Общие сведения. Применяемые материалы

 

Железобетон – комплексный строительный материал, в котором соединены бетон и стальная арматура, работающие в конструкции как единое целое. Чем вызвана необходимость такого соединения?

Гармоничная совместная работа таких различных по структуре составляющих обеспечивается прочным сцеплением бетона с арматурой и относительно близкими значениями температурных коэффициентов линейного расширения обоих материалов (в пределах от 0 до 80 °С).

Бетоном хорошо воспринимаются сжимающие усилия, а на растяжение он работает плохо. Прочность бетона на растяжение составляет 5…10 % от прочности на сжатие. Предельная деформативность (растяжение) бетона примерно в 10 раз меньше его предельной сжимаемости.

Такая особенность свойств бетона делает его применение в конструкциях, работающих на изгиб и растяжение, малоэффективным, а в большинстве случаев просто невозможным.

Стальная арматура эффективно сопротивляется растягивающим усилиям. Поэтому арматуру (стальные стержни, сетки, каркасы) располагают в бетоне так, чтобы возникающие в железобетонной конструкции растягивающие усилия воспринимались арматурой, а сжимающие усилия передавались на бетон.

Широкое применение железобетона объясняется его достоинствами:

- он обладает высокой прочностью и долговечностью;

- формообразование его изделий сравнительно простое.

Железобетон применяют в дорожном строительстве, гидротехнических сооружениях, в зданиях и сооружениях различного назначения.

Железобетонные конструкции подразделяют на монолитные и сборные.

Монолитные железобетонные конструкции бетонируют на месте строительства. Сборные железобетонные конструкции монтируют на заводах или полигонах.

Широкое применение сборного железобетона в строительстве объясняется следующим:

− позволяет экономить металл;

− сокращает расход лесных материалов, так как отпадает необходимость устройства лесов, подмостей и опалубки;

− обеспечивает повышение производительности труда и темпов строительства, что снижает его стоимость;

− значительно упрощает производство работ в зимний период.

В железобетонном изделии основную роль играет стальная арматура. Наиболее широко для ее изготовления применяют низколегированные стали (содержание лигирующих добавок не более 2,5 %).

Арматурная сталь должна обладать требуемой прочностью, пластическими свойствами и свариваемостью. Она имеет вид стержней, проволоки и различных сеток (рис. 5.19). Кроме этого, в конструкциях устанавливаются закладные детали для соединения их при монтаже и петли транспортировки и монтажа.

Арматура для железобетонных конструкций изготовляют из углеродистых и низколегированных сталей в виде стержней и проволоки гладкого и периодического профиля. Основным нормируемым показателем механических свойств стали является класс арматуры по прочности на растяжение. Арматурная сталь подразделяется на:

− горячекатаную (А), диаметром 6-80 мм;

− термомеханически упрочненную (А_т), диаметром 6-40 мм;

− холоднотянутую (В и В_р), диаметром 3-12 мм.

Для обычных сборных железобетонных конструкций наиболее широко применяют бетон марок М200 и М300, а для предварительно-напряженных – бетон марок М400 и выше. Вяжущими материалами служат портландцемент и другие цементы; наиболее эффективны для сборного железобетона высокопрочные и быстротвердеющие портландцементы. Использование для сборного железобетона высокопрочного быстротвердеющего цемента позволяет значительно уменьшить время на тепловлажностную обработку бетона.

К бетону в железобетонных конструкциях предъявляют два дополнительных требования: обеспечение сцепления с арматурой и защита от коррозии. Сцепление бетона с арматурой зависит от прочности бетона и адгезионных свойств цементного камня (адгезия – сцепление поверхности разнородных материалов). Примерная величина прочности сцепления тяжелого цементного бетона с гладкой арматурой составляет (0,15-0,20)

Прочность сцепления значительно возрастает при использовании арматуры с периодическим профилем, так как при этом увеличивается поверхность контакта и дополнительно включается зацепление бетона между выступами на арматурном стержне (рис. 5.20).

Долговременная совместная работа бетона с арматурой возможна, если арматура не подвергается коррозионному разрушению под действием внешней среды. В цементных бетонах монолитного строения на плотных и пористых заполнителях создается среда с высокой щелочностью, так называемая поровая жидкость бетона. В этих условиях на поверхности арматуры образуется защитная пленка, которая препятствует развитию коррозии и обеспечивает сохранность арматуры в бетоне. Для обеспечения защиты арматуры от коррозии в конструкциях всегда имеется защитный слой бетона толщиной 15-30 мм.

