Соотношение бетона и арматуры

Для строительства домов с железобетонными конструкциями (стены, перекрытия, колонны), которые обычно подвержены высоким нагрузкам, используется бетон с достаточной прочностью. Требования к бетону для возведения железобетонных конструкций достаточно высокие.

Благодаря бетону и правильной схеме армирования срок службы ленточного фундамента составляет 150 лет.

Экономить на бетонных смесях в таких случаях абсолютно нецелесообразно.

Для возведения фундаментов жилых домов и других используемых конструкций рекомендуется использовать бетонные смеси марки М 300 и выше с добавлением только песка. Если в бетоне будут использованы какие-либо другие компоненты, это значительно ослабит его структуру. Особое внимание в данном вопросе нужно обратить на отсутствие различных масел и солей.

Основные требования

Схема конуса бетонной смеси.

• для получения качественного бетона лучше всего использовать цемент, песок и щебенку в соотношении 1/3:4/3:4/3, чтобы соотношение цемента к общей массе было на уроне 1/8:1/9;
• необходимо достичь максимальной однородности бетона, чего не получить простым тщательным его размешиванием. Для получения однородной бетонной смеси нужно соблюдать определенную технологию: при добавлении бетонной смеси в воду (а не наоборот) образуется множество комочков и целостная структура материала не выдерживается. Кроме того, весьма желательно использовать строительный вибратор, работа которого убирает все пустоты в цементной смеси, что улучшает качество бетона на несколько порядков;
• еще одним признаком качественного бетона является монолитность. Данное качество характерно для тех бетонных конструкций, элементы которых застыли одновременно. Если застывание проходит в разные периоды времени, конструкция не будет монолитной, что приведет к снижению ее качества и устойчивости. Особенно важна монолитность при создании важных стратегических сооружений. В таком случае в составе бетонной смеси используются специальные вещества — пластификаторы. Результатом их использования является более позднее застывание бетонной смеси, что увеличивает монолитность сооружения;
• для возведения фундаментов или монолитных конструкций желательно использовать бетон, производимый в заводских условиях. Только такие бетонные смеси проходят проверку качества;
• необходимо правильно ухаживать за бетоном в период его застывания. Главным условием для этого является соблюдение температурного режима только что застывшего бетона. До его полного застывания нужно поддерживать температуру на уровне 23^оС. Если температура окружающего воздуха выше этой границы, бетон можно поливать водой или укрыть материалами, не пропускающими солнечный свет. Если же температура опускается ниже оптимальной границы, то необходимо применение тепловых пушек, внешних утеплителей или постоянного электрического тока.

Только при соблюдении этих правил можно быть уверенным в высоком качестве полученного бетона.

Применение

Для каждого типа фундамента применяется отдельный вид арматуры.

Для того чтобы избежать изгибов и растягивания, которые характерны для бетонных конструкций, необходимо применение арматуры. Это строительный материал, сделанный из черного металлопроката, который используется для возведения железобетонных конструкций. Арматура, создающая каркас бетонной конструкции, придает ей прочность и целостность, предотвращая образование трещин и перекосов при эксплуатации объекта. Различается по своим технических характеристикам для применения ее в различных железобетонных конструкциях. И хотя основой для изготовления является углеродистая сталь высокого качества, применение различных добавок и химических веществ изменяет ее свойства. Традиционными способами изготовления являются горячепрокатный способ и метод холодной деформации. Полученная арматура проходит различную обработку, например, термическую или термомеханическую, что позволяет укрепить ее. В результате всех манипуляций получается стержневая арматура, имеющая заданную длину, или проволочная арматура, которая распространяется в мотках.

Различные характеристики определяют применимость в различных условиях. Требования к арматуре не менее высоки, чем требования к бетону. Гладкая арматура с ровной поверхностью и правильным кругом в сечении используется для создания несложных конструкций с малым объемом бетона. Ее преимуществом является более низкая стоимость по сравнению с рифленой арматурой. Рифленая же арматура характеризуется продольными и поперечными выступами и ребрами. Они расположены под углом в винтовом расположении вдоль стержня. Рифленая поверхность повышает степень ее адгезии с бетонной смесью. Применение рифленой необходимо в сложных конструкциях со значительными объемами бетона. Различная высота ребер и выступов имеет изменяет степень адгезии, способствую максимально надежному сцеплению 2-х материалов. Высокая адгезия способствует монолитности полученной конструкции. Всего выделяется 6 видов рифленой арматуры, в зависимости от различных характеристик.

Расчет количества

Толщину арматуры для армирования основания определяют расчетным путем.

Количество арматуры рассчитывается для каждого случая отдельно, так как оно зависит от конфигурации конструкции и нагрузок, которые будут на нее действовать. В зависимости от изготавливаемой конструкции используются различные коэффициенты армирования, то есть соотношение количества арматуры к объему бетона. Понятно, что, чем толще арматура, тем прочнее будет сооружение, однако стоит учитывать нецелесообразность излишнего армирования. Поэтому для каждого заданного условия строительства подбирается оптимальный диаметр и соотношение с бетонной смесью. Дом на устойчивом грунте не требует слишком мощного металлического каркаса для фундамента, и, напротив, если дом тяжелый и расположен на грунте с низкой несущей способностью, то количество стержней можно и нужно увеличить.

