5.3 Арматурные работы
Арматура ж/б размещается в бетоне в соответствии с характером работы конструкции под нагрузкой. И располагается главным образом в частях конструкции, испытывающих растяжение. Площадь поперечного сечения арматуры определяется расчетом в зависимости от величины усилий.
Продольные стержни арматуры, воспринимающие растягивающие усилия (а иногда и сжимающие), называются рабочей арматурой. Помимо рабочей арматуры в конструкциях располагается распределительная арматура и монтажная.
Все стержни арматуры, скрепленные сваркой (иногда вязальной проволокой), образуют арматурный каркас.
Арматурные работы состоят из следующих процессов:
Заготовки арматуры, т.е. изготовления из арматурной стали отельных стержней по форме и размерам, указанным в чертеже;
Изготовлении арматурных сеток и каркасов путем сварки (или связки) их из заготовленных стержней;
Установки арматуры в опалубку с приданием ей проектного положения;
Изготовление арматуры производится преимущественно на арматурных заводах или в арматурных цехах заводов ж/б конструкций с максимальной механизацией рабочих процессов, обеспечивающих высокую производительность и надлежащее качество работ. В целях индустриализации арматурных работ на площадке арм. изделия поставляют и монтируют укрупненными элементами в виде плоских и пространственных каркасов и сеток (рис. 5.17). После укладки в опалубку их соединяют между собой электросваркой. В исключительных случаях (при малых объемах работ) допускается соединение стержней арматуры при помощи вязальной проволоки, т.е. вязка арматуры. При возведении сооружений с жесткими арматурными каркасами сначала монтируют каркасы, а затем к ним крепят опалубочные щиты.
Рис. 5.17 Примеры арматурных элементов:
а - сетка плоская; б, в - плоские каркасы; г - пространственный каркас; д - каркас таврового сечения;
е - то же двутаврового сечения; ж - гнутый каркас; з - цилиндрический каркас;
и - каркас вязаный с отогнутыми стержнями;
1 - концевые крюки; 2 - нижние рабочие стержни; 3 - рабочие стержни с отгибами; 4 - хомуты
Каркасы из жесткой арматуры используют довольно редко (в основном при возведении многоэтажных зданий). Каркасы из жесткой арматуры освобождают от устройства лесов, т.к. сами воспринимают нагрузку от подвесной опалубки и веса свежеуложенного бетона.
Арматурная сталь характеризуется двумя основными показателями: пределом текучести и пределом прочности. Предел текучести – максимальное растягивающее напряжение, при котором сталь начинает течь, т.е. удлиняется без дальнейшего приложения нагрузки; пределом прочности называется максимальное напряжение, при котором сталь разрывается. Арматурная сталь делится в зависимости от механических качеств на 4 класса: A-I; А-П; A-III; A-IV
А-1 - круглая гладкая (СтЗ); А-П - периодического профиля (Ст5); А-Ш -периодического профиля (25Г2С или 35ГС); A-IV - периодического профиля (30ХГ2С). А-П имеет выступы по винтовой линии; А-Ш - елочкой.
Госты строго регламентируют и такие требования к арматурной стали, как удлинение при разрыве, химический состав и т.п. Так как, например, от химического состава стали зависит ее свариваемость, имеющая большое практическое значение для арматуры ж/б конструкций. Арматурная сталь выпускается диаметром 3-90 мм (для гидротехнических сооружений больше 90мм) и подразделяется на две группы: стержневую (от 6 и выше) и проволочную (от З до 8мм).
Стержневая арматура в свою очередь делится на: горячекатаную, которая не подвергается после проката упрочняющей обработке; термически упрочненную, которая подвергается после проката упрочняющей обработке; упрочненную вытяжкой, подвергающуюся после проката упрочнению вытяжкой в холодном состоянии.
