ВИБІР КЛАСУ БЕТОНУ ТА АРМАТУРИ

Клас бетону є основним показником його міцності на стиск, що гарантується з ймовірністю 0.95. В Україні, згідно з ДБН В.2.6-98:2009 ‘Бетонні та залізобетонні конструкції’, класи бетону позначаються літерою ‘B’ з наступним числовим значенням, що відповідає гарантованій міцності в МПа. Наприклад, бетон класу B25 має гарантовану міцність 25 МПа. Для житлових та громадських будівель найчастіше використовуються класи від B15 до B30. Нижче наведено порівняльну таблицю класів бетону та їхніх характеристик:

Окрім міцності, важливими є й інші характеристики: морозостійкість (F), водонепроникність (W) та рухливість (П). Морозостійкість, що позначається F50, F100, F200, вказує на кількість циклів заморожування-відтавання, які бетон може витримати без значної втрати міцності. Водонепроникність (W2, W4, W6, W8, W10, W12) характеризує здатність бетону чинити опір проникненню води під тиском, що критично важливо для фундаментів та підземних частин споруд. Рухливість (П1-П5) визначає легкість укладання бетонної суміші та її здатність заповнювати форму без утворення пустот. Для об’єктів в умовах підвищеної вологості або агресивного середовища (наприклад, Київська область з високим рівнем ґрунтових вод) слід вибирати бетон з підвищеними показниками W та F. Правильне співвідношення води та цементу (W/C) є фундаментальним для досягнення необхідних властивостей бетону, оскільки воно прямо впливає на міцність та довговічність. Для більш детального вивчення технологій бетонування, рекомендуємо відвідати сторінку, присвячену технології виробництва бетону.

При проєктуванні конструкцій, що піддаються динамічним навантаженням або значним перепадам температур, також враховується опір бетону до тріщиноутворення, його модуль пружності та повзучість. Наприклад, для фундаментів, що піддаються впливу циклів замерзання-відтавання, згідно ДБН В.2.6-100:2016 ‘Захист будівель і споруд від корозії’, мінімальний клас бетону по морозостійкості повинен бути не менше F150. Це забезпечує стабільність структури бетону та запобігає його руйнуванню. Важливо також враховувати тип цементу, який використовується у бетонній суміші. Портландцемент є найпоширенішим, проте для специфічних умов можуть бути обрані сульфатостійкі цементи або ті, що швидко твердіють. Добавки, такі як пластифікатори, суперпластифікатори та сповільнювачі тверднення, можуть значно покращити властивості бетонної суміші, оптимізуючи її рухливість, час схоплювання та кінцеву міцність, що є невід’ємною частиною сучасних технологій. Визначення оптимального класу бетону вимагає комплексного аналізу усіх факторів, починаючи від призначення конструкції до кліматичних умов регіону будівництва.

Арматурна сталь, або арматура, є невід’ємною частиною залізобетонних конструкцій, забезпечуючи їх міцність на розтяг та згин. В Україні, згідно з ДСТУ 3760:2006 ‘Прокат арматурний для залізобетонних конструкцій’, а також з оновленим ДСТУ Б В.2.6-145:2010 ‘Арматура сталева для залізобетонних конструкцій’, арматура поділяється на класи за механічними властивостями та профілем. Найбільш поширеними є класи А240, А400, А500С, А600, А800, А1000. Кожен клас має свої унікальні характеристики:

• А240 (АІ): Гладка арматура, використовується для розподільчої та монтажної арматури, хомутів. Межа текучості: 240 МПа.
• А400 (АІІІ): Рифлена арматура з періодичним профілем. Одна з найпоширеніших для несучих конструкцій. Межа текучості: 400 МПа.
• А500С: Модернізована рифлена арматура з покращеними характеристиками зварюваності (літера ‘С’ означає ‘зварювана’). Має високу пластичність. Межа текучості: 500 МПа. Це найчастіше використовуваний клас для монолітного будівництва в Україні.
• А600 (АIV) і вище: Високоміцна арматура для особливо навантажених конструкцій та попередньо напруженого залізобетону. Межа текучості: 600 МПа і вище.

Вибір класу арматури безпосередньо залежить від розрахункових навантажень на конструкцію та умов її експлуатації. Наприклад, для основних несучих елементів, таких як фундаментні плити, колони та балки, зазвичай застосовується арматура класу А500С. Для армування плит перекриття або стін з меншими навантаженнями може бути достатньо А400. Крім межі текучості, важливо враховувати такі параметри, як відносне видовження, що характеризує пластичність сталі, та наявність поздовжніх ребер, які покращують зчеплення з бетоном. Згідно ДБН В.2.6-98:2009, мінімальний діаметр арматури для несучих конструкцій повинен бути не менше 10 мм, а для конструкцій, що сприймають згинальні та розтягувальні зусилля, не менше 12 мм. Вибір правильного класу арматури та її оптимального діаметра є критично важливим для забезпечення необхідної несучої здатності та довговічності залізобетонних елементів.

