Что такое железобетон


Что такое Железобетон

Значение слова Железобетон по Ефремовой:

Железобетон — Строительный материал, представляющий собою соединение бетона со стальной арматурой.

Значение слова Железобетон по Ожегову:

Железобетон — Конструкции, изделия из такого материала

Железобетон Монолитное соединение бетона и стальной арматуры, применяемое в строительств е

Железобетон в Энциклопедическом словаре:

Железобетон — сочетание бетона и стальной арматуры, монолитно соединенныхи совместно работающих в конструкции. Термин «железобетон» частоупотребляют и как собирательное название железобетонных изделий иконструкций. Бетон в железе воспринимает в основном сжимающие усилия, аарматура — растягивающие. бетон также придает жесткость конструкции изащищает арматуру от коррозии. Железобетон как самостоятельный материалпоявился во 2-й пол. 19 в. (первый патент получил французский ученый Ж.Монье в 1867). В современном строительстве железобетон — один из основныхматериалов.

Значение слова Железобетон по словарю Ушакова:

ЖЕЛЕЗОБЕТОН, железобетона, мн. нет, м. (тех.). Очень стойкий строительный материал, представляющий собой сочетание железа и бетона. Из железобетона строят здания, мосты, морские суда.

Определение слова «Железобетон» по БСЭ:

