- •И.В. Молев основы железобетонных конструкций
- •1.1. Определение и сущность железобетона
- •1.2. Достоинства и недостатки железобетона.
- •1.3. Виды железобетонных конструкций и область их применения железобетона.
- •1.4. Краткие исторические сведения о возникновении и развитии железобетона.
- •2. Структура (строение) бетона
- •3. Усадка бетона и начальные напряжения
- •4. Прочность бетона
- •1.5. Классы и марки бетона
- •6. Деформативность бетона
- •7. Модуль деформаций бетона
- •Арматура для железобетонных конструкций
- •1. Назначение арматуры и требования к ней
- •2. Виды арматуры
- •3. Физико-механические свойства арматурных сталей
- •4. Классификация арматуры по основным характеристикам. Сортамент арматуры
- •5. Сварные арматурные изделия
- •6. Соединения арматуры
- •Основные свойства железобетона
- •1. Общие сведения
- •2. Содержание арматуры
- •3. Значение трещиностойкости
- •4. Сцепление арматуры с бетоном
- •5. Анкеровка арматуры в бетоне
- •6. Усадка бетона при наличии арматуры
- •7. Ползучесть бетона при наличии арматуры
- •8. Коррозия железобетона и меры защиты от неё
- •9. Защитный слой бетона и минимальные расстояния между стержнями
- •1. Методы расчёта железобетонных конструкций
- •2. Сущность метода расчета конструкций по предельным состояниям
- •3. Две группы предельных состояний
- •4. Расчётные факторы
- •5. Классификация нагрузок. Нормативные и расчётные нагрузки
- •6. Степень ответственности зданий и сооружений
- •7. Нормативные и расчётные сопротивления бетона
- •8. Нормативные и расчётные сопротивления арматуры
- •9. Структура расчётных формул
- •1. Три стадии напряжённо-деформированного состояния железобетонных элементов
- •2. Классификация изгибаемых элементов
- •2.2. Плиты
- •Расчет изгибаемых элементов на почность по сечениям нормальным к продольной оси элемента
- •1. Предпосылки расчёта на прочность по нормальным сечениям
- •2. Расчёт изгибаемых элементов прямоугольного сечения с одиночной арматурой
- •3. Понятие о минимальном проценте армирования
- •2. Расчёт изгибаемых элементов таврового сечения
- •2) Расчёт прочности изгибаемых элементов таврового сечения по I случаю расчёта
- •3) Расчёт прочности изгибаемых элементов таврового сечения по II случаю расчёта
- •Расчет изгибаемых элементов на почность
- •2. Расчёт изгибаемых элементов по сжатой бетонной полосе между наклонными сечениями
- •3. Расчёт изгибаемых элементов по наклонным сечениям на действие поперечных сил (расчёт поперечной арматуры)
- •4. Расчёт изгибаемых элементов по наклонным
- •5. Конструктивные требования к постановке поперечной арматуры
- •1. Классификация сжатых элементов
- •2. Основы конструирования сжатых элементов
- •3. Расчёт элементов сжатых со случайным эксцентриситетом в форме центрального сжатия
- •Расчет внецентренно сжатых элементов
- •1. О характере работы и разрушения внецентренно сжатых элементов
- •Учёт влияния прогиба элемента
- •3. Расчёт сжатых элементов прямоугольного сечения в случае больших эксцентриситетов
- •4. Расчёт сжатых элементов прямоугольного сечения в случае малых эксцентриситетов
- •1. Общие сведения и конструктивные особенности
- •2. Расчёт прочности центрально растянутых элементов
- •3. Расчёт прочности элементов прямоугольного сечения, внецентренно растянутых в плоскости симметрии
6. Усадка бетона при наличии арматуры
Наличие арматуры существенно уменьшает усадку и набухание бетона. Это объясняется тем, что арматура вследствие сцепления с бетоном становится внутренней связью, препятствующей свободной усадке бетона (рис. 4).
Рисунок 4.4 – Деформации усадки образцов: а - бетонного; б - железобетонного
Опыты показали, что при р = 2% (р – процент армирования сечения) деформации усадки железобетонных элементов уменьшаются в 1,5...2 раза, при р = 5% — более чем в 3 раза по сравнению со свободной усадкой бетона .
Стеснение (ограничение) арматурой деформаций усадки бетона приводит к возникновению в железобетонном элементе собственных или начальных внутренне уравновешенных напряжений: растяжения в бетоне и сжатия в арматуре.
Начальные растягивающие напряжения в бетоне от усадки способствуют более раннему образованию трещин в тех зонах железобетонных элементов, которые испытывают растяжение от нагрузки.
В статически неопределимых железобетонных конструкциях (арках, рамах и т.п.) лишние связи препятствуют усадке железобетона, вызывая появление дополнительных внутренних усилий.
Влияние усадки эквивалентно понижению температуры на определенное число градусов. Это позволяет заменять расчёт на действие усадки расчётом на температурные воздействия. Для практических расчетов при р = 2...3% среднюю величину усадки железобетона часто принимают равной
= 1,5 • 10-4,
что равносильно понижению температуры на 15°С (так как коэффициент линейной температурной деформации бетона ).
