Армирование конструкций

В современном строительстве ненапрягаемые конструкции армируют укрупненными монтажными элементами в виде сварных сеток, плоских и пространственных каркасов с изготовлением их вне возводимого здания и последующим крановым монтажом (рис. 8.3). Только в исключительных случаях сложные конструкции армируют непосредственно в проектном положении из отдельных стержней (штучная арматура) с соединением в законченный арматурный элемент сваркой или вязкой. Сетка представляет собой взаимно перекрещивающиеся стержни, соединенные в местах пересечения преимущественно сваркой.

Плоские каркасы состоят из двух, трех, четырех продольных стержней и более, соединенных поперечными, наклонными или непрерывными (змейкой) стержнями. Применяют плоские каркасы главным образом для армирования балок, прогонов, ригелей и других линейных конструкций.

Пространственные каркасы состоят из плоских каркасов, соединенных при необходимости монтажными стержнями, и применяются для армирования легких и тяжелых колонн, балок, ригелей, фундаментов.

Пространственные каркасы несущих опалубку и временные нагрузки арматурных элементов изготовляют из жестких прокатных профилей с соединением их на сварке арматурными стержнями.

Штучную арматуру изготовляют различной конфигурации в зависимости от направления воспринимаемых сил и характера ее работы в конструкции (рабочая, распределительная, монтажная, хомуты).

Для нужд строительства металлургическая промышленность изготовляет арматурную сталь, подразделяемую на два основных вида: стержневую и проволочную.

µ §

Рис. 8.3. Примеры арматурных каркасов:

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

Армирование ненапрягаемых железобетонных конструкций состоит из заготовки (как правило, централизованно) арматурных элементов; транспортирования арматуры на объект строительства, сортировки ее и складирования; укрупнительной сборки на приобъектной площадке арматурных элементов и подготовки арматуры, монтируемой отдельными стержнями; установки (монтажа) арматурных блоков, пространственных каркасов, сеток и стержней; соединения монтажных единиц в проектном положении в единую армоконструкцию.

Таким образом, все процессы армирования железобетонных конструкций можно объединить в две группы: предварительное изготовление арматурных элементов и установка их в проектное положение.

Монтаж ненапрягаемой арматуры

Монтаж арматуры ведут, как правило, с использованием механизмов и приспособлений, применяемых для других видов работ (опалубочных, бетонных и др.) и предусмотренных проектом производства работ. Ручная укладка допускается только при массе арматурных элементов не более 20 кг.

Соединяют арматурные элементы в единую армоконструкцию сваркой и нахлесткой, а в исключительных случаях – вязкой.

Соединение нахлесткой без сварки используют при армировании конструкций сварными сетками или плоскими каркасами с односторонним расположением рабочих стержней арматуры и при диаметре арматуры не выше 32 мм. При этом способе стыкования арматуры величина перепуска (нахлестки) зависит от характера работы элемента, расположения стыка в сечении элемента, класса прочности бетона и класса арматурной стали (регламентируется СНиП).

При стыковании сварных сеток из круглых гладких стержней в пределах стыка следует располагать не менее двух поперечных стержней. При стыковании сеток из стержней периодического профиля приваривать поперечные стержни в пределах стыка не обязательно, но длину нахлестки в этом случае увеличивают на пять диаметров. Стыки стержней в нерабочем направлении (поперечные монтажные стержни) выполняют с перепуском в 50 мм при диаметре распределительных стержней до 4 мм и 100 мм при диаметре более 4 мм. При диаметре рабочей арматуры 26 мм и более сварные сетки в нерабочем направлении рекомендуется укладывать впритык друг к другу, перекрывая стык специальными стыковыми сетками с перепуском в каждую сторону не менее 15 диаметров распределительной арматуры, но не менее 100 мм.

