Строительные материалы
Лекция №24
Монолитный и сборный железобетон. Сущность предварительного напряжения.
Железобетон
Железобетон, сочетание бетона и стальной арматуры, монолитно соединённых и совместно работающих в конструкции. Термин “железобетон” нередко употребляется как собирательное название железобетонных конструкций и изделий.Идея сочетания в железобетон двух крайне различающихся своими свойствами материалов основана на том, что прочность бетона при растяжении значительно (в 10—20 раз) меньше, чем при сжатии, поэтому в железобетонной конструкции он предназначается для восприятия сжимающих усилий; сталь же, обладающая высоким временным сопротивлением при растяжении и вводимая в бетон в виде арматуры, используется главным образом для восприятия растягивающих усилий. Взаимодействие столь различных материалов весьма эффективно: бетон при твердении прочно сцепляется со стальной арматурой и надёжно защищает её от коррозии, т. к. в процессе гидратации цемента образуется щелочная среда; монолитность бетона и арматуры обеспечивается также относительной близостью их коэффициентов линейного расширения (для бетона от 7,5•10-6 до 12•10-6, для стальной арматуры 12•10-6); в пределах изменения температуры от —40 до 60°С основные физико-механические характеристики бетона и арматуры практически не изменяются, что позволяет применять железобетон во всех климатических зонах.
Широкое распространение железобетон в современном строительстве обусловлено его большими техническими и экономическими преимуществами по сравнению с др. материалами. Сооружения из железобетон огнестойки и долговечны, не требуют специальных защитных мер от разрушающих атмосферных воздействий; прочность бетона со временем увеличивается, а арматура не поддаётся коррозии, будучи защищенной окружающим её бетоном. Железобетон обладает высокой несущей способностью, хорошо воспринимает статические и динамические (в т. ч. сейсмические) нагрузки. Из железобетона относительно легко создавать сооружения и конструкции самых разнообразных форм, достигающих большой архитектурной выразительности. Основной объём железобетона составляют повсеместно распространённые материалы — щебень, гравий, песок. Применение сборного железобетона позволяет значительно повысить уровень индустриализации строительства; конструкции изготовляются заранее на хорошо оснащенных заводах, а на строительных площадках выполняется только монтаж готовых элементов механизированными средствами. Тем самым обеспечиваются высокие темпы возведения зданий и сооружений, а также экономия денежных и трудовых затрат.
Монолитный железобетон.
Монолитный железобетон - конструкция из железобетона или бетона, которая возводятся непосредственно на месте ее расположения в сооружении путем:
- устройства опалубки;
- установки арматуры;
- укладки бетонной смеси;
- уплотнения бетонной смеси; и
- ухода за твердеющим бетоном.
В монолитном железобетоне наиболее полно могут быть использованы достижения в области бетоноведения, новых композиционных материалов, прогрессивных энергосберегающих технологий при сравнительно невысоких затратах на механизацию и автоматизацию технологических процессов.
Одним из наиболее прочных и долговечных материалов по праву являются бетон и железобетон. Срок службы данных материалов составляет около ста лет, однако есть исторические примеры, подтверждающие, что качественный бетон прослужит гораздо дольше. Поэтому если вы хотите построить загородный дом, который прослужит не только вам, но и вашим детям и внукам, то наилучший вариант – кирпичный коттедж (срок службы кирпича 100- 150 лет) с бетонным фундаментом и плитами перекрытия.
Сборный железобетон позволяет значительно увеличить конструктивную эффективность здания – длину пролетов, площадь открытых пространств, уменьшить толщину конструкций и разнообразить планировку жилых помещений. Железобетон бывает монолитного и сборного типов. В первом случае железобетонная конструкция возводится на месте, а во втором используются готовые железобетонные конструкции.
Использование монолитных железобетонных конструкций позволяет значительно расширить возможности в процессе внутренней планировки жилых помещений. Монолитный бетон обладает высокими теплоизоляционными характеристиками.
К его недостаткам можно отнести высокую трудоёмкость операций, необходимость применения специальной грузоподъёмной техники, а, следовательно, и дополнительные финансовые расходы. Использование сборных железобетонных конструкций в ряде случаев намного экономичней, чем монолитных.
Очень часто при строительстве загородных коттеджей при закладке фундамента используются сборные бетонные блоки. Областью их применения являются фундаменты ленточного типа, а удобны они тем, что не требуют опалубки. Кроме того, если вес данных блоков не превышает 50 килограмм, можно отказаться от использования подъёмных механизмов.
Для монолитного фундамента используется бетон высокопрочных марок и арматура диаметром не меньше 12 миллиметров. Данный фундамент используется на пучинистых, сильно сжимаемых грунтах (торфяники, песчаные подушки и т. д.) и по праву считается наиболее универсальным и надёжным. Монолитный фундамент отличается от прочих разновидностей наличием массивной бетонной плиты, составляющей единую конструкцию с опалубкой.
Он обладает повышенной устойчивостью к нагрузкам, которые возникают при замораживания или оттаивания грунта. При его закладке используется не менее двух слоёв арматурной сетки. Для загородного коттеджа толщина бетонной плиты составляет около 40 см при десятисантиметровом заглублении ниже уровня грунта.
Ещё одной наиболее распространённой областью применения железобетона в коттеджном строительстве является укладка межэтажных перекрытий. При этом учитывается нагрузка, которая состоит из расчётной временной и расчётной постоянной. Первая складывается из массы находящихся в помещении людей, мебели, предметов интерьера и т.д. Вторая (расчетно-постоянная) – это вес самого перекрытия. При проектировании особое внимание уделяется помещениям, где будет расположено какое либо оборудование (котёл или ванна).
Перекрытия из железобетона способны выдерживать значительные нагрузки (от 400 до 1200 килограмм на метр квадратный), имеют значительные звуко- и теплоизолирующие характеристики. Плиты перекрытия из железобетона делятся на:
- пустотные плиты. По сравнению с монолитным железобетоном они на 45% уступают им в весе, что даёт возможность проводить монтажные работы при помощи малотоннажных грузоподъёмных механизмах. Ещё одно преимущество – более высокий показатель звукоизоляции;
- плиты железобетонные ребристые. Применяются в местах прохождения инженерных коммуникаций. Второе название – сантехнические плиты;
- сплошные железобетонные плиты. В основном применяются в качестве балконных;
- комбинированные железобетонные плиты (с монолитными и пустотными участками).
Напряженный бетон
Сущность предварительного напряжения бетона состоит в том, что, используя силы упругого последствия натянутой арматуры (при условии ее прочного закрепления в бетоне), достигают обжатия бетона в той зоне, где эксплуатационная нагрузка может вызвать растягивающие усилия. Благодаря этому в растянутой зоне изделия вначале должны быть преодолены предварительно созданные сжимающие усилия, прежде чем бетон начнет работать на растяжение. Таким образом, в предварительно напряженном бетоне или совсем не возникают растягивающие усилия, или они настолько малы, что не превышают прочности бетона при растяжении.
Различают в основном два вида натяжения арматуры: до бетонирования и после бетонирования конструкции. В первом случае арматура предварительно натягивается и концы ее прочно закрепляются в бортах формы изделия. После укладки бетонной смеси и достижения бетоном определенной прочности концы арматуры освобождаются. Арматура вследствие упругости, стремясь вернуться в прежнее ненапряженное состояние и имея прочное сцепление с бетоном, обжимает его. При натяжении после бетонирования конструкции арматура располагается в каналах, специально оставленных в бетоне с помощью пустотообразователей, и после достижения бетоном необходимой прочности она натягивается; концы ее заанкериваются (закрепляются), а каналы замоноличиваются цементным раствором. В данном случае усилия натяжения арматуры передаются на бетон через анкерные устройства на концах конструкции; таким образом, одновременно с натяжением арматуры обжимается бетон. В настоящее время применяют главным образом натяжение арматуры до бетонирования.
Предварительное обжатие бетона достаточно осуществить с напряжением 4,9—5,8 МН/м2 (50—60 кГ/см2), а для напорных труб — до 11,7 МН/м2 (120 кГ/см2) при натяжении арматуры в пре делах упругих деформаций до 85—90% от предела текучести стали.
Предварительно напряженный железобетон находит широкое применение в промышленности, гражданском, гидротехническом, транспортном и других видах строительства.
Что такое сборные железобетонные изделия и конструкции (ЖБИ)?
ЖБИ - это сборные железобетонные изделия и кострукции, которые благодаря своей исключительной прочности, долговечности и широкому ассортименту, занимают главное место среди прочих современных строительных материалов.
Для изготовления ЖБИ изделий применяют опалубку с вмонтированным каркасом для будущего изделия из стальных стержней - арматуры и заливают бетонной смесью. Такое своеобразное смешение бетона и арматуры позволяет объединить самое лучшее, что есть в этих материалах, одновременно компенсируя недостатки и дополняя друг друга.
Классификация ЖБИ изделий
ЖБИ классифицируют на несколько видов по способу изготовления, но приведу основные и в настоящее время самые актуальные и востребованные:
Монолитные железобетонные конструкции - их возведение осуществляется непосредственно на том конкретном месте, где установку предусматривает проект, т.е. на стройплощадке возводят каркас из арматуры какото элемента, применяют опалубку и заливают бетоном. Пользуется огромной популярностью из-за своей индивидульности и нестандартности уже возведенного здания, но трудоемок и дорог.
Сборные железобетонные изделия и конструкции - их изготовлением занимаются специализированные заводы и предприятия, в заранее заготовленных формах, что позволяет массово производить сборные ЖБИ для обеспечения спроса заказчиков. За счет чего производство ЖБИ на заводах определенно экономичнее и дешевле производства монолитных железобетонных изделий.