Вопрос 1. Сущность железобетона. Основные условия, обеспечивающие совместную работу бетона и арматуры. Виды железобетона по способу возведения. Преимущества. Области применения.

Железобетон – композитный материал состоящий из бетона и стальной арматуры (в виде сеток, каркасов или отдельных стержней)

Свойства камня:

1. Высокая прочность на сжатие

2. Стойкость к химическим и атмосферным воздействиям

3. Низкая прочность на растяжение

Свойства стали:

1. Высокая прочность (30-40р выше бетона)

2.Одинаково хорошо работает как на сжатие, так и на растяжение

3. Подвержена коррозии

Таким образом ЖБ сочетает положительные свойства обоих составляющих его материалов и в некоторой степени компенсирует отрицательные свойства.

Условия обеспечивающие совместную работу:

1. Хорошее сцепление Бетона и стали, что обеспечивает их совместную работу под нагрузкой вплоть до разрушения.

2. У Бетона и стали близкие коэффициенты температурного расширения (при нагреве до 100 градусов возникают незначительные напряжения)

3. Бетон выполняет защитные функции (от коррозии, высоких температур, механических повреждений)

Виды ЖБ по способу возведения. Преимущества и область применения:

Различают:

1) Монолитные ЖБК

2) Сборные ЖБК

3) Сборно-монолитные ЖБК

Монолитные ЖБК

Возводятся на месте строительства, устанавливается опалубка (форма) в нее укладывается арматура затем Бетонная смесь, после набора прочности опалубку снимают.

Недостатки: -требует высокой культуры производства (четкого цикла поставки Бетона)

-требует применения многооборотной опалубки, правильного ухода и укладки. Дополнительный расход на опалубку, подмости и обогрев в зимнее время.

Достоинства: -отсутствуют трудоемкие работы по устранению стыков. Здания имеют повышенную жесткость. Применяются для уникальных зданий ( архитектура, назначение)

Сборные ЖБК

Изготовление отдельных элементов осуществляется на специальных заводах, а на строительной площадке выполняется их сборка.

Достоинства:

1) Индустриальность (заводское изготовление)

2) Ликвидация сезонности работ

3) Снижается количество мокрых процессов.

Недостатки:

1) Сложность обеспечения жесткости как стыков, так и здания в целом. Дополнительные затраты на металл, на закладку деталей и на сварку.

Сборно- монолитные ЖБК

Сначала укладываются сборные элементы, а затем осуществляется бетонирование с использованием сборных элементов как опалубки под нагрузкой они работают как целое за счет сцепления а так же сварки арматуры

Недостатки:

1) Многообразие видов работ (монтаж и бетонирование)

Достоинства:

Сочетает в себе преимущества обоих методов т.е индустриальность изготовления и прочность и жесткость конструкции в целом.

Вопрос 2. Показатели качества бетона. Проектные классы бетона по прочности на сжатие В и осевое растяжение B_t. Марки бетона по морозостойкости F и водонепроницаемости W. Прочностные характеристики бетона. Деформативные свойства бетона. Начальный модуль упругости бетона.

Показатели качества бетона: Классы и марки

Различают:

B- класс бетона по прочности на осевое сжатие (раньше марка Б. до 84г)

B_t- класс бетона по прочности на осевое растяжение. (испытание образцов в виде «8»)

F- марка Бетона по морозостойкости (назначается для Бетона подвергающегося попеременному циклу замораживание – оттаивание)

W- марка Бетона по водонепроницаемости

Д- марка Бетона по плотности

В- временное сопротивление осевому сжатию Бетона кубов с 15см гранью, испытывают на 28 сутки твердения при температуре 20 +/- 2, испытания ведутся с учетом статической изменчивости для прочностных характеристик Бетона (должна быть гарантированна 95% прочности Бетона)

В 10;15;25;30;35;…..60

В_t 0,8; 1,2; 1,6; …3,2

F -50…500 (циклов), марка определяется количеством циклов замораживание – оттаивание при котором прочностная характеристика снижается не более чем на 15%