Железобетон — сочетание бетона и стальной арматуры, монолитно соединённых и совместно работающих в конструкции. Термин «Ж.» нередко употребляется как собирательное название железобетонных конструкций и изделий. Идея сочетания в Ж. двух крайне различающихся своими свойствами материалов основана на том, что прочность Бетона при растяжении значительно (в 10-20 раз) меньше, чем при сжатии, поэтому в железобетонной конструкции он предназначается для восприятия сжимающих усилий. сталь же, обладающая высоким временным сопротивлением при растяжении и вводимая в бетон в виде арматуры (см. Арматурная сталь), используется главным образом для восприятия растягивающих усилий.Взаимодействие столь различных материалов весьма эффективно: бетон при твердении прочно сцепляется со стальной арматурой и надёжно защищает её от коррозии, т. к. в процессе гидратации цемента образуется щелочная среда. монолитность бетона и арматуры обеспечивается также относительной близостью их коэффициентов линейного расширения (для бетона от 7,5·10&minus.6 до 12·10&minus.6, для стальной арматуры 12∙.10&minus.6). в пределах изменения температуры от -40 до 60°C основные физико-механические характеристики бетона и арматуры практически не изменяются, что позволяет применять Ж. во всех климатических зонах.Основа взаимодействия бетона и арматуры — наличие сцепления между ними. Значение сцепления или сопротивления сдвигу арматуры в бетоне зависит от следующих факторов: механического зацепления в бетоне специальных выступов или неровностей арматуры, сил трения от обжатия арматуры бетоном в результате его усадки (уменьшения в объёме при твердении на воздухе) и сил молекулярного взаимодействия (склеивания) арматуры с бетоном. определяющим является фактор механического зацепления. Применение арматуры периодического профиля (см. Арматура железобетонных конструкций), сварных каркасов и сеток, устройство крюков и анкеров увеличивают сцепление арматуры с бетоном и улучшают их совместную работу.Нарушение структуры и заметное снижение прочности бетона наступает при температуре свыше 60°C. при кратковременном воздействии температуры в 200°C прочность бетона снижается на 30%, а при длительном — на 40%. температура в 500-600°C является для обычного бетона критической, при которой он разрушается в результате обезвоживания и разрыва скелета цементного камня. Поэтому обычный Ж. рекомендуется применять при температуре не выше 200°C. В тепловых агрегатах, работающих при температурах до 1700°C, используется Жаростойкий бетон. Для предохранения арматуры от коррозии и быстрого нагревания (например, при пожаре), а также надёжного её сцепления с бетоном в железобетонных конструкциях предусматривается устройство защитного слоя бетона толщиной от 10 до 30 мм. в агрессивной среде толщина защитного слоя увеличивается.Большое значение для Ж. имеют усадка и ползучесть бетона. В результате сцепления арматура препятствует свободной усадке бетона, что приводит к возникновению начальных напряжений растяжения в бетоне и сжимающих напряжений в арматуре. Ползучесть бетона вызывает перераспределение усилий в статически неопределимых системах, увеличение прогибов в изгибаемых элементах, перераспределение напряжении между бетоном и арматурой в сжатых элементах и т. д. Эти свойства бетона учитываются при проектировании железобетонных конструкций. Усадка и низкая предельная растяжимость бетона (0,15 мм на 1 м) приводят к неизбежному появлению трещин в растянутой зоне конструкций при эксплуатационных нагрузках. Практика показывает, что при нормальных условиях эксплуатации трещины шириной раскрытия до 0,3 мм не снижают несущей способности и долговечности Ж. Однако низкая трещиностойкость ограничивает возможности дальнейшего совершенствования Ж. и, в частности, использования для арматуры более экономичных высокопрочных сталей.Избежать образования трещин в Ж. можно методом предварительного напряжения, при котором бетон в растянутых зонах конструкции подвергается искусственному обжатию (см. Предварительно напряжённые конструкции) за счёт предварительного (механического или электротермического) растяжения арматуры. Дальнейшим развитием предварительно напряжённого Ж. являются самонапряжённые железобетонные конструкции, в которых обжатие бетона и растяжение арматуры достигаются в результате расширения бетона (изготовленного на т. н. напрягающем цементе) при определенной температурно-влажностной обработке. Благодаря своим высоким технико-экономическим показателям (выгодное использование высокопрочных материалов, отсутствие трещин, сокращение расхода арматуры и др.) предварительно напряжённый Ж. успешно применяется в несущих конструкциях зданий и инженерных сооружений. Существенный недостаток Ж. — большая объёмная масса — в значительной мере устраняется при использовании лёгких бетонов (на искусственных и природных пористых заполнителях) и ячеистых бетонов.Широкое распространение Ж. в современном строительстве обусловлено его большими техническими и экономическими преимуществами по сравнению с др. материалами. Сооружения из Ж. огнестойки и долговечны, не требуют специальных защитных мер от разрушающих атмосферных воздействий. прочность бетона со временем увеличивается, а арматура не поддаётся коррозии, будучи защищенной окружающим её бетоном. Ж. обладает высокой несущей способностью, хорошо воспринимает статические и динамические (в т. ч. сейсмические) нагрузки. Из Ж. относительно легко создавать сооружения и конструкции самых разнообразных форм, достигающих большой архитектурной выразительности. Основной объём Ж. составляют повсеместно распространённые материалы — щебень, гравий, песок. Применение сборного Ж. позволяет значительно повысить уровень индустриализации строительства. конструкции изготовляются заранее на хорошо оснащенных заводах, а на строительных площадках выполняется только монтаж готовых элементов механизированными средствами. Тем самым обеспечиваются высокие темпы возведения зданий и сооружений, а также экономия денежных и трудовых затрат.Принято считать, что начало применения Ж. связано с именем парижского садовника Ж. Монье, получившего ряд патентов на изобретения по Ж. во Франции и в др. странах. первый его патент на цветочную кадку из проволочной сетки, покрытой цементным раствором, относится к 1867. Фактически конструкции из бетона со стальной арматурой возводились и раньше. Заметную роль в строительной технике России, Западной Европы и Америки Ж. начал играть лишь в конце 19 в. Большая заслуга в развитии Ж. в России принадлежит профессору Н. А. Белелюбскому, под руководством которого был возведён ряд сооружений и проведены испытания различных железобетонных конструкций. В начале 20 в. вопросы технологии бетона, бетонных и железобетонных работ, проектирования сооружений с применением Ж. разрабатывали видные русские учёные — профессора И. Г. Малюга, Н. А. Житкевич, С. И. Дружинин, Н. К. Лахтин. Появились оригинальные конструкции, предложенные инженерами Н. М. Абрамовым, А. Ф. Лолейтом и др.Первым крупным сооружением, выполненным из бетона и Ж. в Советском Союзе, была Волховская ГЭС, явившаяся большой практической школой для советских специалистов по Ж. В последующие годы Ж. применялся во всё возрастающих размерах. Расширению производства Ж. способствовали серьёзные достижения в развитии теории расчёта конструкций из этого нового строительного материала. В СССР с 1938 получил практическое применение прогрессивный метод расчёта Ж. на прочность по стадии разрушения, разработанный советскими учёными А. А. Гвоздевым, Я. В. Столяровым, В. И. Мурашёвым и др. на основе предложений А. Ф. Лолейта. Всестороннее развитие этот метод получил в расчёте железобетонных конструкций по предельным состояниям. Достижения советской школы теории Ж. получили всеобщее признание и используются в большинстве зарубежных стран. Дальнейшее совершенствование Ж. и расширение областей его применения связаны с проведением широкого круга научно-исследовательских работ. Предусматривается значительное повышение технического уровня Ж. за счёт уменьшения его объёмной массы, использования высокопрочных бетонов и арматуры, развития методов расчёта Ж. при сложных внешних воздействиях, повышения долговечности Ж. при воздействии коррозионной среды и др.Лит.: Столяров Я. В., Введение в теорию железобетона, М. — Л., 1941. Гвоздев А. А., Расчёт несущей способности конструкций по методу предельного равновесия, в. 1, М., 1949. Мурашов В. И., Трещиноустойчивость, жёсткость и прочность железобетона, М., 1950. Берг О. Я., Физические основы теории прочности бетона и железобетона, М., 1961. Развитие бетона и железобетона в СССР, под ред. К. В. Михайлова, М., 1969. Cent ans de bйton armй. 1849-1949, P., 1949.

