Арматура (строительство)

Армату́ра — совокупность соединённых между собой элементов, которые при состыковке с бетоном в железобетонных сооружениях воспринимают растягивающие напряжения балки, а также могут использоваться для усиления бетона в сжатой зоне (колонны).

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). Арматурные стержни могут быть стальными (сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций^[1]), композитными, древесного происхождения (бамбуккар) и др.

Стандартные размеры согласно ГОСТ 34028-2016 «Прокат арматурный для железобетонных конструкций. Технические условия»:

• диаметр арматуры — 6—80 мм;
• площадь сечения — 0,283—50,27 см².

Арматура с периодическим профилем, предназначенная для армирования конструкций из железобетона, также бывает классов А500С и В500С. Параметры, характеристики, технология производства описаны в ГОСТ Р 52544-2006 «Прокат арматурный свариваемый периодического профиля классов А500С и В500С для армирования железобетонных конструкций. Технические условия». Стандартные размеры согласно ГОСТ 52544-2006:

• диаметр арматуры — 4—40 мм;
• площадь сечения — 0,12—12,566 см².

Дополнительные требования к размерам:

• наименьшая высота выступов рифления должна составлять от 0,065 части до 0,07 части номинального диаметра арматуры.
• шаг рифления (расстояние между выступами) должен составлять от 0,51 части до 0,86 части номинального диаметра арматуры.

Арматура изготавливается в мотках разной длины либо в стержнях, длина которых составляет 6—12 м.

Масса арматуры зависит от её номинального диаметра и длины. При расчётах веса используют среднюю плотность стали, которая составляет 7850 кг/м³.

Вес рассчитывается по формуле m = ρ×V, где ρ — средняя плотность стали, V — объём арматуры. Объём арматуры рассчитывается по формуле V = 3,14×R²×h, где R — радиус сечения, h — длина арматуры.

При номинальном диаметре профиля от 6 до 80 мм согласно ГОСТ 34028-2016 масса одного метра арматуры составляет от 0,222 до 39,460 кг.

Арматура различается по ряду признаков: по назначению, ориентации в конструкции, условиям применения, по виду материала, из которого арматура изготавливается. Также по сечению, разрушающей нагрузке и габаритам.

По назначению арматуру разделяют:

• рабочая арматура (сечение назначается по расчету, воспринимает усилия в элементах от основной нагрузки);
• конструктивная (распределительная) (сечение назначается по минимальному проценту армирования, воспринимает усадку/расширение, температуру воздействия, используется сортамент);
• монтажная (устанавливается для объединения рабочей и конструктивной в сетки и каркасы);
• анкерная (закладные детали).

Классификация арматуры по ориентации:

• поперечная — арматура, которая препятствует образованию наклонных трещин от возникающих скалывающих напряжений вблизи опор и связывает бетон сжатой зоны с арматурой в растянутой зоне;
• продольная — арматура, которая воспринимает растягивающие или сжимающие напряжения и препятствует образованию вертикальных трещин в растянутой зоне конструкции.

По условиям применения бывает напрягаемая и ненапрягаемая арматура. Напрягаемая арматура в предварительно напряжённых железобетонных конструкциях может быть только рабочей.

Арматура в зависимости от механических свойств делится на классы^[1]:

• А-I (А240);
• А-II (А300);
• А-III (А400);
• А-IV (А600);
• А-V (А800);
• А-VI (А1000).

Арматуру класса А-I (А240) делают гладкой, образцы остальных классов изготовляют с периодическим профилем.

Также широкое применения арматура А500С, не имеющая описанная в ГОСТ 34028-2016 и выпускаемая производителями по техническим условиям или стандартам организаций.

Арматура А-I (А240) — горячекатаная круглая сталь гладкого профиля. Для изготовления используют марок стали Ст3кп, Ст3пс и Ст3сп. Диаметр профиля — от 6 мм до 40 мм. Арматура диаметром до 12 мм изготавливается в мотках и прутках, большие диаметры изготавливаются только в прутках.

Арматура АIII (А400) представляет собой стальной профиль круглого сечения с рифлёной поверхностью. Профиль представляет собой металлический стержень, на поверхности которого равномерно распределены поперечные выступы, размещённые под наклоном по отношению к продольной оси стержня.

Арматура А3 изготавливается из конструкционной низколегированной стали марок 35ГС и 25Г2С с добавлением легирующих элементов. В качестве легирующих элементов используется марганец и кремний. Применения этих сталей позволяет применять арматуру в ответственных элементах железобетонных конструкций, в том числе предварительно напряжённых, которые являются ограниченно свариваемыми. Например, для стали 35ГС согласно СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции» запрещена дуговая сварка из-за снижения пластичности стали в местах сварки. Арматура, изготовленная из стали 35ГС, в СССР и в России до 2000-х годов, была основным видом арматуры для ЖБИ и при производстве работ методом монолитного железобетона.

Арматура из стали марки 25Г2С — стальной круглый профиль, имеющий рифлёную поверхность. За счёт большой концентрации легирующих элементов арматура имеет улучшенные механические характеристики и высокую степень свариваемости. В силу этого она применяется при создании несущих и вспомогательных конструкций и мостов с постоянной или переменной нагрузкой.

