6 Арматурные работы
Введение арматуры в бетон, как известно, превращает его в железобетон, т.е. в материал, способный воспринимать значительные растягивающие напряжения, и лучше сопротивляющийся всем другим напряжениям. Однако, для эффективного использования упомянутых преимуществ армирования требуется не только усилия проектировщика (т.е. продуманность выбора параметров арматуры и бетона), но и правильная реализация проекта, высокий технологический уровень арматурных работ.
Производство арматурных работ должно строго соответствовать проекту, и любые, даже незначительные изменения проектного армирования могут допускаться лишь при обосновании соответствующими расчетами. При этом такие изменения всегда должны отражаться в актах освидетельствования скрытых работ.
Отечественная промышленность изготовляет арматурную сталь, подразделяющуюся на две основные группы:
стержневая (горячекатаная) арматура гладкая – класса А-I и периодического профиля – классов А-II…A-V (рисунок 59а, б);
проволочная арматура гладкая – классов В-I, В-II (рисунок 59 в) и периодического профиля (рифленая) – класса Вр-II (рисунок 59 г).
Рисунок 59 Типичные виды арматурной стали:
а –стержневая периодического профиля класса А-II, б – то же классов А-III, А-IV, A-V, в – проволока класса В-I и В-II, г – то же рифленая класса Вр-II
Стержневая арматура поставляется в виде прутков длиной 6…12м (по особому заказу до 24м). диаметром 6…40мм из стали класса А-I и диаметром 6…90мм – из стали А-II…A-V. Проволочная арматура, имеющая обычно диаметр 3…8мм, поставляется в бухтах (мотках). Предприятия металлоизделий изготовляют также готовые сетки стандартных размеров, либо в виде рулонов (диаметры стержней 3…5мм), либо в виде плоских каркасов (диаметры рабочей арматуры более 12мм).
Арматурные работы включают два основных этапа:
изготовление арматурных элементов (заготовок) – стержней конкретных позиций, сеток, каркасов, арматурных блоков,
установление этих элементов в проектное положение.
В зависимости от конкретных условий изготовление арматурных элементов может производиться с разной степенью укрупнения (готовности для сборки арматурных конструкций). Это может быть (рисунок 60):
заготовка отдельных стержней в соответствии с рабочими чертежами (рисунок 60а);
изготовление плоских каркасов и сеток, используемых на последующих этапах в качестве составных частей пространственных арматурных конструкций (рисунок 60б, г);
Рисунок 60 Арматурные элементы:
а – арматурные стержни; б – плоский каркас (сварной), в – пространственный каркас (вязанный); г – плоская сетка сварная (стандартная заводская продукция); д – рулонная сетка (стандартная заводская продукция); 1 – рабочие стержни прямые, 2 – то же отогнутые, 3 – монтажные стержни, 4 – хомуты
изготовление пространственных каркасов (рисунок 60в) и арматурных блоков (из нескольких пространственных каркасов), пригодных для монтажа без какой-либо доводки.
Изготовление арматурных элементов представляет собой сложную, трудоемкую работу, требующую специального станочного оборудования и соответствующих условий. По этим причинам заготовку таких элементов целесообразно выполнять по возможности вне блока бетонирования, т.е. в арматурных мастерских (сараи, навесы, площадки), централизованно в арматурных цехах заводов железобетонных изделий и т.д., где создание нужных условий не представляет проблемы. На стройке же арматурные конструкции должны по возможности собираться из готовых укрупненных элементов, т.е. с минимальными затратами труда. Сборка арматурных конструкций из отдельных стержней непосредственно в опалубке может допускаться лишь при малых объемах железобетонных работ.
Процесс заготовки арматурных стержней состоит из правки, чистки, разметки, резки, гнутья и стыковки (когда требуется увеличение длины этих стержней).
Очистку арматурной стали от ржавчины и грязи выполняют электрощетками или ручными стальными щетками. Правка арматуры производится на правильно-отрезных станках или на ручных станках.
Разметка обычно выполняется мелом, с использованием шаблонов, рулеток. При этом учитывается необходимое удлинение стержней за счет изгибов. Такое удлинение принимается приблизительно равным: для отгиба под углом 900 – одному диаметру, 450 – половине диаметра, 1800 – полутора диаметрам. Для резки арматурных стержней обычно применяются приводные станки, рабочей частью которых являются ножи гильотинового типа. При диаметре менее 10мм могут использоваться правильно-отрезные станки или ручные ножницы.
Гнутье арматурных стержней производится в холодном состоянии с помощью ручных или механических станков (рисунок 61). Рабочим органом механических станков является вращающийся диск 7, закрепленный на вертикальном валу. При повороте диска стержень 1 загибается вокруг осевого «пальца» 2, как показано на рисунке 61б .