W- 24….12, характерное давление воды при котором не наблюдается ее просачивание через испытуемый образец

Д – 800…2500

Прочностные характеристики бетона

Прочность бетона- способность сопротивляется внешним силовым воздействиям, она зависит от вида напряженного состояния (сжатие, растяжение, смятие, срез и т.д)

В бетоне в силу его неоднородности структуры при действии внешней нагрузки создаются сложные напряженные состояния (Например вокруг пор или крупного заполнителя наблюдается концентрация напряжений)

Факторы влияющие на прочность:

1) Технологические (время и условия твердения: влажность, температура, вибрации)

2) Форма и размеры образцов

3) Вид напряженного состояния ( различные временные сопротивления при сжатии, растяжении, изгибе, срезе)

4) Длительность приложения нагрузки (ползучесть)

R- кубиковая прочность, определяется испытанием на сжатие образцов в виде куба (с гранью 15 см). R используется только для контроля качества бетона

Призменная прочность.

R_b<R –временное сопротивление осевому сжатию бетонной призмы.

R_b = 0.75R

Прочность при растяжении

R_bt – определяется испытанием на разрыв образцов в виде «8»

Деформативные свойства бетона.

Под нагрузкой бетон ведет себя иначе, чем сталь и другие упругиe материалы. Конгломератная структура бетона определяет его поведение при возрастающей нагрузке осевого сжатия.

Область условно упругой работы бетона - от начала нагружения до напряжения сжатия, при котором по поверхности сцепления цементного камня с заполнителем образуются микротрещины.

Опыты подтвердили, что при небольших напряжениях и кратковременном нагружения для бетона характерна упругая деформация, подобная деформации пружины.

Модуль упругости бетона возрастает при увеличении прочности и зависит от пористости: увеличение пористости бетона сопровождается снижением модуля упругости.

При одинаковой марке по прочности модуль упругости легкого бетона на пористом заполнителе меньше в 1,7-2,5 раза тяжелого. Еще ниже модуль упругости ячеистого бетона. Таким образом, упругими свойствами бетона можно управлять, регулируя его структуру. Модуль упругости бетона при сжатии и растяжении принимают равными между собой:

Есж = Ер = Еб.

Ползучестью называют явление увеличения деформаций бетона во времени при действии постоянной статической нагрузки.

Ползучесть зависит от вида цемента и заполнителей, состава бетона, его возраста, условий твердения и влажности. Меньшая ползучесть наблюдается при применении высокомарочных цементов и плотного заполнителя - щебня из изверженных горных пород. Пористый заполнитель усиливает ползучесть, поэтому легкие бетоны имеют большую ползучесть по сравнению с тяжелыми.

Преждевременное высыхание бетона ухудшает структуру и увеличивает его ползучесть. Однако насыщение водой затвердевшего бетона может вызвать рост ползучести.

Ползучесть и связанная с ней релаксация напряжений может играть отрицательную роль. Например, ползучесть бетона приводит к потере натяжения; в предварительно напряженных железобетонных конструкциях.

Начальный модуль упругости растет при увеличении прочности бетона и уменьшается с увеличением пористости бетона. При одинаковом классе бетона модуль упругости легкого бетона на пористом заполнителе в 1,7...2,5 раза меньше тяжелого бетона. Модуль упругости ячеистого бетона еще ниже. Модули упругости бетона при сжатии и растяжении принимают равными между собой.

Вопрос 3. Назначение арматуры. Классификация арматурных сталей по технологии изготовления, механическим свойствам, форме поверхности. Классы и марки арматурных сталей. Основные механические свойства сталей. Арматурные сварные сетки и каркасы.

Арматурой называется совокупность стержней, размещённых в массе бетона для восприятия расчётных усилий, а также в соответствии с конструкционными и производственными требованиями.

Назначение арматуры:

1)Воспринимает растягивающие усилия (при изгибе, внецентренном сжатии, центральном и внецентренном растяжении).

2)Воспринимает усадочные и температурные напряжения, не учитывающиеся расчётом.