К. В. Михайлов.

xn----7sbbh7akdldfh0ai3n.xn--p1ai

Железобетон: свойства, виды и преимущества

Содержание:

  • Что такое железобетон
  • Изгибаемые железобетонные элементы
  • Предварительно напряженный железобетон
  • Монолитный и сборный железобетон
  • Преимущества сборного железобетона
  • Постройка быстровозводимого частного дома из готовых комплектов сборного железобетона - видео

Бетон как искусственный камень хорошо работает на сжатие и плохо на растяжение. Бетонная балка при изгибе разрушается уже от незначительной нагрузки вследствие разрыва бетона в растянутой зоне, в то время как высокая прочность бетона в сжатой зоне остается неиспользованной.

Совсем другие свойства приобретает балка, если в бетон растянутой зоны, до его отвердения, заложить стальные стержни. В этом случае растягивающие усилия будут восприниматься сталью, хорошо работающей на растяжение, а сжимающие — бетоном, хорошо работающим на сжатие, при этом работой бетона на растяжение пренебрегают.

Железобетон это такие комплексные конструкции, образованные из бетона и стальных стержней, работающих совместно, называются железобетонными, а стальные стержни — их арматурой.

В состав стальной арматуры балки, кроме продольных стержней, расположенных в растянутой зоне и воспринимающих нормальные растягивающие усилия, входят поперечные вертикальные стержни, работающие на главные растягивающие напряжения (ближе к опорам), и монтажные стержни. Все стержни в местах пересечений соединяются контактной точечной сваркой, образуя сварной арматурный каркас.

Необходимая площадь сечения продольных и поперечных стержней арматуры определяется расчетом, а способ их объединения в сварные каркасы и количество таких каркасов в сечении балки — удобствами сварки и установки каркасов, удобствами укладки бетонной смеси и другими условиями.

Принципиально важным условием совместной работы арматуры с бетоном в железобетонных конструкциях является их сцепление, которое обеспечивается:

  • в арматуре периодического профиля — выступами на поверхности стержней,
  • в сварной арматуре — за счет сварных пересечений, в каждом из которых стержень одного направления служит анкером для стержня другого направления, и, кроме того,
  • во всех случаях за счет обжатия стержней арматуры бетоном при усадке.

Изгибаемые железобетонные элементы в строительстве:

  1. жб балки и
  2. железобетонные плиты,

Плиты отличаются от балок большей шириной и меньшей высотой поперечного сечения.

Изгибаемые железобетонные элементы очень часто делают таврового (Т-образного) и П-образного (ребристого) сечения. Смысл таких конструктивных форм в том, чтобы удалить возможно большую часть бетона растянутой зоны (не учитываемого при расчете прочности), оставив лишь часть, необходимую для размещения продольной и поперечной рабочей арматуры и связи ее со сжатой зоной. При этом уменьшается расход бетона и стоимость элементов и достигается очень большое снижение веса (в 5 раз и более).

Схема работы бетонных блоков при изгибе

Высокая прочность стальной арматуры делает целесообразным использование железобетона также и в сжатых элементах — колоннах, так как наличие в них арматуры дает возможность несколько уменьшить их поперечные размеры (по сравнению с бетонными) и повысить их надежность при случайных эксцентриситетах продольных сил и поперечных нагрузках. Продольные стержни арматуры колонн соединяют (также при помощи сварки) поперечными стержнямй во избежание потери устойчивости, вследствие работы на сжатие.

Раньше в железобетоне применялись в основном бетоны марок 100—200, в настоящее время обычными (для сборного железобетона) становятся марки 400—500. Для некоторых видов железобетонных конструкций, например колонн, работающих в основном на сжатие, целесообразно повышение марки бетона до 900. При этом повышение марок бетона в настоящее время лимитируется в основном недостаточно высокими качествами заполнителей.

