Глава X. Железобетон и сборные железобетонные изделия

§ 48. Общие сведения

Бетон имеет недостаток, присущий почти всем искусственным и природным каменным материалам, - он хорошо работает на сжатие, но плохо сопротивляется изгибу и растяжению. Прочность бетона при растяжении составляет всего около ¹/₁₀ - ¹/₁₅ его прочности на сжатие. Чтобы повысить прочность бетонных конструкций на изгиб и растяжение, в бетон укладывают стальную проволоку или стержни, называемые арматурой. Арматура в переводе с латинского означает "вооружение", т. е. стальная арматура как бы вооружает, укрепляет бетон. Армированный стальными стержнями бетон называют железобетоном.

Каменные конструкции, армированные металлом, были известны давно, но в современном виде железобетон появился лишь во второй половине XIX в., когда было освоено промышленное производство портландцемента. Патент на изобретение железобетона был выдан французу Ж. Монье в 1867 г., хотя известны попытки использования железобетона и до него (например, в 1849 г. инженером Г. Е. Паукером в России и в 1845 г. В. Уилкинсоном в Англии). Первоначально железобетон применялся довольно ограниченно. В настоящее время это основной конструкционный материал и в жилищном, и в промышленном строительстве.

Благодаря каким свойствам железобетон стал столь распространенным строительным материалом? Железобетон - это не два разнородных материала: бетон и сталь, а новый материал, в котором сталь и бетон работают совместно, помогая друг другу. Это объясняется следующим. Бетон при твердении на воздухе уменьшается в объеме, плотно охватывая арматуру. Прочность сцепления арматуры с бетоном достигает больших значений. Так, чтобы выдернуть из бетона стержень диаметром 30 мм, введенный в бетон на глубину 300 мм, требуется сила не менее 10 кН. Сцепление стали с бетоном не нарушается и при сильных перепадах температуры, так как коэффициенты теплового расширения стали и бетона почти одинаковы. Хорошее сцепление стали с бетоном приводит к тому, что под нагрузкой эти два материала работают как одно целое.

Цель армирования можно пояснить на элементах, работающих на изгиб (балках, ригелях). В таких элементах часть поперечного сечения элемента подвергается сжатию, а другая - растяжению. Если балку изготовить из неармированного бетона, то вследствие низкой его прочности на растяжение (1...4 МПа) уже под небольшой нагрузкой бетон в растянутой зоне растрескается (рис. 29, а) и балка разрушится. Если же в растянутую зону ввести стальную арматуру, то она примет на себя растягивающие напряжения (прочность стали при растяжении более 200 МПа), и балка, хотя на ней могут появиться трещины, не разрушится даже при больших нагрузках (рис. 29, б). В ряде случаев армируют элементы, работающие и на сжатие (колонны, сваи), так как и на сжатие сталь в 5...10 раз прочнее бетона.

Рис. 29. Неармированная бетонная (а) и армированная железобетонная (б) балки (1 - арматура)

Бетон благодаря своей плотности и водонепроницаемости, с одной стороны, и щелочной реакции цементного камня в бетоне, с другой, защищает сталь от коррозии. Кроме того, бетон как сравнительно плохой проводник теплоты защищает сталь от сильного нагревания при пожарах. Стальные конструкции при пожаре быстро нагреваются, сталь размягчается и вся конструкция начинает деформироваться даже под собственным весом. В железобетонных конструкциях стальная арматура защищена от огня слоем ьетона. Так, опыты показали, что при температуре поверхности бетона 1000°С арматура, находящаяся на глубине 50 мм, через 2 ч нагреется лишь до 500°С.

В современном строительстве все большее применение находит напряженно-армированный бетон, который отличается от обычного железобетона следующим. Как уже говорилось, прочность бетона на растяжение в 10...20 раз больше, чем на сжатие. В железобетоне этот недостаток устраняют введением в растянутую зону арматуры. Однако вследствие малой растяжимости в бетоне в растянутой зоне возникают трещины, после чего всю нагрузку воспринимает только арматура. Пока толщина трещины менее 0,1...0,2 мм (так называемые волосяные трещины), они не опасны с точки зрения сцепления арматуры с бетоном и коррозии арматуры.

При применении для армирования высокопрочных сталей полное использование их прочности сопровождается относительно большим удлинением арматуры, что приводит к сильному растрескиванию бетона, а это, в свою очередь, - к коррозии арматуры из-за обнажения ее поверхности. Отсюда следует, что при обычном способе армирования применение высокопрочной арматуры не рационально. При армировании высокопрочной сталью применяют метод предварительного натяжения арматуры.

Сущность этого метода состоит в том, что до загрузки железобетонной конструкции полезной нагрузкой ее арматуру растягивают наподобие резинового жгута; упором при этом служит бетон. Естественно, что чем сильнее растянута арматура, тем больше будет сжат бетон. Когда же к конструкции приложена полезная нагрузка, напряжения от нее, возникающие в растянутой зоне бетона, частично компенсируются предварительно созданными сжимающими напряжениями. Поэтому в растянутой зоне бетона не возникнут трещины, а предварительно напряженная арматура получит от нагрузки дополнительное напряжение и ее высокая прочность будет использована в большей степени.

В настоящее время применяют два способа получения напряженно-армированного бетона. Один из них заключается в том, что арматуру натягивают и закрепляют на специальных анкерах, а затем укладывают бетон. После того как бетон достаточно затвердеет, арматуру освобождают и она, сжимаясь, сжимает бетон. Другой способ: в бетоне оставляют специальные каналы для напрягаемой арматуры. После затвердевания бетона арматуру вводят в каналы и натягивают, используя в качестве опоры затвердевший бетон. При этом в бетоне возникают сжимающие напряжения. После натяжения арматуры каналы заполняют цементным раствором.

В предварительно напряженных железобетонных конструкциях более полно используется прочность стали и бетона, поэтому уменьшается масса изделий. Кроме того, предварительное обжатие бетона, препятствуя образованию трещин, повышает его долговечность.

Благодаря универсальности и комплексу ценных свойств железобетон на тяжелом и легком бетоне используют для строительства всех типов зданий и инженерных сооружений. Так, массовое строительство жилых зданий осуществляется из сборного железобетона, причем из него выполняют все элементы здания; в многоэтажных кирпичных зданиях фундаменты и перекрытия - железобетонные; промышленные здания и инженерные сооружения в основном возводятся из железобетона.

В зависимости от способа изготовления железобетонные конструкции могут быть монолитными или сборными.

Стропы 2ст http://komplektacya.ru/gruzopodjemnoe-oborudovanie/stropy-gruzovye/vetvevye/2st/ в магазине Комплектация.ру