3)Воспринимает сжимающие усилия в сжатой зоне изгибаемых элементов в сжатых элементах со случайным эксцентриситетом, работающих как центрально сжатые элементы.

Классификация арматурных сталей

- по технологии изготовления:

1)горячечекатанная

2)холоднодеформируемая

- по механическим свойствам: стержневая арматура по своим механическим свойствам разделяется на классы А1, А2, А3, А4, А5, А6

- по форме поверхности:

1)гладкого профиля- класса А1.

2)периодического профиля – имеет выступы, обеспечивающие надёжное сцепление арматуры и бетона.

По виду поверхности можно визуально определить некоторые классы арматуры:

- ГЛАДКАЯ: стержневая арматура класса А240(А1)

-Арматура периодического профиля в виде кольцевых выступов А300(А2)

-Арматура периодического профиля с серповидными выступами А400 и больше (А3 и >) Вр –проволочная арматура

Классы и марки арматурных сталей:

Для армирования обычного и предварительного напряженного железобетона используют гладкий или периодический прокат из более прочных сталей с повышенным до 0,3 % содержанием углерода; 25Г2С, 30ХГСА. Для армирования железобетонных конструкций применяют прутки (гладкие и периодического профиля) и проволоку. В предварительно напряженной железобетонной конструк­ции металл испытывает значительные напряжения, и поэтому в таких конструкциях применяют высокопрочные стальные стержни или высокопрочную проволоку.

В ненапряженных конструкциях применяют стали обыкно­венного качества, так как сталь не испытывает больших напря­жений (СтЗ, Ст5), а в предварительно напряженных конструк­циях — среднеуглеродистые и высокоуглеродистые стали в го­рячекатаном состоянии, а также упрочненные термической об­работкой.

Арматурная сталь делится на классы по прочности.

Марки стали для изготовления арматуры (по ГОСТ 5781-82)

Арматурную сталь изготовляют из углеродистой и низколегированной стали, указанных ниже марок. Марка стали указывается потребителем в заказе. При отсутствии указания марку стали устанавливает предприятие-изготовитель. Для стержней класса A-IV (A600) марки стали устанавливают по согласованию изготовителя с потребителем.

Класс арматурной стали	Диаметр профиля, мм	Марка стали
А-I (A240)	6—40	СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп
A-II (A300)	10—40 40—80	Ст5сп, Ст5пс 18Г2С
Aс-II (Aс300)	10—32 (36—40)	10ГТ
A-III (A400)	6—40 6—22	35ГС, 25Г2С 32Г2Рпс
A-IV (A600)	10—18  (6—8)	80С
	10—32 (36— 40)	20ХГ2Ц
A-V (A800)	(6-8)  10—32 (36—40)	23Х2Г2Т
A-VI (A1000)	10—22	22Х2Г2АЮ, 22Х2Г2Р, 20Х2Г2СР

Допускается изготовление арматурной стали класса A-V (A800) из стали марок 22Х2Г2АЮ, 22Х2Г2Р и 20Х2Г2СР.

Арматурную сталь классов А-I АII и А-III применяют для ненапряженных конструкций, а арматурную сталь более высоких классов—для предварительно напряженных конструкций.

Для работы при низких температурах лучше применять стали с более низким содержанием углерода или стали после термической обработки.

Кроме стержней, железобетонные конструкции армируют еще и проволокой. При этом проволока из стали с 0,0—0,8% С обладает высокой прочностью (до 180 кгс/мм²), приобретаемой благодаря наклепу или термической обработке.

Основные механические свойства сталей: зависят деформации от напряжений при испытании образцов, определ. Диагр. «δ_s - ε_s ». Образцы, испытываемые на напряжения, в зависимости от вида диаграммы имеют место лёгкие стали – с ярко выраженной площадкой текучести, и твёрдые стали (высокопрочная проволока) – без ярко выраженной площадки текучести.

