Строительство. Стройматериалы

Строительные материалы и изделия

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Общие сведения о железобетоне и его классификация

Бетон имеет существенный недостаток, присущий почти всем искусственным и природным материалам: он хорошо работает на сжатие, но плохо сопротивляется изгибу и растяжению. Прочность бетона на растяжение составляет всего около l/\o...l/\s его прочности на сжатие. Это затрудняет его применение в ряде строительных конструкций - плитах перекрытий, прогонах, балках. В сечениях таких конструкций возникают не только сжимающие, но и растягивающие напряжения ( 52а). Если в растянутую зону поместить стальную арматуру ( 526), то несущая способность конструкции увеличится в 10...20 раз. Сталь значительно превосходит бетон по прочности не только на растяжение, но и на сжатие. Поэтому армируют и элементы, работающие на сжатие, например колонны. Железобетоном называют комплексный строительный материал, в котором бетон и стальная арматура замоноличены взаимным сцеплением и совместно работают под нагрузкой как единое целое.

Материалы в железобетоне работают совместно благодаря прочному сцеплению бетона с арматурой и близости значений температурных коэффициентов расширения обоих компонентов. Кроме того, плотный бетон (с достаточным содержанием цемента) защищает стальную арматуру от коррозии, а также от непосредственного действия огня при пожаре. Это делает железобетонные конструкции весьма стойкими и долговечными.

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. В настоящее время это - основной конструкционный материал и в жилищном, и в промышленном строительстве. Из железобетона выполняют разнообразные строительные конструкции и изделия. Их классифицируют по способу производства, виду применяемого бетона, виду напряженного состояния.

По способу производства различают монолитные, сборные и сборно-монолитные конструкции Монолитные конструкции изготовляют непосредственно на месте строительства, укладывая бетонную смесь в опалубку. Сборные изделия и конструкции производят в виде крупноразмерных элементов на специализированных заводах, транспортируют к месту строительства и затем монтируют в сооружение. Сборно-монолитные конструкции представляют собой сочетание сборных элементов с монолитным бетоном.

По виду применяемого бетона различают конструкции из тяэюелого и легкого бетонов на пористых заполнителях. Кроме того, изготовляют конструкции из ячеистого и специальных бетонов, например жаростойкого.

В зависимости от вида напряженного состояния конструкции могут быть обычными и предварительно напряженными.

В обычных железобетонных конструкциях стальная арматура и бетон не испытывают заметных напряжений до начала приложения к конструкции расчетных нагрузок. После нагружения внешними силами в бетоне растянутой зоны железобетонных элементов образуются трещины, поскольку сталь удлиняется намного больше, чем бетон. При этом растягивающие напряжения воспринимает стальная арматура, обеспечивая заданную несущую способность конструкции. Поэтому в ряде случаев допускается раскрытие трещин в бетоне до нормируемой величины, не препятствующее нормальной эксплуатации конструкций. В обычном ненапрягаемом железобетоне применяют в качестве арматуры сталь невысокой или средней прочности.

В железобетонных конструкциях для хорошего сцепления арматуры с бетоном каждый стержень должен быть окружен бетоном и находиться на определенном расстоянии один от другого. Поэтому сечение бетона в растянутой зоне оказывается сильно развитым, что увеличивает массу конструкций.

На практике часто необходимо предотвращать образование трещин. Это относится к конструкциям резервуаров для хранения жидкостей и газов, к частям сооружений, подверженных агрессивному влиянию окружающей среды. Кроме того, экономически целесообразно использовать в железобетонных конструкциях высокопрочную сталь. Чтобы сократить расход стали и повысить несущую способность изделий, применяют предварительное напряжение железобетона.

Предварительно напряженными называют железобетонные конструкции, в которых бетон заранее, до приложения внешней нагрузки, подвергнут интенсивному обжатию. Поэтому в таких конструкциях под воздействием эксплуатационных нагрузок растягивающие напряжения либо совсем не возникают, либо появляются настолько небольшие, что трещины не образуются. Предварительное напряжение позволяет свести к минимуму раскрытие трещин в конструкциях.

Сжимающие напряжения в конструкциях создают путем натяжения арматуры. Для этой цели применяют высокопрочную арматурную сталь в виде стержней, проволоки, канатов или пучков. Вначале арматуру растягивают до напряжений, не превосходящих предела упругости стали. Далее укладывают бетон, который, затвердевая, прочно сцепляется с арматурой. После того как бетон достигнет проектной прочности, снимают нагрузку. В результате стержни стремятся вернуться к первоначальной (до натяжения) длине и обжимают прочно сцепленный с ними бетон. Таким образом, после передачи предварительного напряжения бетон оказывается сжатым, а арматура - растянутой.

