(слайд1)ЛЕКЦИЯ №2. ЖЕЛЕЗОБЕТОН. ОСОБЕННОСТИ ЗАВОДСКОГО ПРОИЗВОДСТВА. ПРЕДВАРИТЕЛЬНО-НАПРЯЖЕННЫЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОН. АНКЕРОВКА АРМАТУРЫ В БЕТОНЕ. СЦЕПЛЕНИЕ АРМАТУРЫ С БЕТОНОМ. УСАДКА И ПОЛЗУЧЕСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА. КОРРОЗИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОНЫ И МЕРЫ ЗАЩИТЫ ОТ НЕЕ. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА. КЕРАМИЧЕСКИЕ, ПОЛИМЕРНЫЕ, ДЕРЕВЯННЫЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ И ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.

(слайд 2)Железобетон. Железобетон состоит из бетона и стальной армату­ры. Несмотря на их различные физико-механические свойства, в элементах конструкций они работают сов­местно.

Бетон обладает высоким сопротивлением при сжа­тии и низким при растяжении. Стальной арматуре при­суще одинаково высокое сопротивление как при растя­жении, так и при сжатии. Эти особенности составляю­щих материалов реализуются в железобетоне.

(слайд 3)В изгибаемых элементах высокое сопротивление бе­тона сжатию используется в сжатой зоне, а высокое сопротивление арматуры растяжению — в растянутой зоне, где бетон слабо сопротивляется растяжению и в нем образуются трещины (рисунок 2.1, а). В балках укла­дывается небольшое (относительно площади попереч­ного сечения элемента) количество арматуры, но оно значительно, в несколько раз повышает несущую спо­собность изгибаемого элемента по сравнению с неармированным его образцом. Арматуру успешно применяют и в сжатых элементах (рисунок 2.1, б), отчего их несущая способность увеличивается до 50% и более.

Отвердевший бетон имеет довольно большое сцепле­ние со стальной арматурой. Вследствие этого оба мате­риала совместно деформируются при внешних воздейст­виях на железобетонные элементы. Сцепление армату­ры с бетоном не нарушается со временем, несмотря на изменения, происходящие в бетоне, а также при измене­ниях температуры (температурные коэффициенты удли­нения бетона и стали близки) и влажности среды. (слайд4 рис.)

а)

б))

Рисунок 2.1 - Железобетонные элементы:

а) при изгибе; б) при сжатии;1 - стальная арматура; 2 - сжатый бетон; 3 - трещины

Бетон — благоприятная среда для арматуры. При нормальных условиях арматура может сохраняться в бетоне неопределенно длительное время.

Железобетон обладает большой долговечностью, высокой стойкостью против воздействия огня и атмо­сферы, хорошей сопротивляемостью статическим и ди­намическим нагрузкам, достаточной плотностью, слабой проницаемостью через его толщу влаги, газов, радиоак­тивных излучений.

Способность бетона к образованию трещин при отно­сительно небольших растягивающих напряжениях — явление в общем случае нежелательное. С образовани­ем трещин в бетоне жесткость железобетонных элемен­тов резко снижается, непроницаемость нарушается, при большом раскрытии трещин возникает опасность корро­зии арматуры.

(слайд 5)Предва­рительное напряжение железобетонных изделий. Радикальным средством повышения трещиностойкости железобетонных конструкций является их предва­рительное напряжение. В предварительно-напряженных конструкциях в процессе их изготовления еще до прило­жения нагрузки создается значительное обжатие бето­на в тех его зонах, которые впоследствии при воздейст­вии на конструкцию нагрузки испытывают растяжение. Осуществляется предварительное напряжение желе­зобетона в процессе изготовления элемента посредст­вом натяжения арматуры на специальные упоры или непосредственно на бетон элемента. В первом случае (рисунок 2.2, а) арматуру натягивают на упоры, закреп­ляемые на стендах, формах или поддонах, и она вре­менно удерживается на них.

(слайд 6 рис.)

