Металлическая арматура: классификация и характеристики

Без арматуры сегодня не обходится ни один крупный строительный объект, на котором используется бетон. Ведь последний, несмотря на высокую прочность, легко повреждается при работе на изгиб и растяжение. Благодаря металлическим прутам этот недостаток устраняется, и набравший достаточную прочность материал способен выдерживать значительные нагрузки всех типов без вреда для себя. Но для каждого строительного объекта подходящим выбором станут разные материалы и, соответственно, разный класс арматуры. В одном случае стоит отдать предпочтение тонкой арматуре одной марки стали, способной без вреда для себя годами работать в агрессивной окружающей среде. А в другом понадобится толстая арматура из другой марки стали. Расскажем об этом.

На какие классы подразделяется арматура

Арматурный прокат изготавливается и маркируется в соответствии с отраслевым государственным стандартом. Его маркируют сочетанием букв и цифр.

Он подразделяется на три основных класса:

• А – стержневая арматура, предназначенная для формирования основного каркаса;
• Вр – проволочная арматура, используемая для соединения между собой главных элементов;
• К – канатная арматура, являющаяся важнейшей частью изготавливаемых в заводских условиях предварительно напряженных железобетонных деталей и конструкций. Ее редко применяют в индивидуальном строительстве.

Следующий за буквами цифровой индекс может иметь значение от 1 до 6. Чем он выше, тем прочней изделие. В настоящее время происходит постепенный уход от советской системы маркировки, поэтому нередко один и тот же материал может обозначаться двумя способами. Помочь соотнести старые и новые названия призвана таблица №1.

Таблица 1. Виды арматуры и их наименование

Тип арматуры закладывается еще на стадии проектирования железобетонного изделия. При этом определяется способ соединения отдельных элементов в единый каркас. На практике для этого применяют электросварку или обвязку предназначенной для этого стальной проволокой.

Стержневая арматруа – класс А

Горячекатанная стержневая арматура является самой востребованной в монолитном строительстве. Ее подразделяют на классы, маркируемые А400, А600 и далее. При возведении фундаментов, испытывающих максимальные нагрузки, стержни не подвергают электросварке, а связывают между собой проволокой. В этом случае за счет некоторой подвижности удается избежать повышенных локальных напряжений.

Рассмотрим основные марки арматуры этого класса:

A I (А240) – гладкие стержни сечением от 6 до 40 мм. Они характеризуются высокой пластичностью и морозостойкостью получаемых монолитов. Их можно сваривать между собой или связывать проволокой.

A II (А300) – рифленые прутья диаметром от 10 до 80 мм. Их применяют в составе изделий из предварительно напряженного железобетона. Детали с ними в качестве каркаса редко дают трещины даже в результате длительной эксплуатации.

A III (А400) – наиболее распространенный вид арматуры для высотного и индивидуального строительства имеет вид гладких или рифленых стержней диаметром от 6 до 40 мм. Изделия с буквой «С» в маркировке пригодны под сварку.

A IV (А600) – используется для каркаса конструкций из предварительно напряженного бетона. Состоят из двух стальных сплавов. Имеют вид стержней сечением 10-32 мм.

A V (А800) – класс рифленых стержней из высокоуглеродистой стали диаметром от 6 до 36 мм, применяемых при изготовлении железобетонных изделий большой длины.

A VI (А1000) – стержни из низколегированной стали толщиной 6-32 мм, используемые при возведении напряженных монолитных сооружений.

Стержневую арматуру изготавливают в основном из углеродистой стали, являющейся общеупотребимым конструкционным материалом. Иногда в нее вводят небольшое количество легирующих добавок. Они даже при минимальной концентрации благотворно влияют на повышение эксплуатационных характеристик:

• механической прочности;
• пластичности;
• коррозионной стойкости в слабощелочной среде бетонных растворов.

Армирующий каркас из легированной стали хорошо проявляет себя в районах с повышенной сейсмической опасностью и в холодном климате. Его включают в состав наиболее ответственных объектов и сооружений, работающих в условиях знакопеременных динамических нагрузок.

Для повышения прочности прутков из углеродистой стали применяют процессы термообработки (закалка и отпуск). Упроченная таким способом арматура обозначается, как:

Ат.