Арматура (А500) — высокопрочный стальной пруток, который характеризуется высокой прочностью и сильным сопротивлением деформации. Изготавливается из углеродистой стали, которая содержит такие легирующие элементы, как марганец, кремний и др., которые позволяют выдерживать большие нагрузки. Она широко используется в строительстве для укрепления бетонных конструкций, таких как фундаменты, стены, потолки и колонны. Обладает также повышенной устойчивостью к коррозии и другим внешним воздействиям.^[2]

Арматура А500С изготавливается из термомеханически упрочнённой стали.

Первые пробные партии арматуры А500С были изготовлены на Западно-Сибирском металлургическом комбинате в 1993 году. В 1994 году серийное производство было начато на Белорусском металлургическом комбинате, на комбинатах «Криворожсталь» и «Северсталь», в 1995 году — на Западно-Сибирском комбинате.

По мере накопления опыта использования арматура А500С стала применяться взамен арматуры класса А3 (А400).

Изначально изготавливалась по СТО АСЧМ 7-93. В 2006 году утверждён ГОСТ Р 52544 на термомеханически упрочнённую арматурную сталь класса А500С (горячекатаную) и В500С (холоднокатаную). Некоторые предприятия перестроили свои производства под более жёсткие требования ГОСТа, другие продолжали работу по СТО АСЧМ 7-93.

Арматура А500С следующие преимущества перед арматурой А400:

• изготавливается из более дешёвой углеродистой стали без использования легирующих элементов;
• за счёт термомеханического упрочнения имеет повышенный предел текучести (не менее 500 Н/мм²), что увеличивает прочность и гибкость одновременно;
• в отличие от рифления арматуры А3 (А400), профиль арматуры А500С не имеет точек пресечения продольных и поперечных рёбер, в которых могли бы образовываться усталостные трещины;
• обладает повышенной свариваемостью, что позволяет использовать дуговую сварку.

Один из отрицательных моментов перехода на всеобщее использование термомеханически упрочнённой арматурной стали стало сворачивание производства горячекатаных арматурных сталей, необходимых для армирования конструкций в сложных климатических и метеоусловиях условиях, например, в мостостроении или в зонах крайнего севера.

Арматура Ат800 — стальная горячекатаная рифлёная арматура, прошедшая после горячей прокатки на металлургическом стане термомеханическое упрочнение. Арматура может изготавливаться как с гладкой, так и с рифлёной поверхностью. При термомеханическом упрочнении арматуры применение прерывистого охлаждения вместо непрерывного позволяет повысить до 30 % пластические характеристики, усталостную прочность, коррозионную стойкость, сопротивляемость повторному нагреву при сохранении прочности.^[3]

Совместную работу арматуры и бетона обеспечивает сцепление их по поверхности контакта. Сцепление арматуры с бетоном зависит от прочности бетона, величины его усадки, возраста бетона и от формы сечения арматуры и вида её поверхности.

Возможны пять видов контакта арматуры с бетоном:

• соединения на связях сдвига;
• трение;
• сцепление (соединение с помощью бетонирования стального элемента арматуры);
• обжатие арматуры бетоном после его усадки;
• электрохимическое взаимодействие стальной арматуры и цементного раствора.

Если арматура была подвергнута предварительному натяжению, то её называют напрягаемой. Натяжение служит для увеличения прочности железобетонной конструкции путём предотвращения образования трещин, уменьшения прогибов и снижения собственной массы конструкции — поскольку по весу требуется значительно меньше арматуры.

В железобетонных изделиях, в основном, используются арматурные изделия, которые представляют собой соединённые между собой стержни арматурной стали. Основные способы соединения стержней — это электросварка, вязка проволокой. Вместо вязки проволокой используют специальные арматурные фиксаторы, изготовленные из пружинной стали. Газовая сварка, как правило, не применяется.

Основные виды арматурных изделий:

• плоские арматурные решётки (сетки);
• пространственные арматурные каркасы.

Надежное сцепление арматуры с бетоном создаётся тремя основными факторами^[4]:

• сопротивлением бетона усилиям смятия и среза, обусловленным выступами и другими неровностями на поверхности арматуры, то есть механическим зацеплением арматуры за бетон;
• силами трения, возникающими на поверхности арматуры благодаря обжатию арматурных стержней бетоном при его усадке;
• склеиванием (адгезией) поверхности арматуры с бетоном благодаря вязкости коллоидной массы цементного теста.

Наибольшее влияние на сцепление арматуры с бетоном оказывает первый фактор — он обеспечивает около 75 % от общей величины сцепления.

Существенное влияние на сцепление арматуры с бетоном оказывает седиментация твёрдых частиц и выжимание воды при твердении бетонной смеси. Это приводит, особенно в подвижных составах бетона, к тому, что сцепление арматуры с бетоном становится различным для стержней в направлении бетонирования и перпендикулярно ему в нижней или верхней частях сечения изделия, бетонируемого за один приём.

• Бетон
• Железобетон
• Предварительно напряжённый железобетон
• Композитная арматура
• Коррозия арматуры

• ГОСТ 31938-2012 «Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Общие технические условия».