Сибстрин-ЖБК-Ответы. Сущность железобетона. Условия существования железобетона. Достоинства и недостатки, основные преимущества как композиционного материала

• Название: Сущность железобетона. Условия существования железобетона. Достоинства и недостатки, основные преимущества как композиционного материала
• Анкор: Сибстрин-ЖБК-Ответы
• Дата: 28.03.2022
• Размер: 6.27 Mb.
• Имя файла: ZhBK_otvety.docx
• Тип: Документы; #423584
• страница: 1 из 6

1. 
   Сущность железобетона. Условия существования железобетона. Достоинства и недостатки, основные преимущества как композиционного материала.
   

Железобетон – это композиционный строительный материал, в котором бетон и арматура, соединенные взаимным сцеплением, работают под нагрузкой как единое монолитное тело. Бетон предназначается для восприятия преимущественно сжимающих усилий, а арматура – растягивающих.

К достоинствам железобетонных конструкций относятся:

 высокая прочность:

 большая долговечность;

 высокая степень огнестойкости;

 стойкость против атмосферных воздействий;

 малые эксплуатационные расходы на содержание;

 гигиеничность;

 экономичность ввиду повсеместной доступности сырья.

Недостатки железобетонных конструкций:

 низкая трещиностойкость вследствие слабого включения в работу арматуры в период образования трещин, быстрое их раскрытие и быстрый рост прогибов;

 нерациональность использования в железобетонных конструкциях без предварительного напряжения высокопрочной арматуры;

 невыгодность использования бетонов повышенной и высокой прочности, поэтому железобетонные конструкции без предварительного напряжения обладают большой массой, что ограничивает величину перекрываемых пролетов;

 большая трудоемкость при изготовлении;

 большая звуко- и теплопроводность.

Бетон это искусственный камень и как всякий камень он имеет малую прочность на растяжение и большую на сжатие. Рассмотрим бетонную балку, нагруженную поперечной нагрузкой (рис. 72). Нижняя грань балки растянута, верхняя сжата. При увеличении нагрузки до определенной величины напряжения в нижней грани балки достигнут предела прочности бетона на растяжение и это приведет к образованию трещины. Трещина быстро разовьется и балка разрушится. При этом прочность сжатой зоны сечения будет далеко не исчерпана. Увеличить несущую способность бетонной балки можно, если ввести в ее растянутую зону армирующий материал, хорошо воспринимающий усилия растяжения. Лучшим из таких материалов оказалась сталь в виде арматуры.



Рис. 72. Деформирование бетонной балки под нагрузкой:

а – бетонная балка; б – балка с армированием; 1 – нейтральная ось;2 – трещина;

3 – сжатая зона сечения балки; 4 – растянутая зона; 5 - арматура

Сочетание бетона и стали в железобетоне и их совместная работа под нагрузкой обуславливается удачным сочетанием физико-механических свойств этих материалов. Во-первых, при твердении бетона между ним и стальной арматурой возникает сильное сцепление. Во-вторых, сталь и бетон обладают близкими по значению коэффициентами температурного расширения. В силу этих двух причин в железобетонных конструкциях, при их деформировании под нагрузкой, не происходит проскальзывания арматуры относительно бетона. Наконец, слой бетона защищает стальные арматурные стержни от коррозии.

2. Физико-механические свойства бетона. Классификация бетона. Прочностные и качественные характеристики. Сцепление арматуры с бетоном, их совместная работа. Защитный слой.
Бетон – композитный строительный материал, в котором крупные и мелкие заполнители, соединенные вяжущим и водой, сопротивляются нагрузкам как одно монолитное тело.

К прочностным свойствам бетона относятся нормативные и расчетные характеристики бетона при сжатии и растяжении, срезе, многократно повторных нагрузках, длительном действии нагрузок, сцепление бетона с арматурой;

к физическим – водонепроницаемость, морозо и жаростойкость, коррозионная стойкость, огнестойкость, радиационная стойкость;

к деформативным – собственные деформации бетона(усадка, набухание, температурные) и силовые при различных действиях нагрузки (кратковременных, длительных (ползучесть),многократно-повторных).

