Защитный слой бетона в фундаментах: выбор толщины и особенности работы

Бетон – востребованный в строительстве материал, отличающийся прочностью и долговечностью. Однако даже столь высокопрочный стройматериал подвержен влиянию окружающей среды. Специалистами доказано, что бетонные конструкции плохо переносят нагрузку на растяжение, вследствие чего в монолитах образовываются трещины. Чтобы нивелировать риск разрушения сооружений и повысить прочностные характеристики зданий, рекомендуется упрочнять изделия при помощи технологии армирования.

Наша компания предлагает вам услуги по проверке прочности бетона. В ассортименте нашей продукции вы найдете бетон М100 В7,5, который отлично подойдет для использования в строительной промышленности и более износоустойчивый бетон М450 В35, который используется для ответственных конструкций. Мы быстро и недорого доставим ваш заказ на строительный объект, т.к. располагаем собственным автопарком миксеров и АБН.

Зачем нужен

Если вы внимательно изучали строительные чертежи, то обращали внимание, что при правильном устройстве армирующего каркаса, подготовленного к бетонированию, металлические прутья не соприкасаются со стенками опалубочной конструкции. Получается, что после подачи бетонной смеси и ее окончательного созревания, между металлом и опалубочной системой остается промежуток определенного размера. Именно это и называют защитным слоем арматуры в фундаменте.

Металлический каркас предназначен для компенсирования основного недостатка бетонного материала – низкого показателя прочности в момент растягиваний либо изгибов. Проще говоря, показатель прочности конструкции, из которого вытекает ее надежность, в равных степенях определяется качественным уровнем выполнения бетонирования и соответствием армирования конструкции.

Стальные стержни, изготавливаемые по требованиям ГОСТа, имеют нужный запас надежности и предназначены для продолжительного эксплуатационного периода. Но металл способен поддаваться негативным воздействиям воды и химических соединений, в результате чего образуется коррозия. Можно предварительно обработать стальные элементы специальными защитными составами, но подобная мера существенно увеличивает финансовые расходы.

Арматурные прутья, покрытые цинком, коррозии не подвержены, но и они не способны давать стопроцентную гарантию, что коррозийные процессы не начнут развиваться.

Кроме цинкового слоя, может применяться оксидирование металла. Но и такой способ обходится дорого, не давая при этом полной гарантии защиты. Объясняется это тем, что защитный слой не имеет высокой прочности, потому что толщина его не превышает нескольких микрон. Малейшие нарушения, допущенные при транспортировке, либо сварочные работы, легко нарушат целостность слоя. Слабостью в защите отличаются и торцевые участки в точках реза металлических прутьев.

Нанесенная на металлическую поверхность антикоррозийная защита способна получить повреждения от острых краев щебенки, находящейся в подаваемом бетоне.

Насколько опасна коррозия для стальной каркасной системы? Дело не только в том, что металл утрачивает свою первоначальную прочность – для подобного потребуется достаточно много времени. Однако образующаяся внутри фундамента ржавчина однозначно приведет к появлению пустотных участков. Изначально они не отличаются большими размерами, но постепенно превращаются в трещины, от воздействия воды и низких температурных режимов приводящие к процессам эрозии, разрушениям и осыпаниям бетонных поверхностей. Проблема стол серьезна, что необходимо принимать срочные меры по ее устранению.

Напрашивается вывод, что арматура, установленная в толще бетонного тела, должна быть качественно защищена от любых воздействий влажной среды. Кроме того, следует предусмотреть барьер, препятствующий негативным воздействиям химических составов, источниками которых являются воздушная среда и почва.

Функции подобной преграды исполняет защитный растворный слой. Но на этом его предназначение не заканчивается. Следовательно, подобная прослойка предназначена для:

• обеспечения необходимого позиционирования арматурной системы в бетоне;
• равного перераспределения нагрузочных воздействий на стальные арматурные прутья и основной бетонный монолит;

• защиты металлических поверхностей от воды, химсоставов, прочих нежелательных проявлений, создающихся изменениями погоды;
• создания высококачественной фиксации арматуры в бетоне при стыковке каркасов рядом расположенных железобетонных элементов или перемещений на очередной уровень;
• повышения устойчивости к воздействию огня;
• выполнения роли надежной основы для монтирования тепло- или влагозащитных материалов при отделке цокольной части.