При монтаже арматуры необходимо элементы и стержни устанавливать в проектное положение, а также обеспечить защитный слой бетона заданной толщины, т. е. расстояние между внешними поверхностями арматуры и бетона. Правильно устроенный защитный слой надежно предохраняет арматуру от коррозирующего воздействия внешней среды. Для этого в конструкциях арматурных элементов предусматривают специальные упоры или удлиненные поперечные стержни. Этот метод применяют в том случае, если конструкция работает в сухих условиях. Обеспечить проектные размеры защитного слоя бетона можно также с помощью бетонных, пластмассовых и металлических фиксаторов, которые привязывают или надевают на арматурные стержни. Пластмассовые фиксаторы характеризуются высокими технологическими свойствами. Во время установки на арматуру пластмассовое кольцо за счет присущей ему упругости немного раздвигается и плотно охватывает стержень.

Защитный слой в плитах и стенах толщиной до 10 см должен быть не менее 10 мм; в плитах и стенах более 10 см – не менее 15 мм; в балках и колоннах при диаметре продольной арматуры 20–32 мм – не менее 25 мм, при большем диаметре – не менее 30 мм.

Смонтированную арматуру принимают с оформлением акта, оценивая при этом качество выполненных работ. Кроме проверки ее проектных размеров по чертежу, проверяют наличие и место расположения фиксаторов и прочность сборки армоконструкции, которая должна обеспечить неизменяемость формы при бетонировании.

Напряженное армирование конструкций. Предварительное напряжение в монолитных и сборно-монолитных конструкциях создается по методу натяжения арматуры на затвердевший бетон. В свою очередь, по способу укладки напрягаемой арматуры метод подразделяют на линейный и непрерывный. При линейном способе в напрягаемых конструкциях при их бетонировании оставляют каналы (открытые или закрытые). По$приобретении бетоном заданной прочности в каналы укладывают арматурные элементы и производят их натяжение с передачей усилий на напрягаемую конструкцию. Линейный способ применяют для создания предварительного напряжения в балках, колоннах, рамах, трубах, силосах и многих других конструкциях. Непрерывный способ заключается в навивке с заданным натяжением бесконечной арматурной проволоки по контуру забетонированной конструкции. В отечественном строительстве способ применяют для предварительного напряжения стенок цилиндрических резервуаров.

При линейном способе армирования напрягаемые элементы применяют в виде отдельных стержней, прядей, канатов и проволочных пучков. Линейное армирование включает заготовку напрягаемых арматурных элементов; образование каналов для напрягаемых арматурных элементов; установку напрягаемых арматурных элементов с анкерными устройствами; напряжение арматуры с последующим инъецированием закрытых каналов или забетонированием открытых каналов.

Для стержневой арматуры используют горячекатаную сталь периодического профиля классов А-II, А-Шв, A-IV4, Ат-IV, A-V, AT-V, AT-VI и высопрочную проволоку В-II и Вр-II.

Заготовка стержневых элементов состоит из правки, чистки, резки, стыковой сварки и устройства анкеров. Для устройства анкеров к концам стержней приваривают коротыши из стали. Коротыши имеют резьбу, на которую навинчивают гайки, передающие через шайбы на бетон нагрузки натяжения.

Арматурные нераскручивающиеся пряди и канаты изготовляют из высокопрочной проволоки диаметром 1,5–5 мм. Промышленность выпускает пряди трех-, семии девятнадцатипроволочные (классов П-3, П-7 и П-19) диаметром 4,5–15 мм. Из прядей делают канаты.

Пряди и канаты поступают с заводов намотанными на металлические катушки. Их сматывают с катушек, пропускают через правильные устройства, одновременно очищая от грязи и масла, и режут на необходимую длину. Для анкеровки прядей (канатов) применяют гильзовые наконечники. Гильзу надевают на заготовленный конец пряди (каната), запрессовывают прессом или домкратом и затем на ее поверхности нарезают или накатывают резьбу для крепления муфты домкрата, с помощью которого натягивается прядь (канат).

Проволочные пучки изготовляют из высокопрочной проволоки. Проволоку располагают с заполнением всего сечения или по окружности. В первом случае пучок оборудуют гильзовым, а в втором – гильзостержневым анкером.

Готовые элементы прядевой и канатной арматуры наматывают на контейнеры барабанного типа, а анкеры смазывают солидолом и обматывают мешковиной.