Для забезпечення оптимального розподілу навантажень та запобігання передчасному руйнуванню, враховуються також коефіцієнти надійності за матеріалом та за навантаженням, що регламентуються ДБН. Так, при розрахунку міцності арматури, її нормативний опір знижується на коефіцієнт, що зазвичай становить 1.15. Це дозволяє створити запас міцності. Важливо також враховувати технологічні особливості монтажу арматури, зокрема довжину нахлесту при з’єднанні стрижнів, яка залежить від діаметра арматури та класу бетону, і може коливатися від 30 до 50 діаметрів стрижня. Це гарантує ефективну передачу зусиль між окремими елементами арматурного каркасу. Навіть дрібні деталі, такі як якість в’язального дроту та правильність фіксації арматури у проєктному положенні, мають величезне значення для кінцевої міцності конструкції. Без кваліфікованого підходу до цих аспектів неможливо реалізувати проєкт із заявленою довговічністю. Зверніть увагу на важливість роботи з кваліфікований архітектор, який допоможе уникнути помилок при проєктуванні.

Проєктування фундаментів є одним з найвідповідальніших етапів у будівництві, оскільки саме фундамент приймає всі навантаження від будівлі та передає їх на ґрунт. `Процес: Проєктування (Розрахунок)` включає комплексний аналіз ґрунтових умов, збір навантажень та визначення оптимальної конструкції фундаменту (стрічковий, плитний, пальовий). Згідно з ДБН В.2.1-10:2018 ‘Основи та фундаменти споруд’, розрахунок фундаментів виконується за граничними станами, а саме: за несучою здатністю (перший граничний стан) та за деформаціями (другий граничний стан).

Розрахунок навантажень: Визначаються постійні (вага конструкцій, покрівлі, перегородок) та тимчасові (корисні навантаження від людей, меблів, снігові та вітрові навантаження) навантаження. Снігові навантаження для України можуть становити від 80 кг/м² для південних регіонів до 180 кг/м² для Карпатського регіону, а вітрові – від 30 кг/м² до 50 кг/м², залежно від вітрового району та висоти будівлі. Ці дані беруться з ДБН В.1.2-2:2006 ‘Навантаження і впливи’. Сумарне розрахункове навантаження з урахуванням коефіцієнтів надійності є вихідною точкою для підбору класу бетону та арматури. Для фундаментів житлових будівель, як правило, використовують бетон класу не нижче B20-B25, а для особливо відповідальних конструкцій або в складних ґрунтових умовах – B30 і вище.

Вимоги до армування: Арматурний каркас фундаменту повинен забезпечувати його міцність на вигин та зсув. Мінімальний відсоток армування (співвідношення площі арматури до площі перерізу бетону) для фундаментів зазвичай становить 0.1% для робочої арматури та 0.05% для конструктивної. Діаметр робочої арматури для стрічкових фундаментів зазвичай приймають 12-16 мм, для плитних – 14-20 мм. Крок армування (відстань між стрижнями) не повинен перевищувати 200-300 мм, згідно ДБН В.2.6-98:2009. Захисний шар бетону для арматури фундаментів, що контактують з ґрунтом, повинен бути не менше 50-70 мм для запобігання корозії. Для агресивних ґрунтів застосовується додатковий захист – гідроізоляція та, можливо, бетон з підвищеною водонепроникністю та сульфатостійкістю. Ефективне проєктування фундаменту враховує усі ці фактори, гарантуючи довговічність та стабільність усієї споруди. Розуміння цих принципів є ключем до створення безпечних та надійних будівель. Також варто звернути увагу на архітектурні проєкти, які інтегрують оптимальні фундаментні рішення.

Забезпечення `Інженерія: Структурна цілісність (навантаження)` є основоположним принципом усього будівельного проєктування. Це вимагає детального аналізу всіх типів навантажень, які можуть впливати на конструкцію протягом її життєвого циклу. Навантаження поділяються на постійні (власна вага елементів, вага покрівлі, перегородок) і тимчасові (експлуатаційні, снігові, вітрові, сейсмічні). Кожне навантаження має свої коефіцієнти надійності, які враховуються при розрахунках. Наприклад, коефіцієнт надійності за навантаженням для постійних навантажень становить 1.1, а для тимчасових – 1.2-1.4, згідно з ДБН В.1.2-2:2006. Це забезпечує запас міцності конструкції.