Создана сверхпрочная альтернатива армированному бетону

Ученые использовали 3D-печать для создания структуры полимерной решетки, которая может выступать в качестве основы для низкоуглеродистого бетона — прочного и долговечного

Исследование было проведено в Калифорнийском университете в Беркли и основано на предыдущих попытках армировать бетон с помощью полимерных волокон. Этот материал появился около полувека назад как многообещающая альтернатива арматурным стержням из стали, которые обладают высокой прочностью, но тяжелы, дороги и со временем разрушаются.
С другой стороны, полимерные волокна легки, дешевы в производстве и устойчивы к коррозии. Современные подходы включают смешивание этих волокон с бетоном перед его заливкой, но это может привести к неравномерному распределению, а значит некоторые части структуры будут прочнее, в то время как другие будут более подвержены образованию трещин.

Инженеры, стоящие за новым исследованием, стремились устранить этот недостаток с помощью 3D-печатной октетной полимерной решетки — структуры, отличающейся уникальным сочетанием легкости и прочности. Выбрав ее, они надеялись предотвратить образование трещин. Команда добилась успеха, используя полимеры акрилонитрил-бутадиен-стирола (АБС) для создания решетки, а зазоры затем заполняли бетоном, который по характеристикам в четыре раза прочнее обычного бетона на сжатие.

Исследователи экспериментировали с вариациями этого рецепта, используя различные версии полимерной решетки, которые варьировались от 19,2% от общего объема бетона до 33,7%. Хотя эти изменения и привели к небольшим отклонения в показателях прочности на сжатие и пиковых нагрузок, общие механические свойства бетона оставались в основном без изменений.

Наука

Ученые создали белок, противостоящий радиации

«Когда материал хрупкий, он может выдерживать определенную пиковую нагрузку, после чего выходит из строя», — пояснила соавтор исследования Клаудиа Остертаг, профессор гражданской и экологической инженерии. «В данном случае мы не наблюдали сбоя. Он становился все прочнее и прочнее. Удивительно, как что-то изначально очень хрупкое превращается в нечто крайне пластичное».

Все испытанные образцы имели высокие значения плотности деформации и, следовательно, были способны поглощать много энергии, в то время как образцы с более тонкой структурой решетки были такими же прочными, как и образцы с более толстыми. Эта часть является ключевой для одной из всеобъемлющих целей исследовательского проекта: речь идет об использовании более высоких концентраций альтернативных материалов для уменьшения углеродного следа производства бетона, на который приходится 8% мировых выбросов CO2.

«Реакция, при которой образуется цемент, по своей сути производит CO2», — рассказал соавтор исследования Хайден Тейлор. «Но существует и альтернативный путь к использованию полимеров, которые являются углеродно-нейтральными или даже потенциально углеродно-отрицательными, за счет использования биополимеров, вторичной переработки и возобновляемых источников энергии».

Теперь команда планирует поэкспериментировать с разными формами решетки, чтобы узнать, могут ли разные геометрические формы использоваться для разных целей. «Забегая вперед, мой самый большой вопрос — как выбрать лучшую решетчатую структуру для конкретного приложения», — заявил ведущий автор Брайан Салазар. «Нам кажется, что для каждой задачи могут быть найдены еще более оптимальные геометрические формы».

Факторы, влияющие на толщину

Для определения такого параметра учитывается ряд условий. Если толщина слоя бетона менее установленных нормативными документами значений, то металлический каркас через некоторое время начинает подвергаться коррозии. Если делать защиту большой, то увеличиваются общие финансовые расходы на приобретение материалов. Остается подбирать оптимальный вариант, нормы которого легко найти в СНиП.

На параметр толщины бетона оказывают влияние следующие моменты:

• сечение и тип металлического материала. Чем толще пруток, тем больше параметры бетонной защиты;
• усилие механического воздействия на фундаментное основание и ее характер;

• условия, при которых предполагается эксплуатация фундаментной основы;
• тип сооружения либо отдельно размещенного железобетонного элемента. Параметры слоев в таких случаях нормированы специальной документацией;
• технические параметры эксплуатации. Прут, эксплуатирующийся под большой нагрузкой, подвергается значительному напряжению, следовательно, ему требуется полноценная защита;
• функциональные нагрузочные усилия на стальные элементы. Арматурные прутья в каркасной системе делятся на конструктивные, распределительные и рабочие. Каждый из перечисленных типов смонтирован в общем каркасе по установленным правилам.

