- ГОСТ 14098-91 «Соединения сварные стальные. Методы испытаний» устанавливает следующие методы испытаний сварных швов: на статическое растяжение (определение пределов прочности шва при растягивающей нагрузке), на изгиб (проведение проверок способности соединения выдерживать изгибающие нагрузки), на ударную вязкость (определение способности шва противостоять хрупкому разрушению при ударной нагрузке).
- ГОСТ 14771-76, ГОСТ 14095-91 Описывают методы контроля качества сварных швов. Проводятся визуальные и неразрушающие методы контроля (рентгеновский контроль, ультразвуковой контроль).
- ГОСТ 10922-2012 «Арматурные и закладные изделия, их сварные, вязаные и механические соединения для железобетонных конструкций. Общие технические условия» устанавливает методы испытаний сварки каркаса, в том числе на изгиб, растяжение и ударную вязкость.
3. Муфтовое соединение.
Рисунок 4. Виды муфтовых соединений
Современный, передовой и удобный способ соединения. Используются специальные муфты, которые обеспечивают прочное и надежное соединение. Муфты бывают разных типов и размеров, что позволяет выбрать оптимальный вариант для конкретного случая. При стыковке стержней разного диаметра можно подобрать различные виды муфт:
- Резьбовые, за счет стыковочного цилиндра с внутренней конической или цилиндрической резьбой, связывает торцы, где уже выполнена резьба такого же профиля;
- Опрессованные, когда торцы профилей соединяются стальным цилиндром, обжатым гидравлическим прессом, вследствие чего металл, из которого он изготовлен, вдавливается между ребрами периодического профиля;
- Винтовые, где внутри нарезан винтовой периодический профиль, аналогичный арматурному, а также контргайками, накрученными на стальные стержни;
- Болтовые, где фиксация происходит за счет болтов, вкрученных через стенку муфты в тело профиля, а их количество зависит от величины усилия, воспринимаемого соединением.
Технические решения и их характеристики регламентируются следующими государственными стандартами:
- ГОСТ 31360-2008 «Соединительные муфты для стальной арматуры. Технические условия» устанавливает требования к муфтам для скрепления арматурных стержней, включая их конструкцию, прочность, надежность, способ установки. Проводятся испытания муфты на растяжение и изгиб.
- ГОСТ 31361-2008, ГОСТ 14098-91 регламентируют методы испытаний на растяжение, изгиб и ударную вязкость.
Механическое армирование, используемое в возведении монолитных железобетонных конструкций зданий и сооружений различного значения, также подвергаются температурным изменениям. Оказываемое влияние на арматуру и ее соединений регламентирует ГОСТ Р 70520-2022 «Арматура для железобетонных конструкций. Методы определения механических свойств при высоких температурах».
Оборудование для испытаний арматуры и ее соединений
Рисунок 5. Универсальная испытательная машина МИМ.4
Важно отметить, что проверка механических свойств зависит от ГОСТа, типа арматуры, способа соединения и назначения конкретной конструкции. Универсальная испытательная машина серии МИМ с СТИ поставляемая компанией ООО «ГОСТ», представляет собой высокоточное оборудование, способное проводить испытания арматурной стали на сжатие, растяжение, изгиб, на сдвиг. Система СТИ (Система Теплового Испытания) позволяет выполнить испытания арматуры при высоких температурах, что соответствует требованиям ГОСТ Р 70520-2022. Индивидуально подобранные оснастки повышают точность измерительных датчиков.
Рисунок 6. Двухстоечный маятниковый копер МИК
Двухстоечный маятниковый копёр МИК предоставляет возможность определить и проанализировать свойства арматурной стали при воздействии на ударную нагрузку (способность соединений противостоять хрупкому разрушению).
Результаты испытаний арматуры и ее соединений на специализированном оборудовании дают гарантии соответствия заявленным характеристикам и стандартам качества. Это снижает риски дефектов и необходимости дополнительных работ по исправлению несоответствий, а также сокращает затраты на строительство и эксплуатацию зданий.