Применение арматуры для фундамента

Даже непрофессиональным строителям, в том числе и тем, кто мечтает возвести свой собственный дом, известно, что строительство любого здания начинается с фундамента. Знают они и что эта основа изготавливается из бетона.

Профессионалы же поправят, сказав, что фундамент — это не просто «бетонная», а «железобетонная конструкция». И будет абсолютно прав. Ведь между бетоном и железобетоном такая же разница, как между бумагой и джинсовой тканью. И эту разницу обеспечивает наличие или отсутствие в конструкции армированного каркаса.

Назначение армирования бетона

Бетон — это прочный, долговечный и устойчивый к агрессивным воздействиям материал. Вместе с тем он достаточно хрупок. Чтобы устранить этот недостаток применяют армирование. Итогом становится получение железобетона, который выдерживает значительно большие нагрузки и служит дольше. Внутренний каркас препятствует разрушениям в результате сжатия или растяжения фундамента под воздействием внешних или внутренних нагрузок. Причиной этого являются свойства материала изготовления арматуры, о которых поговорим позже. Скажем только, что металлический прут обладает разрывной прочностью в 200 раз большей, чем аналогичный показатель бетона.

По своей сути арматура — это ребристые или гладкие прутья. Изготавливается она в форме стержней разных размеров. В зависимости от диаметра и материала, арматура выпускается в форме прутов или хлыстов, а также мотков или бухт. Применение того или иного типа арматуры зависит от постройки. Так, для изготовления фундамента одноэтажного дома из кирпича нужна будет одна арматура, для фундамента двухэтажного дома из газобетона — другая, а для деревянного — третья.

Арматура или, если быть точнее, арматурный каркас — это обязательный элемент любого типа фундамента: будь то ленточная конструкция, столбчатая или плита. В фундаменте ленточного типа, на который действуют разнонаправленные силы: тяжести постройки и пучения почвы — выполняется продольное армирование. При мелком или среднем заглублении фундамента устраивается два пояса с поперечными перемычками. При более глубоком фундаменте, глубиной более 1 м, делается 3 и более уровней. То же касается и столбчатой конструкции.

Монолитное основание имеет меньшую высоту, но большую площадь. Каркас состоит из одного или двух сплошных слоев сетки из прутьев. Размер ячеек, ограниченных отдельными стержнями, определяется в зависимости от индивидуальных особенностей изготавливаемого фундамента. Существуют СНИПы и ГОСТы, устанавливающие нормативы для арматуры, которую можно использовать при возведении различных типов фундаментов. Это распространяется на фундамент для промышленных, административных или жилых строений.

Между тем, называть фундамент «железобетонной конструкцией» не совсем правильно. Дело в том, что лишь первоначально в железобетоне использовались только металлические (стальные) прутья. Но сейчас, при изготовлении арматуры, наравне с элементами из железного сплава, применяют относительно новые композитные материалы, обладающие большой разрывной прочностью и устойчивостью к коррозии, меньшим весом и низкой теплопроводностью. В их состав входят:

• стекловолокно;
• базальтовое волокно;
• углеводород;
• полиамидные волокна.

Казалось бы, что сейчас, с таким богатым выбором, можно просто купить необходимое количество арматуры и изготовить самостоятельно фундамент для любого дома. Но не все так просто. Раньше, когда стержни арматуры изготавливались только из металла, главным параметром при их выборе был диаметр. Теперь же, с появлением современных композитных материалов, нужно учитывать множество других характеристик прутьев для каркаса. Помочь разобраться с этим и призвана наша статья. Далее рассмотрим – какие виды арматуры существуют и как выбрать арматуру для фундамента. Кроме того расскажем, какая арматура нужна для ленточного фундамента, а какая подойдет для плитного основания.

Виды арматуры

В предыдущем разделе мы уже коротко поговорили о видах арматуры. Сейчас разберем это подробней. Как уже отмечалось, еще не так давно для усиления фундамента в качестве армирующего материала применялись только металлические конструкции. Основная разница между ними заключалась в диаметре и наличии или отсутствии профиля. Кроме этого, при изготовлении одноэтажных частных домов и хозяйственно-бытовых построек, например, бань, вместо прутьев из стали применяли металлический лом. Впрочем, такое иногда встречается и сегодня.