Основной характеристикой стали является физический (δ_т) или условный (δ_0,2) предел текучести и временное сопротивление стали разрыву (δ_su). Для лёгких сталей А240,300,400 характерно наличие участка линейной зависимости между напряжением и деформацией, т.е. упругая работа стали в соответствии с законом Гука: характерна площадка текучести (Б – В). Предел текучести – напряжения, при которых растут пластические деформации без увеличения нагрузки. За площадкой текучести – лёгкие стали снова способны повышать сопротивление с ростом деформаций; наступает стадия самоупрочнения стали (В – Г); после достижения временного сопротивления происходит местное сужение образца, образуется шейка и происходит разрыв. Для стержневой арматуры повышенной прочности и высокопрочной проволоки чёткого предела текучести и упругости на диаграмме нет следовательно пользуются понятием условного предела текучести и упругости. За условный предел упругости понимают напряжение, при котором возникают остаточные деформации, равные 0,02% от полных остаточных деформаций. За условный предел текучести принимают напряжения, соответствующие остаточным деформациям = 0,02% от полных остаточных деформаций.

Деформативное свойство стали характеризуется:

-1)формой диаграммы «δ_s - ε_s ».Величиной относит.деформаций элемента – характеризуется разрушение конструкции (хрупкая или пластичная) повышением прочности арматурной стали и сопутствующий этому относительное удлинение при разрыве элемента наблюдается при введении в состав сталей углерода или легирующих добавок (mg, хром, кремний). При уменьшении пластических может произойти хрупкий разрыв без явных признаков разрушения – значит конструкции с высокопрочной арматурой требуют более высокого коэффициента надёжности. Хрупкий разрыв – при недостаточных пластических свойствах и высоких предварительных напряжениях в арматуре последнее суммируется с напряжениями от внешней нагрузки. Также хрупкий разрыв может проявляться в местах перегиба, например при намотке арматуры на штыри малого диаметра, а также при устройстве анкеров.

-2)величиной угла загиба (для стержневой арматуры). От угла загиба и количества перегибов зависит возможность обработки арматурной стали – эти характеристики определяются при испытании эталонных образцов

-3)числом перегиба в холодном состоянии для проволочной арматуры

-4)ползучестью и релаксацией стали. Под ползучестью арматуры понимают рост деформаций под нагрузкой с течением времени, ползучесть увеличивается с повышением напряжений и температуры. Релаксация напряжений – снижение напряжений в арматуре при жёстком закреплении её концов (отрицательно сказывается на работе предварительно напряжённой конструкции). Релаксация давлений имеет затухающий характер. При тепловлажностной обработке изделий с напрягаемой арматурой увеличивается ползучесть, следовательно увеличивается релаксация напряжений значит предварительное напряжение должно быть достаточно высоким, чтобы учесть все потери и создать требуемое напряжение конструкции.

Арматурные сварные сетки и каркасы: Ненапрягаемая арматура применяется обычно в виде каркасов (для балок и колонн в виде сеток для плит). Сварные каркасы могут быть плоскими и пространственными. Каркасы состоят из продольных и поперечных стержней рабочих и конструктивных:

Пространственные каркасы собираются из плоских и отдельных стержней. Плоские каркасы могут быть сварными или вязанными. Стержни рабочей арматуры в них могут располагаться в 1 или 2 ряда.

По отношению к поперечной арматуре эти стержни могут располагаться с одной стороны или с двух. H(раб.высота)=h_o – a(защитных слой бетона). По условию сварки определяемый min диаметр поперечных стержней при приваривании к ней продольной арматуры d ≥ 0,25d_раб

Сварные сетки могут быть с продольной и попереченой арматурой. Например, плиты, опётртые по контуру с примерно одинаковым соотношением сторон имеют рабочую арматуру в двух направлениях:

Сетки могут быть плоскими и рулонными. Стандартные плоские сетки могут изготавливаться из проволочной арматуры В500(Вр-I);А-240,300,400(I,II,III). В рулонных сетках d продольной арматуры назначается не > 6 мм. Маркировка сеток выполняется в виде дроби:С1 L*В

,где числитель – продольная арматура, знаменатель – поперечная арматура.

5-диаметр, В500-класс,150-шаг,L-длина,В-ширна