Армирование фундамента неотъемлемая чать работ при устройстве бетонного фундамента. Чтобы разобраться в необходимости армирования фундамента, нужно начать понять что такое железобетон, и почему данный материал применяется повсеместно. Когда и кто придумал железобетон? Да кто ж знает. Оборотная сторона информационной свободы – это ее беспредел. Существует ли объективная история - вот вопрос… Вот пишут, что железобетон придумал один парижский садовник. Догадался в раствор цемента проволочную сетку засунуть, а вышло-то… вышла кадка для цветов.
Железобетон был и до настоящего времени остается основным материалом современной стройки.
Долговечен, не горит, со временем только прочнеет. Принимает любую форму. Составляющие – повсеместны. Песок, щебень, цемент и металл.
Но принцип работы, или почему стали возможны эти чудеса – состоит в совместной работе абсолютно разных материалов – камня и металла. Сталь может удлиняться без разрывов до 20 мм, выдерживая при этом всю приложенную нагрузку, а неармированный бетон лопнет, если его растянуть всего на 0,3 мм. Железобетон выдерживает и сжатие, и растяжение, при условии, что он работает как единое целое.
Условия для получения качественного железобетона
1. Прописные истины: бетон держит нагрузку сжатия, а арматура – растяжения.
Например, мы армируем ленту фундамента для дома. Под нагрузкой верхняя часть ленты будет сжата, средняя – почти не испытывает действия нагрузки, а нижняя – будет растянута. В случае, если давления от морозного пучения грунта превысят нагрузку от веса дома, растянутой может оказаться верхняя, а не нижняя часть ленты.
Вывод: тип армирования зависит от вида, назначения и формы конструкции, и от нагрузок, которые испытывает эта конструкция.
Вся арматура, заложенная в бетон, составляет единый скелет, или армокаркас. Армирование отдельными стержнями тоже применяется, но это более редкий случай.
Арматура, составляющая каркас, условно делится на рабочую и конструктивную. Рабочая, или продольная, расположена в зоне приложения сил и несет нагрузку, конструктивная, или поперечная – несет часть нагрузок и объединяет все стержни в скелет.
2. Сцепление арматуры и бетона. Железобетон работает как единый материал только при условии обеспечения сцепления.
Сцепление – это непрерывная связь бетона и арматурной стали по всей поверхности их контакта. Оно должно обеспечить передачу усилий «арматура – бетон» и «бетон-арматура» при нагружении вплоть до разрушения ж/б элемента. Сцепление предотвращает раскрытие трещин. Если нет сцепления, нет и железобетона как композитного материала.
Как обеспечить сцепление?
- применять правильную арматуру. Одна из главных характеристик арматурной стали - профиль. Стержни гладкого профиля в качестве несущих рабочих не применяются, это запрещено строительными нормами. Применяются только стержни периодического профиля, двух типов – кольцевого и серповидного. Серповидный тип профиля может быть двух- и четырехсторонний, причем арматура первого типа сильно уступает в прочности и жесткости сцепления с бетоном из-за увеличенного шага поперечных ребер на поверхности стержня. Арматура с кольцевым профилем даст лучшее сцепление, а значит и большую прочность конструкции. Выбор однозначен – для несущих стержней брать только периодичку с кольцевым или серповидным четырехсторонним профилем.
- сцепление с бетоном может дать только чистая арматура. Варианты анекдотов про окраску арматуры на стройке «чтобы это ржавое безобразие не попалось проверяющему на глаза», наверное, никогда не устареют. После окраски любой краской, кроме специальной эпоксидной, снижающей адгезию к бетону лишь незначительно и применяющейся для замедления коррозии, арматура в бетон не годится. Особенно если краска была масляная.
На самом деле слой ржавчины на поверхности арматуры только усилит силу сцепления с бетоном. Если это поверхностный слой! Смочить армокаркас за пару дней перед заливкой бетона – нормальная практика опытных строителей. Исследования проводились, и доказано, что цементный гель при гидратации склеивается с ржавой поверхностью металла сильнее. Но отслаивающуюся ржавчину необходимо удалять металлической щеткой.
Любая грязь, пыль, мусор, снег и лед, солидол, масла и тому подобное на поверхности армокаркаса перед заливкой бетоном – гарантия того, что полученная конструкция проектной прочности не даст, и последствиями будут трещины и разломы, вплоть до потери несущей способности и разрушения. Если эта конструкция – фундамент, то даже шутить на эту тему жутковато. Особенно опасны масла, их необходимо удалять с поверхности арматуры.
3. Защитный слой бетона. Конфигурация и расположение армокаркаса в ж/б элементе должны выполнять две задачи. Во-первых, обеспечить рабочее сечение арматуры по максимуму, для чего несущие стержни надо разместить как можно ближе к граням элемента. Во - вторых, защитить арматуру от воздействия влаги и кислорода воздуха, под действием которых арматура подвергается коррозии и теряет прочность. Защитный слой бетона строго нормируется. Например, арматура нижнего яруса фундамента должна быть расположена не менее чем на 70 мм от грани подошвы, если внизу – грунт. В случае, если внизу бетонная подготовка – не менее, чем на 35 мм.