Арматура, устойчивая к щелочному растрескиванию, — буквой:

К.

Изделия, которые можно подвергать сварке маркируются дополнительной буквой:

С.

Следует остановить свое внимание на наиболее популярных видах арматуры, предназначенной для сборки с применением сварки:

• Арматура А400С производится по технологии горячего проката. Толщина изделий может достигать 40 мм. Характерной конструктивной особенностью является наличие пары продольных ребер. Такая арматура нашла применение в малоэтажном строительстве.
• Арматура А500С – распространенный вид арматуры, усиленной термической обработкой. Ее применяют при производстве серийных железобетонных изделий, не предназначенных для эксплуатации под динамическими нагрузками.
• Арматура А600С – коррозионно-стойкий вариант стержней, полученных из углеродистого стального сплава с небольшой добавкой ванадия и молибдена. Материал нашел широкое применение на территориях, подверженных землетрясениям.

Арматура в виде проволоки – класс Вр

При изготовлении большинства железобетонных изделий может применяться холоднотянутая проволока обычного качества. В случае с предварительно напряженной арматурой требуется высокопрочная проволока особых сортов.

Проволочная арматура.

Арматура в виде каната – класс К

Канатная арматура наилучшим образом подходит для наиболее нагруженных железобетонных конструкций. Ее заливают бетоном в предварительно напряженном состоянии. Она лучше других способна компенсировать подвижки грунта, принимая на себя основной изгибающий момент, действующий на фундамент. Для увеличения продолжительности службы канатов их пропитывают смазочными составами или помещают в защитную оболочку полимерной природы.

Основные технические характеристики классов и марок строительной арматуры представлены в таблице №2.

Таблица 2. Нормативные показатели строительной арматуры

Маркировка цветом

Условные обозначения арматуры могут выделяться также цветом торцов – его наносят на заводе-изготовителе при отгрузке партий потребителям. Для подобных обозначений также есть таблица классификации, в которой маркировка арматуры может быть представлена графой «цвет торца» есть и соответствующая ей и марке стали графа «число поперечных рёбер между маркировочными знаками»:

Как дополнительная графа в таблицах может проставляться и такой параметр, как «испытание на изгиб в холодном состоянии.

Стержневая арматура по типу профиля

В монолитном строительстве и при изготовлении стандартных ЖБИ применяется арматура с гладкой либо рельефной поверхностью.

Гладкая арматура

Арматура с абсолютно гладкой поверхностью не способна дать максимально надежное сцепление с бетонной смесью. Ее применяют для усиления элементов, не подвергающихся экстремально высоким нагрузкам. Прутки круглого сечения монтируются в кирпичную кладку несущих стен, в песчано-цементную стяжку полов и площадок, под тротуарную плитку.

Гладкая арматура.

Рифленая арматура

Рифленая арматура имеет развитую наружную поверхность, за счет которой она прочно удерживается внутри бетонного слоя.

Различают три вида рифления:

• кольцеобразное;
• серповидное;
• смешанное.

Кольцевое рифление

Такая арматура имеет хорошее сцепление с бетоном, но при эксплуатации в условиях повышенных нагрузок может наблюдаться разрыв прутка в зоне наименьшего поперечного сечения.

Кольцевое рифление арматуры.

Серповидное рифление

Стержни серповидного профиля не имеют ярко выраженных слабых зон, но обладают худшим сцеплением с бетоном.

Серповидное рифление арматуры.

Смешанное рифление

Изделия смешанного типа лишены перечисленных недостатков, но требуют более сложной технологии изготовления, поэтому дорого стоят.

Смешанное рифление арматуры.

Материал изготовления и геометрические особенности арматуры гладкого и периодического профиля по ГОСТ 5781-82 собраны в таблице №3.

Таблица 3. Требования к арматуре различных классов

Чего требовать и ждать?

Согласно действующим стандартам, арматурная сталь должна быть:

• легко свариваемой;
• пластичной;
• прочной.

