Статьи

Основные сведения о железобетоне

Сущность железобетона и его свойства

Железобетон состоит из бетона и стальной арматуры, работающих совместно как единый строительный материал. Бетон – это искусственный камень, полученный в результате твердения тщательно перемешанных крупных и мелких заполнителей в вяжущим веществом – цементом и водой. Заполнители могут быть естественного происхождения (кварцевый песок, щебень, гравий) или искусственные (керамзит, термозит, металлургические шлаки и др.).

Бетон сопротивляется растяжению в 10-15 раз хуже, чем сжатию, сталь же хорошо сопротивляется растяжению.

Бетон и сталь почти одинаково увеличивают в объеме при нагревании и сокращаются при охлаждении.

Сцепление бетона со сталью является основой совместной их работы. При недостаточном сцеплении арматура будет скользить в бетоне и не сможет участвовать в создании единого материала. Для получения надежного сцепления арматуры с бетоном применяют стержни с рифленой поверхностью, так называемую арматуру «периодичного профиля», и сварные арматурные сетки и каркасы, а на концах гладких стержней устанавливают крюки. Арматура должна быть очищена от грязи, отслаивающейся ржавчины и окалины.

Плотный слой бетона вокруг каждого арматурного стержня не только обеспечивает сцепление арматуры с бетоном, но и защищает арматурную сталь от ржавчины и от воздействия огня при пожарах. Слой бетона, отделяющий арматуру от наружной поверхности конструкции, называется защитным. Толщина защитного слоя, установленная техническими условиями, должна строго соблюдаться при бетонировании.

По способу выполнения железобетонные конструкции разделяются на монолитные, выполняемые на месте строительства, сборные, выполняемые на заводах и полигонах и монтируемые при сооружении зданий, и сборномонолитные, состоящие из железобетонных элементов, связываемых после сборки монолитным бетоном.

По способу армирования различают обычные и предварительно напряженные железобетонные конструкции.

Предварительно напряженные называются такие железобетонные конструкции, в которых путем натяжения арматуры бетон отжимается в тех местах сечения, где нагрузки могут вызывать растягивающие усилия.

Железобетонные конструкции с арматурой, уложенной без начальных напряжений, называются обычными железобетонными конструкциями.

Использование высококачественных материалов при условии предварительного напряжения арматуры позволяет:

  • Уменьшить расход стали на 30-60%;
  • Уменьшить расход бетона и снизить все конструкции на 10-20%;
  • Значительно уменьшить опасность появления трещин в бетоне;
  • Уменьшить прогибы и увеличить жесткость конструкций;
  • Увеличить долговечность конструкций.

Материалы, применяемые для производства железобетона

Бетон. Цемент, смешанный в строго определенном соотношении с водой, является материалом, склеивающим инертные составляющие бетона (песок, гравий и щебень), называются заполнителями.

После перемешивания этих материалов в установленных заранее количествах получается бетонная смесь.

Смеси делятся на подвижные, способные укладываться в форму и уплотняться под действием собственного веса и вибрации, и жесткие, которые требуют приложения значительных усилий для укладки в формы уплотнения.

Твердение бетона сопровождается постепенным нарастанием его прочности. Для изготовления конструкций применяют бетон различной прочности (различных марок).

Маркой бетона называется предел прочности при сжатии бетонных кубов со сторонами 15 см на 28-й день после их изготовления при твердении в естественных условиях (при температуре воздуха +15-20). Предел прочности есть усилие в кг, приходящееся на 1см2 площади сечения образца, при котором последний разрушается.

Действующими строительными нормами установлены следующие марки бетона для железобетонных конструкций: 150, 200, 300, 400, 500, 600.

Прочность бетона зависит от качества исходных материалов и количественного соотношения цемента и воды в бетонной смеси, от способов перемешивания, методов уплотнения, условий твердения и возраста бетона. Прочность бетона со временем увеличивается.

Хорошо уплотненная жесткая бетонная смесь быстро набирает прочность в начальный период твердения. При неизменных качестве и расходе цемента жесткие смеси с содержанием воды 120-130л в 1 м3 твердеют значительно быстрее по сравнению с подвижными смесями, содержащими 180-200л воды в 1 м3 бетонной смеси.

Цемент. Наибольшее влияние на прочность бетона оказывает качество цемента.

Для сборных железобетонных конструкций применяются в основном портландцементы марок 400, 500 и 600 и быстротвердеющие. Чем выше марка цемента, тем выше будет прочность бетона при равном расходе всех материалов, включая воду.

Маркой цемента называется предел прочности при сжатии кубов со сторонами 7,07см из раствора цемента с песком 1:3, приготовленного и утрамбованного согласно требованиям стандарта и испытанного через 28 дней после изготовления.

Быстротвердеющие цементы применяются для сокращения срока твердения бетона в естественных условиях, а также при тепловой обработке, но это преимущество по сравнению с обычным портландцементом проявляется только в жестких бетонных смесях.

Быстротвердеющие цементы Николаевского, Белгородского и других цементных заводов имеют прочность в стандартных образцах через сутки не менее 300кг/см2 и через трое суток 400кг/см2 (без тепловой обработки).

Заполнители. Заполнители должны поступать на завод в готовом для применения виде, после дробления, сортировки на фракции, если необходимо, промывки.

В зависимости от размеров зерен наполнители делятся на песок с размером зерен от 0,15 до 3,5мм и крупные заполнители: щебень или гравий с размерами зерен более 5мм.

Различают песок и гравий горный (овражный), морской или речной. Преимуществом горного гравия и песка является остроугольная форма, а недостатком – большее, чем у речного и морского заполнителя, содержание загрязняющих примесей, пылевидных частиц и глины. Морской песок часто содержит обломки ракушек, что понижает прочность бетона.

Объем пустот между зернами заполнителей должен быть как можно меньшим; это дает возможность сократить расход цемента. Наименьшие объем пустот имеют заполнители, состоящие из зерен песка щебня разной крупности, когда промежутки между крупными зернами заполняются мелкими зернами.