Стержневая арматура прокатывается гладкого и периодического профиля, т.е. с часто расположенными выступами. В качестве рабочей арматуры обычно используют стержни периодического профиля. Гладкие стержни применяют главным образом в качестве монтажной арматуры. Горячекатаная сталь периодического профиля изготавливается диаметром 10мм и более. При применении стержней периодического профиля снижается расход арматурной стали на 25-30% по сравнению с гладкой арматурой.
Проволочная арматура - холоднотянутая круглая подразделяется на проволоку и проволочные изделия; проволока выпускается обыкновенная для ненапрягаемой арматуры и высокопрочная для напрягаемой арматуры.
Арматурная сталь для железобетонных конструкций должна иметь заводской сертификат (паспорт) с указанием марки и номера ГОСТа. При отсутствии сертификата сталь перед употреблением испытывают на растяжение в холодном состоянии, а сталь, предназначенную для сварки, - также на свариваемость в соответствии с требованиями стандартов.
В среднем для обычных железобетонных конструкций расходуется около 75кг арматурной стали на 1м3 изделия. При огромных объемах работ в Советском Союзе экономия арматурной стали, имеет важное значение. Чем выше предел прочности, тем меньше расходуется стали. Поэтому применение высокопрочных сталей дает значительную экономию металла. Повышая предел текучести стали, т.е. приближая его к пределу прочности, можно добиться уменьшение расхода арматурной стали, работающей в ж/б конструкциях в основном на растяжение. Чтобы повысить предел текучести, горячекатаную арматуру подвергают холодной обработке: волочению, холодному сплющиванию и силовой калибровке.
Волочение применяют при упрочнении проволоки диаметром не более 10мм. Процесс состоит в протягивании проволоки через конусообразное отверстие в стальной плите, выходная часть которого меньше, чем входная. После нескольких протяжек через последовательно уменьшающиеся отверстия диаметр проволоки уменьшается, а прочность повышается на 20-25%. Стальная проволока, подвергнутая волочению, называется холоднотянутой.
Холодному сплющиванию подвергают на специальных станках круглую сталь. В результате на поверхности стали образуются вмятины в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Предел текучести холодносплющенной арматуры повышается на 30-40%, в результате чего снижается расход стали на 20-25%.
Силовая калибровка состоит, в растяжении арматурной стали на специальной установке. Калибровке подвергают арматурную сталь диаметром 6 -12мм, поставляемую в бухтах. Предел текучести стали в результате силовой калибровки повышается на 20-25%.
Виды арматуры. Арматура железобетонных конструкции состоит из рабочих, распределительных и монтажных стержней и хомутов. Рабочие стержни воспринимают усилия, которые возникают в ж/б конструкциях. Они могут быть гнутые с крюками по концам или прямые без крюков. Это обычно у вязаных каркасов и сеток. В сварных каркасах и сетках гладкие стержни применяют без крюков. Стержни из стали периодического профиля во всех случаях делают без крюков.
Из арматурных стержней - сетки, плоские и пространственные каркасы. Сетки - для армирования плит перекрытия, сводов-оболочек и тонких стенок. Сварные сетки изготовляют из арматуры диаметром 3-10мм с ячейками размером от 50*100 до 150*200мм. Сетки - плоские и рулонные. Отдельные стержни сетки в местах пересечения соединяют точечной электросваркой. Сетки из стержней большого диаметра сваривают при помощи электродуговой сварки.
Плоские каркасы - с параллельными верхними и нижними поясами рабочей арматуры, соединенными вертикальными или наклонными стержнями (хомутами). Плоские каркасы надежно заанкериваются в бетоне, благодаря сварным пересечениям стержней, чем обеспечивается прочное соединение арматуры с бетоном. Плоские каркасы используют для армирования главным образом балок, прогонов, ригелей.
Пространственные каркасы составляют из плоских, соединенных монтажными стержнями.
Технология изготовления арматуры. Сталь для изготовления арматуры должна иметь чистую поверхность, без окалин и ржавчины, следов масла, краски и других загрязнений. Заводы и цеха по изготовлению арматуры, как правило, состоят из заготовительного отделения, отделение сборки и сварки сеток и каркасов.