Классификация бетона:

- по основному назначению:

1. 
   конструкционные – бетоны несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений, определяющими требованиями к качеству которых являются требования по физико-механическим характеристикам;
   
2. 
   специальные – бетоны, к которым предъявляются специальные требования в соответствии с их назначением. К специальным бетонам относятся жаростойкие, химические стойкие, декоративные, радиационно-защитные, теплоизоляционные и др. бетоны.
   

- по виду вяжущего:

1. 
   - цементные (на основе клинкерных цементах);
   
2. 
   - известковые или силикатные (на основе извести в сочетании с цементами, шлаками, золами, активными минеральными добавками);
   
3. 
   - шлаковые (на основе молотых шлаков и зол с активизаторами твердения);
   
4. 
   - гипсовые (на основе полуводного гипса или ангидрита, включая гипсоцементно-пуццолановые и т.п. вяжущие);
   
5. 
   - специальные (бетонополимеры, полимербетоны, цементно-полимерные бетоны).
   

- по плотности:

1. 
   особо тяжелые (ρ > 2500 кг/м3);
   
2. 
   тяжелые (ρ = 2200 ÷ 2500 кг/м3);
   
3. 
   облегченные (ρ = 1800 ÷ 2200 кг/м3);
   
4. 
   легкие (ρ = 500 ÷ 1800 кг/м3);
   
5. 
   особо легкие (ρ до 500кг/м3).
   

-по виду заполнителей:

1. 
   плотных заполнителях (плотные горные породы и шлаки);
   
2. 
   пористых заполнителях (искусственные и естественные минеральные пористые заполнители, а также пористые крупные и плотные мелкие заполнители);
   
3. 
   специальных заполнителях (органические заполнители).
   

-по условиям твердения бетоны, твердевшие:

1. 
   в естественных условиях;
   
2. 
   в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении;
   
3. 
   в условиях тепловлажностной обработки при давлении выше атмосферного (автоклавного твердения).
   

- по структуре на:

1. 
   плотные – бетоны плотной структуры на цементном вяжущем и плотных мелких заполнителях;
   
2. 
   крупнопористые – бетоны, у которых пространство между зернами крупного и мелкого заполнителя не полностью заполнено или совсем не заполнено мелкими заполнителями и затвердевшими вяжущими, поризованными добавками, регулирующих пористость в объеме более 7 %.
   
3. 
   поризованные – бетоны, у которых пространство между зернами крупного и мелкого или только мелкого заполнителя заполнено затвердевшим вяжущим и порами вовлеченного газа или воздуха, в том числе образующихся за счет применения добавок, регулирующих пористость в объеме не более 7 %;
   
4. 
   ячеистые – бетоны, у которых основную часть объема составляют равномерно распределе­ные поры в виде ячеек, полученных с помощью газо- или пенообразователей;
   

Нужно для обеспечения их совместных деформаций. При отсутствии сцепления арматура никакой пользы не принесет – бетон будет работать сам по себе, а арматура лишь служить балластом. Без сцепления арматуру можно применять в преднапряженных конструкциях, размещая ее в специальных каналах (а иногда даже снаружи конструкции) и передавая усилие ее предварительного натяжения на бетон через концевые анкера – арматура здесь выполняет роль внешней силы, разгружающей конструк цию. Следует, однако, оговориться, что такую арматуру можно применять только при условии ее надежной защиты от коррозии.

От чего зависит сцепление: силы склеивания цементного камня с поверхностью металла, силы трения, вызванные усадкой бетона, и силы механического зацепления выступов арматуры за бетон (последние – у арматуры периодического профиля). Эти силы Тсц препятствуют проскальзыванию арматуры относительно бетона и направлены в сторону, противоположную направлению смещения арматуры. Они являются реакцией противодействия и в сумме равны продольному усилию в стержне. Очевидно, что сцепление лучше у арматуры периодического профиля и хуже у гладких стержней, особенно с промасленной, грязной или ржавой поверхность.