Под прочностью принято понимать способность арматуры выдерживать разрушительные нагрузки внешней среды. Воздействия извне могут растягивать металл и прогибать, крутить и сжимать, резать. Для каждого из видов нагрузок выделяют отдельные показатели прочности. Арматура чаще применяется в условиях, когда высоки нагрузки на растяжение, поэтому именно на это значение следует обратить внимание в первую очередь. Чтобы оценить, насколько арматура способна сопротивляться растяжению, нужно оценить:

• текучий предел;
• разрывное сопротивление.

Пластичность – это параметр, отражающий приспосабливаемость материала к внешним нагрузкам, пытающимся поменять форму изделия, его сечение. Если арматура в таких условиях сохраняет свои начальные параметры, то после удаления нагрузки она может вернуться в исходное состояние или сохранить полученные изменения. Пластичность выражается в удлинении при разрыве, угле загиба, количестве перегибов, остающихся после охлаждения металла.

Свариваемость – это показатель, отражающий способность качественно соединяться с другими материалами при применении того или иного метода сварки. Этот параметр определяется:

• составом металла;
• методом выплавки;
• величиной стержней в разрезе;
• соединительными особенностями;
• пластичностью.

Арматура по способу изготовления

Арматуру для строительных работ получают различными способами.

Горячекатаная арматура

Этот распространенный вид стержневого проката изготавливают из прямоугольных стальных болванок, имеющих специфическое название «блюм». Блюм нагревают до появления пластичности, после чего прогоняют по прокатному стану через серию валков, которые преобразуют заготовку в прут заранее заданного сечения. Полученная таким методом арматура характеризуется высокой прочностью и подходит для изготовления деталей, подвергающихся максимальным нагрузкам.

Холоднодеформированная арматура

Арматуру этого типа получают механическими методами без предварительного нагрева заготовки. Ее поверхность отличается чистотой и характерным металлическим блеском. Она легко поддается сварке и обладает неплохой коррозионной устойчивостью. Такую арматуру можно применять в качестве каркаса железобетонных изделий, но более уместно ее использовать при создании архитектурных форм с максимальными эстетическими требованиями.

Холоднодеформированная арматура.

Что еще важно?

При создании ненапряженных железобетонных конструкций следует выбирать классы от первого до третьего, а более высокие пригодятся, если конструкция прошла предварительное напряжение.

Если предстоит работать при низких температурах, и объект далее будет эксплуатироваться в экстремальных условиях, тогда больше подходит такая марка арматуры, которую отличает пониженный процент углерода. В качестве альтернативы можно выбирать варианты сырья, прошедшего дополнительную обработку высокой температурой.

А вот если было решено использовать в качестве армирующего материала проволоку, тогда предпочтение лучше отдавать той, в которой углерод либо вовсе отсутствует, либо его содержание не превышает 0,8 %. Для этого материала свойственна повышенная прочность – до 180 кгс/мм2 включительно. Такие параметры обеспечены:

• высокотемпературной обработкой;
• наклепом.

Арматура в зависимости от используемого металла

По компонентному составу использованного сплава различают две основные группы арматурного прутка.

Арматура из углеродистой стали

Арматуру этой категории получают из сплава, содержащего в значимых количествах только два химических элемента: железо и углерод. При увеличении относительной доли углерода до известного предела повышается прочность и твердость материала, но появляется хрупкость на излом и ухудшаются возможности сварки.

Арматура из легированной стали

В состав легированной стали входят небольшие количества добавок хрома, марганца, титана, молибдена, вольфрама и других элементов. Возможны самые разнообразные их комбинации, по-разному влияющие на эксплуатационные характеристики получаемого сплава. Марганец повышает прочность и износостойкость материала, а кремний делает его более упругим и текучим.

А как улучшить?

Чтобы арматурная сталь имела лучшее качество, в сплав можно добавить дополнительные составляющие. В качестве легирующих компонентов принято применять:

• вольфрам;
• ванадий;
• хром;
• никель.

В некоторые сплавы добавляют лишь один-два дополнительных компонента, в другие – смесь из 5-6 металлов. Это позволяет получить высококачественную легированную сталь с высокими показателями:

• прочности;
• твердости;
• стойкости к коррозии.