Основные факторы

Необходимо правильно вычислить высоту защищающего слоя. Это очень важное условие для сохранения всех металлических конструкций фундамента от коррозии и других воздействий. Если данная величина будет рассчитана неверно, то это может повлечь за собой негативные последствия. Например, если она будет слишком тонкая, то возможно проникновение разрушающих факторов вглубь конструкции и целостность арматуры может нарушиться.

При заливке слоя необходимо учитывать множество факторов

Если, наоборот, будет толще нормативных показателей, то это может существенно ударить по карману. Итак, высота защищающего слоя зависит от таких нюансов:

• Какую роль выполняют арматурные прутья: рабочую, продольную или поперечную.
• Как нагружена арматура: напряжённая или нет.
• Виды несущей конструкции: опоры, плитный фундамент, ленточный фундамент и т.д.
• Какая высота армирующего пояса и какое диаметральное сечение используемых металлических прутьев.
• В каких условиях используется: на открытом воздухе, в помещении, при контакте с грунтами, при каком уровне влажности.

Толщина защитного слоя

Нормативная документация, регламентирующая особенности выполнения строительных работ, определяет ряд условий, предъявляемых к обустройству растворного слоя для стальной арматуры в фундаментной конструкции, обеспечивающих:

• единую работу металлических и бетонных конструкций с равномерным перераспределением нагрузочных воздействий;
• обустройство стыковок стальных прутьев без нарушения слоя покрытия в сторону уменьшения;
• возможность фиксации деталей анкерами;
• надежную защищенность металлических поверхностей от коррозийных проявлений;
• устойчивость к повышенным температурным режимам.

Параметры толщины бетонного слоя определяются с учетом марки стальных прутьев и их сечения, типа элементов, технологического предназначения армирующих материалов.

В каждом из случаев, толщина покрывающего слоя не должна быть меньше одного сантиметра. Если используется щебенка большой фракции, не позволяющая создавать подобные зазорные участки, разрешается увеличивать параметры до требуемых величин.

Минимальный защитный слой

В системах, не подвергаемых предварительным напряжениям, наименьшая защита из раствора с учетом эксплуатационных особенностей и окружающей изделие среды, определена стандартно:

• для сухих комнат закрытого типа – 2 см;
• в помещениях с высоким уровнем влажности – 2.5 см;
• для изделий, эксплуатируемых на улице – 3 см;
• в почве либо на ее поверхности – 4 см.

Если сборные элементы изготавливались на заводе, приведенные параметры разрешается снизить до пяти миллиметров. Но в каждом случае необходимо следить за тем, чтобы толщина бетонного слоя не была меньше, чем арматурное сечение.

Техническая документация, по которой проектируются изделия из железобетона, устанавливает условия дополнительного характера:

• на сооружения из тяжелых бетонных смесей М 250 и более, слой раствора допускается на пять миллиметров меньше, чем сечение металлического прутка;
• это же условие распространяется на все конструкции промышленного производства;
• для арматуры, растянутой предварительно, максимальная защита из бетона может быть не более пяти сантиметров.

Шаг прутьев, установленных поперечно, не должен быть более высоты сечения монолитного бетона, а для расположенных продольно такой промежуток составляет не меньше 0.1 от площади всей поверхности.

С учетом типа изделий, минимальный бетонный слой равен:

• для плит и стенок толщиной до десяти сантиметров – 1 см, для остальных – 1.5 см;
• для балок, перемычек и плитных ребер до 25 см – 1.5 см, в остальных случаях – 2 см;
• для колонн и стоек – 2 см;
• для сборных железобетонных элементов – 3 см;
• для фундаментных монолитов, имеющих бетонную подготовку – 3.5 см, остальных – 7 см.

Все распределительные элементы, расположенные поперечно, покрываются бетоном, слой которого достигает 1 – 1.5 см.

Контроль минимальной толщины бетонного слоя для металлической арматуры осуществляется неразрушающим способом с применением специального магнитного оснащения.