Защитный слой бетона – это прослойка цементного раствора определённой величины. Располагается между внешними поверхностями конструкции из бетона и металла. Применение этой технологии обеспечивает долголетнюю эксплуатацию без регулярных ремонтных работ. Если использовать слишком тонкий слой — прочностные характеристики могут пострадать, а делать его слишком толстым — просто невыгодно.
3. Деформативность бетона. Влияние скорости нагружения, ползучести, усадки.
Деформативность бетона - изме­нение его формы и размеров под влиянием различных воздействий (в том числе в результате взаимодействия бетона с внешней средой). В бетоне различают деформации двух основных видов: объемные, развивающиеся во всех направлениях под влиянием усадки, изменения температуры и влажности, и силовые, развивающиеся главным образом вдоль направления действия сил. 

П олзучесть бетона - рост во времени деформации при постоянном напряжении. Чем выше напряжение или чем ниже прочность бетона, или чем продолжительнее действует нагрузка, тем больше деформации ползучести. Наиболее интенсивно проявляются в первое время после приложения нагрузки, затем они постепенно затухают в течение нескольких лет.

Усадка - свойство бетона самопроизвольно уменьшаться в объеме (укорачиваться во всех направлениях) в процессе твердения и набора прочности в воздушной среде. Усадке подвергается не весь бетон, а только цементный камень. Уменьшаясь в объеме, он сжимает встречающиеся препятствия (крупный заполнитель, арматуру), от которых, в свою очередь, получает реакции противодействия. Следовательно, в препятствии возникают сжимающие, а в цементном камне растягивающие напряжения. Последние приводят к появлению усадочных трещин. Чем меньше защитный слой бетона и чем больше диаметр арматуры, тем больше растягивающие напряжения и тем больше вероятность образования усадочных трещин на поверхности бетона (вот, кстати, еще одна причина, почему толщина защитного слоя зависит от диаметра арматуры). Если в обычной арматуре усадка вызывает сжимающие напряжения, то в преднапряженной приводит к уменьшению (потерям) растягивающих напряжений.

4. Арматура. Классификация. Прочность и деформативность арматуры. Свариваемость, коррозионная стойкость. Арматурные и закладные изделия.

Арматура - совокупность соединённых между собой элементов, которые при совместной работе с бетоном в железобетонных сооружениях воспринимают растягивающие напряжения.

Арматуру классифицируют по видам и по прочности. Горячека­таную и термомеханически упрочненную стержневую арматуру обо­значают буквой А, холоднотянутую проволочную буквой В, канат­ную буквой К. За буквой следуют числа, обозначающие величину физического или условного пределов текучести. Прочность арматуры – это есть ничто иное, как её расчётное сопротивление. Так же арматура подразделяется на рабочую и конструктивную. Рабочая арматура воспринимает расчетные усилия, устанавли­вают её по расчету. Конструктивную арматуру устанавливают для восприятия усилий (от усадки бетона, температурных деформаций, некоторых видов местного давления), которые трудно или невоз­можно оценить расчетами, а также для защиты неармированных участков бетона от случайных механических повреждений. К конст­руктивной часто относят и технологическую (распределительную) арматуру, которая требуется для обеспечения проектного положения рабочей арматуры, для объединения ее в сетки или каркасы. Так же существует мягкая и твёрдая арматурная сталь. Мягкая имеет три участка на диаграмме растяжения: упругие деформации, площадку текучести и упругопластические деформации. Твёрдая арматура не имеет физический предел текучести, она лишь деформируется упруго до предела пропорциональности.

По прочностным деформативным свойствам арматура делится на:

• 
  Твердую, не имеющую площадку текучести
  
• 
  Мягкую, имеющую площадку текучести
  

По технологии изготовления делится на:

• 
  Горячекатанную стержневую не подвергающуюся после проката упрочнению;
  
• 
  Термически упрочненную, подвергающуюся после прокатки термическому упрочнению;
  
• 
  Холоднотянутую проволочную.
  