Варьируя марку бетона и количество арматуры в железобетонном элементе (при сохранении его формы и размеров), можно довольно широко видоизменять его прочность. Это дает возможность в одной и той же форме изготовлять элементы различной несущей способности.

Важными свойствами железобетона являются его огнестойкость и коррозионная стойкость, обусловленные тем, что стальные стержни арматуры укрыты в железобетоне защитным слоем бетона.

Жаростойкий железобетон отличается от обычного особыми свойствами материалов: бетон применяется жаростойкий, арматура только из горячекатаной стали, поскольку холоднотянутая проволока при нагревании теряет наклеп и как следствие свою прочность.

Предварительно напряженный железобетон

Характерной особенностью изгибаемых железобетонных элементов является образование трещин в бетоне растянутой зоны уже при нормальных эксплуатационных условиях, обусловленное малой растяжимостью бетона (относительная предельная деформация εб-пред =0,0001).

Рассмотрим железобетонную балку с арматурой из Ст. 3. При напряжении в растянутой арматуре δ = 1000 кг/см2, т. е. в пределах, допускаемых для Ст. 3 при нормальной эксплуатации, удлинение арматуры на участке длиной 1 м будет равно

В то же время предельное возможное удлинение бетона

Недостаточная растяжимость бетона компенсируется образованием трещин и суммарная ширина раскрытия трещин на длине 1 м равна 0,5—0,1=0,4 мм. Однако при большом количестве трещин ширина каждой из них настолько мала, что наличие их не препятствует нормальной эксплуатации конструкции.

Имея в виду экономию металла, повысим марку стали, приняв Ст. 5 при σ = 2000 кu/см2. При этом на длине 1 м

При той же величине ΔLб.пред суммарная ширина раскрытия трещин на длине 1 м равна 1,0—0,1 =0,9 мм, т. е. возросла более чем в 2 раза. Вследствие неравномерности раскрытия трещин отдельные из них могут получить такое раскрытие, что это сделает недопустимой нормальную эксплуатацию конструкции (хотя даже и такие трещины в неработающем бетоне растянутой зоны практически не сказываются на несущей способности балки в целом).

При арматуре из стали той же марки Ст. 5, но периодического профиля, будет обеспечиваться надежное сцепление бетона с арматурой по всей ее длине, растянутый бетон будет лучше следовать за деформациями арматуры и при той же суммарной ширине раскрытия трещин количество их будет больше, а наибольшая ширина раскрытия меньше (примерно как при арматуре из Ст. 3).

Однако дальнейшее повышение марки арматурной стали из-за большего раскрытия трещин практически невозможно.

Предварительное напряжение железобетона обеспечивает возможность дальнейшего и очень большого повышения напряжений в арматурной стали вплоть до применения высокопрочной проволоки с пределом прочности до 20000 кг/см2 .

Схема экономии преднапряженного бетона

Идея предварительного напряжения заключается в том, чтобы предварительно, т. е. до нагружения балки эксплуатационной нагрузкой, создать сжимающие напряжения в той зоне балки, которая при эксплуатации работает на растяжение. Тогда при нагружении балки эксплуатационной нагрузкой растягивающие напряжения в бетоне появятся лишь после того, как будут погашены предварительные напряжения сжатия. И так как величина усилия предварительного обжатия поддается широкой регулировке, балка может быть запроектирована и выполнена даже так, что в бетоне и при эксплуатационных нагрузках не будет растягивающих напряжений.

Предварительное напряжение железобетонных конструкций осуществляется двумя способами:

  1. натяжением арматуры на упоры и
  2. натяжением на бетон.

При натяжении на упоры арматура до укладки бетонной смеси натягивается гидравлическими домкратами до определенного напряжения, не превышающего предела упругости, и закрепляется концами в упорах. После этого укладывают бетонную смесь и арматура остается натянутой на протяжении всего времени твердения бетона. После отвердения бетона концы арматуры освобождают и она, стремясь вернуться к первоначальной длине, обжимает бетон.

При стержневой арматуре из горячекатаной стали периодического профиля используют электротермический вариант этого способа, который отличается от описанного выше тем, что необходимое удлинение стержней достигается без помощи домкратов путем нагревания их пропусканием электрического тока. Нагретые стержни закрепляются в упорах, и при остывании получают необходимое натяжение.

