Войти  |  Регистрация
Авторизация

Железобетон



Железобетон - композиционный строительный материал, полученный армированием бетона стальной арматурой. Идея получения железобетона, первые патенты на который были получены французским инженером Монье в 1867-1870 гг., основана на возможности существенного увеличения допустимых растягивающих напряжений в бетонных конструкциях при их армировании.
Бетон сопротивляется растяжению в 15-20 раз слабее, чем сжатию. Даже при сравнительно небольших растягивающих напряжениях не представляется полностью использовать прочность бетона из-за наличия в нем микротрещин, вызванных колебаниями температуры, неравномерным высыханием и пр. При разрушении бетонных балок под действием растягивающих усилий несущая способность их сжатой зоны используется не более чем на 5-7%.
В железобетоне бетон в основном предназначен для восприятия сжимающих усилий, а стальная арматура - растягивающих (рис. 11.38). Балки с размещенной в них стальной арматурой имеют несущую способность до 20 раз большую, чем неармированные.
Совместная работа бетона и стальной арматуры в железобетоне как едином материале обусловлена тремя факторами:
- высоким сцеплением бетона и стали;
- близостью их коэффициентов линейного термического расширения при температурах до 100°С;
- высоким уровнем защищенности стальной арматуры от коррозии в среде плотного цементного бетона.
Железобетон

Железобетон является основным современным конструкционным материалом. Практически во всех областях строительства железобетонные конструкции находят самое широкое применение (рис. 11.39, 11.40).
Железобетонные конструкции изготовляют сборными, монолитными и сборно-монолитными. Сборные конструкции возводят на строительной площадке из заранее заготовленных элементов, монолитные изготавливают непосредственно на строительной площадке, а сборно-монолитные являются комплексными, в которых сборный и монолитный железобетон работают под нагрузкой совместно.
Широкому применению железобетона в строительстве способствуют ряд достоинств этого материала к числу которых можно отнести высокую надежность и долговечность, возможность механизированного и автоматизированного изготовления и монтажа, применения в значительном количестве местных материалов как компонентов бетонной смеси.
Железобетон

Вместе с тем при использовании железобетона необходимо учитывать его недостатки и прежде всего повышенную массу конструкций и их материало- и энергоемкость. К настоящему времени разработан ряд направлений повышения эффективности использования железобетона в строительстве, основанных на прогрессивных, проектных и технологических решениях, применении эффективных видов бетона и арматуры.
Арматурой служат гибкие или жесткие стальные стержни, размещенные в массе бетона в соответствии с эпюрами изгибающих элементов, поперечными или продольными силами, действующими на конструкцию в стадии ее эксплуатации.
Гибкая арматура имеет вид отдельных стальных стержней и проволоки или разнообразных изделий из них (сетки, каркасы, канаты, пакеты, пучки) (рис. 11.41). Жесткая арматура представлена швеллерами, двутаврами, уголками. Ее используют в монолитных конструкциях высотных каркасных зданий, в большепролетных перекрытиях и покрытиях. Наибольшее распространение получила гибкая арматура.
Арматуру подразделяют по функциональному назначению на рабочую, конструктивную (распределительную) и монтажную. Основной является рабочая арматура, предназначенная для восприятия растягивающих, а иногда и сжимающих усилий. Арматура воспринимает также усадочные и температурные напряжения в элементах конструкций.
В зависимости от способа изготовления арматуру подразделяют на горячекатанную стержневую, холоднотянутую проволочную и термически упрочненную гладкую и периодического профиля, напрягаемую и ненапрягаемую.
Важными свойствами арматурной стали являются пластичность, свариваемость, прочностные характеристики, хладноломкость, усталостное разрушение.
Пластичность характеризуется относительным удлинением стальных стержней при разрыве. Понижение пластических свойств может явиться причиной хрупкого разрыва арматуры в конструкциях под нагрузкой.
Свариваемость арматурных сталей определяет способность их к надежному соединению арматурных стержней при механизированном изготовлении арматурных изделий, выполнении стыков, анкеров, изготовлении закладных деталей и т.п. Хорошо свариваются горячекатанные малоуглеродистые и низколегированные арматурные стали.
Железобетон