Соединение арматурных стержней между собой производится в основном на сварке, но когда это невозможно, применяется ручная вязка. Для вязки используется мягкая проволока диаметром 1…2мм, узлы вяжут, используя кусачки (острогубцы) или крючки.
Из множества существующих способов сварки при арматурных работах обычно применяется два способа:
контактная,
дуговая (электродуговая).
Контактная сварка – способ сварки, при котором соединяемые элементы арматуры в месте контакта нагреваются электрическим током до температуры плавления и сдавливаются (осаждаются). Различают контактную стыковую сварку, с помощью которой соединяют торцы стыкуемых стержней (наращивание стержней), и контактную точечную сварку, применяемую для соединения пересекающихся стержней (сетки, плоские каркасы).
Рисунок 61 Гибка арматуры:
а – ручной станок; б – схема гибки арматуры механическим станком (I и II – стадии работы); 1 – арматурный стержень, 2 – осевой палец, 3 – рукоять, 4 – изгибающий палец, 5 – упор, 6 – неподвижная плита (основание), 7 – диск, 8 – съемный (изгибающий) палец на диске, 9 – отверстие для пальцев
Контактная сварка обычно применяется в стационарных условиях – в арматурных мастерских, цехах, где можно достигать очень высокой производительности и качества арматурных работ за счет их механизации и автоматизации.
Дуговая (дуговая шовная) сварка основана на использовании электрической дуги, создаваемой между свариваемыми стержнями и стальным электродом. Дуга плавит и электрод, и стержни в месте их соединения, но сварной шов образуется в основном за счет металла электрода. Дуговая сварка применяется для соединения стержней диаметрами 8…80мм. До настоящего времени она остается самым распространенным способом сварки в строительстве. Ее достоинства – простота и универсальность, недостатки – трудоемкость и большой расход металла на нахлестку и накладки. Типы соединений при дуговой сварке показаны на рисунке 62.
Рисунок 62 Типы соединений, выполняемых дуговой сваркой:
а – соединение внахлестку двухсторонним косым швом, б – то же односторонним швом, в – с круглыми накладками и двухсторонними фланговыми швами, г – то же с односторонними швами, д – с «усами», е – со смещенными накладками, ж – соединение вертикальных стержней на желобчатой подкладке, з – то же без подкладок и накладок; 1, 3 – свариваемые стержни, 2 – косой шов, 4 – круглая накладка, 5 – фланговый шов, 6 – дополнительный сварной шов «усы», 7 – стальная желобчатая подкладка
Разновидностями дуговой сварки являются ванная и электрошлаковая сварки, при которых дуга используется лишь вначале сварочного процесса, после чего прогрев металла идет без дугового разряда. Концы свариваемых стержней с небольшим зазором укладываются в специальную (желобчатую или более сложную) форму, после чего в зазор вводится один или несколько электродов («гребенка электродов»). Процесс ванной сварки начинается с зажигания дуги, расплавляющей электрод и свариваемые стержни, после чего электрод погружается в образующуюся ванну расплавленного металла и дальнейший прогрев металла током идет уже без дуги. Форма, в которой образуется ванна жидкого металла, может быть съемной и несъемной, т.е. выполняющей функцию накладки (ванно-шовная сварка). Электрошлаковая сварка представляет собой улучшенную ванную сварку, которая производится примерно так же, но под шлаком, т.е. в плавильное пространство между свариваемыми стержнями и формой засыпают шлак (флюс). После наведения шлаковой ванны дуга гаснет, и ток идет через расплавленный металл под шлаком.
Ванная сварка применяется для стыковки стержней диаметром 20…40мм, при сварке стержней из стали А-II с использованием гребенки электродов – до 80мм; электрошлаковая сварка приемлема для соединения стержней диаметром 20…80мм. Ванная и электрошлаковая сварки отличаются технологической простотой, малой трудоемкостью и экономичностью – при них расход электродов и электроэнергии сокращается до 2,5 раз по сравнению с «обычной» (шовной) дуговой сваркой.
Все названные виды дуговой сварки могут выполняться в ручном, полуавтоматическом и автоматическом режимах. При полуавтоматическом режиме механизирована подача электродов (непрерывная подача электродной проволоки), при автоматическом – дополнительно автоматизировано и перемещение электродного устройства. Производительность полуавтоматической и автоматической сварок в несколько раз выше, чем ручной сварки, поэтому их применение постоянно расширяется, однако в связи с исключительным многообразием арматурных конструкций ручная сварка пока остается основным видом сварки при строительных работах.