Чтобы получить легированную сталь, можно включить в сырье кремний, марганец. В зависимости от того, насколько много добавок содержится в веществе, принято говорить о принадлежности материала к одному из следующих классов:

• низколегированная арматурная сталь, содержащая не более пяти процентов включений;
• среднелегированная, в которой количество добавок варьируется в границах 5-10 %;
• высоколегированная, на одну десятую и больше состоящая из дополнительных компонентов.

Арматура по назначению

Арматурные прутья при создании армирующего каркаса занимают строго определенное место. Существуют типы арматуры, отличающиеся своим положением и назначением.

Рабочая арматура

Рабочая арматура укладывается вдоль наиболее длинных элементов конструкции. Для ленточных фундаментов, плит перекрытия и несущих балок она занимает горизонтальное положение, а в сваях и колоннах – вертикальное. В этом случае она способна принять на себя растягивающие нагрузки, увеличив тем самым прочность и долговечность всей детали. Стержни этого класса всегда имеют переменное сечение. Они составляют основу каркаса.

Распределительная

Распределительная арматура считается вспомогательной. Она отвечает за соединение основных стержней в общий каркас с пространственной структурой. В этом случае нагрузки оптимально распределяются между несколькими элементами, что снижает риск повреждения любого из них. Такие стержни могут занимать горизонтальное и вертикальное положение. Оптимальная форма для них – рифленая, хотя в наименее ответственных деталях допускается применять гладкие прутки или куски труб.

Монтажная

Задача монтажной арматуры – обеспечить неизменность формы армирующего каркаса во время его транспортировки, помещения в опалубку и заливки раствором. Для этих целей применяют стержни с любой структурой поверхности.

1. Рабочая.

2. Распределительная.

3. Монтажная.

Как и зачем?

Марка арматурной стали А240 необходима в строительстве и прочих областях, где используются конструкции из железобетона, так как применяется для их армирования. Некоторые специалисты именуют эту категорию материалов «петлевой», так как использовать арматуру принято, чтобы формировать петлеобразные элементы, усиливающие изделия из железобетона. Это наиболее актуально, когда элемент выделяется из основной плоскости строения. Горячекатаная арматурная сталь А1 подходит для создания элементов, упрощающих погрузку готовых блоков, перевозку и разгрузку. Кроме того, непосредственно на строительной площадке так проще соединять разные элементы между собой.

Марка арматуры AI, как и круглая, необходима для широкого спектра конструкций. При ее использовании изготавливают:

• ограждения;
• мебель;
• перила.

Круг и арматура металлическая А1, если они изготовлены в соответствии со специализированными стандартами, применяются как сырье: из них можно вытягивать проволоку. Допускается изготовление профилей:

• периодического;
• гладкого.

Если арматурный завод имеет соответствующее оборудование, тогда сталь А1 может послужить для изготовления различной продукции на токарных станках или фрезерных. Материал обрабатывается механически.

Композитная арматура

Композитная арматура – современная альтернатива стальным аналогам, издавна применявшимся в монолитном строительстве. Ее разработки начались еще в 60-х годах прошлого столетия. В Росси ее выпускают в соответствии с требованиями ГОСТ 31938-2012. В других странах за основу взят международный стандарт ISO 10406-1:2008.

Классификация композитной арматуры

Исходным материалом при производстве композитной арматуры служит, углерод, стекло, волокна на основе природных минералов. Из них формируется прочный стержень, которому различными способами придается ребристая форма. Прочность и твердость детали приобретают в результате высокотемпературной обработки.

По материальному исполнению неметаллическая арматура делится на несколько категорий:

1. Стеклокомпозитная арматура (АСК) – продукт сочетания стекловолокна (стеклоровинга) со специальными смолами. Волокна получают вытягиванием алюмоборсиликатной расплавленной смеси до толщины порядка 10-20 микрон. Из них формируют стержни большего диаметра с использованием адгезионных пропиток и смол.

Арматура АСК.

2. Базальтокомпозитная арматура (АБК) получается из расплавленного горного минерала – базальта. Его доводят до расплавленного состояния, вытягивая до состояния тончайших волокон. Их сплетают в присутствии органических смол в достаточно толстые прутья, способные при наборе твердости выдерживать экстремальные нагрузки.