При натяжении на бетон арматура натягивается после отвердения бетона. Для этого при изготовлении конструкции в ней оставляют каналы. После отвердения бетона в каналы заводят стержни горячекатаной арматуры или пряди из высокопрочной проволоки и натягивают их домкратом с передачей реактивных усилий непосредственно на бетон самой конструкции, чем и создается обжатие бетона. По достижении необходимого усилия арматура закрепляется в вытянутом состоянии, домкраты отключаются и в бетоне сохраняется достигнутое при натяжении арматуры предварительное обжатие. Затем канал заполняют (под давлением) цементным раствором.

Монолитный и сборный железобетон

При своем зарождении в промышленном строительстве железобетон применялся только в виде монолитных конструкций, т. е. таких, которые полностью возводятся на том месте и в том положении, как это предусмотрено проектом здания или сооружения.

Процесс возведения монолитных конструкций:

  • а) заготовка и установка лесов и укрепляемых на них форм, предназначенных для заливки в них бетонной смеси; такие формы, называемые опалубкой, обычно делают из досок;
  • б) заготовка и установка арматурных каркасов;
  • в) приготовление и укладка в опалубку бетонной смеси;
  • г) уход за бетоном в процессе его твердения, имеющий целью обеспечить нормальный температурно-влажностный режим твердения бетона;
  • д) распалубка, т. е. освобождение отвердевшего бетона от форм после достижения им необходимой прочности.

Большое число отдельных операций, выполнение которых возможно только в последовательном порядке, делает процесс возведения монолитных конструкций весьма длительным, сдерживающим общие темпы строительства, а в зимнее время — требующим дополнительных затрат для обеспечения нормальных условий твердения бетона.

Однако и до настоящего времени некоторые железобетонные промышленные сооружения, например, отличающиеся большой высотой при ограниченных размерах в плане (дымовые трубы, угольные башни коксохимических заводов, силосы для хранения сыпучих материалов, башенные копры каменноугольных шахт), строят монолитными — с применением подвижной (скользящей) или переставной опалубки.

В первом случае пояс опалубки высотой 1 —1,5 м без разборки, медленно (периодически) поднимается вверх, при этом все нагрузки (кроме веса бетона) посредством выступающих вверх стальных стержней передаются на нижнюю, ранее, забетонированную часть самого сооружения.

Во втором случае пояс опалубки периодически разбирается и в строго организованном порядке собирается на новом, выше расположенном уровне, при этом все нагрузки (кроме веса бетона) передаются на специальную решетчатую башню.

Сборный железобетон это, в отличие от монолитного, такой бетон, в котором отдельные элементы (колонны, балки, плиты и др.) изготовляются вне места их будущего существования, чаще всего — на заводе. При этом железобетонные элементы называются сборными независимо от того, изготовляются они целиком или из отдельных частей.

Таким образом, например, фундамент под колонну, забетонированный на месте, называется монолитным, а такой же точно фундамент, целиком изготовленный в стороне и потом установленный на место краном, называется сборным, хотя он сам по себе и представляет единый цельный монолит.

Отдельные элементы сборного железобетона соединяют между собой двумя основными способами:

а) из соединяемых сборных элементов выпускают арматуру и стык на монтаже заливают бетонной смесью, после отвердения бетона в стыке конструкция приобретает свойства монолитной;

б) при изготовлении сборных элементов в них предусматривают закладные стальные детали, выступающие на поверхность элемента, но надежно закрепленные в бетоне приваренными к ним анкерами. Соединение сборных элементов достигается в этом случае сваркой закладных деталей. Такие стыки тоже заливают бетоном, однако в основном для защиты от коррозии.

Существуют также сборно-монолитные железобетонные конструкции. Часть сборно-монолитного элемента (например, нижняя часть балки) изготовляется как сборная, а остальной объем бетонируется на месте.

Основные преимущества сборного железобетона:

  • а) при сборном железобетоне резко увеличивается оборачиваемость опалубки (возможность ее многократного использования) и этим экономятся лесоматериалы, при массовом заводском способе изготовления конструкций вместо деревянных форм применяют стальные. Ускорение оборота форм на заводах достигается ускорением твердения бетона путем пропаривания изделий или применением быстротвердеющих цементов;
  • б) при применении сборного железобетона резко сокращаются сроки строительства за счет совмещения различных работ во времени, поскольку сборные конструкции изготовляют заблаговременно, а монтаж их при помощи кранов производится быстро и практически почти не зависит от времени года;
  • в) заводской способ изготовления сборного железобетона дает возможность широко применять механизацию и предварительное напряжение и этим путем резко снижать трудоемкость и уменьшать расход металла.