Комплекс технологически связанного оборудования для сварочных работ на конкретном рабочем месте называется сварочным постом (установкой), несколько технологически объединенных постов или установок называют линией. Состав оборудования поста зависит от вида сварки и условий ее выполнения. В простейшем случае он обычно включает сварочный трансформатор, токопровод, необходимые технологические приспособления и инструменты сварщика, защитные приспособления от излучения (шторы, щиты). Сварочные посты могут быть стационарными (в мастерских, цехах и т.д.) и передвижными. В арматурных мастерских, цехах сварочные посты обычно совмещаются со стендами по сборке плоских и пространственных каркасов. Сварка производится после установки составных элементов каркаса в заданное положение в соответствии с рабочими чертежами и временного закрепления этих элементов. При этом пространственные каркасы обычно собираются из ранее изготовленных плоских каркасов.
Любое крупное арматурное предприятие, как правило, имеет в своем составе склад арматурной стали, цех заготовки арматурных элементов и легких конструкций, площадку или навес для сборки крупных арматурных конструкций и склад готовой продукции.
Транспортировка арматурных изделий производится в основном бортовыми автомашинами, при больших размерах арматурных конструкций – на трейлерах, при значительных расстояниях может использоваться железнодорожный транспорт.
Установка арматуры по времени предшествует бетонированию и производится обычно после установки опалубки. Исключения составляют конструкции с «несущей» арматурой, т.е. арматурой, включающей стальной прокат (швеллеры, двутавры и проч.), и поэтому способной воспринимать нагрузки от собственного веса, от закрепляемой на ней опалубки, от укладываемой бетонной смеси и проч. Естественно, что подобная арматура монтируется до опалубки. К таким же случаям следует относить и использование арматурно-опалубочных блоков, т.е. пространственных арматурных блоков, на которых закрепляется опалубка с подмостями. Монтаж такого блока осуществляется в собранном виде с помощью кранового оборудования, что позволяет значительно ускорить арматурно-опалубочные работы.
При монтаже арматуры обычно используются механизмы и приспособления, имеющиеся в данный момент на стройплощадке, т.е. самоходные стреловые краны, башенные краны и проч. Ручная укладка допускается только при массе арматурных элементов не более 20кг.
Соединение арматурных элементов в единую армоконструкцию может производиться с помощью сварки, вязки или нахлесткой. При стыковке плоских и пространственных каркасов с рабочей арматурой диаметром более 20мм необходимо по возможности использовать электрошлаковую и ванную сварки, обеспечивающие наибольшую экономичность и надежность сварных соединений. В тех случаях, когда это невозможно, обычно применяется дуговая шовная сварка (нахлесткой, с накладками) или вязка.
Соединение нахлесткой без сварки (рисунок 63) применяют при армировании конструкций сварными сетками или плоскими каркасами с односторонним расположением рабочих стержней диаметром до 32мм. Величина нахлестки (перепуска) сеток и каркасов зависит от характера работы элемента, расположения стыка, классов арматурной стали и бетона. Эти величины должны обязательно указываться в проекте. Минимальные значения нахлестки приведены на рисунке 61, но чаще всего нахлестку приходится принимать большей, особенно при больших диаметрах рабочих стержней. Нахлестка в рабочем направлении должна составлять в зависимости от перечисленных выше факторов 30…50 диаметров рабочих стержней. При стыковании сеток из гладких стержней в каждой сетке в пределах стыка должны находиться не менее двух поперечных стержней. При стыковании сеток из стержней периодического профиля приваривать поперечные стержни в пределах стыка необязательно, но длину нахлестки в этом случае следует дополнительно увеличивать (рисунок 63б).
Рисунок 63 Соединение сварных сеток нахлесткой без сварки:
а – из стержней гладкого профиля, б – то же периодического профиля, в – то же в нерабочем направлении, г – с дополнительной сеткой; d1, d2 , – соответственно диаметры рабочих и распределительных стержней стыкуемых сеток, d3 – диаметры распределительных стержней дополнительной сетки
При диаметре рабочей арматуры более 26мм стыковку каркасов в нерабочем направлении рекомендуется выполнять с дополнительными сетками (рисунок 63г).
При монтаже арматуры необходимо следить не только за правильным взаимным расположением ее составных элементов, но и обеспечением требуемого защитного слоя бетона. Для этого в конструкциях арматурных элементов предусматривают специальные упоры, фиксаторы или удлиненные поперечные стержни. При бетонировании фундаментов целесообразно выполнять подготовку только из бетона, так чтобы арматура монтировалась на чистой бетонной поверхности (песчаная подготовка приемлема только для сборных бетонных или железобетонных фундаментов).
Контрольные вопросы:
Какие две основные группы арматурной стали используются для изготовления арматурных конструкций? Можно ли, исходя из рисунка 57,по внешнему виду отличить стержни из стали А-II от стержней из A-III?
Какие операции включает заготовка арматурных стержней?
Какие виды сварки применяются при изготовлении арматуры?
В каких случаях возможно стыкование арматуры нахлесткой без сварки?