10. Бетон для бетонных и железобетонных сооружений, возводимых в зимних условиях

Влияние температуры среды на рост прочности бетона во времени. На рост прочности бетона существенно влияет температура. среды, в которой твердеет бетон (рис. 45). При температуре ниже 0°С_тверденне бетона прекращается, поэтому производство бетонных ра­бот в зимнее время возможно только при определенных условиях.

Наша страна имеет большой опыт успешного применения бетона в зимних условиях, чему способствовали работы советских ученых С.А. Миронова и Н.В Сизова, И.Г. Совалова и др., разработавших и внедривших способы зимнего бетони­рования.

Рис. 45. Влияние температуры и продолжительности твердения на прочность бетона при сжатии

(Rсж, % от 28-суточной прочности нормального твердения)

Требования к бетону для зимних работ. При любом способе зимнего бетонирования (способ термоса, про­грев бетона паром, электропрогрев бетона, выдержива­ние бетона в тепляках) для снижения стоимости бетон­ных работ требуется, чтобы бетон в кратчайший срок набирал необходимую критическую прочность. Критиче­ской называют минимальную прочность бетона, при которой допускается последующее его замораживание. Она определяется заданной маркой бетона и не должна быть менее 50 кгс/см². Замораживание бетона прежде чем он достигнет необходимой критической прочности, наруша­ет его структуру _и_ снижает конечную прочность.

С целью ускорения твердения бетона при зимних бе­тонных работах используют быстро твердеющие цементы (БТЦ), глиноземистый и др. С этой же целью при подбо­ре состава-бетона повышают расход цемента на 1 м³ бе­тона и уменьшают водоцементное отношение. Твердение бетона можно ускорить введением в бетонную смесь не­которых химических добавок — ускорителей твердения, таких, как CaCl₂, HCl

Бетоны, твердеющие при отрицательных температу­рах. Бетоны, твердеющие при отрицательных температу­рах, иначе называют «холодными». Чтобы обеспечить твердение бетона при температурах ниже 0 ⁰ С, в его сос­тав вводят CaCl₂, K₂CO_3, NaCl и другие соли. В присутстствии указанных солей, водные растворы которых имеют пониженную точку замерзания, в твердеющем бетоне сохраняется жидкая фаза, обеспечивающая про­текание процессов гидратации цемента (с небольшой скоростью) и при отрицательных температурах.

Такие бетоны используются при строительстве в су­ровых условиях Сибири, Заполярья, Дальнего Востока; Их нельзя применять для железобетонных конструкций из-за возможной коррозии стальной арматуры.

11. Сборный железобетон

11.1. Основные сведения о железобетоне

Железобетоном называют строительный материал, в котором соединены в единое целое бетон и стальная ар­матура. Введение в бетон стальной арматуры позволило получить новый материал с высокой прочностью как на сжатие, так и на растяжение. Арматуру (стальные Стержни) располагают в бетоне так, чтобы возникаю­щие в железобетоне растягивающие усилия воспринима­лись арматурой, а ^{сжимающие} усилия передавались на бетон (рис. 46). Совместная работа бетона и стальной арматуры в железобетоне обеспечивается тем, что:

а) между бетоном и стальной арматурой возникают значительные силы сцепления, препятствующие скольжению арматуры в бетоне; это сцепление определяется клеящей способностью цементного раствора и трением стержня о бетон, возникающем при деформациях стержня под нагрузкой; усадка бетона и неровности поверхности стержней увеличивают трение между бетоном и арматурой;

б) сталь и бетон в пределах изменении температуры от 0 до 80° С имеют почти одинаковые температурные коэффициенты линейного расширения, и поэтому при из­менении температуры не нарушается монолитность же­лезобетона. Точнее, температурные коэффициенты ли­нейного расширения стали и бетона незначительно отли­чаются друг от друга; поэтому возникающие при изменении температуры усилия, стремящиеся сдвинуть арматуру по отношению к бетону, меньше силы сцепле­ния между ними;

в)"бетон" надежно защищает арматуру от коррозии.

Железобетонные конструкции подразделяют на монолитные и сборные. Монолитные железобетонные конструкции бетонируют на месте строительства. Сбор­ные железобетонные конструкции монтируют на строи­тельстве из отдельных элементов, изготовленных на заво­дах или полигонах, располагаемых вблизи строительной площадки.

Широко применяют_ в строительстве конструкции из предварительно-напряженного железобетона. В обычном железобетоне под действием эксплуатационных нагру­зок возможно образование трещин вследствие низкой предельной растяжимости бетона. Этот существенный недостаток обычного железобетона ограничивает приме­нение его в конструкциях, в которых по условиям экс­плуатации недопустимо появление трещин, например и трубах, резервуарах, изгибаемых и растягиваемых эле­ментах конструкций, работающих в коррозионных средах/

В обычном железобетоне трещины раскрываются за­долго до разрушения, что делает нецелесообразным при­менение высокопрочной стальной арматуры. В предва­рительно-напряженном железобетоне до приложения внешних эксплуатационных нагрузок создается предва­рительное сжатие в бетоне за счет напряжения армату­ры. После приложения эксплуатационных нагрузок нап­ряжения от предварительного сжатия суммируются с напряжениями, вызванными нагрузкой (см. рис, 46). При этом в бетоне или не возникают растягивающие напряжения, или величина их не превышает предела прочности бетона на растяжение.

Рис. 46. Схема работы и эпюры напряжений в бетоне в поперечных сечениях предварительно-напряженной железобетонной балки

а - до приложения нагрузки; б - вызванная нагрузкой; в - суммарная эпюра напряжений

Предварительное сжатие бетона посредством натяже­ния арматуры достигается следующими способами»:

а) вначале натягивают арматуру, а затем приступают к бетонированию; после затвердевания бетона средства натяжения удаляют; вследствие прочного сцепления бе­тона с арматурой в железобетоне создаются взаимно уравновешивающие усилия растяжения в арматуре и сжатия в бетоне;

б) арматуру натягивают после затвер­деваний бетона.

Основными преимуществами предварительно-напря­женного железобетона являются его повышенная трещиноустойчивость, хорошее сопротивление динамичес­ким воздействиям и возможность использования высо­копрочных бетона и стали, что позволяет значительно сэкономить металл и снизить стоимость строительных конструкций.