При этом предварительное напряжение дает возможность изготовлять из железобетона такие изделия, как напорные водопроводные трубы (взамен стальных, подверженных коррозии), железнодорожные шпалы (взамендеревянных, подверженных гниению) и др.

Массовое заводское производство сборного железобетона поставило с особой остротой проблему унификации конструкций, как необходимую предпосылку рентабельности такого производства.

Видео применения преимуществ сборного железобетона при постройке быстровозводимого частного дома из готовых комплектов:

www.masterovoi.ru

Что такое железобетон

(Никто еще не голосовал) Loading...

В современном мире существует большое количество строительных материалов, в которых хотелось бы хоть немного ориентироваться и разбираться. Ведь, зная их свойства и характеристики, можно подобрать подходящий для той или иной ситуации.

Как выбрать железобетонные изделия, необходимо консультироваться с профессионалами и осуществлять покупку у зарекомендовавшей себя с хорошей стороны фирмы.

Особенности железобетона

Под железобетоном подразумевается строительный материал, который получается путем соединения качеств бетона и арматуры из стали. Благодаря этому он обладает такими свойствами:

    1. Бетон обеспечивает материалу прочность при осуществлении сжатия.
    2. Сталь делает его прочным при растяжении.

3. Бетон является надежной защитой стали от коррозии.

    4. Устойчив при действии температур широкого спектра.
    5. Уровень качества сцепления составляющих железобетона является основным его свойством.
    6. Хорошо выдерживает действие огня.
    7. Остается прочным на протяжении долгого времени.

Где применяется железобетон?

Изделия из железобетона позволяют сократить сроки возведения зданий, что очень важно в условиях динамики современной жизни. Этот строительный материал находит применение в:

    1. Фундаментах, стенах, балках перекрытий, колоннах.
    2. Постройке многоэтажных зданий.
    3. Промышленном строительстве (мосты, заводы, трубы).
    4. Гражданских постройках.

    6. Обеспечении временных дорог для проезда в труднопроходимые места.
    7. Заборах железобетонных.
    8. Канализации, благодаря высокому уровню водонепроницаемости и низкой стоимости.
    9. Трубопроводах и каналах, стенки которых оснащают плитами из железобетона.
    10. Складах для угля, зерна, водонапорных башнях. Для постройки различных резервуаров очень важным является такое качество этого строительного материала, как длительный срок эксплуатации.
    11. Дамбах, плотинах, молах.
    12. Основаниях под фундамент в таких грунтах, которые не смогут выдержать тяжелый фундамент.
    13. Арках и мостах, свод которых может быть самых разных размеров.
    14. Столбах, фабричных трубах, мачтах, шпалах – во всех этих конструкциях применение свойств железобетона приносит большую выгоду.

Это далеко не полный перечень областей, где может быть применен такой строительный материал, как железобетон. С каждым днем появляются все новые и новые примеры его использования. Видео наглядно демонстрирует, как осуществляется строительство железобетонного дома:

Источник №1: http://lifedon.com.ua/economy/production/29981-zhelezobeton-istoriya-izobreteniya.html

Твитнуть

glavspec.ru

GardenWeb

Категория: Выбор стройматериалов

Бетон имеет недостаток, присущий почти всем искусственным и природным каменным материалам,— он хорошо работает на сжатие, но плохо сопротивляется изгибу и растяжению. Чтобы повысить прочность бетонных конструкций на изгиб и растяжение, в бетон укладывают стальную проволоку или стержни, называемые арматурой. Арматура в переводе с латинского означает «вооружение», т. е. стальная арматура как бы вооружает, укрепляет бетон. Армированный стальными стержнями бетон называют железобетоном.

Каменные конструкции, армированные металлом, были известны давно, но в современном виде железобетон появился лишь во второй половине XIX в., когда было освоено промышленное производство портландцемента. Патент на изобретение железобетона был выдан французу Ж. Монье в 1867 г., хотя известны попытки использования железобетона и до него (например, в 1849 г. инженером Г. Е. Пауке-ром в России и в 1845 г. В. Уилкинсоном в Англии). Первоначально железобетон применялся довольно ограниченно. В настоящее время это основной конструкционный материал и в жилищном, и в промышленном строительстве.

