Железобетонные изделия

Железобетон и железобетонные изделия

Появление железобетонных конструкций стало настоящим прорывом в строительстве 20 века. Благодаря железобетону кардинально изменились наши представления о прочности, долговечности и надежности. С появле­нием этого материала современные города перестали быть плоскими и мало­этажными, в моду вошли небоскребы, символы мощи и современности новой эпохи. Этот материал резко изменил наш мир, сделав его более безопасным и доступным.

Так что же такое железобетон и железобетонные конструкции..?

Железобетон – это соединение арматуры и бетона, которые вместе со­ставляют единое целое, а по совокупности физических характеристик обес­печивают максимальную прочность этому материалу.

Как известно, бетон обладает высокими характеристиками на сжатие, но в тоже время малым сопротивлением на растяжение (прочность бетона на растяже­ние в 10—15 раз мень­ше прочности на сжатие). Поэтому бетонные (неарми­рованные) конструкции практически не используются. Чтобы улучшить фи­зические показатели бетона, в его структуру добавили стальную проволоку, которая, как известно, отлично работает на растяжение. Таким образом и был создан же­лезобетон - эффективный материал, в котором сжимающие напряжения восприни­мается бетоном, а растягивающие - стальной армату­рой.

Железобетонные изделия начали патентоваться с конца 19 века, и с тех пор этот материал прошел долгую дорогу эволюции, а это более 150 лет, но можно с уверенностью сказать, что совершенствование ЖБИ еще не закончено. Современные железобетонные конструкции армируют не только при работе на растяжение и изгиб, но также при кручении, срезе, внецентрен­ном и осевом сжатии. В этих случаях рабочую арматуру ставят для уменьше­ния размеров сечений элементов и снижения собственного веса конструк­ций, а также для обеспечения большей их надежности.

Сегодня наряду с обычным армированием делается и особенное, предварительное напряженное. Предварительное напряжение позволяет эффективно исполь­зовать более прочные арматурные стали и бетон высоких марок, что невоз­можно в обычном железобетоне. В предварительно напряженных железобе­тонных конструкциях ар­матура подвергается предварительному растяжению, а бетон — обжа­тию. Предварительное напряжение железобетонных конст­рукций значи­тельно повышает трещиностойкость и снижает деформации элементов конструкций, так как создает предварительное обжатие бетона в тех ча­стях, которые при эксплуатационной нагрузке работают на растяжение.

Преимущества и недостатки железобетонных изделий

Долговечность. Железобетон отличается исключительной долговечностью благода­ря надежной сохранности арматуры, заключенной в бетон. Железобе­тон хорошо сопротивляется атмосферным воздействиям, что особенно важно при строительстве открытых инженерных сооруже­ний (эстакады, мачты, трубы, мосты и др.).

Прочность железобетона со временем не только не уменьшается, но может даже уве­личиться.

Пожаростойкость. Конструкции из жби обладают высокой огне­стойкостью. Практика показала, что защитный слой бетона толщиной 1,5—2 см дос­таточен для обеспечения огнестойкости железобетонных конструкций при пожарах. В целях еще большего увеличения огне-, а также жаро* стойко­сти применяют специальные заполнители (базальт, диабаз, ша­мот, доменные шлаки и др.) и увеличивают толщину защитного слоя до 3—4 см.

Сейсмостойкость. Железобетонные изделия, благодаря их монолитно­сти и боль­шей жесткости по сравнению с конструкциями из других материа­лов, отличаются весьма высокой сейсмостойкостью.

Высокие эксплуатационные качества. Железобетону легко могут быть приданы любые целесообразные конструктивные и архитектурные формы. Эксплуатационные расходы по содержанию сооружений и уходу за конст­рукциями из жби весьма низки. По затратам времени на изготовление и монтаж сборные железобе­тонные конструкции могут конкурировать со стальными, особенно при изготовлении железобетонных конструкций методом проката, кассет­ным способом, при монтаже с колес и применении других прогрессив­ных методов изготовления и монтажа.

К недостаткам же железобетонных конструкций можно отнести относи­тельно большой собственный вес, высокую тепло- и звукопроводность, воз­можность появления трещин до приложения эксплуатацион­ной нагрузки (от усадки и собственных напряжений в железобетоне по технологическим при­чинам), а также от действия внешних нагрузок из-за низкого сопротивления бетона растяжению.

Виды железобетонных конструкций

По методу выполнения железобетонные конструкции могут быть сборными, монолитными и сборно-монолитными.

