Железобетонные конструкции и изделия

Железобетон — строительный материал, в котором рационально объединены цементный бетон и стальная арматура. Арматура воспринимает в основном растягивающие напряжения, упрочняет бетон.

Железобетонные конструкции и изделия подразделяют на сборные, изготовляемые на железобетонных заводах и монтируемые на строительных площадках, и монолитные, бетонируемые в опалубке на месте строительных работ. Кроме того, они могут быть с обычной или с предварительно напряженной арматурой.

Различают железобетонные изделия из бетонов на основе портландцемента и его разновидностей; из силикатных бетонов, получаемых на основе известково-кремнеземистого вяжущего; из специальных видов бетона. Железобетонные изделия могут быть сплошными и пустотелыми, а также иметь различные типоразмеры.

По назначению железобетонные изделия и детали разделяют на четыре основные группы: изделия для жилых и общественных зданий; промышленных, зданий; инженерных сооружений; изделия общего назначения.

Рассматривая перспективы развития производства и применения сборного железобетона, можно выделить следующие основные направления: разработку и применение эффективных и крупноразмерных конструкций и изделий из сборного железобетона; применение высокопрочных и предварительно напряженных бетонов; более широкое использование легких бетонов и тонкостенных пространственных конструкций; уменьшение числа типоразмеров и снижение стоимости массового производства их на специализированных заводах.

Эффективность сборного железобетона значительно возрастает при использовании в строительстве унифицированных элементов, конструкций, допускающих комбинирование изделий и деталей в различных сочетаниях. Унификация изделий из сборного железобетона позволяет уменьшить число типоразмеров, повысить качество продукции и совершенствовать технологию их производства. Так, например, благодаря разработке единого каталога унифицированных деталей для жилищного строительства число элементов для полносборного домостроения сократилось на 20% по сравнению с ранее существовавшими типовыми решениями. В строительстве промышленных зданий и сооружений также разработаны проекты зданий различного назначения, возводимых из унифицированных элементов.

Широкое применение сборного железобетона обеспечивает экономию металла и леса, повышение производительности труда и темпов индустриализации строительства; снижение трудовых затрат и значительно упрощает строительные работы в зимний период. В настоящее время наша страна по выпуску сборного железобетона занимает первое место в мире.

Цементный бетон, как и большинство камневидных конгломератных материалов, хорошо сопротивляется сжимающим усилиям, но плохо работает на растяжение. Предел прочности бетона при растяжении примерно в 10... 18 раз ниже предела прочности при сжатии. Поэтому для восприятия растягивающих напряжений возникла необходимость введения в бетон стальной арматуры. Сочетание бетона со стальной арматурой и совместная их работа в конструкции основаны на следующем:

· сталь и бетон при изменении температуры в интервале от 0 до 80°С имеют практически одинаковые коэффициенты линейного расширения

· между бетоном и арматурой возникают значительные силы сцепления, препятствующие скольжению арматуры в бетоне, при этом стальная арматура достаточно надежно защищается бетоном от коррозии

При обычном армировании в железобетоне под действием внутренних напряжений в растянутой зоне возможно образование микротрещин вследствие малой предельной растяжимости бетона. При этом микротрещины появляются задолго до разрушения конструкции, что делает нецелесообразным применение высокопрочной арматуры. Избежать появления микротрещин при эксплуатационных нагрузках возможно путем обжатия бетона предварительным натяжением арматуры. Напряжение бетона натянутой арматурой не только ликвидирует опасность образования и раскрытия микротрещин, но и позволяет значительно экономить металл, сокращать расход составляющих материалов в бетоне, уменьшать массу конструкции, повышать долговечность и снижать стоимость строительства.

Предварительное натяжение арматуры осуществляют либо до бетонирования конструкции или изделия, либо после этого. В первом случае арматуру вначале натягивают, концы ее прочно закрепляют в бортах формы изделия, после чего приступают к бетонированию. После затвердевания уплотненной бетонной смеси арматуру освобождают от натяжного устройства. Вследствие упругости арматура стремится вернуться в прежнее ненапряженное состояние и, будучи прочно сцеплена с бетоном, обжимает его. В результате этого в железобетоне создаются взаимно уравновешивающие усилия растяжения в арматуре и сжатия в бетоне. Во втором случае арматуру располагают в каналах бетонной конструкции, ранее образованных с помощью специальных пустотообразователей, и натягивают ее после того, как бетон приобретает заданную прочность. Затем натянутую арматуру анкеруют на концах конструкции, а каналы замоноличивают цементным раствором или бетонной смесью. Натяжение арматуры производят с помощью специальных домкратов или методом электротермического воздействия.

Таким образом, сущность предварительного напряжения бетона состоит в том, что, используя силы упругого последействия натянутой арматуры (при условии ее прочного закрепления), достигается обжатие бетона в той зоне, где эксплуатационная нагрузка может вызвать растягивающие усилия. Благодаря этому в растянутой зоне изделия должны быть вначале преодолены предварительно созданные сжимающие усилия и только лотом бетон начинает работать на растяжение. В преднапряженном бетоне не возникают растягивающие усилия или они настолько малы, что не превышают прочности бетона при растяжении.