Благодаря каким свойствам железобетон стал столь распространенным строительным материалом? Железобетон — это не два разнородных материала: бетон и сталь, а новый материал, в котором сталь и бетон работают совместно, помогая друг другу. Это объясняется следующим. Бетон при твердении на воздухе уменьшается в объеме, плотно охватывая арматуру. Прочность сцепления арматуры с бетоном достигает больших значений. Так, чтобы выдернуть из бетона стержень диаметром 30 мм, введенный в бетон на глубину 300 мм, требуется сила не менее 10 кН. Сцепление стали с бетоном не нарушается и при сильных перепадах температуры, так как коэффициенты теплового расширения стали и бетона почти одинаковы. Хорошее сцепление стали с бетоном приводит к тому, что под нагрузкой эти два материала работают как одно целое.

Цель армирования можно пояснить на элементах, работающих на изгиб (балках, ригелях). В таких элементах часть поперечного сечения элемента подвергается сжатию, а другая — растяжению. Если балку изготовить из не-армированного бетона, то вследствие низкой его прочности на растяжение (1…4 МПа) уже под небольшой нагрузкой бетон в растянутой зоне растрескается (рис. 1, а) и балка разрушится. Если же в растянутую зону ввести стальную арматуру, то она примет на себя растягивающие напряжения (прочность стали при растяжении более 200 МПа), и балка, хотя на ней могут появиться трещины, не разрушится даже при больших нагрузках (рис. 29,6). В ряде случаев армируют элементы, работающие и на сжатие (колонны, сваи), так как и на сжатие сталь в 5… 10 раз прочнее бетона.

Бетон благодаря своей плотности и водонепроницаемости, с одной стороны, и щелочной реакции цементного камня в бетоне, с другой, защищает сталь от коррозии. Кроме того, бетон как сравнительно плохой проводник теплоты защищает сталь от сильного нагревания при пожарах. Стальные конструкции при пожаре быстро нагреваются, сталь размягчается и вся конструкция начинает деформироваться даже под собственным весом. В железобетонных конструкциях стальная арматура защищена от огня слоем.

Рис. 1. Неармированная бетонная (а) и армированная железобетонная (б) балки

В современном строительстве все большее применение находит напряженно-армированный бетон, который отличается от обычного железобетона следующим. Как уже говорилось, прочность бетона на растяжение в 10…20 раз больше, чем на сжатие. В железобетоне этот недостаток устраняют введением в растянутую зону арматуры. Однако вследствие малой растяжимости в бетоне в растянутой зоне возникают трещины, после чего всю нагрузку воспринимает только арматура. Пока толщина трещины менее 0,1…0,2 мм (так называемые волосяные трещины), они не опасны с точки зрения сцепления арматуры с бетоном и коррозии арматуры.

При применении для армирования высокопрочных сталей полное использование их прочности сопровождается относительно большим удлинением арматуры, что приводит к сильному растрескиванию бетона, а это, в свою очередь,— к коррозии арматуры из-за обнажения ее поверхности. Отсюда следует, что при обычном способе армирования применение высокопрочной арматуры не рационально. При армировании высокопрочной сталью применяют метод предварительного натяжения арматуры.

Сущность этого метода состоит в том, что до загрузки железобетонной конструкции полезной нагрузкой ее арматуру растягивают наподобие резинового жгута; упором при этом служит бетон. Естественно, что чем сильнее растянута арматура, тем больше будет сжат бетон. Когда же к конструкции приложена полезная нагрузка, напряжения от нее, возникающие в растянутой зоне бетона, частично компенсируются предварительно созданными сжимающими напряжениями. Поэтому в растянутой зоне бетона не возникнут трещины, а предварительно напряженная арматура получит от нагрузки дополнительное напряжение и ее высокая прочность будет использована в большей степени.

В настоящее время применяют два способа получения напряженно-армированного бетона. Один из них заключается в том, что арматуру натягивают и закрепляют на специальных анкерах, а затем укладывают бетон. После того как бетон достаточно затвердеет, арматуру освобождают и она, сжимаясь, сжимает бетон. Другой способ: в бетоне оставляют специальные каналы для напрягаемой арматуры. После затвердевания бетона арматуру вводят в каналы и натягивают, используя в качестве опоры затвердевший бетон. При этом в бетоне возникают сжимающие напряжения. После натяжения арматуры каналы заполняют цементным раствором.

В предварительно напряженных железобетонных конструкциях более полно используется прочность стали и бетона, поэтому уменьшается масса изделий. Кроме того, предварительное обжатие бетона, препятствуя образованию трещин, повышает его долговечность.

