3. Железобетон как строительный материал. Виды бетона, механические характеристики. Виды арматуры, механические характеристики, область применения.

Железобетон получил широкое распространение в строительстве благодаря его положительным свойствам: долговечности, огнестойкости, стойкости против атмосферных воздействий, высокой сопротивляемости к динамическим нагрузкам, малым эксплуатационным расходам на содержание зданий и сооружений. Вследствие почти повсеместного наличия крупных и мелких заполнителей, в больших количествах идущих на приготовление бетона, ж/б доступен к применению практически на всей территории страны. По сравнению с другими строительными материалами ж/б более долговечен, ж/б конструкции могут служить неопределенно длительное время без снижения несущей способности, поскольку прочность бетона с течением времени в отличие от других материалов возрастает, а сталь в бетоне защищена от коррозии. Ж/б обладает неплохой огнестойкостью, при пожарах средней интенсивности она равняется нескольким часам.

Ж/б – это строительный материал, состоящий из бетона и стальной арматуры, работающих совместно. Бетон обладает высоким сопротивлением сжатию, низким — растя­жению. Стальная арматура хорошо работает как на растяжение, так и на сжатие. Поэтому растянутые зоны бетона усиливают стальной арма­турой. При нагружении железобетонного элемента в его растянутых зонах образуются трещины. При дальнейшем нагружении рас­тягивающие усилия воспринимает арматура, что приводит к увеличению раскрытия трещин. Чрезмерное раскрытие трещин опасно из-за возмож­ной коррозии арматуры. Для увеличения трещиностойкости железобетона применяют пред­варительное обжатие тех зон бетона, в которых при эксплуатационных нагрузках должны возникнуть растягивающие напряжения. Такие кон­струкции называют предварительно напряженными. В конструкциях различают: рабочую арматуру, предназначенную для воспринятия учитываемых расчетом растягивающих и сжимаю­щих усилий; поперечную арматуру в виде хомутов и отгибов для воспри­нятия главных растягивающих напряжений у опор; монтажную армату­ру для образования каркасов и обеспечения проектного положения ра­бочей арматуры в сечении элемента; конструктивную арматуру для уси­ления некоторых зон конструкций при воздействиях, не учитываемых расчетом. Основные виды арматуры в конструкциях показаны на рис. Совместная работа бетона и арматуры при различного рода воздей­ствиях обусловливается следующими факторами: между бетоном и стальной арматурой возникают значительные силы сцепления; Коэффициенты линейной температурой деформации стали и бетона незначительно отличаются друг от друга, вследствие чего при изменениях температуры в конструкциях не нарушается сцепление между арматурой и бетоном.

Бетон как материал для ж/б конструкций должен обладать вполне определенными наперед заданными физико-механическими свойствами: необходимой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой, достаточной плотностью (непроницаемостью) для защиты арматуры от коррозии.

Виды бетона для железобетонных конструкций:

1. Тяжелый бетон – бетон плотной структуры, на плотных заполнителях, на цементном вяжущем с плотностью 2200 – 2500 кг/м³ – основной вид бетона для железобетонных конструкций.

2. Мелкозернистый бетон – бетон плотной структуры, тяжелый на мелких заполнителях.

3. Легкий бетон – бетон плотной и поризованной структуры, на пористых заполнителях.

4. Ячеистый бетон автоклавного и неавтоклавного твердения.

5. Специальный напрягающий бетон.

Под прочностными свойствами бетона понимают нормативные и расчетные характеристики бетона при сжатии и растяжении, сцепление бетона с арматурой. Под деформативными свойствами бетона понимают сжимаемость и растяжимость бетона под нагрузкой, ползучесть и усадку, набухание и температурные деформации.

К физическим свойствам бетона относят водонепроницаемость, морозо - жаростойкость, коррозионную стойкость, огнестойкость, тепло- и звукопроводимость, кислотостойкость и др.

Под классом бетона по прочности на сжатие понимают среднестатистическое значение временного сопротивления Вm ( в МПа) эталонных образцов кубиков(15х15х15), изготовленных и испытанных через 28 суток.

Марками оценивают основные физические свойства бетона F – по морозостойкости, W – по водонепроницаемости, D – по плотности.

Арматура в ж/б конструкциях устанавливается преимущественно для восприятия растягивающих усилий и усиления бетона в сжатых зонах конструкции. Арматура устанавливаемая по расчету – рабочая арматура; устанавливаемая по констр и технологичным соображениям – монтажная арматура. Монтажная арматура обеспечивает проектное положение рабочей арматуры и обеспечивает более равномерное распределение усилий между стержнями рабочей арматуры.

Рабочую и монтажную арматуру объединяют в арматурные изделия – сварные и вязанные сетки и каркасы.

В зависимости от технологии изготовления арматура бывает: горячекатаная стержневая и холоднотянутая проволочная.

В зависимости от способа последующего упрочнения горячекатаная арматура может быть термически упрочненной, или упрочненной в холодном состоянии – вытяжкой, волочением.

По форме поверхности арматура может быть периодического профиля и гладкой.

По способу применения при армировании элементов различают напрягаемую арматуру и ненапрягаемую.

Классы арматуры: 1) Стержневая горячекатаная А-I – гладкая A-II – винтовая поверхность А-III, А-IV - елочка.

А-I, A-II, А-III – для обычного армирования А-IV – для предварительного напряжения.

2) Проволочная (холоднотянутая) В-I обыкновенная арматурная проволока из Ст3, В-II проволока для предварительного напряжения. Вр-1, Вр-2 рифленая арматура. К-7 , К-9 проволочные канаты 7 и 9 стержней соответственно.

Неметаллическая арматура. При необходимости создания конст­рукций, подвергающихся воздействию химической агрессии и блуждаю­щих токов (опоры электролизных ванн), а также в элементах, которые должны обладать диэлектрическими свойствами (шпалы трамвайных и железнодорожных путей.), целесообразно применять неметаллическую арматуру. Конструкции, арми­рованные стеклопластиковой проволокой, стержнями или лентами, в которых стекловолокно толщиной 7—16 мкм защищено при помощи раз­личных связующих пластиков (эпоксидные, фенольные и другие смо­лы). Стеклопластиковую арматуру с гладкой и рифленой поверхностью изготовляют на специальных установках. Арматурные элементы с рифленой поверхностью имеют временное сопротивление на разрыв до 10000 кгс/см² и выше при объемной массе 1,6—1,7 т/м³. Стеклопластиковая арматура с рифленой поверхностью имеет хо­рошее сцепление с бетоном и не требует применения анкерных устройств. Недостатками ее являются значительная стоимость и низкий модуль уп­ругости [300000—400000]. Сцепление арматуры с бетоном. Силу сцепления арматуры с бето­ном определяют выдергиванием стержней из бетона или вдавливанием их в бетон. При выдергивании величина силы сцепления меньше, чем при вдавливании, из-за поперечного сужения стержня.