Для образования каналов для напрягаемых арматурных элементов в подготовленную к бетонированию конструкцию устанавливают каналообразователи, диаметр которых на 10–15 мм больше диаметра стержня или арматурного пучка. Для этого применяются стальные трубы, стержни, резиновые рукава с проволочным сердечником и др. Так как каналообразователи извлекают через 2–3 ч после того, как конструкция забетонирована, то их, за исключением рукавов, во избежание сцепления с бетоном через каждые 15–20 мин поворачивают вокруг оси.

При напряженном армировании крупноразмерных конструкций каналы устраивают путем закладки стальных тонкостенных гофрированных трубок, которые остаются в конструкции. После того как бетон набрал проектную прочность, в каналы устанавливают (протягивают) арматуру.

Затем производят натяжение арматуры гидравлическими домкратами одиночного действия. Эти домкраты состоят из цилиндра, поршня со штоком, захвата со сменными гайками, позволяющими натягивать арматуру с различными диаметрами анкерующих устройств, и упора. После присоединения арматуры к захвату и подачи масла в правую полость цилиндра арматуру натягивают до заданного усилия. Затем подвертывают анкерную гайку до упора в конструкцию, переключают правую полость на слив и подают масло в левую часть. На этом натяжение заканчивается, и домкрат отсоединяют.

Для привода гидродомкратов применяют передвижные масляные насосные станции, смонтированные на тележке со стрелой для подвешивания домкратов.

Натяжению арматуры и передаче усилия на бетон, как правило, сопутствуют выпрямление арматурного элемента (пучка или стержня); обжатие бетона под опорными прокладками; трение между арматурой и стенками канала и пр.

Для устранения этих явлений, вызывающих неравномерное натяжение по длине арматурного элемента, выполняют ряд операций. Вначале арматуру натягивают с усилием, не превышающим 0,1 необходимого усилия натяжения пучка (стержня). При этом арматурные стержни выпрямляются и плотно прилегают к стенкам канала. Опорные прокладки также плотно прилегают к поверхности напрягаемой конструкции. Усилие, равное 0,1 от расчетного, принимают за нуль отсчета при дальнейшем контроле натяжения по манометру и деформациям.

В конструкциях с длиной прямолинейного канала не более 18 м арматуру ввиду небольших сил трения напрягают с одной стороны. Выравнивать напряжения вдоль арматуры можно также путем продольного вибрирования в процессе натяжения. Вибрировать можно с помощью специального приспособления на глухом анкере.

При длине прямолинейных каналов свыше 18 м и криволинейных каналах арматуру натягивают с двух сторон конструкций. Вначале одним домкратом арматуру натягивают до усилия, равного 0,5 от расчетного, и закрепляют с той стороны конструкции, с которой она напрягалась. Затем с другой стороны конструкции другим домкратом арматуру натягивают до 1,1 от расчетного усилия (1,1 – коэффициент технологической перетяжки арматуры). Выдержав ее в таком состоянии 8–10 мин, величину натяжения уменьшают до заданной и закрепляют второй конец напрягаемой арматуры. Для устранения перепада напряжений вдоль арматуры иногда применяют пульсирующее натяжение, т. е. несколько раз кратковременно повторяют этот процесс, последовательно увеличивая величину натяжного усилия, а затем сбрасывают излишнее усилие.

Если в сечении конструкции имеется несколько арматурных элементов, то натяжение начинают с элемента, расположенного ближе к середине сечения. При наличии только двух элементов, расположенных у граней, натяжение производят ступенями или одновременно двумя домкратами. При большом числе элементов в первых натяжение будет постепенно снижаться по мере натяжения последующих в результате возрастающего укорочения бетона от сжатия. Эти элементы затем вновь подтягивают.

Заключительной операцией является инъецирование каналов, к которому приступают сразу после натяжения арматуры. Для этого применяют раствор не ниже М300 на цементе М400–500 и чистом песке. Нагнетают раствор растворонасосом или пневмонагнетателем с одной стороны канала. Инъецирование ведут непрерывно с начальным давлением с 0,1 МПа и последующим повышением до 0,4 МПа. Прекращают нагнетание, когда раствор начнет вытекать с другой стороны канала.