Применяют два способа создания предварительного напряжения: натяжение арматуры на упоры и натяжение на бетон. В первом случае арматуру помещают в форму, один конец ее закрепляют в упоре, а другой натягивают домкратом до заданного напряжения ( 53а). Затем производят бетонирование. После приобретения бетоном заданной прочности арматуру освобождают из упора; происходит так называемый отпуск натяжения. В результате усилие натяжения арматуры передается на бетон

Стержневую арматуру можно натягивать на упоры не только механическим, но и электротермическим способом. Для этого разогревают стержни до температуры 300...500 °С, пропуская через них электрический ток, заводят в форму и закрепляют в упорах. В процессе остывания длина стержней сокращается, что приводит к возникновению в арматуре необходимого натяжения.

При натяжении на бетон сначала изготовляют бетонную или слабоармированную железобетонную конструкцию, в которой предусмотрены каналы или пазы для напрягаемой арматуры ( 52в). После того как бетон наберет необходимую прочность, в каналы вводят арматуру и натягивают ее непосредственно на бетон конструкции ( 52г). Затем под давлением в каналы вводят цементное тесто или цементно-песчаный раствор, который после затвердевания создает необходимое сцепление арматуры с основным массивом бетона в конструкции.

Защитный слой бетона создают размещением арматуры на некотором удалении от поверхности конструкций. Он обеспечивает совместную работу арматуры с бетоном на всех стадиях изготовления, монтажа и эксплуатации конструкций, предохраняет арматуру от агрессивной среды, высокой температуры. Толщину защитного слоя бетона назначают в зависимости от вида и диаметра арматуры, размера сечения конструкции и класса по условиям эксплуатации. В частности, при изготовлении конструкций, эксплуатируемых внутри помещений без воздействия агрессивных сред (класс по условиям эксплуатации Х0 по СНБ 5.03.01), толщина защитного слоя бетона должна быть не менее 20 мм. Для ненапрягаемой арматуры конструкций, подвергающихся попеременному увлажнению, высушиванию и карбонизации, толщина защитного слоя составляет 30 мм, а для напрягаемой - 35 мм; для конструкций, подвергающихся попеременному увлажнению и высушиванию (замораживанию и оттаиванию), а также воздействию хлоридов, - соответственно 40 и 50 мм.

Железобетонные изделия и конструкции значительно превосходят бетонные по несущей способности и другим механическим свойствам. Особенно эффективны предварительно напряженные конструкции. В сравнении с обычными они обладают более высокой трсщиностойкостью, лучше сопротивляются динамическим нагрузкам, хорошо противостоят коррозионным воздействиям.

Более 85 % всех железобетонных конструкций, применяемых в гражданском и промышленном строительстве, составляют типовые унифицированные конструкции, при разработке которых в качестве одного из основных учтено требование заводской технологичности изделий. Это обусловливает предельную массу, размеры, форму и сечение элементов, их армирование и др.

Сборные железобетонные элементы выполняют в основном линейными, плоскостными или блочными. К линейным элементам относятся колонны, фермы, ригели, балки, прогоны; к плоскостным - плиты покрытий и перекрытий, панели стен и перегородок, стенки бункеров и резервуаров, подпорные стенки и другие; к блочным - массивные изделия фундаментов, стен подвалов и др. Для ряда сооружений изготовляют также элементы пространственного типа: санитарные кабины, блок-комнаты, кольца колодцев, коробчатые элементы силосов и др.

По условиям транспортного и грузоподьемного оборудования длина элементов, как правило, не превышает 25 м, ширина -3 м и масса - 25 т.

Для устройства стыков элементов конструкций широко применяют выпуск из бетона концов арматурных стержней. Такие выпуски арматуры, за исключением выпусков по верхней открытой поверхности изготавливаемого изделия, пересекают торцевые и боковые стенки или днище формы, что приводит к необходимости использования специальных устройств для обеспечения сборки форм и съема с них изделий.

Допускаемые отклонения от номинальных размеров типовых сборных конструкций устанавливаются стандартами, рабочими чертежами и техническими условиями на отдельные виды изделий.

Сборный железобетон используют при возведении различных каркасных зданий и сооружений. В последние годы в Республике Беларусь возводят каркасные многоэтажные жилые дома ( 54) с плоскими дисками перекрытий.

Применен сборно-монолитный пространственный каркас с плоскими дисками перекрытий и поэтажно опирающимися на перекрытия наружными стенами. Каркас состоит из монолитных или сборных колонн прямоугольного сечения и многопустотных плит, объединенных железобетонными несущими и связевыми ригелями. Все конструкции разделены на несущие, утепляющие и ограждающие, без совмещения их функций. Внутренние объемы разделены перегородками, которые размещаются произвольно. Эти особенности дают возможность уменьшить материалоемкость и массу здания (по сравнению с КПД) примерно вдвое и, как следствие, на 25...30 % сократить себестоимость строительства. Конструкция здания обеспечивает сокращение потерь теплоты при эксплуатации на 45...60 % по сравнению с крупнопанельным домом. Не ограничено разнообразие объемно-планировочных решений, учитывается конкретная градостроительная ситуация, и может быть реализован любой стиль архитектуры.