Неровности опалубки, выступы крепежных элементов, смещения дополнительных отгибов или хомутов и т.д. допускать нельзя, если это снижает толщину защитного слоя.
Также необходимо обеспечить изоляцию поверхности бетона от влаги, других жидкостей, газов и твердых химически агрессивных агентов, это требование строительных норм. Если в результате капиллярного подсоса жидкости при замораживании бетона разрушится защитный слой, то коррозия арматуры будет протекать быстро. Конечно, механическое и любое другое повреждение защитного слоя также приведет к коррозии.
4. Минимальные расстояния между стержнями. Если стержни расположены группами, эти проектные расстояния нужно выдержать очень строго, и учесть при этом крупность заполнителя. Только так можно эффективно уплотнить бетонную смесь штыковкой и вибратором и избежать некачественного обволакивания арматурных стержней окружающим бетоном.
Кроме того, нельзя смещать стержни каркаса от проектного положения, это приведет к уменьшению армированного сечения за счет неравномерности. Допуски смещения стержней должны быть не более 10 мм.
5. Хладостойкость. Свариваемость. Хрупкое разрушение арматуры при низких температурах, в том числе возникающее от локальных сварных соединений, ведет к нарушению работы конструкции. Наиболее склонна к хладноломкости часто применяемая А-3(А400) из стали марки 35ГС, особенно если каркас собирали способом дуговой сварки, в том числе применяли монтажные прихватки. Это приводит к хрупкому разрушению каркаса.
Применить более современную термоупрочненную арматуру А500С практичнее, это позволит снизить расходы примерно на 8-10%, за счет уменьшения диаметра. Закреплять эту арматуру сваркой можно, это не приведет к местным ослаблениям структуры металла, излому и трещинам бетона под нагрузкой. Арматуру, в обозначении которой нет литеры С, сваркой соединять нельзя, а только нахлестом и анкеровкой.
6. Сгибы арматуры. Слишком крутой изгиб арматуры приведет к появлению трещин разрыва в бетоне, а для сохранения прочности самой арматуры важно, чтобы диаметр изгиба был не меньше шести диаметров стержня при холодном гнутье. Поэтому форму и вид запроектированных гнутых элементов каркаса – лапок, хомутов и пр. изменять нельзя.
7. Соединение стержней. Соединяют арматуру для того, чтобы обеспечить целостность контура армирования в растянутых зонах. Минимум два таких контура, не имеющих разрывов, должна иметь конструкция согласно требованиям норм. Если арматуру можно сваривать, то сварку выполняют с нахлестом не менее десяти диаметров стержня, диметр которого в соединении наибольший. Если соединяют анкеровкой, без сварки, то длина нахлеста минимум 30 диаметров. Длина нахлеста зависит от того, в растянутой или сжатой зоне работает стержень, от класса бетона, от крупности заполнителя, и еще от многих факторов. Нахлест лучше сделать больше, экономия здесь не нужна.
Причем соединять внахлест вовсе не значит, что стержни нужно фиксировать вплотную. Бетон должен обволакивать все стержни.
8. Углы, примыкания, сопряжения. Частая ошибка – армировать эти зоны, просто связав проволокой перекрещенные концы арматуры. Это не анкеровка, а по сути разрыв арматурного контура и ослабление сечения. Как результат – ростверк или лента перестанет составлять цельный монолит и будет работать как система отдельных балочек, а это совсем другой расчет, и наименьшими следствиями будут трещины в этих углах и примыканиях. Похуже – сколы слоев по ширине, а дальше разрушение. Без применения проектных гнутых анкерных элементов – хомутов, отгибов, лапок и т.п. получить прочный ленточный фундамент или ростверк невозможно.
9. Исключить посторонние включения. Очень прочные стальные рельсы, трубы, сетки рабица, тросы и тому подобное способны убить несущую способность изготовляемой конструкции, поскольку не входят в скелет, а являются инородными включениями. Даже если ухитриться и уложить их правильно. Например, рельс, уложенный в растянутой зоне, не будет помогать бетону просто потому, что он гладкий, и сцепления с бетоном не получится. Алюминий и его сплавы способны разрушить бетон в результате определенных химических реакций.
Все вкратце изложенное составляет очень малую часть того, что нужно знать, чтобы построить надежный и прочный фундамент. Восстановление фундамента, переставшего быть опорой дому в результате ошибок в армировании, слишком дорого, да и не всегда возможно. Конструированием должны заниматься специалисты. Но ведь никто не запрещает индивидуальному застройщику руководствоваться в работе правилами строительных норм и специальной литературой, а разобраться можно – при желании!