Процес розрахунку включає:

• Визначення розрахункової схеми: Модель будівлі з усіма її елементами, опорами та зв’язками.
• Збір навантажень: Сумування всіх постійних і тимчасових навантажень з урахуванням їх коефіцієнтів.
• Статичний розрахунок: Визначення внутрішніх зусиль (згинальні моменти, поперечні сили, поздовжні сили) у кожному елементі конструкції. Сучасні інженерні програми, такі як SCAD Office або LIRA SAPR, дозволяють проводити ці розрахунки з високою точністю, враховуючи складні просторові схеми та нелінійні властивості матеріалів.
• Перевірка міцності та жорсткості: Порівняння розрахункових зусиль з граничними допустимими значеннями для обраних класів бетону та арматури, згідно ДБН В.2.6-98:2009. Наприклад, для бетону B25, розрахунковий опір на стиск становить 14.5 МПа, а для арматури А500С – 400 МПа. Конструкція вважається міцною, якщо її фактична міцність перевищує розрахункові навантаження з певним запасом. Перевірка жорсткості дозволяє оцінити деформації та прогини елементів, які не повинні перевищувати встановлених нормами значень (наприклад, для плит перекриття прогин не має бути більшим за 1/200 прольоту).

Особливу увагу слід приділяти розрахунку на проколювання для плитних конструкцій, що спираються на колони, а також розрахунку на стійкість тонких елементів (колон, стін). Для підвищення структурної цілісності в умовах підвищеної сейсмічної активності (для регіонів України, де сейсмічність перевищує 6 балів за шкалою MSK-64, як, наприклад, частина Закарпаття чи Крим), застосовуються спеціальні конструктивні рішення та підвищені вимоги до класів бетону (мінімум B25) та арматури (А500С), а також збільшується відсоток армування. Це регламентується ДБН В.1.1-12:2014 ‘Будівництво в сейсмічних районах України’. Використання комплексних інженерних рішень та точного математичного моделювання дозволяє створити безпечні та довговічні об’єкти. Детальніше про забезпечення стійкості будівель можна дізнатись на сторінці, присвяченій інженерні комунікації.

Ефективність `Детальний розбір вузла/технології` армування є критично важливою для забезпечення загальної міцності монолітних залізобетонних конструкцій. Навіть правильно вибрані класи бетону та арматури не забезпечать необхідної несучої здатності, якщо вузли армування виконані з порушеннями. Розглянемо ключові вузли та їх оптимізацію:

• Перетин колон і балок (каркасні вузли): У цьому вузлі арматура балок повинна бути заведена в тіло колони на розрахункову довжину анкерування, що залежить від діаметра стрижня, класу бетону та класу арматури, та може становити 30-50 діаметрів. Арматура колони проходить крізь балку. У зоні вузла посилюється поперечне армування (хомути) для сприйняття зсувних зусиль. Типові помилки – недостатня довжина анкерування та відсутність додаткових хомутів, що призводить до руйнування вузла при згині або зсуві. Оптимізація полягає у використанні жорстких каркасів з попередньо зварених елементів або гнутих стрижнів, що забезпечують безперервність арматури.
• Стикування арматури внахлест: При необхідності з’єднання арматурних стрижнів, які мають недостатню довжину, використовується стикування внахлест. Довжина нахлесту визначається за ДБН В.2.6-98:2009 і залежить від діаметра арматури, її класу, а також класу бетону та навантажень. Для арматури А500С діаметром 16 мм у бетоні B25, довжина нахлесту може бути близько 800-1000 мм. Стикування повинно бути виконане з розбігом, тобто стрижні стикуються не в одному перерізі, а на деякій відстані один від одного, щоб уникнути ослаблення перерізу. Оптимізація включає застосування механічних муфт або зварювання для з’єднання стрижнів великого діаметра, що зменшує витрату арматури та спрощує монтаж.
• Кути плит перекриття та стрічкових фундаментів: У кутах залізобетонних конструкцій виникають концентрації напружень, тому необхідно забезпечити їх посилене армування. Використовуються Г-подібні або П-подібні гнуті елементи арматури, що забезпечують безперервне армування по всьому куту. Довжина закладення ‘лапи’ таких елементів повинна відповідати розрахунковій довжині анкерування. Типові помилки – обрив арматури на кутах або недостатня довжина закладення, що може призвести до утворення тріщин. Оптимізація полягає у застосуванні спеціальних вузлів армування, що розробляються індивідуально для кожного проєкту, враховуючи просторову роботу конструкції.