Но все же лучше использовать арматуру для фундамента ту, которая изготовлена заводским способом. Как уже говорилось, сейчас выпускаются композитные и металлические армирующие элементы для фундаментов. Далее в статье рассмотрим — какую арматуру использовать для фундамента дома.

Арматура из композитных материалов

Правильное название этого строительного материала «Арматура композитная полимерная». Его разработка началась в 60-е годы прошлого века. В нашей стране существует ГОСТ 31938, регламентирующий производство полимерных стержней для бетонных конструкций. Вся продукция классифицируется в соответствии с:

• типом сырья, применяемом при изготовлении;
• формой выпуска;
• типом профиля.

Разберем свойства композитной арматуры, в зависимости от приведенной выше классификации.

Тип сырья

Для изготовления композитной полимерной арматуры используют:

• стекло;
• базальт;
• углерод;
• арамид.

Из волокон этих материалов изготавливается стержень. Затем на него наматывается анкеровочное ребро из стекловолокна или наносится кварцевый песок. После этого прут помещается в печь с высокой температурой, где полимер затвердевает.

В зависимости от того, какое сырье используется в производстве неметаллической арматуры, она подразделяется на:

• стеклокомпозитную;
• базальтокомпозитную;
• углекомпозитную;
• арамидокомпозитную;
• комбинированную композитную.

Свойства каждого из видов различаются между собой незначительно. Но одни стоят дороже других. И недобросовестные продавцы иногда пользуются этим. Например, выдавая более дешевую комбинированную арматуру за дорогую базальтовую.

Форма выпуска

Размер композитной арматуры варьируется от 4 до 32 мм. Пруты с диаметром до 12 мм выпускаются в форме хлыстов длиной 3 и 6 м или бухтами по 50 и 100 м. Если диаметр равен или превышает 14 мм, то в бухты такой материал не сворачивается.

Тип профиля

В зависимости от того, намотано на стержень анкеровочное ребро или нанесен кварцевый песок, различают:

• периодический тип профиля (с намотанным жгутом);
• условно-гладкий тип (с кварцевым покрытием).

Такая технология изготовления профиля нужна для того, чтобы обеспечить надежное сцепление композитной арматуры с бетоном.

Металлическая арматура

Стальные элементы железобетонных конструкций изготавливаются в форме прутов длиной 11.7 м и диаметром от 0.6 до 4 см. Существует еще специализированный прокат с диаметром до 8 см. Однако металлические стержни различаются не только диаметром, но и:

• видом и характером;
• химическим составом;
• технологией производства;
• сферой применения.

Существуют следующие разновидности металлопродукции для железобетона, которую условно можно разделить на 4 группы:

1. Монтажная арматура. Так называют гладкую арматуру с диаметром до 40 мм, которые применяются для изготовления фундаментов в индивидуальных жилых малоэтажных домах или в качестве вспомогательных элементов других железобетонных конструкций.
2. Рабочая. Ребристая арматура с сечением до 80 мм. Применяется для изготовления фундаментов многоэтажных построек.
3. Распределительная арматура. Ее еще называют конструктивной. Предназначена для использования в железобетонных конструкциях, располагаемых в местах с ударной и концентрированной нагрузкой.
4. Анкерная. Эта группа идет лишь в качестве вспомогательного элемента железобетона в местах, где требуется его усиление.

Еще более точной классификацией является отнесение арматуры к одному из 7 классов:

• АI (A240);
• AII (A300);
• AIII (A400);
• AIII (A500);
• AIV (A600);
• AV (A800);
• AVI (A1000).

Маркировка с индексом А в названии класса означает, что такой элемент изготовлен горячекатаным способом или путем термомеханического уплотнения. А символы от I до VI указывают на разрывную прочность, которая варьируется от 240 до 1000 Н/мм².

Характеристики отдельных классов металлической арматуры

Каждый класс арматуры обладает своей прочностью, на которую влияет марка стали и диаметра прута.

АI (А240)

Этот гладкий горячекатаный прокат из прочной высокоуглеродистой стали с диаметром от 0.6 до 4 см изготавливается в форме прутков или в мотках. Из-за гладкой поверхности стержень не обеспечивает надежного сцепления с бетоном, поэтому практически не используется как основной элемент. Сфера его применения зачастую ограничивается креплением рифленых прутов.

