Бетон, как и любой каменный материал, хорошо работая на сжатие, очень слабо противостоит растягивающим усилиям. Воспринимать эти усилия призвана металлическая арматура, которую устанавливают в бетонные конструкции и из-за наличия которой они получили название железобетонных.

Имея определенные сечения и объем, бетонные элементы в каждой своей точке испытывают самые разнообразные напряжения. Причем, поскольку условия нагружения изменяются, эти напряжения могут также меняться, т. е. вместо сжимающих становиться растягивающими и наоборот.

Поэтому в таких конструкциях, как балки, арки, плиты, фундаменты, фермы и т.д. применяют объемное армирование, а арматуру изготовляют в виде сварных или вязаных пространственных арматурных каркасов. Таким образом, арматура – это совокупность стальных (или из другого материала) стержней, располагаемых в толще бетона для повышения его несущей способности.

Арматура может быть любого сечения в зависимости от назначения и типа конструкции. Принято разделение арматуры на гибкую и жесткую. К гибкой арматуре относят стержневую сталь круглого, гладкого и периодического профиля, а также арматурную проволоку; жесткую арматуру, как правило, выполняют из прокатных профилей (швеллеры, двутавры, уголки и т.д.).

В зависимости от назначения арматуру разделяют на рабочую, устанавливаемую по расчету и предназначенную для восприятия расчетных нагрузок в бетонном элементе; распределительную, которая служит для равномерного распределения усилий между отдельными стержнями рабочей арматуры и обеспечивает их совместную работу; монтажную для сборки отдельных стержней и других элементов в арматурный каркас. Арматуру, устанавливаемую в продольном направлении элементов, называют продольной, в поперечном направлении – поперечной. Поперечную арматуру иногда называют хомутами. Они служат для восприятия поперечных и перерезывающих сил и образования пространственных каркасов.

В зависимости от состояния арматуры в конструкции во время ее работы без нагрузок различают арматуру обычную или ненапрягаемую и предварительно напряженную. Обычную арматуру устанавливают до укладки бетонной смеси вручную или с помощью кранов. Предварительно напряженную арматуру могут устанавливать как до начала, так и после окончания бетонирования конструкции, когда бетон приобретет проектную прочность.

В настоящее время большую часть работ по изготовлению арматуры для железобетонных монолитных конструкций переносят в заводские уеловия, а на стройплощадку доставляют готовую арматуру – изогнутую, сваренную и нарезанную по размерам в соответствии с заявленной от потребителя спецификацией.

Арматурная сталь

Для армирования железобетонных монолитных конструкций применяют стальную арматуру двух видов: горячекатаную стержневую диаметром 6… 80 мм и холоднотянутую проволочную диаметром 2,5… 8 мм. В зависимости от механических свойств арматурную сталь разделяют на марки и классы. В строительстве принято обозначать сталь классами в соответствии с ее пределом текучести или временным сопротивлением разрыву, начиная от класса A – I и кончая классом A – VII.

Сталь класса A – I имеет гладкий круглый профиль, самый низкий предел текучести и предел прочности при разрыве. Эту сталь в качестве рабочей арматуры, как правило, не применяют, а используют для изготовления монтажных петель, хомутов, монтажной и распределительной арматуры. Сталь обладает повышенной вязкостью при разрушении и поэтому большей надежностью.

Сталь класса А – П имеет круглый профиль с рифлением по винтовой образующей. Временное сопротивление разрыву этой стали составляет около 500 МПа, а предел текучести – 300 МПа. Ее применяют для изготовления только ненапрягаемой рабочей арматуры и хомутов. К этому же классу относят и горячекатаную сталь, упрочненную вытяжкой, которую обозначают как А – Пв. Предел текучести стали А – Ив в 1,5 раза выше, чем у неупрочненной стали.

Самое широкое распространение для изготовления ненапрягаемой рабочей арматуры получила сталь класса А – Ш, которая отличается от стали класса А – И тем, что имеет рифление в виде елочки. Диаметр стали составляет 6… 40 мм, предел прочности на разрыв – 600 МПа, предел текучести – 400 МПа. Эта сталь, так же, как и сталь класса А – Пв, может быть упрочнена вытяжкой (А – Шв) и тогда ее предел текучести повышается до 550 МПа. Такую сталь можно применять и для изготовления предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Виды арматурной стали: а – стержневая и проволочная; 6 – канаты; 1 – проволока класса A – I; 2 – стержни класса А – П; 3—стержни класса А – Ш и выше; 4 – проволока класса Вр – И; 5 – канат из двух девятнадцатипроволочных прядей; 6 – канат из двух семипроволочных прядей

Для изготовления ненапрягаемой арматуры широко используют также холоднотянутую арматурную проволоку из стали класса B – I диаметром 3… 8 мм.

Напрягаемую арматуру изготовляют из стали более высокой прочности – классов A – IV… А – VII. Эту, сталь, как правило, термически упрочняют, т. е. подвергают нагреву и отпуску при определенной температуре, что повышает предел текучести материала. Для обозначения термически упрочненной стали используют те же индексы, но с буквой «т». Например, сталь класса Ат – IV, сталь класса Ат – V. Арматура из стали этих классов имеет, как и из стали класса А – Ш, рифление в виде елочки с двумя продольными ребрами. Поэтому для отличия применяют различную окраску торцов стержней: из стали класса Ат – IV – красную, Ат – V – синюю, At – VI – зеленую, At – VII – желтую.

Для изготовления напрягаемой арматуры используют также высокопрочную арматурную проволоку из стали класса В – П, имеющую гладкое круглое сечение, и из стали класса Вр – П, имеющую рифление; кроме того, используют стальные канаты.

Арматурную проволоку диаметром до 10 мм поставляют на стройплощадку в мотках или бухтах массой 80… 200 кг; стержни – в пучках массой до 5 т. Бухта или пучки должны быть снабжены биркой с указанием марки стали и ее паспортных данных. Арматуру хранят под навесами разобранной по маркам стали и диаметрам, профилям, партиям.

При выборе арматурной стали следует помнить, что сталь более высоких классов может быть использована взамен стали низшего класса при одном и том же диаметре стержней. Обратная замена не допускается. Проволоку и стержни, имеющие соответственно классы В – 1 и А – 1, заменять сталью периодического профиля при изготовлении монтажных петель запрещено.

Схема изгиба стержней на ручном станке

а – начальное положение; б – после загиба; 1 – упорный палец; 2 – арматурный стержень; 3 – центральный ролик; 4 – гибочный ролик; 5 – рычаг; 6 – верстак

Заготовка арматуры на стройке

Арматура обычно поступает на стройку уже нарезанная, очищенная и загнутая в соответствии со спецификацией заказчика имеющая сертификат. И все же иногда возникает необходимость в изготовлении определенных недостающих элементов.

Для заготовки арматуры требуется прежде всего подобрать стержни или проволоку с необходимыми диаметром и характеристиками, что можно определить по конфигурации поверхности. Заготовки очищают от окалины, ржавчины и грязи металлическими щетками; затем с помощью зубила и молотка, а если имеется возможность, с помощью механических ножниц или дуговой сварки нарезают стержни необходимой длины. Следует помнить, что пользоваться электросварочным аппаратом студентам, не имеющим квалификации сварщика, запрещено, поэтому нарезать стержни должен квалифицированный рабочий.

Нарезанные стержни размечают мелом по длине и загибают, для чего в простейшем случае используют различные приспособления (трубы, прорези, уголки с отверстиями и т.д.). Однако лучше, особенно если предполагается заготовить большое число стержней, использовать гибочный станок, который несложно изготовить в условиях стройплощадки.