В ячеистых бетонах с высокой пористостью структуры арматуру необходимо защищать специальными антикоррозионными покрытиями.

По способу использования арматуры в конструкциях они подразделяются на конструкции с обычным армированием и предварительно напряженные конструкции. В конструкциях с обычной (ненапрягаемой) арматурой стальная арматура располагается свободно в растянутой зоне конструкции. Такой способ армирования не предотвращает полностью образования трещин в бетоне в растянутой зоне конструкции, так как растяжимость бетона в 5…6 раз меньше растяжимости стали. При этом недоиспользуется прочность арматуры в конструкции, а возможное образование трещин может привести к коррозии стальной арматуры под действием кислых газов или растворов кислот и других веществ, агрессивных по отношению к арматуре.

В предварительно напряженных конструкциях арматуру предварительно растягивают, закрепляют в таком положении, а затем бетонируют. После затвердевания бетона арматуру освобождают от закрепления. При этом она стремится сократиться, бетон оказывает сопротивление и в нем возникают сжимающие напряжения, происходит обжатие бетона в растянутой зоне конструкции (рис. 5.21).

Обжатие улучшает работу бетона на растяжение и изгиб, так как сжимающие усилия, возникающие в нем в процессе передачи напряжения арматуры на бетон, при приложении внешней нагрузки компенсируются растягивающими. Предварительное натяжение при применении высокопрочной арматуры и полном использовании ее несущей способности позволяет достигнуть экономии металла до 40 %.

Напряжение арматуры производят до или после бетонирования изделий механическим или электротермическимспособами.

При напряжении арматуры механическим способом до бетонирования уложенную в форму арматуру с одного конца закрепляют на упоре, а с другого с помощью специальных приспособлений растягивают, не доводя до предела текучести. Затем форму заполняют бетонной смесью. После набора бетоном необходимой прочности (порядка 30 МПа) арматуру освобождают от натяжения. Стремясь возвратиться в свое первоначальное состояние, она укорачивается и обжимает бетон. При этом в железобетонной конструкции возникают сжимающие усилия, которые компенсируют растягивающие усилия от внешней нагрузки. Этим повышается жесткость железобетонных изгибаемых конструкций и отдаляется начало образования трещин в бетоне.

При напряжении арматуры после бетонирования в конструкции при изготовлении оставляют сквозные каналы, через которые протаскивают арматуру (рис. 5.22). Напряженную арматуру закрепляют на концах конструкций анкерующими устройствами.

Напряжение арматуры электротермическим способом показано на рис. 5.23.

 

Изделия из железобетона

 

По назначению сборные железобетонные изделия можно условно разделить на группы:

− для дорожного строительства;

− для жилых и общественных зданий

− общего назначения.

Изделия и конструкции для дорожного строительства. Сюда относятся (рис. 5.24): плиты для устройства дорожных оснований и покрытий, плиты для тротуаров, плиты для устройства полос уширения, плиты для укрепления откосов, надолбы, столбы для указательных знаков, километровые столбы, звенья труб, блоки фундаментов под водопропускные трубы, блоки фундаментов под мостовые опоры, сваи, балки пролетных строений мостов, тротуарные блоки, детали и конструкции для устройства тоннелей, перильные ограждения и др.

Изделия и конструкции для гражданских, общественных и административных зданий: фундаментные плиты и блоки, колонны одноэтажных зданий, балки покрытий, стеновые панели и блоки, элементы междуэтажных перекрытий, элементы сборных лестниц, блоки квартир, санитарно-технические изделия, фермы и арки и др. (рис. 5.25).

Изделия для гидротехнического строительства: балки и балочные плиты перекрытий для водосливных поверхностей плотин, сваи, плиты ростверков и кордонных балок эстакад морских портов, фундаментные блоки и плиты, элементы для устройства речных набережных, блоки для волноломов и молов, а также другие сборные элементы гидротехнических и мелиоративных сооружений.

Изделия и конструкции общего назначения, к которым можно условно отнести: водопроводные и канализационные трубы, коллекторы, смотровые колодцы, опоры линий связи, электропередач и освещения, железнодорожные шпалы, детали оград, хранилища жидких и сыпучих материалов, силосные сооружения, подпорные стенки и т.д.