По способу применения на:

• 
  Арматуру ненапрягаемую и предварительнонапряженную
  

Диаграмма характерная для «мягкой» стали

Диаграмма характерная для «твердой» стали


Сварка внахлёст.

Все способы крепления арматурных стержней регламентированы ГОСТ 14098-91. При создании решетчатых каркасов удается получать перекрестные соединения по прочности сопоставимые с арматурой. Предпочтительнее соединять прутки встык, наращивая до нужной длины. Прочность наращиваемых встык каркасов выше, чем при сварке арматурных стержней внахлест. Нарушается соосность, симметрия распределения нагрузки. Металл варят методом наплавки и расплавления. Надежность расплавленного соединения выше, чем у наплавки, но метод не применим на строительных объектах, при сварке арматуры на высоте. До горячей обработки следует осуществлять зачистку металла, чтобы в рабочей зоне не было ржавчины, частичек металла. При стыковых соединениях кромки выравнивают резаком.

Технология применяется для элементов, которые не подвергаются повышенным нагрузкам. Стыкуем элементы внахлёст, чем больше, тем лучше прочность. Сварка выполняется с двух сторон, с помощью электродов.

Точечная контактная сварка.

Выполняется в цеху, так как требует большой автоматизации процесса. Технология основывается на том, что ток хорошо проходит через металлические тела. В местах, где сопротивление повышенное, происходит большое выделение тепловой энергии, за счёт чего прутки плавятся и соединяются.

Сварка встык.

Два конца стержней обвариваются и соединяются прямым торцом.

Коррозионная стойкость.

Защитное действие бетона по отношению к арматуре определяется двумя условиями: наличием в нем «щелочного фонда» - определенного количества Са(ОН)₂ и ограниченной глубиной карбонизации бетона, фронт которой не должен достигать арматуры. (защитный слой);

Железобетон менее долговечен, чем бетон, так как в нем в дополнение к цементному камню появляется еще одно «слабое звено»: стальная арматура, которая может подвергаться коррозии. Поэтому защитное действие бетона по отношению к арматуре имеет важное значение.

Условиями коррозии стали являются наличие пленки влаги на ее поверхности и в то же время доступ к ней кислорода. Арматура отделена от окружающей среды защитным слоем бетона. Она контактирует с цементным камнем, пронизанным капиллярными порами. Они выходят и на поверхность арматуры. Обычно часть капиллярных пор заполнена водой, остальные — воздухом. В то же время в цементных бетонах арматура не подвергается коррозии при любой влажности окружающей среды, так как бетон защищает ее химическим путем.

 Закладные изделия

Сварные, штампованные и штампосварные закладные детали (рис. 4.1а, б) служат для соединения железобетонных изделий при монтаже зданий. К закладным деталям относятся и петли, изготовляемые из стержневой арматуры (рис. 4.1в). Петли могут служить для строповки железобетонных изделий при транспортировании и для соединения изделий друг с другом.



Рис. 4.1 Закладные детали: а, б — штампованная и сварные закладные детали; в — строповочные и монтажные петли; г — замкнутая треугольная петля серии 3.410-7.

5. Стадии НДС при изгибе. Характер разрушения изгибаемых элементов. Граничная высота сжатой зоны. Два случая расчета.



Стадия I – до появления трещин в бетоне растянутой зоны, когда напряжения в бетоне меньше временного сопротивления растяжению и растягивающие усилия воспринимаются арматурой и бетоном совместно.

;

Если арматура установлена не в один ряд, то сначала находится центр тяжести всех стержней, и h₀ — это расстояние от наиболее сжатого волокна до центра тяжести всех стержней.

С тадия Iа – конец стадии I.

Стадия Iа необходима для расчета по определению момента образования трещин. Достаточно приложить как угодно малую нагрузку, чтобы появилась трещина.

С тадия II – это стадия эксплуатации, необходимая для определения прогибов f и ширины раскрытия трещин α_crc.



Стадия IIа (стадия предразрушения).

Стадия IIа характеризуется началом заметных неупругих деформаций в арматуре.