(слайд7)Рисунок 2.2 – Предварительно-напряженные железобетонные элементы

(осевое обжатие)

а) натяжение арматуры на упоры; б) натяжение арматуры на бетон;

1 – предварительно-напряженная арматура; 2 – упоры;

3 – натяжное устройство;4 – анкер; 5 – закладная шайба

I – состояние элемента до обжатия бетона; II– то же, после обжатия бетона.

После бетонирования эле­мента и приобретения бетоном достаточной прочности арматура освобождается с удерживающих устройств; стремясь восстановить свою первоначальную длину (сокращаясь), она увлекает с собой бетон вследствие имеющегося с ним сцепления, и обжимает его. Впослед­ствии при загружении элемента нагрузкой растягиваю­щие усилия в нем должны сначала преодолеть напря­жения предварительного обжатия бетона. Этим и обусловливается повышение его сопротивления образованию трещин.

Во втором случае (рисунок 2,б) сначала изготовляют бетонный или слабо армированный сталью элемент с каналами внутри него или с пазами на поверхности для размещения в них предварительно напрягаемой арма­туры. Ее натягивают с передачей реактивных усилий непосредственно на бетон элемента и при помощи ан­керов, закладных шайб или иных средств удерживают в напряженном состоянии. Таким образом, бетон эле­мента оказывается обжатым.

Затем каналы (пазы) заполняют цементным раствором. После того как он отвердел и приобрел необходимую прочность, предвари­тельно-напряженный железобетонный элемент готов к использованию.

Посредством предварительного напряжения трещиностойкость железобетонного элемента может быть по­вышена в несколько раз, резко уменьшена ширина рас­крытия трещин, существенно снижена деформативность.

(Слайд8)Железобетонные конструкции.

По способу возведения различают сборные, монолит­ные и сборно-монолитные железобетонные конструкции.

Сборные конструкции изготовляют на заводах желе­зобетонных изделий с помощью высокопроизводитель­ных машин при соблюдении технологических режимов, обеспечивающих их высокое качество при рациональ­ных нормах расхода материалов. На месте строительст­ва готовые конструкции монтируют мощными механизи­рованными средствами. Сборные конструкции в совре­менных условиях лучше всего отвечают требованиям индустриализации строительства. Они обеспечивают также наиболее короткие сроки возведения сооружения.

(слайд9)В случае возведения монолитных железобетонных конструкций и сооружений на месте строительства устра­ивают поддерживающие леса и опалубку, устанавли­вают арматуру и укладывают бетон. Выполнить все эти процессы механизированным способом на уровне заводской механизации довольно затруднительно. (слайд 11 рис.2.3)

Рисунок 2.3 – Конструкции перекрытий из железобетонных элементов

а) сборное перекрытие; б) монолитное перекрытие:

1 – плиты; 2 – балки

(слайд 12 рис.2.4)

Рисунок 2.4 – Железобетонные фундаменты колонн

а)монолитный фундамент;

б)сборные фундаменты;

(слайд13 рис.2.5)

Рисунок 2.5 – Конструкции многопролетных балок

а)сборная многопролетная балка;

б)монолитная многопролетная балка;

Бетон в течение периода его твердения необходимо выдержи­вать в опалубке, причем в зимних условиях сырой бе­тон необходимо подогревать и утеплять. По указанным причинам трудоемкость изготовления монолитных желе­зобетонных конструкций выше, продолжительность строительства больше, качество хуже. Поэтому моно­литный железобетон применяют для возведения массивных сооружений и конструкций, а также в тех случа­ях, когда это оправдывается технико-экономическими соображениями.

(слайд 10)Сборно-монолитные железобетонные конструкции занимают промежуточное положение, в них в отдельных случаях можно реализовать преимущества и сборных, и монолитных конструкций. Сборно-монолитными целе­сообразно устраивать рабочие площадки под особо большие нагрузки, а также перекрытия, подверженные динамическим воздействиям.