Сборные железобетонные конструкции больше распространены, так как их применение дает возможность индустриализации и максималь­ной механиза­ции строительства. При изготовлении сборных конструк­ций в заводских ус­ловиях можно широко применять наиболее прогрес­сивную технологию при­готовления, укладки и обработки бетонной сме­си, автоматизировать произ­водство, значительно упростить строитель­ные работы.

Монолитные железобетонные конструкции находят широкое приме­нение в сооружениях, трудно поддающихся членению и унификации, на­пример в некоторых гидротехнических сооружениях, тяжелых фундамен­тах, плава­тельных бассейнах, в сооружениях, выполняемых в передвиж­ной или сколь­зящей опалубке (оболочки покрытий, силосы и т.п.).

Сборно-монолитные железобетонные конструкции представляют собой сочетание сборных элементов и монолитного бетона, укладывае­мого на месте строительства.

Основные физико-механические свойства бетона, арматурной стали и железобетонных изделий

Бетон для бетонных и железобетонных изделий должен обладать достаточно высокой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой и плот­ностью, которой обеспечивается сохран­ность арматуры от коррозии и долго­вечность конструкции. Иногда до­полнительно требуется обеспечить: водоне­проницаемость, водостой­кость, морозостойкость, повышенную огнестой­кость и коррозийную стойкость, малую массу, низкую тепло- и звукопровод­ность. Для предварительно напряженных конструкций применяют бетон по­вышенной прочности и плотности, ограниченной усадки и ползучести.

Физико-механические свойства бетона зависят от состава смеси, вида вяжущих и заполнителей, водовяжущего отношения, способов приго­товле­ния, укладки и обработки бетонной смеси, условий твердения (ес­тественное твердение, пропаривание, автоклавная обработка), возраста бетона и др. Все это следует учитывать при выборе материалов для бе­тона, назначения его со­става и способов приготовления. Наиболее широкое применение в строительстве получили обычные тяжелые бетоны плотностью 2200—2500 кг/м3 включительно, приготов­ляемые на обычных плотных заполнителях. Бетоны плотностью более 2500 кг/м3 отно­сятся к особо тяжелым; они используются, например, для защиты от радиации.

При плотности бетона более 1800 кг/м3 до 2200 кг/м3 бетоны отно­сят к облегченным, а при плотности 1800 кг/м3 и ниже — к легким. Облегчение веса бетона достигается применением пористых заполни­телей. Ячеистый бе­тон представляет собой смесь вяжущих, воды, тонко­молотого заполнителя и парообразующих веществ. Бетоны на пористых заполнителях и ячеистые бе­тоны по сравнению с тяжелыми бетонами отличаются не только меньшей собственной мас­сой, но и пониженной звуко- и теплопроводностью. Однако они склон­ны к повышенной деформативности под нагрузкой, отличаются более высокой усадкой и ползучестью, а сцепление их с арматурой хуже, чем обычных бетонов. Для этих бетонов в ряде случаев требуется антикоррозий­ная обмазка арматуры.

Бетон для сооружений, работающих в особых условиях, должен от­ве­чать соответствующим специфическим требованиям. Так, для гидротехнических сооружений (гидротехнический бетон), кроме достаточной прочности, бетон должен обладать повышенными водонепрони­цаемостью, водостойкостью, морозостойкостью, а для мас­сивных частей со­оружений — малым тепловыделением при твердении (низкой экзотермично­стью).

Обычный бетон при длительном воздействии высоких температур раз­рушается вследствие обезвоживания цементного камня, его сильной усадки и снижения прочности, различия температурных деформаций цементного камня и заполнителей и других причин. В связи с этим обыч­ный бетон на цементном вяжущем допускается для применения в кон­струкциях, подвер­гающихся длительному воздействию температуры не свыше 50°С. Для экс­плуатации конструкций при более высоких температурах следует применять жаростойкие бетоны. Бетон для конструкций, подвергающихся действию аг­рессивной сре­ды, должен обладать достаточной коррозийной стойкостью. Для защиты бетона от проникания агрессивных веществ поверхность конст­рукций торкретируют, затирают, покрывают жидким стеклом, плен­ками из пластмасс, битумными материалами, лаками и красками или облицовывают керамическими кислотоупорными плитками и т.п.

