3. Армирование железобетонных изделий

Армирование железобетонных конструкций представляет собой внедрение в толщу материала стальных сеток, стержней, каркасов и т.д. Такие дополнительные элементы придают изделию дополнительную прочность за счет восприятия растягивающих напряжений. Такая арматура называется рабочей. Кроме нее, в железобетонные изделия часто закладываются детали, предназначенные для соединения готовых изделий, распределительную арматуру, монтажные петли.

Армирование может быть обычным и предварительно напряженным. Возможности обычного армирования ограничены, несмотря на то, что оно способно существенно увеличивать несущую способность готовых конструкций. Объясняется это невысокой растяжимостью бетона – даже небольшая нагрузка способствует появлению в нем трещин, прогибов и т.д. Такого рода дефекты, в свою очередь, способствуют попаданию влаги внутрь материала, что оборачивается коррозией арматурной стали. Для того, чтобы преодолеть этот барьер, и были созданы предварительно напряженные конструкции. Этот метод был впервые испробован на практике в 1928 году инженером Фрейсине.

Предварительное напряжение конструкции достигается за счет обжатия бетона натянутой арматурой. Поэтому силы, воздействующие на батон, вынуждены сначала нейтрализовать уже имеющееся обжатие. Предварительное напряжение позволяет повысить устойчивость конструкции к появлению трещин, экономит стальную арматуру и дает возможность снижать массу готового изделия (или увеличивать его размер при сохранении массы). Экономия арматуры достигается за счет возможности использования высокопрочных видов стали (при обычном армировании ее попросту невозможно рационально использовать – сильное растяжение высокопрочной стали вызывает растрескивание и деформацию бетона).

Применение предварительно напряженных конструкций дает возможность изготавливать крупные элементы из железобетона (балки, плиты и т.д.), использующиеся для перекрытия довольно широких пролетов, а также тонкостенные конструкции (панели-оболочки), применяемые при возведении различных видов зданий.

Такие конструкции широко используются в энергетическом строительстве – предварительно напряженный железобетон часто применяют для изготовления труб большого диаметра (из них производят опоры для линий электропередачи, напорные водоводы, и т.д.). Предварительно напряженный железобетон – незаменимый материал при строительстве шлюзов, плотин, гидроэлектростанций.

Современное энергетическое строительство является сферой, в которой принято использовать два различных способа предварительного напряжения железобетона: либо во время изготовления железобетонных конструкций на заводе, либо в момент монтажа конструкций непосредственно на месте их монтажа.

На месте монтажа конструкций, как правило, используются такие методы напряжения, как гравитационный, гидравлический и т.д., подразумевающие анкеровку готовых изделий к основанию. Например, распространенные в мировой практике плотины на скальном основании возводятся с использованием двух основных способов предварительного напряжения. Первый способ подразумевает прижатие сооружения к его основанию при помощи стержневой или пучковой арматуры (она заанкеривается в толщу скальной породы). Второй способ дает возможность достичь необходимого уровня напряжения бетона за счет использования плоских гидравлических домкратов, которые закладываются в специальные швы.

На заводе, в процессе изготовления железобетонных изделий, предварительное напряжение материала производится как до затвердевания бетона, так и после того, как он обретает определенную прочность. В первом случае (этот метод еще называется «напряжение на упоры») арматура, уложенная в форму, закрепляется на упоре и после этого натягивается (освободить ее можно будет уже после затвердевания бетона). Этот способ более распространен. Во втором случае мы имеем дело с натяжением на бетон – в заготовке предварительно оставляется специальный канал для укладывания арматуры. После укладывания арматуры в канал она натягивается и закрепляется в бетоне при помощи специального цементного раствора. И в первом, и во втором случаях напряжение достигается за счет стремления освобожденной арматуры вернуться в первоначальное положение – так происходит ее сокращение, а следовательно, и обжатие бетонных элементов.

Для более надежного сцепления с бетоном применяются специальные виды арматуры – витая арматура, арматура с анкерными устройствами на концах, а также арматура с периодическим профилем.

Достигается натяжение арматуры несколькими способами – электротермическим, механическим, химическим или электротермомеханическим. Для механического натяжения применяют домкраты и прочие гидравлические устройства. При электротермическом методе арматура нагревается и расширяется при нагреве электротоком.

Химический метод подразумевает применение напрягающих цементов, которые обладают высокой энергией расширения.

Электротермомеханический метод является комплексным и подразумевает одновременное натяжение арматуры при помощи гидравлического устройства и нагревание при помощи электрического тока.

Армирование железобетонных изделий может быть линейным и непрерывным. Линейное армирование – это метод, при котором отдельные элементы натяжения, выполненные в форме стержней, прядей или пучков, укладываются на изделие. Непрерывное армирование достигается за счет непрерывного наматывания проволочной нити на конструкцию или упоры – в итоге появляется арматурный каркас.