Кроме того, количество арматуры не всегда зависит от объема применяемого бетона, так как для сооружения одного и того же железобетонного элемента, который будет использован в различных условиях, требуется разное количество армирующих материалов. Так, соотношение арматуры к бетону в фундаменте отличается для различных его видов: ленточного, столбчатого или плитного. Причем расход арматуры на одинаковый объем бетона в таких конструкциях может отличаться на значительную величину.

Исходные данные для расчета

Расчет необходимого количества производится исходя из нагрузок, которые действуют как на всю конструкцию в целом, так и на каждый ее элемент. Чтобы избежать деформаций и растрескивания, учитываются нагрузки, сочетаемость и надежность материалов. Кроме количества прутьев, учитывается их диаметр и рельефность.

Соответственно, для вычисления соотношения бетона и арматуры требуются следующие параметры:

Расчетные сопротивления арматуры.

• тип фундамента (плитный, столбчатый или ленточный);
• тип грунта;
• вес конструкции;
• площадь и толщина фундамента;
• диаметр и класс прутьев;
• опирание конструкции.

Опирание вычисляется исходя из видов строительных материалов (кирпичи, блоки), ширины и типа перекрытия. Кроме того, опирание также зависит от ширины и длины пролета. Если дом или сооружение стандартно, то величину опирания и габариты строительных материалов можно найти в СНИПах. К примеру, для плитного фундамента под легким деревянным домом на крепких почвах требования к бетонам снижаются, и используются армирующие прутья диаметром до 10 мм. Если же дом тяжелый или расположен на слабом грунте, то толщину доводят до 14-16 мм с шагом перекрытия равным 20 см и используют бетон более высокой марки. Армирующие прутья при этом укладываются в 2 пояса: верхний и нижний. Если при этом известны площадь и высота фундамента, то рассчитывается метраж необходимой арматуры, который потом можно перевести в объем и вес, исходя из класса применяемого армирования.

Использование арматурной сетки более выгодно и надежно.

Расход увеличивается, когда толщину железобетонной конструкции уменьшают, добиваясь ее эластичности. К примеру, при толщине бетона в 15 см, шаг перекрытия арматурных прутьев составляет уже 15 см. Если же толщина бетона, наоборот, увеличивается, армирующую обрешетку удваивают, что придает дополнительную прочность конструкции. Дополнительное армирование используют также в тех местах, где есть дополнительная нагрузка или напряжение. В такой ситуации целесообразнее использовать не сетку, а стрежни, длина и диаметр которых зависит от дополнительных нагрузок.

В идеальном случае для расчета объема арматуры высчитывается общий объем бетона, который получается путем перемножения длины стен на из высоту и толщину. При этом объем армирования должен быть не менее процента от общего объема бетонных конструкций.

Примерные нормы расхода

Как уже говорилось ранее, объем армирования напрямую зависит от характеристик бетона, добавок в нем и условий производства. Соответственно, на каждый 1 м² бетона приходится различное количество арматуры. Однако, для расчета примерного количества арматуры в бетоне, используются стандарты, предназначенные для железобетонных конструкций:

Таблица расчета на нагрузки.

1. Государственные стандарты (ГОСТ).
2. Государственные элементные сметные нормы (ГЭСН).
3. Федеральные единичные расценки (ФЕР, основаны на ГЭСН).

Согласно ГЭСН 81-02-06-2001 (табл.6-01-005), для устройства фундамента общего назначения понадобится 1 т армирующих элементов на каждые 5 м² бетона.

ФЕРы описывают каждый тип конструкций, применяемых в строительстве. К примеру, при устройстве железобетонных фундаментных плит со стаканами пазами и подколонниками до 2 м в высоту и до 1 м в толщину расход на каждый кубический м бетонной смеси составит 187 кг (ФЕР06-01-001-17). Если же в основании фундамента использованы плоские конструкции, то расход арматуры снижается до 81 кг на 1 м² бетона (ФЕР06-01-001-16).

Если же фундамент закладывается для стратегически важных объектов, то, кроме данных по объему арматуры, содержащихся в ФЕРах, используются ГОСТы 5781-82 и 10884-94, которые содержат информацию о стержневой и термомеханически упрочненной арматуре для железобетонных конструкций.

Примерный подсчет

Армирование плиты перекрытия.

Рассмотрим создание бетонного перекрытия (бетонная плита) при строительстве многоэтажного дома. Учитывая длину перекрытия, равную 10 м, длина армирующих прутьев составляет 9,8 м, так как по строительным нормам арматура не должна доходить до края конструкции на расстояние менее 10 см. Исходя из толщины перекрытия в 20 см, используется арматурная сетка с ячейками 15х15 см. Приведенные данные позволяют вычислить количество необходимых прутьев. Длина армирования делится на шаг сетки и прибавляется еще один прут (запасной): 980/15 +1=65 шт. При ширине плиты в 5 м, общая длина прутов для армирования длины составляет 4,8х65=312 м. Такие же расчеты проводятся для армирования по ширине: 480/15+1=33 шт., 9,8х33=324,4 м. Общая длина используемой арматуры составит 312+323,4=635,4 м. Именно столько арматурных прутьев необходимо для создания прочной железобетонной плиты размером 10х5 м, используемой в перекрытиях.