Улучшение свойств бетона было достигнуто введе­нием в его состав полимеров. Такие бетоны, называемые пластбетона-ми или полимербето­нами. В качестве полимерных вяжущих применяют различные виды термо­пластов, каучуков и термореактивных смол. Бетоны на полимерминеральных вяжущих обладают повышенной стойкостью к агрессивным средам, однако их коррозийная стойкость избирательна и зависит от вида полимера.

К числу других положительных свойств бетонов с добавками тер­мопластов и каучуков следует отнести повышенные ударную вязкость и сопротивляе­мость истиранию. Такие бетоны применяются для облицовки резервуаров, труб, каналов, для покрытий дорог и аэро­дромов и др.

Для бетонных и железобетонных конструкций из обычных тяжелых бето­нов предусмотрены следующие классы по прочности на сжатие: В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60.

Для железобетонных конструкций из тяжелого бетона не допуска­ется бетон класса ниже В7,5. При многократно повторяющейся нагрузке рекомендуется бетон класса не ниже В15. Для железобетонных сжатых стержневых элемен­тов следует принять бетон класса не ниже В15, а при больших нагрузках (на­пример, для колонн нижних этажей многоэтаж­ных зданий или при значи­тельных крановых нагрузках) — не ниже В25.

Марка бетона по средней плотности отвечает средней плотности бетона в высушенном состоянии в кг/м3. Для легких бетонов на порис­тых заполните­лях марки бетона по плотности лежат в пределах Д 800— Д 2000 с интерва­лом 100. При плотности выше 2000 до 2200 кг/м3 бето­ны относят к облег­ченным, а при более 2200 кг/м3 — к тяжелым.

Марка бетона по морозостойкостихарактеризует количество цик­лов попе­ременного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии, ко­торое выдерживают образцы. Для тяжелого бетона уста­новлены следующие марки по морозостойкости: Р50; Р75; Р100; ИЗО; Р200; Р300; Р400; Р500.

Марка бетона по водонепроницаемости зависит от степени водоне­прони­цаемости бетона. С повышением марок величины коэффициентов фильтра­ции Кф уменьшаются. Установлены следующие марки бетона по водонепро­ницаемости: W2, W4, W6, W8, W10, W12.

Виды и механические свойства стальной арматуры жби

Как уже отмечалось выше, свои уникальные качества железобетон об­рел благодаря применению арматуры, поэтому от ее качества, количества и заполнения напрямую зависят свойства железобетонных конструкций.

По технологии изготовления стальную арматуру подразделяют на стержневую горячекатаную и проволочную холоднотянутую. В зависимости от характера поверхности арматура может быть глад­кой или периодического профиля, т.е. с насечкой (для улучшения сцепления с бетоном). Механиче­ские свойства арматурных сталей зависят от технологии изготовления арма­туры и химического состава стали.

В качестве арматуры железобетонных конструкций наибольшее при­менение нашла стержневая горячекатаная сталь периодического про­филя. Форма периодического профиля (с насечкой) улучшает сцепление арматуры с бетоном, что уменьшает ширину раскрытия трещин в бето­не при растяжении и позво­ляет избежать ряда конструктивных мер по анкеровке арматуры. Стержневая арматура подразделяется на классы: горячекатаная классов А-1, А-И, А-Ш, А-1У, А-У и А-VI, термически и термомеханичеки упрочненную классов Ат-Ш, Ат-1У, Ат-У, Ат-У1, Ат-УН, упрочненная вытяжкой класса А-Шв.

Для армирования железобетонных конструкций широко применяют обыкновенную арматурную проволоку класса Вр-1 (рифленую) диамет­ром 3-5мм, получаемую холодным волочением. Способом холодного волочения из­готовляется также высокопроч­ная арматурная проволока классов В-И и Вр-П - гладкая и периодичес­кого профиля диаметром 3-8 мм с условным пределом текучести проволоки В-И - 1500-1100МПа и Вр-И - 1500—1000МПа.

Арматуру железобетонных конструкций выбирают с учетом ее на­зна­чения, класса и вида бетона, условий изготовления арматурных из­делий и среды эксплуатации (опасность коррозии) и т.п. В качестве ос­новной рабочей арматуры обычных железобетонных конструкций пре­имущественно следует применять сталь классов А-Ш и Вр-1. В предва­рительно напряженных кон­струкциях в качестве напрягаемой арматуры применяют преимущественно высокопрочную сталь классов В-И, Вр-Н, А-VI, Ат-У1, А-У, Ат-У- и Ат-УЦ.

• Сборник конструктивных решений для строительства из газосиликатных блоков