Арматура АБК.

3. Арматура комбинированная композитная (АКК) состоит из стеловолокнистых стержней, покрытых снаружи базальтопластиковой намоткой. Она несколько уступает по своим прочностным характеристикам базальтовым пруткам, хотя нередко выдается за них недобросовестными поставщиками.

Арматура АКК.

4. Углекомпозитная арматура (АУК) изготавливается из углеродных нитей толщиной 3-15 микрон, уложенных параллельно друг другу. Такой материал обладает очень высокой прочностью на разрыв, но дороже других композитных аналогов.

5. Арамидокомпозитные стержни (ААК) представляют собой прочные и химически стойкие детали, полученные на основе полиамидных молекулярных цепочек. Водородные связи, возникающие между ними в процессе формовки, придают изделиям особую надежность и долговечность.

Размеры композитной арматуры

Композитная арматура даже при небольшой толщине способна брать на себя огромные нагрузки. Наиболее востребованные диаметры таких стержней представлены в таблице №4.

Таблица 4. Номинальные диаметры композитной арматуры

Стандарт допускает выпуск композитной арматуры с другими размерами. Стержни обычно поступают с завода-изготовителя в строго определенной нарезке. Их длина лежит в интервале от 0,5 до 12,0 метров. Предельные отклонения длины единичных экземпляров не могут превышать значений, указанных в таблице №5.

Таблица 5. Требования к точности изготовления композитных стержней

Некоторые виды композитной арматуры поступают в виде бухт или намотанными на жесткие барабаны.

Бухта композитной арматуры.

Механика и надёжность

Указанные выше параметры позволяют говорить о том, насколько хороши механические параметры стали. Именно на их основе выделяют технические характеристики, показатели.

Важной особенностью арматуры является ее временное сопротивление. Для его определения, а также выявления того, как велик текучий предел, насколько большим может быть удлинение стали относительно начальной величины, проводят специальные испытания на производстве: применяют разрывные машины, сконструированные для этой задачи.

Работа производится следующим образом: при запуске машины на помещенный образец плавно возрастает нагрузка. Арматура при этом находится в системе жесткого крепления, не допускающей «ускользания» экземпляра. Механизмы пытаются удлинить стержень продольно, деформируя его. Показатели, снимаемые с арматуры, позволяют сформировать диаграмму растяжения (масштаб задается произвольно).

Коррозия

За поверхностью бетонной конструкции надо ухаживать, вовремя ликвидировать появляющиеся трещины.

Из-за способности железа реагировать с кислородом, изделия из стали по своей природе чувствительны к атмосфере. Взаимодействие между ней и кислородом воздуха вызывает процесс окисления, чаще называемый ржавчиной или коррозией.

Поверхностная ржавчина арматуры, которая находится внутри конструкции, не влияет на её свойства. Этому препятствует щелочная среда. Она может даже увеличить связь стержня с бетоном. Однако длительный процесс окисления поверхности (при доступе воздуха) может в конечном итоге привести к внутренней коррозии, что неизбежно ослабит стальной пруток.

Стойкость арматуры к коррозии определяется химическим составом стали, способом производства, обозначается литерой К. В этом случае арматура производится из нержавеющей стали. В частном строительстве использовать такие прутки нерационально.

Дело не только в стоимости. Повреждение поверхности металлическими стропами, трением об сталь кузова создаёт очаги коррозии.

Чёрный арматурный металл защищают горячим цинкованием или покрытием эпоксидными смолами.

Параметры и область применения

Арматура, имеющая высокие показатели прочности, обычно стоит дороже, нежели низкокачественный материал. В то же время практика показывает, что использование такого материала позволяет добиться существенной экономии, поскольку армирование железобетонных конструкций требует более экономичного расхода металла.

Обратите внимание на пластичность арматуры: есть определенные границы, выходить за которые крайне нежелательно. При понижении этого параметра ниже определённого уровня невозможно применение прокатных изделий на полную прочность. Конструкция, изготовленная с использованием такого расходного сырья, становится хрупкой и может непредсказуемо разрушиться под влиянием внешних факторов. Есть и другой риск, сопряженный с уменьшением пластичности металла: растут вероятность хрупкого излома уже на этапе армирования конструкций из железобетона.