АII (А300)

Горячекатаные пруты с рифленой поверхностью имеют диаметр от 1 до 8 см. Рифление представляет собой винтовые поперечные выступы и два продольных ребра. Такие элементы широко применяются в возведении фундаментов для частных домов.

АIII (А400)

В химический состав рифленой арматуры этого класса входит марганец, что придает ей дополнительную прочность и позволяет использовать для изготовления монолитного фундамента даже в условиях экстремально низких температур. А ребра в форме елочки улучшают сцепление с бетоном.

АIII (А500)

В изготовлении таких профильных элементов используется низкоуглеродистая сталь с пониженным содержанием легирующих элементов. Это несколько уменьшает прочность, по сравнению с А400, но значительно удешевляет производство и улучшает антикоррозийные свойства. Профиль образован серповидными выступами и продольными ребрами. Такая арматура для фундамента используется при возведении частных малоэтажных домов.

AIV (A600)

Пруты марки AIV изготавливают горячепрокатным способом, после чего подвергают химической термообработке. Применяемый способ обеспечивает дополнительную вязкость, коррозионную стойкость, устойчивость к изгибам и нагрузкам при отрицательных температурах. Благодаря своим свойствам такая арматура широко применяется для фундаментов масштабных объектов, возводимых на влажных грунтах или в сейсмоопасных районах. Стальные конструкции используют в бетоне при строительстве АЭС или химических предприятий, где на фундамент оказывают существенное воздействие агрессивные среды.

AV (A800) и AVI (A1000)

Такой металлопрокат обычно используют для сложных деталей из железобетона, подверженных максимальным нагрузкам, в том числе на растяжение и сжатие. В качестве каркаса под фундамент обычно не применяется.

Какую арматуру используют для ленточного фундамента

Для ленточных оснований чаще всего используется стальная арматура класса AII (A300). Так же для таких фундаментов подойдет арматура следующих классов — AIII (A400), АV (A800) и AVI (A1000). У таких прутьев будет хорошее сцепление с цементом благодаря рифленой поверхности.

Какая арматура подойдет для плитного фундамента

Профессионалы советуют использовать для такого типа оснований горячекатанный тип арматуры с классом AIII (A400) и выше. Использование гладкой арматуры не рекомендуется.

Подводя итоги сказанного в этом разделе, стоит обратить внимание, что для фундамента частного дома, чья высота не превышает 3-х этажей, используется профильная арматура АII или AIII. Какую именно выбрать, зависит от:

• материала, из которого строится дом;
• типа почвы;
• сейсмической опасности.

Для самых легких конструкций из бруса или бревен, расположенных на стабильных почвах, подойдет AII. Для фундамента одно- или двухэтажных домов из газоблока — AIII (A500). А для кирпичного индивидуального строения — AIII (A400).

Сравнение композитной и металлической арматуры

Любой материал, как композит, так и металл, имеет свои плюсы и минусы. Для начала укажем на положительные качества композита. Среди них:

1. Небольшой вес. Если взвесить одинаковое количество полимерной и стальной арматуры, то окажется, что первая в 8 раз легче второй. Ясно, что это обеспечивает значительно меньший вес конструкции, а также существенно облегчает доставку к месту строительства.
2. Сопротивление растяжению. Арматура из композитных материалов сопротивляется разрыву с силой, сопоставимой с давлением в 1000 МПа. У металлических элементов это значение равно 390 МПа.
3. Возможность сэкономить. Композитные материалы стоят дешевле, чем их стальные аналоги. А учитывая, что только за последний год цена на стальную арматуру выросла почти в 2 раза, ее приобретение способно сильно ударить по карману строителей. Кроме того, небольшой вес полимеров позволяет сберечь дополнительные средства на перевозке. Транспортировку таких прутов можно осуществлять на автомобиле с минимальной грузоподъемностью, что невозможно сделать со стальными стержнями, в количестве, необходимом для возведения стандартного фундамента индивидуального жилого дома.
4. Долговечность. Из-за того, что композиты не подвержены воздействию коррозии, кислотных и щелочных сред, расчетный срок их службы составляет не менее 80 лет. Проверить на практике это пока невозможно, так как применяются они для строительства сравнительно недавно.
5. Одинаковый с бетоном коэффициент расширения. Бетон и композитное армирование одинаково изменяются в объеме под воздействием высоких или низких температур. Это позволяет избежать растрескивания железобетонных конструкций.
6. Удобство монтажа. Легкий вес и свойства материала позволяют справиться с изготовлением каркаса даже одному рабочему. При этом отсутствует необходимость в использовании дополнительных громоздких устройств, например, сварочного аппарата.