Крім того, необхідно забезпечити правильний захисний шар бетону для арматури, який захищає сталь від корозії та забезпечує її спільну роботу з бетоном. Згідно ДБН В.2.6-98:2009, для конструкцій, що знаходяться у нормальних умовах експлуатації, захисний шар повинен бути не менше 20 мм для плит і балок, 25 мм для колон, та 50-70 мм для фундаментів, що контактують з ґрунтом. Досягнення оптимальної роботи кожного вузла вимагає не лише знань нормативів, а й глибокого розуміння фізики матеріалів та їх взаємодії під навантаженням. Технічно грамотне виконання цих деталей є запорукою надійності та довговічності всієї монолітної конструкції.

Вибір класу бетону та арматури не може бути здійснений без ретельного аналізу `Властивість Ґрунту: Агресивність ґрунту` та загальних умов експлуатації. Ґрунтові умови в Україні, особливо в регіонах з високим рівнем ґрунтових вод або наявністю промислових забруднень, можуть бути надзвичайно агресивними для бетонних та арматурних конструкцій.

• Кислотність та лужність ґрунтів: Деякі ґрунти можуть мати підвищену кислотність (pH < 7) або лужність (pH > 7), що може призвести до руйнування цементного каменю. У таких умовах рекомендується використовувати сульфатостійкі цементи або цементи з добавками, що підвищують хімічну стійкість бетону. Згідно з ДБН В.2.6-100:2016 ‘Захист будівель і споруд від корозії’, для агресивних середовищ вибираються бетони з підвищеною щільністю та марки по водонепроникності не нижче W8.
• Наявність сульфатів та хлоридів: Ці речовини є особливо небезпечними. Сульфати, що містяться в ґрунтових водах або певних типах ґрунтів (наприклад, глинах), можуть викликати сульфатну корозію бетону, призводячи до його розширення та руйнування. Хлориди, особливо в прибережних зонах або при використанні протиожеледних реагентів, сприяють електрохімічній корозії арматури. Для таких умов необхідно застосовувати бетон з відповідними добавками (наприклад, пуцоланові) та, можливо, епоксидне покриття арматури або арматуру з нержавіючої сталі, хоча останнє є значно дорожчим.
• Рівень ґрунтових вод та капілярний підйом: Високий рівень ґрунтових вод та капілярний підйом можуть призвести до постійного зволоження бетонних конструкцій, що створює сприятливі умови для корозії арматури та розмноження мікроорганізмів. У таких випадках, крім вибору бетону з високою водонепроникністю, обов’язковим є виконання комплексної гідроізоляції фундаменту та пристінної дренажної системи. Захисний шар бетону для арматури в умовах постійного контакту з водою повинен бути збільшений до 70-100 мм, згідно ДБН.
• Вплив біологічної агресії: У деяких випадках, особливо в умовах органічного забруднення ґрунту, може мати місце біологічна агресія (бактерії, грибки), що також може впливати на довговічність бетону. Хоча це менш поширене явище, його слід враховувати у спеціальних проєктах.

Ретельний аналіз інженерно-геологічних вишукувань та хімічного складу ґрунтових вод є першочерговим завданням для вибору оптимальних матеріалів. Недооцінка агресивності середовища може призвести до значного скорочення терміну служби конструкції та дороговартісних ремонтів. Тому, для об’єктів, що зводяться у складних ґрунтових умовах, завжди рекомендується застосовувати бетони з підвищеними показниками F (морозостійкість), W (водонепроникність) та спеціальні цементи.

Український будівельний ринок активно інтегрує `Сучасні технології та інновації` у сфері вибору бетону та арматури, що дозволяє створювати конструкції з покращеними експлуатаційними характеристиками та довговічністю. Це не тільки підвищує безпеку, але й оптимізує витрати на будівництво та експлуатацію. Розглянемо деякі з таких інновацій:

• Фібробетон: Використання фібробетону, армованого сталевими, базальтовими, поліпропіленовими або скляними фібрами, значно підвищує тріщиностійкість, ударну в’язкість та зносостійкість бетону. Сталеві фібри, наприклад, здатні підвищити міцність бетону на згин на 30-50% та його опір втомі. Це дозволяє зменшити обсяг армування традиційною арматурою або використовувати менші перерізи елементів без втрати несучої здатності. В Україні фібробетон активно застосовується для промислових підлог, дорожніх покриттів та елементів, що піддаються динамічним навантаженням.
• Самоущільнювальний бетон (SCC): SCC – це бетонна суміш з високою рухливістю, яка здатна ущільнюватися під власною вагою без вібрації. Це значно спрощує процес бетонування складних конструкцій, забезпечує високу якість поверхні та щільність бетону, а також зменшує ризик утворення пустот навколо арматури. SCC особливо ефективний для елементів з густим армуванням, де традиційне ущільнення є складним або неможливим. Застосування SCC в Україні зростає, особливо у висотному та монолітному будівництві.
• Використання композитної арматури: Склопластикова (GFRP), базальтопластикова (BFRP) або вуглепластикова (CFRP) арматура є легкою, не схильною до корозії, немагнітною та має високу міцність на розтяг. Вона може бути ефективною альтернативою сталевій арматурі в агресивних середовищах (наприклад, морські споруди, хімічні виробництва) або для конструкцій, де важлива відсутність електромагнітних перешкод. Однак, варто враховувати її нижчий модуль пружності та відмінну поведінку при пожежі. В Україні композитна арматура стандартизована ДСТУ Б В.2.6-145:2010.
• Високоміцні бетони: Бетони класу B60 і вище, відомі як високоміцні, дозволяють створювати тонші та легші конструкції при збереженні або збільшенні несучої здатності. Це особливо актуально для висотного будівництва та інженерних споруд.

Ці інновації вимагають не тільки застосування нових матеріалів, а й адаптації проєктувальних підходів та будівельних технологій. Важливо, щоб ці рішення відповідали діючим нормам і стандартам України та були підтверджені відповідними випробуваннями та сертифікатами. Грамотне застосування цих технологій дозволяє оптимізувати вартість проєктів, скоротити терміни будівництва та підвищити довговічність споруд. Забезпечення якості матеріалів та технологій є невід’ємною частиною сучасного підходу до будівництва.

Після ретельного вибору класу бетону та арматури, критично важливим етапом є `Контроль якості` цих матеріалів безпосередньо на будівельному майданчику. Навіть найдосконаліший проєкт може бути скомпрометований, якщо фактичні властивості поставлених матеріалів не відповідають заявленим характеристикам. В Україні цей процес регламентується низкою ДСТУ та ДБН.

• Контроль якості бетону:
  • Приймання: Кожна партія бетону, що прибуває на об’єкт, повинна супроводжуватися паспортом якості, який підтверджує клас бетону, його морозостійкість, водонепроникність та рухливість.
  • Відбір проб: Згідно з ДСТУ Б В.2.7-176:2008 ‘Будівельні матеріали. Бетони. Методи визначення міцності за контролем проб’, при кожному бетонуванні ділянки конструкції (не менше одного разу на зміну та на кожні 100-150 м³ бетону) відбираються контрольні зразки (кубики 150х150х150 мм).
  • Випробування: Відібрані зразки тверднуть у нормальних умовах (температура 20°C ± 2°C, вологість 95-100%) протягом 28 діб. Після цього вони випробовуються на стиск у лабораторії. Результати випробувань є остаточним підтвердженням відповідності класу бетону. Також можуть проводитися неруйнівні методи контролю міцності (ультразвуковий, склерометричний) безпосередньо на конструкції.
  • Контроль рухливості: На майданчику обов’язково перевіряється рухливість бетонної суміші за допомогою конуса Абрамса, щоб переконатися, що вона відповідає проєктній марці по рухливості (наприклад, П3 для звичайного бетону).
• Контроль якості арматури:
  • Візуальний огляд: Арматура повинна бути без ознак глибокої корозії, значних пошкоджень профілю, тріщин або розшарувань.
  • Перевірка діаметра: Діаметр стрижнів перевіряється за допомогою штангенциркуля для відповідності проєктному значенню.
  • Перевірка паспортів: Кожна партія арматури повинна мати сертифікат якості, що підтверджує її клас, механічні властивості (межа текучості, тимчасовий опір розриву, відносне видовження) та хімічний склад, відповідно до ДСТУ 3760:2006.
  • Випробування: У разі сумнівів або для відповідальних конструкцій можуть проводитися лабораторні випробування зразків арматури на розтяг.

Регулярний та послідовний контроль якості є фундаментальним для забезпечення безпеки та довговічності будівельних об’єктів. Відхилення від норм можуть призвести до серйозних наслідків, тому важливо довіряти цей процес досвідченим інженерам та лабораторіям. Тільки комплексний підхід до контролю на всіх етапах будівництва гарантує відповідність конструкції всім вимогам безпеки та експлуатації.