Головна → Статті
Загальні відомості про жедезобетонное
Бетон має недолік, властивий всім кам'яним як природним, так і штучних матеріалів, - він добре працює на стиск, але погано чинить опір вигину і розтягування. Міцність бетону на розтяг становить всього близько 1/10 ... 1/15 його міцності на стиск. Щоб підвищити міцність бетонних конструкцій на розтягнення і вигин, в бетон укладають сталевий дріт або стержні, звані арматурою. Арматура в перекладі з латинської означає «озброєння», т. Е. Сталева арматура як би озброює, зміцнює бетон. Армований сталевими стрижнями бетон називають залізобетоном.
Кам'яні конструкції, армовані металом, були відомі давно, але в сучасному вигляді залізобетон з'явився лише в другій половині XIX ст. коли було освоєно промислове виробництво портландцементу. Патент на винахід залізобетону був виданий Французу Ж. Моньє в 1867 р хоча відомі спроби використання залізобетону і до нього (наприклад, в 1849 р інженером Г. Е. Павука-Ром в Росії і в 1845 р В. Уїлкинсоном в Англії) . спочатку
залізобетон застосовувався досить обмежено. В даний час це основний конструкційний матеріал в житловому і промисловому будівництві.
Залізобетон - не два різнорідних матеріалу: бетон і сталь, а новий матеріал, в якому сталь і бетон працюють спільно, допомагаючи один одному. Це пояснюється наступним. Бетон при твердінні на повітрі зменшується в об'ємі, щільно охоплюючи арматуру. Міцність зчеплення арматури з бетоном досягає великих значень. Так, щоб висмикнути з бетону стрижень діаметром 30 мм, введений в бетон на глибину 300 мм, потрібна сила не менше 10 кН. Зчеплення сталі з бетоном не порушується і при сильних перепадах температури, так як коефіцієнти теплового розширення сталі і бетону майже однакові. Хороше зчеплення стали з бетоном призводить до того, що під навантаженням ці два матеріали працюють як одне ціле.
Сенс армування можна пояснити на елементах, що працюють на вигин (балках, ригелях). У таких елементах частина поперечного перерізу елемента піддається стиску, а інша - розтягування. Якщо балку виготовити з неармированного бетону, то внаслідок низької його міцності на розтяг (1 ... 4 МПа) вже під невеликим навантаженням бетон в розтягнутій зоні розтріскується (рис. 13.1, а) і балка руйнується. Якщо ж в розтягнуту зону ввести сталеву арматуру, то вона прийме на себе розтягують напруги (міцність сталі при розтягуванні більше 200 МПа), і балка, хоча на ній можуть з'явитися тріщини, які не зруйнується навіть при великих навантаженнях (рис. 13.1, б). У ряді випадків армують елементи, що працюють і на стиск (колони, палі), так як і на стиск сталь в 5 ... 10 разів міцніше бетону.
Причиною, чому арматура приймає на себе більшу частину навантаження, є відмінність в модулях пружності стали 2 * 10 МПа і бетону (2 ... 3) * 10 МПа. Через те, що модуль пружності стали в 10 разів вище модуля пружності бетону, при навантаженні залізобетонного елемента сталь і бетон отримують однакові деформації, але напруги в них відповідно до закону Гука будуть різні. У стали вони будуть в 10 разів вище, ніж в бетоні. Іншими словами, можна сказати, що 1 см перерізу сталі замінює 10 см бетону.
Бетон завдяки своїй щільності та водонепроникності, з одного боку, і лужної реакції цементного каменю в бетоні - з іншого, захищає сталь від корозії. Крім того, бетон як порівняно поганий провідник теплоти захищає сталь від швидкого нагрівання при пожежах. Сталеві конструкції під час пожежі швидко нагріваються, сталь розм'якшується і вся конструкція починає деформуватися навіть під власною вагою.
Мал. 13.1. Неармована бетонна (а) і армована залізобетонна (б) балки
У сучасному будівництві все більше застосування знаходить напружено-армований бетон. Спробуємо пояснити, чому з'явився такий метод армування. Як вже говорилося, міцність бетону на розтяг в 10 ... 20 разів нижче, ніж на стиск. У залізобетоні цей недолік усувають введенням в розтягнуту зону арматури. Однак через недостатню розтяжності бетону в розтягнутій його зоні виникають тріщини, після чого все навантаження сприймає тільки арматура. Поки ширина тріщини менше 0,1 ... 0,2 мм (так звані волосяні тріщини), вони не є небезпечними з точки зору зчеплення арматури з бетоном і корозії арматури.
При застосуванні для армування високоміцних сталей повне використання їх міцності супроводжується відносно великим подовженням арматури, що призводить до сильного розтріскування бетону, а це, в свою чергу, - до корозії арматури через оголення її поверхні. Звідси випливає, що при звичайному способі армування застосування високоміцної арматури нераціонально. При армуванні такий арматурою застосовують метод попереднього натягу арматури.
Сутність цього методу полягає в тому, що до завантаження залізобетонної конструкції корисним навантаженням її арматуру розтягують на зразок гумового джгута; упором при цьому служить бетон. Природно, що чим сильніше розтягнута арматура, тим більше буде стиснутий бетон. Коли ж до конструкції буде прикладена корисне навантаження, напруги від неї, що виникають в розтягнутій зоні бетону, частково компенсуються попередньо створеними стискають напругами. Тому в розтягнутій зоні бетону не виникнуть тріщини, а попередньо-напружена арматура отримає від навантаження додаткову напругу і її висока міцність буде реалізована більшою мірою.
В даний час застосовують два способи отримання напружено-армованого бетону. Один з них полягає в тому, що арматуру натягують і закріплюють на спеціальних анкерах, а потім укладають бетон. Після того як бетон досить затвердіє, арматуру звільняють і вона, стискаючи, стискає бетон. Інший спосіб: в бетоні залишають спеціальні канали для напруженої арматури. Після затвердіння бетону арматуру вводять в канали і натягують, використовуючи в якості опори затверділий бетон. При цьому в бетоні виникають стискають напруги. Після натягу арматури канали заповнюють цементним розчином.
У попередньо-напружених залізобетонних конструкціях більш повно використовується міцність сталі і бетону, тому зменшується маса виробів. Крім того, попереднє обтиснення бетону, перешкоджаючи утворенню тріщин, підвищує його довговічність і непроникність.
Завдяки універсальності і комплексу цінних властивостей залізобетон на важкому і легкому бетоні використовують для будівництва всіх типів будівель та інженерних споруд. Так, масове будівництво житлових будинків здійснюється зі збірного залізобетону, причому з нього виконують всі елементи будівлі. У багатоповерхових цегляних будинках фундаменти і перекриття - залізобетонні. Промислові будівлі і інженерні споруди в основному зводять із залізобетону.
Залежно від способу виготовлення залізобетонні конструкції можуть бути монолітними або збірними.