Что такое напрягаемая арматура и где используется?

Железобетон хорошо работает на сжатие, но плохо переносит растяжение: в растянутой зоне быстро появляются трещины. Обычная арматура лишь частично решает проблему. Поэтому для ответственных конструкций применяют напрягаемую арматуру — стальные элементы, которые ещё до приложения нагрузки создают в бетоне сжимающие усилия. В статье разберём, что такое напрягаемая арматура, как она устроена, какие бывают её виды и где используется в строительстве.

Что такое напрягаемая арматура

Напрягаемая арматура — это высокопрочная сталь в виде стержней, проволоки или канатов, которую при изготовлении конструкции заранее натягивают с большим усилием. После того как бетон набирает прочность, натяжение передаётся на него, и элемент оказывается в состоянии предварительного сжатия. Такие конструкции называют предварительно напряжёнными.

Главное отличие от обычной (ненапрягаемой) арматуры в том, что обычная включается в работу только после деформации бетона и появления трещин, а напрягаемая работает с самого начала, не позволяя трещинам раскрываться. Чтобы понять общие принципы армирования, полезно изучить, как рассчитывается процент армирования железобетонных конструкций: для напрягаемых элементов он обычно ниже за счёт высокой прочности стали.

Как работает предварительное напряжение

Принцип прост. Представьте балку, лежащую на двух опорах. Под нагрузкой нижняя часть растягивается, верхняя сжимается. Если заранее обжать нижнюю зону сжимающим усилием, то при нагружении оно сначала «гасится», и только потом в бетоне начинается растяжение. В результате:

• трещины появляются при значительно больших нагрузках;
• прогибы конструкции уменьшаются;
• сечение можно сделать тоньше, а пролёт — больше;
• расход металла и бетона снижается.

Именно поэтому предварительное напряжение стало основой для перекрытий большой длины, мостовых балок и других нагруженных элементов.

Виды напрягаемой арматуры

По форме и способу изготовления различают несколько основных групп.

Стержневая арматура

Горячекатаные стержни повышенной прочности, часто дополнительно упрочнённые термически. Применяются в колоннах, балках, плитах перекрытий. Диаметры обычно от 10 до 40 мм, поверхность периодического профиля обеспечивает хорошее сцепление с бетоном.

Проволочная арматура

Холоднотянутая высокопрочная проволока диаметром от 3 до 8 мм. Бывает гладкой и периодического профиля. Используется в тонких плитах, панелях, трубах и шпалах.

Канатная арматура

Канаты скручивают из нескольких проволок, чаще из семи. Они гибкие, выдерживают очень большие усилия и подходят для длинных пролётов, мостов, резервуаров и монолитных плит.

При выборе ориентируются на класс прочности, релаксационные свойства (потери натяжения со временем), коррозионную стойкость и условия работы конструкции.

Способы натяжения арматуры

Существует два основных технологических подхода.

1. Натяжение на упоры. Арматуру натягивают до заливки бетона и закрепляют на стенде. После набора прочности бетона её освобождают, и усилие передаётся на конструкцию за счёт сцепления. Так делают на заводах сборный железобетон: плиты перекрытий, балки, сваи.
2. Натяжение на бетон. Сначала бетонируют элемент с каналами или пазами, а после набора прочности в каналы заводят арматуру и натягивают её домкратами, опираясь на торцы конструкции. После этого каналы заполняют цементным раствором. Метод применяют для крупных монолитных и составных конструкций.

Отдельно выделяют безынъекционные системы, где канат расположен в защитной оболочке со смазкой и не сцепляется с бетоном. Они популярны в монолитных перекрытиях жилых и общественных зданий.

Где используется напрягаемая арматура

Область применения широка, и везде основной критерий — необходимость перекрыть большой пролёт или повысить трещиностойкость при высокой нагрузке.

• Многопустотные плиты перекрытий — самый массовый пример в жилищном строительстве.
• Балки и фермы покрытий промышленных зданий, ангаров, торговых центров.
• Мосты и путепроводы — пролётные строения, где требуется большая несущая способность.
• Резервуары и ёмкости, в том числе для воды: обжатие обеспечивает водонепроницаемость стенок.
• Железобетонные сваи и опоры линий электропередачи.
• Шпалы, трубы напорных трубопроводов.
• Монолитные безбалочные перекрытия паркингов и многоэтажных зданий.

В частном строительстве напрягаемую арматуру чаще всего встречают в готовых плитах перекрытий и перемычках, которые производят на заводах.

Преимущества и ограничения

К главным достоинствам относят экономию материалов, возможность перекрывать большие пролёты, высокую жёсткость, долговечность и защиту от трещин. Конструкции получаются легче, а значит, снижаются нагрузки на фундамент.

Есть и ограничения. Технология требует специального оборудования — домкратов, анкеров, стендов — и квалифицированных специалистов. Ошибки при натяжении или потеря усилия из-за релаксации и усадки бетона снижают несущую способность. Кроме того, высокопрочная сталь более чувствительна к коррозии и перегреву, поэтому требует тщательной защиты и контроля. На качество бетона также предъявляют повышенные требования: подробнее о его свойствах можно узнать в материале про тяжёлый бетон, его виды, состав и применение.

Практические советы

• Не пытайтесь резать, сверлить или приваривать детали к готовым предварительно напряжённым плитам: нарушение арматуры может привести к потере несущей способности.
• Покупайте изделия только у производителей с сертификатами и маркировкой, где указаны класс бетона и расчётная нагрузка.
• При монтаже соблюдайте требования по глубине опирания и порядку складирования: плиты хранят на прокладках, строго по схеме.
• Для монолитных конструкций поручайте натяжение организациям с опытом и поверенным оборудованием, а контроль усилий фиксируйте в журнале.
• Защищайте торцы и анкеры от влаги, чтобы избежать коррозии.
• Если нужно проверить расположение арматуры в готовой конструкции, используйте приборы поиска — как это делается, описано в статье про то, как определить арматуру в бетоне.

Вывод

Напрягаемая арматура — это высокопрочная сталь, заранее натянутая для создания в бетоне сжимающих усилий. Она повышает трещиностойкость, позволяет перекрывать большие пролёты и экономить материалы. Используется в плитах перекрытий, мостах, резервуарах, сваях и монолитных перекрытиях. Главное условие надёжной работы — правильный выбор материала, точное выполнение технологии натяжения и аккуратное обращение с готовыми изделиями.