В последнее время применяют способ без устройства каналов. В этом случае исключаются операции по их инъецированию. Арматурные канаты или стержни перед укладкой покрывают антикоррозийным составом, а затем фторопластом (тефлоном), имеющим почти нулевой коэффициент трения. При натяжении канат относительно легко скользит в теле бетона.

Опалубку и поддерживающие леса тщательно осматривают, проверяют на надежность установки стоек, лесов и клиньев под ними, креплений, а также отсутствие щелей в опалубке, наличие закладных частей и пробок, предусмотренных проектом. Опалубку очищают от мусора и грязи.

Перед укладкой бетонной смеси проверяют установленные арматурные конструкции. Контролируют местоположение, диаметр, число арматурных стержней, а также расстояния между ними, наличие перевязок и сварных прихваток в местах пересечения стержней. Расстояния между стержнями должны соответствовать проектным.

Проектное расположение арматурных стержней и сеток обеспечивается правильной установкой поддерживающих устройств: шаблонов, фиксаторов, подставок, прокладок и подкладок. Запрещается применять подкладки из обрезков арматуры, деревянных брусков и щебня. Сварные стыки, узлы и швы, выполненные при монтаже арматуры, осматривают снаружи. Кроме того, испытывают несколько образцов арматуры, вырезанных из конструкции. Места вырезки и число образцов устанавливают по согласованию с представителем технадзора.

Расстояние от арматуры до ближайшей поверхности опалубки проверяют по толщине$защитного слоя бетона, указываемой в чертежах бетонируемой конструкции.

Для надежного сцепления свежеуложенной бетонной смеси с арматурой последнюю очищают от грязи, отслаивающейся ржавчины и налипших кусков раствора с помощью пескоструйного аппарата или проволочных щеток.

Для прочного соединения ранее уложенного затвердевшего бетона монолитных конструкций и сборных элементов сборно-монолитных конструкций с новым бетоном горизонтальные поверхности затвердевшего монолитного бетона и сборных элементов перед укладкой бетонной смеси очищают от мусора, грязи и цементной пленки.

Перед укладкой бетонной смеси на грунт подготавливают основание. С него удаляют растительные, торфяные и прочие грунты органического происхождения, сухой несвязный грунт увлажняют. Переборы заполняют песком и уплотняют.

Готовность основания под укладку бетонной смеси оформляют актом.

Способы укладки бетонной смеси. Укладка бетонной смеси должна быть осуществлена такими способами, чтобы были обеспечены монолитность бетонной кладки, проектные физико-механические показатели и однородность бетона, надлежащее его сцепление с арматурой и закладными деталями и полное (без каких-либо пустот) заполнение бетоном заопалубленного пространства возводимой конструкции.

Укладку бетонной смеси осуществляют тремя методами: с уплотнением, литьем (бетонные смеси с суперпластификаторами) и напорной укладкой. При каждом методе укладки должно быть соблюдено основное правило: новая порция бетонной смеси должна быть уложена до начала схватывания цемента в ранее уложенном слое. Этим исключается необходимость устройства рабочих швов по высоте конструкции.

Как правило, укладку в небольшие в плане конструкции (тонкостенные, колонны, стены, балки и др.) ведут сразу на всю высоту без перерыва для исключения рабочих швов.

При укладке бетонной смеси с уплотнением полученная расчетом толщина слоя должна соответствовать (но не превышать) установленной нормами глубине проработки применяемых в данных конкретных условиях технических средств уплотнения.

На больших массивах иногда невозможно перекрыть предыдущий слой бетона до начала схватывания в нем цемента. В этом случае применяют ступенчатый способ укладки с одновременной укладкой двух-трех слоев. При укладке ступенями отпадает необходимость перекрывать слои по всей площади массива. Для удобства ведения работ длину «ступени» принимают не менее 3 м.