Под прочностными характеристиками арматуры понимают физический σу и условный σ0.2 предел текучести, а также временное сопротивление σв. Их устанавливают по диаграмме σ-ε, полученной при испытании образцов арматуры на растяжение. В точке диаграммы, соответствующей физическому пределу текучести σт пластические деформации стали начинают расти без увеличения внешней нагрузки. Величина предела текучести стали снижается при действии многократно повторяющейся нагрузки. При этом разрушение приобретает хрупкий характер.
Стали с выраженной площадкой текучести называют мягкими. Для твердых сталей, к которым относится стержневая арматура повышенной прочности, на диаграмме σ-ε четкие значения предела упругости и текучести не характерны. Для таких сталей используют понятия условных пределов упругости (σ0.02) и текучести (σ0.2). Под первым понимают напряжение, при котором возникают остаточные относительные деформации равные 0,02% от предельных остаточных деформаций. За условный предел текучести σ0.2 принимают напряжение, соответствующее остаточным деформациям 0,2%.
Изготавливают стержневую (А) и проволочную (В) арматуру, а также арматурные канаты (К).
Стержневая арматурная сталь подразделяется на: горячекатанную класса А-I; периодического профиля классов A-II, A-III, А-1У, A-У, А-УI; термически и термомеханически упрочненную периодического профиля классов At-III, At-IУ, Ат-У, Ат-УI. В обозначении классов термически и термомеханически упрочненной стержневой арматуры повышенной стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением добавляется буква К, свариваемой -С, свариваемой и стойкой к коррозионному растрескиванию под напряжением - буквы CK. Если горячекатанная стержневая сталь упрочнена вытяжкой это также указывается в ее обозначении (например, At-IIIb). Механические свойства стержневой арматурной стали приведены в табл. 11.24.
Железобетон

В зависимости от класса стержневая арматура выпускается диаметром от 6 до 40 мм, проволочная от 3 до 8 мм, арматурные канаты изготавливают диаметром от 6 до 15 мм. Изготовление арматурных элементов включают в себя механическую обработку арматурных сталей (зачистку, правку, резку и др.), сварку сеток и плоских каркасов, сборку из них пространственных каркасов.
Одним из широко используемых приемов повышения эффективности железобетона является предварительное натяжение (напряжение) арматуры. Обычное армирование, хотя и увеличивает несущую способность конструкций, имеет ограниченные возможности, обусловленные незначительной растяжимостью бетона 0,1-0,15 мм/м. Предельная растяжимость бетона в сотни раз ниже предельной растяжимости стальной арматуры, поэтому при совместном растяжении со сталью цельность бетона сохраняется лишь в начальный период эксплуатации. При нагрузках, составляющих 15-25% от необходимых для разрушения бетона, в растянутой зоне конструкций появляются трещины. С увеличением внешней нагрузки начинается активный процесс развития трещин, увеличиваются прогибы, в трещины проникают влага и газы, создается опасность коррозии стальной арматуры.
Необходимость предотвращения раскрытия трещин выше допустимого предела (обычно более 0,4 мм) приводит к ограничению возможных напряжений в арматуре (в арматуре с периодическим профилем не более 590 МПа). Это в свою очередь не позволяет использовать в обычно армированном железобетоне высокопрочные виды арматуры и бетона, приводит к увеличению массы конструкций, ограничивает величину перекрываемых пролетов.
Железобетон