Вместе с тем у полимерного армирования есть и свои минусы:

1. Проигрыш металлу по модулю упругости. По этому показателю композит уступает стали практически в 4 раза. То есть полимерный прут разорвется при нагрузке, которая не окажет критического воздействия на металлическую арматуру, что заставляет увеличивать количество и диаметр стержней. Особенно это касается устройства плитных и ленточных фундаментов в сейсмоопасных районах. Такое увеличение используемых материалов может свести к минимуму положительный эффект от сэкономленных средств.
2. Недостаточная термостойкость. Хотя композитные материалы и не относятся к горючим веществам, но они теряют свои физико-механические свойства при достаточно невысокой температуре. Уже при нагревании до 200°С арматура перестает быть прочной. Это стоит учитывать при возведении глубоких и открытых ленточных фундаментов, например, в подземных гаражах, где велика вероятность пожара.
3. Трудоемкий процесс изготовления. Для производства полимерной арматуры используются сложные технологии, которые требуют профессионального отношения ко всей процедуре. Даже мельчайшие нарушения приведут к браку. Этим нередко грешат начинающие мелкие производители. Чтобы избежать покупки не соответствующей требованиям продукции, рекомендуется приобретать полимерную арматуру только проверенных брендов в крупных торговых сетях.

Учитывая, что было сказано о композитных элементах фундамента, говорить много о положительных и отрицательных сторонах металлической арматуры излишне. Стоит лишь акцентировать внимание на ее прочности и устойчивости к высоким температурам. Вместе с тем нельзя пройти мимо подверженности коррозии, воздействию агрессивных сред, большого веса и высокой цены. Большинство профессионалов считают, что продукция металлопроката все-таки лучше подходит для фундаментов, даже несмотря на то, что обходится дороже. Хотя возможно, это дань традиции и проблемы с переходом на новые технологии.

Рекомендации по армированию фундамента

Фундамент — это одна из основных составляющих частей любого здания. От него в огромной степени зависит насколько долго постройка, в том числе и жилой дом, прослужит людям. Поэтому нужно чрезвычайно ответственно подходить к расчетам потребностей в материалах, которые потребуются для изготовления фундамента. Их количество и качество зависит от предполагаемых нагрузок, типа грунта и уровня грунтовых вод, сейсмических и климатических условий и так далее.

В идеале для проведения расчетов и вычислений лучше привлечь профессионала, но можно провести их и самостоятельно. В интернете есть множество сервисов и специализированных сайтов, которые помогут в этом. Однако есть базовые моменты, которые необходимо брать в расчет, независимо ни от чего. Приведем рекомендации для плитных и ленточных фундаментов.

Характерными моментами армирования плиты являются:

1. Арматура в железобетонной плите располагается неравномерно. Ее укладывают чаще в местах, называемых «зонами продавливания». Это места установки стен или опирания колонн. Здесь расстояние между прутьями не должно превышать 15 см.
2. В остальных местах каркас для плиты выполняется с шагом стержней от 20 до 40 см. Чем тяжелее конструкция дома, тем меньше должна быть ячея.
3. В любом случае расстояние между прутами не должно превышать 1.5 размера толщины плиты.
4. Торцевые стороны плиты фундамента армируются стержнями П-образной формы.
5. Для вязки каркаса лучше использовать проволоку диаметром 3 мм. В отличие от жесткого крепления это позволит конструкции приспосабливаться к движению под действием залитого и затвердевающего бетона без его повреждения.
6. Во избежание коррозии, все стороны каркаса защищаются слоем бетона. Толщина данного слоя при этом составляет от 2 до 3 см.
7. Соединение двух стыкуемых стержней производят с нахлестом из расчета их диаметра, умноженного на 40.