Самая популярная – какая она?

Традиционно наиболее востребована на рынке металлопроката арматура 8 мм в диаметре. Она принадлежит к третьему классу и выпускается в бухтах, мотках, прутьях. 8 мм – параметр среднего диаметра строительного материала. Производство такой арматуры должно соответствовать ГОСТ 30136-95. Выпускаемая мотками арматура специалистами именуется «катанкой».

Арматура 8 мм изготавливается из стали с низким содержанием углерода. Применяются марки СТ0, СТ3. В процессе изготовления есть две (иногда одна) стадии охлаждения, что позволяет добиться высоких показателей надежности материала. Катанка мотками представляет собой проволоку.

Арматура А3 – сталь, имеющая в сечении круг. Она необходима для последующего производства проволоки, пружин. Незаменимо сырье и в производственном процессе строительной холоднотянутой арматуры.

Функциональность

Для армирования сборного железобетона используется арматура до класса А600. Классы выше этого закладываются в напряжённые ЖБ конструкции.

Виды арматуры по назначению.

• Рабочая (продольная и поперечная): принимает основные типы нагрузок в железобетонном изделии, диаметр определяется расчётами.
• Монтажная (распределительная и конструктивная): для формирования объёмных каркасов, сеток.
• Распределительная: обеспечивает правильное расположение рабочих стержней.
• Конструкционная: не рассчитывается; устанавливается в местах, которые могут подвергаться случайным нагрузкам.
• Анкерная: для формирования закладных элементов, в том числе захватных петель.

Расход арматуры всех видов в железобетонных конструкциях составляет от 50 до 80 кг на кубометр бетона, но не менее 8 кг. Расчёт необходимого количества для ленточного фундамента приведён ниже.

Производство и продажа

Арматура 8 мм обычно изготавливается на проволочно-сортовых станках из сырья, соответствующего ГОСТ 380. Это стандартная технология, предполагающая наличие брусковой стали, обрабатываемой валовой системой. На станках материал прокатывают и вытягивают, раскаляют и охлаждают. В зависимости от особенностей конкретного товара он будет охлажден естественным методом или принудительно.

В продаже такой товар присутствует как погонными метрами, так и крупными мотками (для оптовых покупателей).

Состояние поставки

Область, где частного застройщика почти всегда ждут неприятные открытия.

Арматура поставляется в мотках (толщиной до 22 мм) и прутках. Моток должен состоять из одного, максимум двух отрезков.

Длина стержней: 6 – 18 м. Прутки по стандарту 34028-16 бывают мерной длины (МД), мерной с немерной (МД1), немерной (НД, 6 – 12 м). В поставке МД1 допускается не более 3% немерных прутков с длиной не менее 2 м.

Прутки немерной длины стоят дешевле. Но вероятность обмана здесь достаточно велика. Если нет возможности посчитать и промерить каждый пруток, вы заплатите больше. Учитывайте и то, что за счёт нахлёста отдельных прутков расход арматуры увеличится.

Мотки должны разматываться свободно, нахлёст витков не мешать размотке.

Зачем это нужно?

Арматура 8 мм незаменима при возведении железобетонных и металлических конструкций. Катанка достаточно тонкая, поэтому применяется при изготовлении сеток, каркасов, канатов. Арматура эффективна в качестве основы для скоб. Ее используются для укрепления строительных конструкций. Конкретный вариант выбирают, анализируя условия эксплуатации строения, на основе чего принимают решение в пользу той или иной марки.

Арматура чаще применяется как сырье для изготовления другой строительной продукции, а не как самостоятельный материал. Если катанка нужна, чтобы производить гвозди, кабеля, тогда нужно контролировать ровность изделий: шероховатые поверхности недопустимы, это значительно снизит прочность готового изделия. При изготовлении толстой арматуры, скоб требования к гладкости поверхности не столь существенны. Арматура, применяемая для обустройства несущих стен, не может содержать наполненные воздухом полости или трещины. Если арматура 8-мм диаметра приобретается в прутьях, контроль качества предполагает отслеживание идентичности изделий.