Возможности железобетона как конструктивного материала существенно расширяются при использовании предварительного напряжения бетона посредством обжатия его предварительно натянутой арматурой повышенной прочности (рис. 11.42). После изготовления конструкции и затвердевания бетона до необходимой т.н. передаточной прочности арматуру освобождают от натяжения и она, сокращаясь, вызывает сжатие бетона. В результате предельная растяжимость бетона в конструкции под действием эксплуатационных нагрузок как бы увеличивается, поскольку деформации от предварительного сжатия суммируются с деформациями растяжения. В таком предварительно сжатом бетоне трещины появляются только в том случае, если растягивающие напряжения превысят напряжения предварительного сжатия. Предварительное обжатие бетона арматурой значительно превосходит его предельную растяжимость, в результате трещиностойкость конструкций увеличивается в 2-3 раза.
Деформации растяжения предварительно напряженного бетона становятся соизмеримыми с деформациями высокопрочной арматуры, возможность армирования ею конструкций в среднем до 50% сокращает расход стали. Предварительное напряжение конструкций позволяет снизить их массу, увеличить перекрываемые пролеты в зданиях и сооружениях и их выносливость.
При производстве сборных железобетонных изделий предварительное напряжение может производиться до затвердевания бетона, и после приобретения им определенной прочности. Первый способ (“натяжение на упоры”) более распространен. Сущность его заключается в том, что уложенная в форму арматура закрепляется на упорах и натягивается. Освобождается от натяжения арматура после заполнения формы бетонной смесью и затвердевания бетона. При втором способе (“натяжение на бетон”) арматура располагается в специально оставленных в бетоне каналах и натягивается после его затвердевания. Необходимое сцепление натянутой арматуры с бетоном достигается с помощью инъецирования в каналы конструкции цементного раствора. В обоих случаях освобожденная от натяжения арматура стремится вернуться в первоначальное положение, сокращается и обжимает железобетонные элементы.
Надежное сцепление с бетоном достигается при использовании арматуры с периодическим профилем, витой арматуры, а также арматуры, на концах которой устанавливают дополнительные анкерные устройства.
Натяжение арматуры осуществляют механическим, электротермическим и химическим способами. Механическое натяжение арматуры производят гидродомкратами и другими устройствами; электротермическое основано на использовании линейного расширения арматуры при ее нагреве электрическим током, а химическое - на применении напрягающих цементов, имеющих высокую энергию расширения. При электротермомеханическом натяжении арматура натягивается механическим устройством и одновременно нагревается электрическим током.
Различают линейное и непрерывное напряженное армирование. При линейном армировании укладывают отдельные элементы в виде стержней, пучков, прядей, соединенных в определенном порядке, а при непрерывном - арматурный каркас, получаемый наматыванием непрерывной проволочной нити на специальные упоры или на конструкцию.
Кроме увеличения несущей способности бетонных элементов и повышения трещиностойкости бетона при предварительном напряжении, арматура в значительной мере влияет и на ряд других свойств железобетона (рис. 11.43).
Железобетон

Надежно сцепляясь с бетоном, стальная арматура препятствует свободным усадке и набуханию, а также уменьшает ползучесть бетона. Усадка и набухание железобетона могут быть почти вдвое меньше чем усадка и набухание бетона (рис. 11.44). Стесненная деформация усадки бетона приводит к появлению в железобетонных элементах напряжений - растягивающих в бетоне и сжимающих в арматуре. Растягивающие напряжения в бетоне увеличиваются с увеличением содержания арматуры. При достижении напряжениями в бетоне величины его прочности при растяжении возникают усадочные трещины. Для уменьшения дополнительных усилий от усадки железобетонные конструкции большой протяженности делят усадочными швами на блоки.
Стальная арматура обладает модулем упругости, в 10-20 раз превышающем модуль деформации бетона.
При пластических деформациях бетона арматура испытывает только упругие деформации и, воспринимая часть нагрузки, разгружает бетон, задерживая деформации ползучести. Вследствие ползучести бетона при 0,5% армирования напряжения в арматуре через 150 сут. возрастают более чем в 2,5 раза.
В железобетонных конструкциях усадка и ползучесть железобетона действуют одновременно, влияя на их работу под нагрузкой. В сжатых элементах они уменьшают напряжения в бетоне и увеличивают их в арматуре, в изгибаемых - усадка увеличивает напряжение в бетоне сжатой зоны, а в растянутой арматуре уменьшает, а ползучесть - наоборот.
Под воздействием температуры в результате различия коэффициентов термического расширения цементного камня, зерен заполнителя и стальной арматуры в железобетоне возникают внутренние напряжения. В условиях систематического воздействия температур 60-200°С они вызывают снижение прочности примерно на 30%, а при 500-600°С - разрушение бетона.
Железобетон