Технологический процесс изготовления каркасов: со склада на очистку, выпрямление, зачистку контактных поверхностей; стыковая сварка (в длинные прутки); резка на стержни заданной длины; гибка (в гибочном отделении); изготовление каркасов и на склад готовой продукции. Все операции, в том числе по перемещению и перегрузке арматуры и арматурных конструкций, как правило, механизированы и автоматизированы.
Арматурные сетки и каркасы свариваются контактной точечной сваркой в местах, указанных проектом. Сварные узлы сеток и каркасов испытывают на прочность.
Отклонения в размерах сеток и каркасов, а также в положениях отдельных стержней не должны превышать: при диаметре стержней не более 16мм - по длине изделия +/-10мм, по ширине -/+5мм; при диаметре стержней 18-40мм - по длине +/-10мм, по ширине +/-10мм; отклонения в расстояниях между хомутами и в размерах ячеек сварных сеток +/-10мм.
Сварка арматуры. Основным методом соединения арматурных стержней при изготовлении сеток и каркасов является электросварка. Она снижает стоимость и трудоемкость арматурных работ, повышает качество сеток и каркасов (сварные каркасы обладают большей жесткостью, что повышает качество ж/б конструкций) по сравнению с вязаными каркасами.
Существуют: контактная электросварка, которая подразделяется на стыковую и точечную, и электродуговая электросварка.
Стержни арматуры периодического профиля рекомендуется сваривать встык, стержни холодносплющенной арматуры - с накладками, а горячекатаной (гладкой) - в нахлестку или с накладками.
Контактная стыковая электросварка применяется для соединения по длине арматурных стержней из горячекатаных сталей. При контактной стыковой сварке стержни специальным устройством с силой прижимают один к другому, замыкается электрическая цепь, проходит ток большой силы, в месте соприкосновения стержни разогреваются и соединяются. Сварные стыки (качественные) равнопрочны цельным сечениям стержней и поэтому стыки могут располагаться в любом месте.
При контактной точечной электросварке место пересечения стержней зажимают между электродами сварочного аппарата и включают ток. Стержни в месте контакта плавятся и соединяются между собой. Точечная сварка применяется при изготовлении плоских сеток и каркасов.
Для получения высококачественной сварки необходимо тщательно очистить места соединения стержней.
Электродуговая сварка применяется, как правило, при изготовлении сложных арматурных каркасов из стержней больших диаметров, для соединения стержней в нахлестку и соединении их сортовым металлом, а также для соединения сеток и плоских каркасов в пространственные каркасы. Электродуговая сварка более трудоемка, чем контактная. Она не пригодна для сварки стержней малых диаметров (4-6мм), т.к. возникает опасность пережога стержней.
Приемку арматуры производят на месте изготовления, для чего ее сортируют по партиям, состоящим каждая из 100т каркасов или сеток. От каждой партии отбираются образцы для внешнего осмотра (не менее 5 изделий) и для испытания прочности сварных соединений (три образца или узла). Допускаемые отклонения размеров арматуры от проектных и допускаемые дефекты сварных соединений нормированы.
Арматурные работы. Арматурные работы на строительной площадке заключаются, как правило, в установке готовых каркасов, укладке сеток, изготовленных на заводе, и в отдельных случаях - в сборке каркасов и сеток из арматурных стержней. Транспортирование арматурных каркасов и сеток может производиться любым транспортным средством. Размеры транспортных средств и перевозимых сеток и каркасов должны быть взаимосвязаны. Транспортируют на строительную площадку, как правило, сетки и плоские каркасы. Соединение плоских каркасов в пространственные производятся на строительной площадке, на специально отведенных местах - так называемых площадках укрупнительной сборки арматуры.
Монтаж арматуры, как правило, производят укрупненными элементами в такой последовательности, при которой ранее уложенные элементы не затрудняют установку последующих. Установка арматурных каркасов в опалубку допускается только после проверки и приемки опалубки. Контроль правильности установки арматуры производят путем наружного осмотра. Одновременно проверяют соответствие размеров арматуры проектным. Приемка смонтированной арматуры оформляется актом с указанием оценки качества выполненных работ. Если железобетонные конструкции будут работать в агрессивной среде, то прилагается акт о приемке работ по антикоррозийной защите арматуры.
