Тема 1. Сущность железобетона. Достоинства и недостатки.

Тема 1. Сущность железобетона. Достоинства и недостатки.

Совместная работа арматуры и бетона.

Бетон –искусственный камень, образующийся в результате твердения специально подобранной смеси, состоящей из цемента, заполнителей, воды и добавок. 

Бетон как каменный материал хорошо работает на сжатие и в 10…20 раз хуже на растяжение

Так бетонная балка при изгибе (рис. 1.1) имеет очень низкую несущую способность, разрушаясь со стороны растянутой зоны.

Рис.1.1. Разрушение бетонной балки.

Поэтому в растянутой зоне железобетонных конструкций, где возможно образование трещин, устанавливают стальную арматуру, которая одинаково хорошо работает как на сжатие, так и на растяжение, препятствуя дальнейшему разрушению конструкции.

    Железобетонная балка (рис. 1.2), в которой  растягивающие усилия воспринимаются установленной внизу арматурой, обладает несущей способностью в 20 раз большей, чем несущая способность бетонной балки одинаковой прочности и размеров. 

Рис.1.2. Разрушение железобетонной балки.

Достоинства железобетона:

1) надежность – способность конструкций сохранять свои эксплуатационные качества в течение запроектированного срока службы;

2) индустриальность – возможность механизированного и автоматизированного изготовления  конструкций, а также их монтажа;

3) эффективность совместной работы бетона и арматуры: высокая прочность бетона при сжатии (до 40 МПа), а арматуры – на растяжение (от 240 до 1500 МПа);

4) огнестойкость – способность сохранять прочность при температурах до 1100^оС (металлические конструкции до 700^оС); 

5) долговечность – повышенная способность противостоять агрессивным воздействиям окружающей среды;

6) возможность изготавливать конструкции различной формы;

7) местный строительный материал

8) экологическая безопасность при производстве железобетонных конструкций и их эксплуатации.

Недостатки железобетона:

1) большая плотность (ρ = 2500 кг/м³);

2) низкая трещиностойкость конструкций: в растянутой зоне бетона возникают трещины при относительно небольших нагрузках (около 10% от разрушающей);

3) Высокая тепло и звукопроводность.

Для надежной работы арматуры с бетоном необходимо обеспечить следующие конструктивные требования, определяемые по СП 63.13330.2018:

- минимальный защитный слой бетона а _b;

-минимальное количество арматуры, определяемой по минимальному проценту армирования .

Задача №1.1.

Назначить защитный слой а _b, рабочую высоту сечения h ₀ и определить минимальное количество армирования  для балки прямоугольного сечения:

Дано:

1) Р азмеры поперечного сечения:

-высота сечения  ,мм

-ширина поперечного сечения

 2) условия эксплуатации конструкций здания.

Варианты заданий для задачи 1.1 (данные для расчета балки)

Пример для задачи 1.1.

Назначить защитный слой а _b, рабочую высоту сечения h ₀ и определить минимальное количество армирования .

Дано:

1) Р азмеры поперечного сечения балки:

-высота сечения  ,мм

-ширина поперечного сечения

 2) условия эксплуатации конструкций здания: В закрытых помещениях при нормальной влажности

Решение:

По указаниям п.10.3.6 СП 63.13330.2018

Минимальная площадь армирования

● =0,1%=0,001

● b =350 мм

●  - рабочая высоту сечения;

а

● а = а _s = а _b + - расстояние от нижнего волокна до ц.т.арматуры

а _b – защитный слой бетона по табл.10.1

● а _b =20мм

пусть

● а = а _s = а _b + =40мм;

а =40мм

Минимальная площадь армирования

=0,001∙350мм∙660мм=231мм²

Принимаем нижней зоне 2 стержня

=231мм²

Принимаем 2Æ16 мм

Задача №1.2.

Назначить защитный слой а _b, рабочую высоту сечения h ₀ и определить минимальное количество армирования  для монолитной плиты:

Дано:

1) Р азмеры поперечного сечения:

-высота сечения  ,мм

-ширина поперечного сечения

 2) условия эксплуатации конструкций здания.

Варианты заданий для задачи 1.2. (данные для расчета плиты)

Пример для задачи 1.2.

Назначить защитный слой а _b, рабочую высоту сечения h ₀ и определить минимальное количество армирования  для монолитной плиты перекрытия

Дано:

1) Р азмеры поперечного сечения балки:

-высота сечения  мм

-ширина поперечного сечения

 2) условия эксплуатации конструкций здания: В закрытых помещениях при нормальной влажности

Решение:

По указаниям п.10.3.6 СП 63.13330.2018

1) По п.10.3.6 СП 63.13330.2018

Минимальная площадь армирования

● =0,1%=0,001

● b =1000мм

●  - рабочая высоту сечения;

● а = а _s = а _b + - расстояние от нижнего волокна до ц.т.арматуры

а _b – защитный слой бетона по табл.10.1

● а _b =20мм

пусть

● а = а _s = а _b + =30мм;

а =30мм

Минимальная площадь армирования

=0,001∙1000мм∙150мм=150мм²

Принимаем на 1 п.м.:

5 стержней (с шагом s=200мм)

=150мм²

Принимаем 5 Æ 8мм

4 стержня (с шагом s=250мм)

Принимаем 4 Æ 8мм

Классификация видов бетона

Бетоны подразделяют по 5-ти основным признакам:

1. По структуре:

- бетоны плотной структуры, у которых пространство между зернами заполнителя полностью занято цементным камнем;

- крупнопористые малопесчаные и беспесчаные;

- поризованные – с заполнителями и искусственной пористостью цементного камня;

- ячеистые – с искусственно созданными замкнутыми порами.