Арматура в любом ленточном фундаменте испытывает разнонаправленные нагрузки. В верхней части на ленту действуют сжимающие нагрузки, а в нижней — растягивающие. На ленточный фундамент в средней части практически не действуют никакие нагрузки.

Нельзя армировать только верхнюю или нижнюю часть фундамента. Это грубая ошибка, которая встречается довольно часто. Видимая экономия потом обычно выходит боком. Хорошо выполненное усиление фундамента позволит прослужить ему довольно долго. Поэтому арматура в любом ленточном фундаменте должна быть хорошего качества и соответствовать всем требованиям регламентирующих документов.

При создании ленточного типа фундамента специалисты рекомендуют соблюдать следующие обязательные правила:

1. Количество прутов в ленте должно быть таким, чтобы суммарная величина их сечений была не меньше 0,1% поперечной площади фундамента.
2. Каждый из поясов должен состоять из продольных стержней одного диаметра. Нижний пояс необходимо собирать из прутов одинакового или большего диаметра, по сравнению с верхним.
3. Шаг стержней в продольных линиях — 40 см и менее.
4. Поперечные и вертикальные части каркаса располагаются на расстоянии не более 80 см. Устанавливать их ближе 30 см друг к другу нецелесообразно.
5. При длине стороны ленточного основания до 3 м, а диаметр арматуры для фундамента будет составлять 10 мм. Если сторона превышает 3 м, то диаметр увеличивается до 12 мм и более.
6. Запуски стержней на стыках угловых участков должны равняться 50 диаметрам, а на ровных — 30.
7. При наличии дополнительной влагозащиты толщина защитного слоя бетона составляет 40 мм. При отсутствии — нужен слой бетона толщиной не менее 70.
8. Металлическая арматура, которая используется в ленточном фундаменте или другом типе бетонных оснований, укладывается как есть, то есть без какой-либо предварительной очистки.

Можно ли использовать арматуру с коррозией при армировании фундамента? Профессионалы советуют не использовать в фундаменте сильно поврежденные коррозией металлические элементы. Какова бы ни была защита, влага в короткий срок окончательно испортит такие пруты и приведет к необходимости сложного и дорогостоящего ремонта.

Пример расчета количества арматуры для ленточного основания

Самый важный расчет при возведении фундамента — правильное определение необходимо количества прутьев арматуры. Ошибка в количестве может: ослабить конструкцию (меньшее количество) или привести к удорожанию всего бюджета (большее количество).

Начинаем с продольной арматуры с диаметром 1.2 см.

Проектные данные для расчета:

размер основания — 5 х 5 м;

Армирование с помощью четырех стержневой схемы;

Лента высотой 100 см. и шириной 40 см.

4*5= 20 м. Потом надо умножить данное число на количество стержней — 20 х 4 = 80 м. Не надо забывать про обрезки и соединение внахлест, которые могут составлять десять процентов — 80 х 1.1 = 88 метров. Получается, что нам потребуется 88 м. арматуры диаметром 1.2 см. Округляем до 90 метров.

Длину поперечной и вертикальной арматуры рассчитывают примерно таким же образом:

0,35 х 2 + 0.90 х 2 = 2.5 м для одной точки. Потом надо рассчитать количество узлов.

Принимаем расстояние между вертикальными прутьями 700 mm. Поэтому для стены 5 метров получится 7 узлов. Общее количество узлов для четырех стен составит 28.

Далее 28 х 2.5 = 70 м. Добавляем в виде запаса 7 м. (10%) и получаем 77 м. для прутьев диаметром 0.8 см.

Вот такой несложный расчет необходимого количества арматурных прутьев для ленточного фундамента.

В заключение

Решать, какой материал использовать для армирования железобетонного фундамента, необходимо с учетом индивидуальных особенностей постройки. Если же опираться на отзывы тех, кто уже изготовил фундамент для своего частного дома, то можно сделать вывод, что и металл, и композит обеспечивают качество и надежность конструкции. Главное — соблюдать рекомендации и регламенты, разработанные экспертами в этой области. Выбирая материал для фундамента не старайтесь сэкономить. Во время его возведения не торопитесь, делайте все согласно существующих норм и правил. Помните — любые возможные переделки будут стоить намного дороже сэкономленных таким образом средств.