Монтаж арматурных каркасов производят по чертежам. Сварные сетки и каркасы при установке в опалубку стыкуют, сваривая рабочие стержни. Или соединяют в нахлестку без сварки, перепуская каркасы или сетки на длину не менее 250мм.
Монтаж арматурных каркасов и сеток производят, как правило, при помощи крана. При сборке каркасов высоких колонн или длинных балок на месте возникает необходимость в стыковании рабочих стержней. В этих случаях стыки устраивают внахлестку, применяя дуговую сварку (рис.5.18).
Рис.5.18 Монтаж арматурных каркасов
а - схема строповки; б – схема монтажа
1 – каркас; 2 – блок вспомогательного крюка; 3 – полуавтоматический строп; 4 – кран; 5 - расчалка
При установке арматуры необходимо следить за обеспечением соответствующего бетонного защитного слоя. Требуемую толщину защитного слоя можно создать путем укладки под арматуру цементных или бетонных подкладок или специальных пластмассовых фиксаторов.
Величина защитного слоя, предохраняющая арматуру от ржавления и воздействие огня при пожаре, в плитах и стенках толщиной 5см принимается не менее 10мм; в плитах и стенках толщиной до 10см - не менее 15мм; в балках и колоннах при диаметре продольной арматуры до 20мм - не менее 20мм и при большем диаметре арматуры – до 30мм (рис.5.19)
Рис.5.19 Способы обеспечения защитного слоя арматуры:
а – в балках и ребрах плит при помощи упоров; б – в балках посредством удлиненных стержней;
в – бетонной подкладкой с проволочной скруткой; г – бетонной пробкой с пружинной скобой;
д – упругим пластмассовым фиксатором; е – металлическими штампованными подставками
В случае изготовления арматурного каркаса из отдельных стержней на месте, арматурщикам выдается чертеж, на котором указаны размеры всех стержней; расположение их в конструкции; спецификация арматуры (число стержней, диаметр, вес, длина).
При изготовлении небольших ф-тов под колонны и готовые сварные сетки укладывают на бетонную подготовку, а для больших ф-тов и массивов применяют пространственные каркасы и блоки, изготовляемые на заводе.
При установке арматуры вместе с опалубкой, соблюдают следующие правила: элементы опалубки крепят к каркасам несущей арматуры только в узлах каркаса; величина зазора между арматурой и опалубкой должна соответствовать толщине бетонного защитного слоя.
Плоские каркасы балок устанавливают в опалубке на шаблоны и скрепляют между собой (или с опалубкой) монтажными скобами, чтобы предупредить их смещение во время бетонирования.
Предварительное напряжение арматуры. Сущность предварительного напряжения заключается в том, что в бетоне железобетонной конструкции до начала ее работы под эксплутационной нагрузкой искусственно создается напряжение. Это позволяет резко повысить трещиностойкость бетона в растянутой зоне и улучшить использование свойств арматурной стали. Благодаря предварительному напряжению количество арматуры в конструкции снижается в среднем на 40%.
Два метода предварительного напряжения:
на формы или упоры;
на бетон.
Для натяжения арматуры используют гидродомкраты с тяговыми усилиями 15-60тс и более. Натягивают стержни, пучки.
О других способах натяжения:
навивочной машиной;
механический способ;
электротермический.
Контроль качества. Прибывающая на строительство арматурная сталь первоначально сортируют по профилям, диаметрам и биркам и бракуют при внешнем осмотре. Немаркированная сталь подвергается контрольным испытаниям на растяжение и изгиб в холодном состоянии.
Для испытания на свариваемость предварительно изготовляются образцы исследуемых сварных соединений в виде стыков, перекрещивающихся узлов и др. Готовые арматурные изделия проверяют по проекту.