Щелочной характер среды твердеющего бетона является благоприятным фактором для защиты арматуры и вызывает “пассивацию” поверхности стали. Однако при высокой пористости бетона пассивация арматурной стали нарушается в результате проникновения углекислого и других кислых газов из окружающей среды. Наиболее интенсивно протекает процесс коррозии арматуры при влажности более 80%. В плотном бетоне при 100%-ной влажности коррозия арматуры практически не происходит. Затухает коррозионный процесс также в воздушно-сухих условиях. Высокоагрессивной средой для арматуры является влажный и жаркий климат морских районов с насыщенным солями воздухом. Коррозию арматуры могут вызвать также хлористые соли, вводимые в бетон для ускорения твердения. Их разрешается использовать лишь для железобетонных конструкций с ненапряженной рабочей арматурой диаметром более 5 мм, предназначенных для эксплуатации в неагрессивных газовых и водных средах.
Коррозионная стойкость стали уменьшается при повышенном содержании углерода. Процессы коррозии, сопровождаемые снижением пластических свойств стали, особенно интенсивно протекают в напряженной арматуре.
Основными средствами предотвращения коррозии арматуры в бетоне являются обеспечение высокой плотности и необходимой толщины защитного слоя, которые назначаются с учетом влажности и агрессивности среды. При использовании поризованных и ячеистых бетонов арматуру защищают коррозионно-стойкими покрытиями (цементно-битумными, цементно-полистирольными и др.).
Производство железобетонных изделий складывается из: приготовления бетонной смеси; изготовления арматурных элементов; формования изделий; твердения бетона; освобождения изделий из форм, их отделки, сборки и комплектования строительных деталей для повышения их заводской готовности.
Процесс формования включает операции подготовки форм, армирования, укладки и уплотнения бетонной смеси. В зависимости от принятой технологии для уплотнения и формования изделий применяют вибрирование, прессование, ударно-импульсное уплотнение, центрифугирование, вакуумирование и их различные комбинации. Наиболее распространено виброформирование изделий и конструкции. Технологические процессы изготовления сборных железобетонных изделий осуществляются на поточных линиях в перемещаемых или неподвижных формах. В первом случае формы при изготовлении изделий перемещаются от одного специализированного технологического поста (например, укладки и уплотнения бетонной смеси, натяжения арматуры и др.) к другому, а во втором случае формы в течение всего производственного процесса неподвижны, перемещается необходимое технологическое оборудование.
Железобетон

Изготовление изделий в перемещаемых формах осуществляется на поточно-агрегатных, полуконвейерных и конвейерных технологических линиях.
Поточно-агрегатный способ производства предполагает (рис. 11.45) формование изделий на установках - агрегатах, включающих формовочную машину (например, виброплощадку), бетоноукладчик и машину для укладки формы на формовочный пост (формоукладчик). Отформованные изделия перемещают в камеры твердения, затем распалубливают и направляют на склад, а освободившиеся формы подготавливают к следующиму циклу.
Этот способ получил широкое распространение, поскольку отличается гибкостью и возможностью быстрой переналадки при переходе от выпуска одного типа изделий к выпуску другого, а также требует сравнительно небольших капитальных затрат.
Конвейерный способ производства отличается от поточноагрегатного делением технологического процесса на отдельные операции с определенным ритмом, т.е. одинаковой продолжительностью выполнения операций. Различают конвейеры шагового (тележечного) и непрерывного действия (пластинчатые, цепные и др.). К современным типам тележечных конвейеров по производству железобетонных изделий относятся вертикальные двухъярусные станы, на верхней ветви которых выполняются все операции по изготовлению изделий, а на нижней производится тепловая обработка; наклонно-замкнутые конвейеры, отличающиеся размещением камер тепловой обработки под полом цеха рядом с формовочной ветвью и др.
Непрерывным конвейером является вибропрокатный стан, имеющий бесконечную стальную ленту, оснащенную устройствами для приготовления, формования и тепловой обработки бетонной смеси. Конвейерный способ позволяет создать мощный механизированный поточный процесс, он особенно эффективен при серийном выпуске однотипных изделий: стеновых панелей, панелей перекрытий, колонн и ригелей промышленных зданий, лотков и др. (рис. 11.46).
Железобетон

При стендовом способе изделия изготавливают в неподвижных формах на специально оборудованных стендах. Стендовая технология особенно целесообразна при изготовлении крупноразмерных и предварительно напряженных изделий, ее применяют также и в условиях полигонов, когда тепловая обработка осуществляется в напольных камерах или термоформах. Продолжительность технологического цикла составляет обычно 1-2 сут.
Разновидностью стендового является кассетный способ производства, особенностью которого является формование изделий в вертикальном положении в стационарных разъемных групповых формах - кассетах.
Для ускорения твердения изделий в заводских условиях применяют тепловлажностную обработку - пропаривание при нормальном давлении и температуре до 95°С, электропрогрев, контактный прогрев в формах, твердение в бассейнах с горячей водой, обогрев лучистой энергией и др. Режимные параметры тепловлажностной обработки - предварительное выдерживание, температура и скорость, длительность ее подъема, длительность изотермического прогрева и охлаждения - зависят от вида и активности цемента, класса и требуемой отпускной прочности бетона, удобоукладываемости бетонной смеси, вида химических добавок, конструктивных парам изделий и других факторов.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent