Сущность железобетона. Особенности железобетона как строительного материала, его достоинства и недостатки. Структура и прочность бетона. Факторы, влияющие на прочность бетона. Проектные классы бетонов по прочности на сжатие и растяжение.
Сущность ж-б состоит в том, что он представляет рацион.сочетание этих двух материалов - бетона и стали, которые работают совместно вплоть до разрушения.
Ж-б - это комплексный строительный материал, состоящий из бетона и стальной арматуры, деформирующихся совместно вплоть до разрушения конструкции.
К достоинствам (положительным свойствам) ж-б относят:
1. Долговечность - при правильной эксплуатации ж-б конструкции могут служить неопределенно долгое время без снижения несущей способности.
2. Хорошая сопротивляемость статич. и динам.нагрузкам.
3. Огнестойкость.
4. Малые эксплуатац. расходы.
5. Дешевизна и хорошиеэксплуатац. к-ва.
К основным недостаткам ж-б относятся:
1. Значительный собств. вес. Этот недостаток в некоторой степени устраняется при использовании легких заполнителей, а также при применении прогрессивных пустотных и тонкостенных конструкций (то есть за счет выбора рацион.формы сечений и очертания констр.).
2. Низкая трещиностойкость ж-б. Указанный недостаток может быть снижен с применением преднапряженного ж-б, которое служит радикальным средством повышения его трещиностойкости.
3. Повышенная звуко- и теплопроводность бетона в отдельных случаях требуют доп. затрат на тепло- или звукоизоляцию зданий.
4. Невозможность простого контроля по проверке армирования изготовл. элемента.
5. Трудности усиления сущ. ж-б констр. при реконст. зданий, когда увеличиваются нагрузки на них.
Структуру бетона следует классифицировать по содержанию цем. камня и его размещ. в бетоне.
целесообразно классифицировать структуру бетона с учётом её плотности: Плотная; С пористым заполнителем;
Ячеистая; Зернистая.
Прочность бетона определяется в лабораторных условиях при помощи специальных приборов на отобранных пробах и контрольных образцах. Все испытания регламентируются строительными ГОСТами, принятыми для определенного вида бетона.
Прочность бетона также можно определить непосредственно в процессе строительства на строительной площадке. Подобные испытания проводятся для контроля качества возведенных элементов сооружения.
Существует несколько методов определения прочности бетона. В зависимости от характера воздействия различают следующие способы:
-разрушающие
-неразрушающие.
Классы бетона.
Так как прочности нескольких образцов одной и той же марки бетона могут отличаться друг от друга в большую или меньшую сторону, а так же каждой из этих марок принадлежит некий диапазон марок бетона по другим его характеристикам, например по морозостойкости, существует 15 разновидностей классов бетона, которые учитывают все его характеристики. И поэтому при строительстве любого сооружения, необходимо лишь указать соответствующий класс бетона, который подойдёт для той или иной конструкции.
Таблица соответствия классов, марок и средней прочности образцов бетона:
2. Диаграмма "σb —εb" бетона при кратковременном и длительном нагружении. Начальный модуль упругости бетона Еb, начальный модуль деформаций бетона Еb,τ. Предельные деформации бетона.
Деформации бетона под нагрузкой. Различают силовые деформации при однократном кратковременном, длительном, а также многократно-повторном нагружениях.
Рисунок 1.3 – Диаграммы деформирования бетона: а) – при ступенчатомнагружении; б) – кривая полных деформаций; в) – при длительном нагружении; I – полные деформации; II – при мгновенном нагружении
1. Деформации при однократном кратковременном нагружении. Наиб.практич. значение имеют деформации при осевом сжатии. Если бетонную призму нагружать по этапам, замеряя деформации дважды: сразу после прилож. нагрузки и через некоторое время после выдержки под нагрузкой, то на диаграмме «» получают ступенчатую линию (рис. 1.3,а). Полные деформации будут складываться из упругих е, возникающих непосредственно после прилож. нагрузки, и пластических 
Р1, развивающихся во времени. Кривая полных деформации показана на рис. 1.3,б. Из диаграммы видно, что при небольших напряжениях (
)бетон можно рассматривать как упругий материал (участок 0 —/). При 
возникают неупругие деформации, вызванные уплотнением геля (участок /— 2). После образования микротрещин Rb,crc рост пластических деформаций становится более интенсивным (участок 2 — 3). При дальнейшем увеличении нагрузки микротрещины объединяются и образец разрушается — точка 4 соответствует предельному сопротивлению образца Rb и деформациям ь,си. Если по мере падения сопротивления бетона удается в той же мере снижать нагрузку, то может быть получен нисходящий участок диаграммы (4 —5). Знать, как работает бетон на этом участке, важно для ряда конструкций и видов нагружения.
При разгрузке с некоторого уровня напряжений, соответствующего восходящей ветви, до нуля в образце будут иметь место остаточные деформации, которые со временем несколько уменьшаются (примерно на 10%). Это явление называется упругим последействием ер. Характер диаграммы «
» бетона при растяжении аналогичен рассмотренному (рис. 1.3,б).
Связь между напряжениями и деформациями при небольших напряжениях ()устанавливается законом Гуна 
= 
ь/Еb, где Еb — начальный модуль упругости, Еb = tg 
= b/ ь (см. рис. 1.3,б). Модуль упругости зависит от марки бетона (см. табл. 2.1). При b >0,2 Rb (зависимость « » нелинейная, модуль в каждой точке диаграммы — переменный, Еb =d /d = tg 
и определение полных деформаций является затруднительным.
Для практических расчетов было предложено выражать напряжения через полные деформации бетона с помощью упругопластического модуля деформаций Еb,pl = tg 
(см. рис. 1.3,б).
Выразив одно и то же напряжение в бетоне через упругие и полные деформации, получают
откуда (1.5)
где 
— коэффициент, характеризующий упруго-пластическое состояние сжатого бетона; он изменяется от 1 (при упругой работе) до 0,45 при кратковременном нагружении; при длительном действии нагрузки 
= 0,1...0,15.
При растяжении (1.6)
где t — коэффициент, характеризующий упругопластическое состояние бетона при растяжении, t = 0,5. Модуль сдвига бетона:
(1.7)
где — коэффициент поперечных деформаций, для всех видов бетонов = 0,2, при этом Gb =0,4 Еb.
2. Деформации при длительном действии нагрузки. При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются. Наибольшая интенсивность нарастания неупругих деформаций наблюдается в первые 3...4 мес.
Ползучестью называют свойство бетона увеличивать неупругие деформации при длительном действии постоянной нагрузки. Различают ползучесть линейную и нелинейную. Линейная ползучесть имеет место при b < 0,5 Rb и обусловлена главным образом уплотнением геля. При этом происходит перераспределение под нагрузкой напряжений с гелевой структуры на цементный камень и заполнители. Увеличение деформаций ползучести примерно пропорц. увеличению напряжений. При b > 0,5 Rb в бетоне возникают микротрещины, линейная зависимость 
нарушается, наступает нелинейная ползучесть,
Ползучесть бетона затухает во времени, так как вследствие перераспред. усилий напряжения в геле снижаются, а упругость кристаллического сростка возрастает.
Опыты показывают, что независимо от того, с какой скоростью v достигнуто напряжение b, конечные деформ. ползучести, соответствующие этому напряжению, будут одинаковыми (рис. 1.3,в).
Дефор. ползучести увелич. с уменьш. влажности среды, увеличением В/Ц и количества цемента. Бетон, нагруж. в более раннем возрасте, обладает большей ползучестью. С повышением прочности бетона и прочности заполнителя ползучесть уменьшается. У малых образцов при прочих равных условиях ползучесть проявляется сильнее, чем у больших.
Для аналитич. описания явления ползучести предложены различ. теории. Однако полученные на их основе матем. зависимости сложны для использования в практич. расчетах и в большинстве своем справедливы лишь для определ. условий. Поэтому на практике применяют упрощ., линейные зав-ти, связывающие напряжения в бетоне с деформ. ползучести. Правомерность такого подхода подтверждается и тем обстоятельством, что при эксплуатац. нагрузках в большинстве конструкций напряжения в сжатом бетоне b < 0,5 Rb, т.е. имеет место линейная ползучесть.
Для колич. определения деформаций ползучести при сжатии обычно вводят понятия меры и хар-ки ползучести.
Мера ползучести Сt представляет собой относит.деформацию ползучести в момент времени t, соответств. приращению напряжения 0,1 МПа. При напряжениях в бетоне b
• Характеристика ползучести 
равна отношению деформаций ползучести в момент времени t к мгновенной деформации
Предельные значения Сt и будут при t= 
•(Сt = =С; 
= 
). Между мерой и характеристикой ползучести существует связь
откуда. Значения 
для обычных тяжелых бетонов изменяются в пределах 1...4.
Предельные деформации бетона перед разрушением
Это предельная сжимаемость 
и предельная растяжимость 
которые зависят от прочности бетона, его класса, состава, длительности приложения нагрузки (см. рис. 1.10). С увеличением класса бетона предельные деформации уменьшаются, но с ростом длительности приложения нагрузки они увеличиваются. В опытах при осевом сжатии призм наблюдается предельная сжимаемость бетона 
, в среднем ее принимают равной 
. В сжатой зоне изгибаемых элементов наблюдается большая, чем у сжатых призм, предельная сжимаемость, зависящая от формы поперечного сечения и относительной высоты сжатой зоны: 
. При уменьшении ширины поперечного сечения книзу и в тавровых сечениях уменьшается, а при уменьшении относительной высоты сжатой зоны — увеличивается. Она зависит также от насыщения сечения продольной арматурой.
Если при достижении значения бетонную призму последовательно разгружать, на диаграмме 
появляется нисходящий участок кривой, а предельная сжимаемость достигает значения 
(см. рис. 1.10).
Предельная растяжимость бетона в 10…20 раз меньше предельной сжимаемости, в среднем 
. Для бетонов на пористых заполнителях это значение несколько больше. Предельная растяжимость бетона существенно влияет на сопротивление образованию трещин в растянутых зонах железобетонных конструкций.