Требования к толщине слоя

Вопрос, регулирующий размерные параметры защитного слоя регламентирован строительными нормами в документе СНИП 52-01-2003. Его рассчитывают проектировщики, обозначая эту величину на рабочих схемах. На минимально рекомендованное значение толщины защитного слоя бетона для арматуры влияет:

• вид арматуры;
• диаметр;
• функция в железобетоне (конструктивная или рабочая);
• тип изделия (фундамент, колонна, монолитные лестницы и т.п.);
• размеры сечения монолита и диаметр стержней металла;
• окружающая среда.

Важно! Минимальная толщина защитного слой бетона для арматуры должна быть не менее её диаметра и не менее 10 мм.

Таблица минимальной толщины защитного слоя бетона

Когда сооружение не имеет разработанного проекта, рекомендовано заливать монолит, используя значения из таблицы:

Как обеспечить нужную толщину при заливке

От качества и правильности монтажа металлического каркаса зависят надежность и долговечность фундаментной основы.

Если изучить рекомендации, то станет ясно, что толщина бетонного слоя заложена в предварительных проектных расчетах и чертежах. Остается только соблюсти все требования практически.

Естественно, нижний ряд прутьев в фундаментной траншее необходимо поднять над поверхностью земли на определенную высоту. Полнейшую безграмотность проявляют рабочие, использующие вместо подпорных элементов обрезки пиломатериала. Древесина не отличается долговечностью и пропускает через себя влагу. В местах, где установлены подобные опоры, возникает коррозия.

В качестве подпорок разрешается использовать кирпичный или бетонный камень, но и такой вариант не является идеальным решением, так как не обеспечивает надежную герметичность.

Оптимальное решение – специальные стойки из полимерных материалов. Изготавливаются они по разным размерам, всегда можно подобрать подходящий вариант, соответствующий той или иной конструкции. Стоимость их по сравнению с расходами на строительные материалы достаточно приемлема. Кроме того, подобные элементы имеют полые конструкции, при заливке тоже заполняемые бетонным раствором.

Как при заливке бетона выдержать минимальный или максимальный защитный слой бетона?

Есть несколько вариантов, с помощью которых, заливая бетонное сооружение, можно четко выдерживать заданную толщину слоя материала:

• Специальные фиксаторы защитного слоя бетона. Данные изделия можно приобрести в магазинах строительных материалов или в магазинах производителей фиксаторов. Стоимость одного фиксатора в зависимости от назначения или конструкции колеблется в пределах 1,4-6 рубля за 1 единицу.
• Опалубка, выставленная на нужный размер с помощью удлиненных стержней армпояса.
• Бетонные сухари (закладные) габаритами в плане 100х100 мм, толщиной равной толщине минимального или максимального защитного слоя бетона для арматуры. Данный вариант используется, когда стоит задача защитить нижний слой стержней армопояса.

Использование фиксаторов

С помощью пластиковых фиксаторов монтаж арматурных прутьев выполняется быстро и точно. Подобные изделия выпускаются нескольких видов:

• в виде вертикальных стоек;
• круглые.

Все другие фиксаторы являются производными от перечмсленных основных видов.

Вертикальная стойка применяется при установке армирующей сетки либо конструкции пространственного типа в положении, несколько приподнятом над опорным элементом. Параметры высоты и опорных выемок могут различаться исходя из размеров сечения прутьев и проектного высотного уровня установки.

«Звездочки» округлых форм надеваются на горизонтальные или вертикальные ряды, расположенные вверху, при помощи особых замковых элементов в виде защелок. Расчетный радиус не позволяет пруткам приближаться к опалубочным стенкам, гарантируя требуемую толщину растворной прослойки. Выпуск подобных фиксаторных элементов налажен с разными диаметрами.

С помощью крепежных приспособлений, изготовленных из пластикового материала, становится возможным достижение следующих условий:

• достигается высокоточная толщина защиты из бетонного раствора;
• сокращаются сроки исполнения строительных мероприятий, но качество подготовки железобетонного сооружения при этом не снижается;
• минимизируются финансовые расходы, предназначенные для производства ж/б сооружений.

Решающий фактор в применении пластикового фиксаторного элемента – характерные особенности его устройства и приемлемая цена.