2. По плотности:

- легкие – до 1800кг/куб.м.

- мелкозернистые – свыше 1800 кг/ м³до 2200 кг/ м³

- тяжелые – свыше 2200 кг/м³ до 2500 кг/ м³.

- особо тяжелые – свыше 2500кг/ м³

3. По виду заполнителей:

- на плотных заполнителях;

- на пористых заполнителях;

- на специальных заполнителях – удовлетворяющих особым требованиям – биологической защиты, жаростойкости и др.

4. По виду зернового состава:

- крупнозернистые с крупными и мелкими заполнителями;

- мелкозернистые с мелкими заполнителями.

5. По условиям твердения:

- бетон естественного твердения;

- подвергнутый термовлажностной обработке при атмосферном давлении;

Для железобетонных несущих конструкций зданий и сооружений используется: тяжелый бетон (2500 кг/ м³ ), плотной структуры, крупнозернистый, естественного твердения (для монолитных конструкций) и подвергнутый термовлажностной обработке при атмосферном давлении (для сборных конструкций)

Структура бетона.

Затвердевший бетон имеет сложную структуру (внутреннее строение), которая формируется в виде пространственной решетки, состоящей из цементного камня, заполненного зернами крупного и мелкого заполнителей, и пронизанной многочисленными капиллярами, заполненными водой, парами воды и воздухом. Схематическое изображение структуры бетона показано на рис. 2.1.

Бетон, как показывают испытания, хорошо сопротивляется сжатию (R=20-30 МПа -для бетонов средней прочности) и значительно хуже – растяжению: R=1,5-2МПа

НОРМИРУЕМЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА.

Главное требование к бетону – ЕГО ПРОЧНОСТЬ, или способность бетона, не разрушаясь, сопротивляться внешним воздействиям. Это механическая характеристика  определяется путем испытания до разрушения.

Класс бетона (B)– это его основной показатель прочности (крепости)

Классом бетона на осевое сжатие B –    называют прочность кубов (в МПа) с размерами сторон 15 см, и спытанных через 28 дней хранения при температуре 20 ± 2 ° С по ГОСТу с обеспеченностью результата 95%

Тяжелый бетон по прочности на сжатие разделяют на классы от В3,5 до В100.

Классом бетона на осевое растяжение В _t называют прочность бетонных образцов (в МПа), испытанных до разрушения при растяжении. 

Тяжелый бетон по прочности на растяжение разделяют на классы от В_t0,8 до В_t2,0.

Временное сопротивление бетонных кубов называют кубиковой прочностью.

Рис. 2.2 Испытание бетонного куба разрушающим способом

Класс бетона – понятие, чаще используемое в профессиональной среде для определения качества бетона на сжатие при бетонировании. В большей степени результаты испытания кубов подходят для определения качества бетона и подтверждения прочности.

Однако, реальные конструкции при эксплуатации получают нагрузку и сопротивляются не как в лаборатории. Наиболее достоверный результат сопротивления бетона на осевое сжатие показывает призменная прочность бетона, которая получается в результате сдавливания призм с размером сторон 150 х 150 х 600 мм.

Рис. 2.3 Испытание бетонной призмы разрушающим способом

●Призменная прочность является основной прочностной характеристикой бетона, применяемой при расчете железобетонных конструкций

                        R_b = φ_b R,                                                                   

где φ_b – коэффициент, равный 0,72…0,75.

В расчетах применяются следующие значения призменной прочности

●Нормативное сопротивление бетона осевому сжатию - R_bn

●Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию - R_b

Прочность на растяжение (R_bt) –в 10…20 раз меньше, чем при сжатии.

●Нормативное сопротивление бетона осевому сжатию

растяжению - R_{bt , n}

●Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию растяжению - R_bt

R_bt = 0,5 ³ Ö R ²        

МАРКИ БЕТОНА

Марки бетона различают по физическим свойствам:

Марка бетона по морозостойкости F характеризуется количеством циклов замораживания – оттаивания, после которых прочность бетона снижается более чем на 15%. Тяжелый бетон по морозостойкости имеет марки F50, F75, F100. F150.

Назначают для конструкций, подверженных воздействию попеременного замораживания и оттаивания.

Марка бетона по водонепроницаемости W – определяется наибольшим давлением воды (в МПа), при котором не наблюдается ее просачивание через стандартный образец. Для тяжелого бетона установлены марки по водонепроницаемости W2…W12.

Назначают для конструкций, которым предьявляют требования по ограничению водонепроницаемости.

Марка бетона по средней плотности D – гарантированная удельная собственная масса бетона (в кг/м³), контролируемая на базовых образцах, согласно государственным стандартам

Данные СП 63.13330.2018

Задача №2.

Используя СП 63.13330.2018, указать основные прочностные характеристики бетона  (  .

Заполнить таблицу.

Таблица

Класс

Бетона