ЖЕЛЕЗОБЕТОН И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ
Стремление повысить прочность бетона на растяжение, которая в 9 —20 раз ниже его прочности при сжатии, привело к изобретению железобетона французом Ламбо, построившим в 1850 г. из армоцемента (цементного раствора, армированного проволочной сеткой) корпус лодки, экспонировавшейся позднее на выставке в Париже. Однако официально изобретателем считается французский садовник Ж. Монье, оформивший в 1967 г. патент на цветочные кадки из аналогичного материала. Идея изобретения заключается в том, что бетон и стальная арматура, помещенная внутрь (в растянутую зону) бетонных элементов, работают совместно. При этом растягивающие напряжения распределяются так, что подавляющая их часть воспринимается стальной арматурой. Такое распределение обусловлено различием в модулях упругости бетона и стали. Модуль упругости стали (Ест ~ 2-Ю5 МПа) приблизительно в 10 раз больше, чем модуль упругости бетона (Еб~ 2- 104 МПа) и при одинаковой совместной деформации
|
Рис. 11.1. Диаграммы растяжения бетона и стальной арматуры при обычном армировании (а) и в случае предварительного напряжения железобетона (б): 1 — арматура; 2 — бетон; E§, Е„ — модули упругости соответственно бетона и стали |
є напряжения в бетоне аб будут в 10 раз меньше, чем напряжения стст в арматуре (рис. 11.1, а).
При очень высоких растягивающих нагрузках отношение модулей упругости арматуры и бетона Е„/ Е6= 10:1 становится недостаточным и напряжения могут превысить предел прочности бетона при растяжении, вызывая образование трещин в растянутой зоне. В этом случае применяют напряженно-армированный бетон, в котором предварительно растянутая арматура вызывает в бетоне напряжения сжатия (рис. 11.1,6). Такой железобетон был впервые применен в 1928 г. французским инженером Фрейсине. При работе преднапряженной конструкции напряжения в бетоне могут оставаться сжимающими или равными нулю, т. е. не опасными для бетона, при условии, что деформация є, вызываемая внешней нагрузкой, не превысит значения е0. Исключение или уменьшение растягивающих напряжений в бетоне получается за счет увеличения растягивающего напряжения в арматуре, которое складывается из рабочего напряжения и напряжения от предварительного натяжения о"тр. Поэтому для предварительно-напряженного железобетона необходимо использовать арматурную сталь с более высокими прочностными характеристиками, чем при обычном армировании.
Натяжение арматуры может осуществляться механическим способом (гидравлическими домкратами); электротермическим способом, основанным на увеличении длины арматурных стержней при их нагреве электрическим током; электротермомеханическим способом, представляющим собой комбинацию двух первых, а также самонапряжением при использовании напрягающего цемента (см. подразд. 8.11).
Применяют в основном две схемы натяжения арматуры: на упоры и на бетон. При первой схеме уложенную в форму арматуру натягивают до бетонирования, опирая домкраты на упоры, расположенные на форме, либо на специальных стендах. После приобретения бетоном достаточной прочности арматуру освобождают и ее натяжение передается на бетон, подвергая его сжатию. При второй схеме сначала изготавливают бетонные элементы, оставляя в них каналы для пропуска арматуры. Опирая домкраты на бетон, его сжимают, а арматуру растягивают. Свободное пространство в каналах заполняют цементным раствором.
Удачному сочетанию стали и бетона способствует примерное равенство их коэффициентов линейного температурного расширения ((10… 14)- 10_6 °С*1 у бетона; (11… 12)- 10~6 °С’1 у стальной арматуры), что обеспечивает совместимость их температурных деформаций.
Щелочная реакция среды, возникающая в бетоне благодаря выделению Са(ОН)2 при гидратации цемента, благоприятна для стали с точки зрения ее коррозии. Огнестойкость железобетонных конструкций гораздо выше стальных благодаря негорючести и низкой теплопроводности бетона, который защищает стальную арматуру при пожарах от быстрого нагрева, вызывающего размягчение стали.
Армированию подвергают бетоны с различной плотностью: от особо тяжелых (уо > 2 500 кг/м3) до особо легких (у0 = 700 кг/м3).
По виду вяжущего железобетонные изделия могут быть цементными, силикатными и гипсовыми. Их делают сплошными или пустотелыми.
Они также могут быть многослойными, например иметь внутренний слой из ячеистого бетона, а наружные слои — из плотного бетона.
В зависимости от способа возведения железобетонные конструкции могут быть монолитными или сборными.