7. Ползучесть бетона при наличии арматуры
В результате стеснённого деформирования бетона ползучесть железобетонных элементов при обычных процентах армирования примерно в 1,5...2 раза меньше, чем неармированных.
Вследствие ползучести бетона напряжённое состояние железобетонного элемента, находящегося под постоянной нагрузкой, изменяется в течение времени за счёт перераспределения усилий между бетоном и арматурой. Процесс перераспределения усилий особенно интенсивно протекает в течение первых 3...4 месяцев после нагружения, а затем в течение длительного времени (более года) затухает.
Количественный анализ перераспределения напряжений (усилий) вследствие ползучести бетона можно дать, рассмотрев работу железобетонной призмы (короткой, в которой не ощущается сильно влияние продольного изгиба) с симметрично расположенной арматурой на осевое сжатие при действии постоянной длительной нагрузки.
В статически неопределимых конструкциях вследствие ползучести бетона может происходить выгодное перераспределение усилий (главным образом изгибающих моментов) между отдельными поперечными сечениями.
В некоторых других случаях ползучесть бетона может приводить к ухудшению работы железобетонной конструкции. Например, в изгибаемых элементах (балки, плиты) со временем значительно увеличиваются прогибы (примерно в 2...3 раза по сравнению с первоначальным), особенно при загружении бетона в раннем возрасте.
8. Коррозия железобетона и меры защиты от неё
Под коррозией железобетона следует понимать неблагоприятное воздействие на него жидкой или газообразной агрессивной среды, которое может привести к серьёзным повреждениям или снизить долговечность конструкции.
Процессы коррозии могут протекать как в бетоне, так, при некоторых условиях, и в арматуре.
Степень склонности железобетона к коррозии зависит от
характера агрессивной среды;
плотности бетона;
вида цемента;
скорости поступления агрессивной среды к поверхности бетона.
Различают три вида коррозии бетона.
При недостаточно плотных бетонах под действием фильтрующейся воды с малой жёсткостью растворяется основная часть цементного камня — гидрат окиси кальция [Са(ОН)2 — гашёная известь]. Этот раствор выносится на поверхность бетона, образуя на ней белые хлопья. Наиболее опасными являются мягкие воды с малым содержанием солей кальция. Наибольшее количество Са(ОН)2 содержится в портландцементе, поэтому он наименее стоек к этому виду коррозии (выщелачиванию).
Другой вид коррозии может происходить в результате химического взаимодействия Са(ОН)2 и агрессивной среды (водной или газообразной), которая содержит некоторые кислоты и соли (серную кислоту, её соли, соли Mg, СОз). Продукты обменных реакций этих веществ с составляющими цементного камня либо остаются на месте в виде аморфной массы, не обладающей прочностью, либо в растворённом виде уносятся с водой. Могут появляться потёки в виде белой слизи на поверхности бетона.
Разрушение бетона может происходить и оттого, что продукты взаимодействия агрессивной среды и цементного камня, кристаллизуясь, постепенно заполняют поры и каналы последнего. По мере накопления этих отложений сначала цементный камень уплотняется, а затем начинает разрушаться, так как накопление кристаллов приводит к разрыву стенок пор. Например, при действии на цементный камень сернокислых солей.
В реальных условиях обычно наблюдается одновременно коррозия всех трёх видов с преобладанием одного из них. Из кислот для бетона наиболее опасны: соляная и азотная, серная и сернистая. Морская вода и раствор сахара также вредно воздействуют на бетон.
Коррозия (ржавление) арматуры обычно протекает одновременно с коррозией бетона. Арматура защищается от коррозии бетонной оболочкой из щелочной среды, создаваемой наличием Са(ОН)2 в цементном камне. При эксплуатации углекислый газ, имеющийся в воздухе, диффундирует, проникая через поверхность и систему пор в глубь железобетонной конструкции. Углекислый газ вступает в реакцию с цементным камнем, и в результате протекающего процесса карбонизации утрачиваются щёлочность и защитное действие бетона по отношению к арматуре.
При хорошей водо- и газопроницаемости бетона, а также при наличии в нём трещин шириной 0,2...0,25 мм и более может начаться коррозия арматуры независимо от коррозии бетона. Продукты коррозии арматуры имеют больший объём по сравнению с первоначальным объёмом стали. Они создают отпор и откалывание участков защитного слоя бетона, после чего процесс коррозии протекает ещё быстрее. Чаще всего коррозия арматуры начинается при недостаточной толщине защитного слоя бетона и в местах с дефектами укладки бетона. Развитию коррозии в арматуре способствуют блуждающие токи.
Мероприятия по защите железобетона от коррозии:
Повышение плотности бетона.
Расход цемента на 1 м3 бетона для наружных конструкций должен быть не менее 250 кг, для конструкций, эксплуатируемых в закрытых помещениях — не менее 220 кг.
Применение бетонов, приготавливаемых на шлакопортландцементе и глинозёмистом цементе (в них мало СаО).
Применение битумных и асфальтовых покрытий.
Применение керамической кислотоупорной облицовки или оклеечной изоляции.
Применение полимербетонов.