Главные свойства железобетона. В железобетоне арматура и бетон оказывают поло­жительное влияние друг на друга, как при силовых, так и при иных воздействиях, в том числе при изменении температуры, усадке и ползучести бетона. Бетон надеж­но предохраняет арматуру от огня и коррозии. В железобетонных эле­ментах, находящихся в условиях указанных воздействий, арматура и бе­тон активно взаимодейст­вуют. Обусловливается это достаточно высоким сцеплением между ними по поверхности их кон­такта.

Сила сцепления оце­нивается по результатам сопротивления выдерги­ванию (или вдавливанию) арматурных стержней, за­деланных в бетон. Иссле­дования показали, что по длине заделки арматур­ного стержня в бетоне ка­сательные напряжения распределяются неравно­мерно, они постепенно снимают нормальные усилия с заделанного стержня и передают их на бетон (рисунок 2.6).

(слайд 14)Среднее напряжение сцепления арматуры с бетоном определяется выражением:

(2.1)

где τ_с – среднее напряжение сцепления арматуры с бетоном, МПа;

P – усилие в стержне, кН;

d – диаметр стержня, мм;

(слайд15 рис.2.6)

а)

в)

б)

(слайд 16)Рисунок 2.6 – Сцепление арматуры с бетоном

l – длина стержня, м.

а) образец;

б)эпюра нормальных напряжений в арматуре;

в) эпюра сил сцепления поповерхности арматуры

Для гладкой арматуры оно примерно равно 2,5— 3,5 МПа. Сцепление возрастает с уменьшением водоцементного отношения бетона, с луч­шим уплотнением бетонной смеси при укладке, а так­же с увеличением возраста бетона.

При вдавливании стержня в бетон силы сцепления больше, чем при его извлечении, вследствие сопротивле­ния бетона поперечному расширению сжимаемого стержня. Сцепление с бетоном арматуры периодическо­го профиля с поперечными выступами в 2—3 раза боль­ше, чем с гладкой.

(слайд 17)В железобетонных элементах, нагруженных внешни­ми усилиями, до образования трещин в бетоне армату­ра и бетон деформируются совместно, и распределение усилий между ними зависит от площадей поперечного сечения и модулей упругости материалов. После обра­зования трещин в бетоне растянутой зоны картина на­пряженного состояния становится более сложной.

При усадке бетона арматура в железобетоне сдер­живает свободные деформации бетона, в арматуре воз­никает сжатие, а в бетоне растяжение. Последнее при определенных условиях может даже вызвать образова­ние в нем трещин. Общие деформации железобетона заметно меньше, чем неармированного бетона, они за­висят от количества арматуры в нем.

Аналогично арматура противодействует ползучести бетона. При длительном действии нагрузки в железобе­тонном элементе происходит перераспределение уси­лий между бетоном и арматурой. Именно в элемен­те, длительно сжатом постоянным усилием, постепенно происходит снижение напряжения в бетоне и увеличе­ние напряжения в арматуре. В результате стесненного деформирования бетона ползучесть железобетонных элементов в 1,5—2 раза меньше, чем неармированных.

Изменение начальной длины железобетонных конст­рукций из-за усадки бетона и колебаний температуры может быть причиной внутреннего напряженного состояния в системах железобетонных конструкций и вы­звать повреждения отдельных элементов. Это преду­преждается тем, что в сооружениях значительной про­тяженности предусматривают специальные разрезы и зазоры — температурно-усадочные швы.

(слайд 18)При систематическом воздействии повышенных тем­ператур (50—200°С) прочность и жесткость железобе­тонных конструкций понижаются. В связи с этим расчет­ные характеристики составляющих железобетон мате­риалов принимают более низкими. Если конструкция предназначена для работы в условиях высоких темпера­тур (более 200°С), несущие конструкции изготовляют из жаростойкого бетона.

Железобетон, как и бетон, долговечен в нормальных условиях эксплуатации, но в агрессивной среде долго­вечность его может сильно сократиться в основном из-за коррозии бетона. По борьбе с ней даются рекоменда­ции в СНиП 2.03.11– 85 «Защита строительных конструкций от коррозии».