Благодаря универсальности и комплексу ценных свойств железобетон на тяжелом и легком бетоне используют для строительства всех типов зданий и инженерных сооружений. Так, массовое строительство жилых зданий осуществляется из сборного железобетона, причем из него выполняют все элементы здания; в многоэтажных кирпичных зданиях фундаменты и перекрытия — железобетонные; промышленные здания и инженерные сооружения в основном возводятся из железобетона.

В зависимости от способа изготовления железобетонные конструкции могут быть монолитными или сборными.

Железобетоном называются строительные конструкции и детали, состоящие из бетона и стальной арматуры, которые образуют монолит — одно целое. Сталь и бетон имеют приблизительно одинаковые коэффициенты температурного удлинения; бетонная смесь обладает литейными свойствами и хорошо сцепляется со сталью; плотный бетон предохраняет сталь от ржавления; бетон сравнительно хорошо работает на сжатие, а сталь на растяжение и сжатие — все это позволяет при надлежащем расположении указанных материалов получать прочные конструкции.

Рассмотрим совместную работу бетона и стали в железобетонной балке и колонне под нагрузкой (рис. 6). Под действием нагрузки балка прогибается, при этом в верхней части (зоне) балки материал испытывает сжимающие усилия, а в нижней — растягивающие усилия. Направление усилий на рис. 6 а показано стрелками. Для обеспечения надежности работы балки в нижнюю зону ее укладывают стальную арматуру, так как сталь хорошо работает на растяжение, а бетон верхней зоны балки воспринимает сжимающие усилия. В конструкциях, работающих на сжатие (стойках, колоннах); сталь и бетон совместно работают на сжатие. Армирование балки и колонны показано на рис. 6 б и г. В нижней зоне балки расположена рабочая арматура, а в верхней зоне монтажная арматура. Арматуру сжатых элементов (колонн, стоек) располагают по периметру сечения и связывают хомутами Хомуты, рабочую и монтажную арматуру в местах пересечений перевязывают мягкой проволокой или сваривают электросваркой, образуя металлический каркас, который при бетонировании должен сохранять для всех стержней арматуры первоначальное проектное положение.

Рис. 2. Железобетонные конструкции: а — схема работы балки под нагрузкой; б — армирование бетонной балки; в —арматура; г — армирование колонны

Для железобетона применяют бетон, различный по составу и прочности, в зависимости от назначения и условий работы проектируемых конструкций. Обычно используют бетоны марок от 100 до 600 кг/см2. Арматуру готовят из круглой гладкой стали марки Ст. 3 сечением от 5 до 40 мм; в последние годы для арматуры «ачали применять горячекатаную углеродистую сталь периодического профиля марки Ст. 5 сечения от 10 до 90 мм.

Арматура из стали периодического профиля лучше сцепляется с бетоном, в результате чего получается экономия металла до 30% по сравнению с арматурой из стали круглого сечения. В качестве арматуры применяют также профильную сталь: уголки, двутавры, швеллеры; такая арматура называется жесткой.

Необходимое количество арматуры в конструкции, а также и размеры сечения конструктивных железобетонных элементов определяют расчетом.

По способу изготовления Железобетонные конструкции делятся на монолитные и сборные. Монолитные конструкции выполняют непосредственно на строительной площадке на месте их установки, для чего вначале устраивают опалубку и поддерживающие ее леса, устанавливают арматуру и затем укладывают бетонную смесь. После достижения бетоном необходимой прочности (за период от 2 до 4 недель) опалубку снимают и разбирают леса. Сборные железобетонные конструкции (колонны, прогоны, балки, плиты и др.) изготавливают на заводах или полигонах сборного железобетона, затем транспортируют их на стройплощадку и монтируют на месте в сооружение.

Достоинством железобетона является возможность создавать конструкции самых различных форм, обладающих долговечностью, огнестойкостью, достаточной прочностью, высокой степенью жесткости. К недостаткам железобетона относятся большой вес (2500 кг/мъ), значительная трудность переустройства и усиления железобетонных конструкций, а при монолитном железобетоне— устройство лесов, опалубки, а также выдерживание бетонируемых конструкций в опалубке до достижения бетоном необходимой прочности. Сборный железобетон по сравнению с монолитным имеет ряд преимуществ, а именно: конструкции заводского производства обладают более высокой прочностью, при их изготовлении получается экономия цемента, лесоматериалов, металла, снижается стоимость, обеспечиваются одинаковые условия изготовления и вызревания бетона в течение всего года, сокращается срок строительства сооружения. Вследствие этого сборный железобетон в настоящее время широко применяется в строительстве.

Выбор стройматериалов - Железобетон

gardenweb.ru


Смотрите также