многоканальный в Москве
Железобетон — история появления, структура, свойства, применение
История железобетона
Железобетон запатентован был во Франции в конце XIX века и сразу же проявил себя как прочный, надежный и относительно недорогой материал для строительства. Кроме этого, железобетонным изделиям можно было придать любые конфигурации. Все эти свойства и преимущества, новейшего в тот момент материала, оценил известный архитектор Городецкий В. В., являвшийся, ко всему, владельцем цементного завода.
По его проектам из железобетона были воздвигнуты в Киеве здания Национального художественного музея, костела Св. Николая, «Дома с химерами» и другие. Собственно, «Дом с химерами» построен был с целью продвижения в массы нового строительного материала.
Так, силами энтузиастов и велениям времени, изделия и конструкции из железобетона получили широчайшее распространение, теперь же ни одна стройка не обходится без их «участия». Из железобетона делают балки, фундаментные блоки, плиты перекрытий и многое другое. Оборудование и технологии производства железобетона непрестанно совершенствуются и обновляются. Технология производства железобетона, получившая название «экструзия» (формование без опалубки), позволяет выпускать плиты перекрытий до 18-метровой длины.
Плиты производятся на формовочных стендах большой длины, затем отрезаются дисковой пилой на необходимую длину под любым градусом. С помощью таких машин как слипформеры и экструдеры можно выполнять ЖБИ (железобетонные изделия) предварительного напряжения, такие как ригеля, сваи, панели, балки различного сечения, лотки и т. д.
Широкое распространение технологии строительства зданий большой этажности способом сборно-монолитного каркаса позволило нашим компаниям начать выпуск плит для несъемной опалубки. Плиты подобного типа представляют из себя плоские бетонные конструкции разных размеров и форм с несущими каркасами. Арматура технологическая, выступающая из плиты, впоследствии заливается на месте производства работ монолитным бетоном, обеспечивая нужную прочность и сцепляющую силу всей несущей конструкции.
Этот способ панельного перекрытия совместил в себе достоинства двух методов строительства — с применением готовых элементов и использованием бетонирования перекрытий с опалубкой местной. В таком исполнении стоимость строительства снижается на 30%, сроки монтажа зданий сокращаются в 1,5-2 раза, гарантируется сейсмоустойчивость до девяти баллов и присутствует возможность реализации любых архитектурно-планировочных решений.
Понятие железобетона
Железобетон — сочетание бетона и арматуры из стали, совместно работающих в конструкции. Прочность бетона при растяжении незначительна, в сравнении с прочностью на сжатие (в 10-15 раз), чтобы ее повысить, в зону растяжения и добавляют армирование в виде стальных стержней. При твердении бетон сцепляется со стальной арматурой; под воздействием внешних нагрузок оба элемента работают совместно, волокна бетона и стали, находящиеся в контакте, получают одинаковые деформации.
Арматура и бетон при температуре до 100° характеризуются относительно сопоставимыми коэффициентами линейного расширения, поэтому колебания температуры до 100° вызывают в железобетоне предельно малые внутренние напряжения, чему во многом способствует малая теплопроводность бетона, изолирующая арматуру от значительных температурных перепадов.
Как показали опыты, бетон обладает свойством защищать арматуру от коррозионных проявлений, но достигается это лишь при достаточной плотности бетонных блоков. Свойства эти помогают достичь обоюдовыгодного действия обоих материалов, причем арматура компенсирует преимущественно нагрузки на растяжение, иногда — на сжатие, бетон же высокую прочность показывает при сжимающих нагрузках.
В основе совместной работы этих материалов — наличие надежного сцепления между ними. Сцепление на квадратный сантиметр поверхности арматуры обусловлено склеивающими силами бетона и стали арматуры, по большому счету, от сил трения, вызванных усадкой бетона, обжимающего арматуру, а также от присутствия на поверхности последней неровностей, тормозящих скольжение до того времени, пока не будет преодолено сопротивление срезу бетоном. С целью увеличения сил сцепления принимается ряд мер: выполняют на концах гладкой арматуры крюки, придают периодический профиль, используют сетки сварные и каркасы, иногда и специальные анкеры.
Когда температура превышает 100°, прочность железобетона начинает снижаться, при достижении 200-250 градусов она падает на четверть. Если температура поднимается еще выше, происходит дегидратация минералов камня цементного, существенно увеличивается разница деформаций цементного камня и заполнителя; когда температура достигает значений в 500-600 градусов, бетон рассыпается. Конструкции, подвергающиеся воздействию высоких температур, выполняются из специально разработанных жаростойких бетонов, работающих при температуре до 1700 градусов и выше.
Такие свойства бетона как ползучесть и усадка имеют для железобетона огромное значение. Сцепление арматуры с бетоном мешает свободной усадке бетона, возникают собственные напряжения в арматуре и бетоне: в арматуре — сжимающие, в бетоне — растягивающие. Обычно, чтобы избежать образования трещин при усадке, а также при температурных колебаниях, выполняют так называемые температурно-усадочные или деформационные швы, делящие сооружение значительной протяженности на части.
Такое свойство как ползучесть вызывает в железобетонных конструкциях меньшую деформацию, чем в бетонных, в полтора-два раза; рост армирования уменьшает деформации. В элементах сжатых ползучесть бетона в условиях постоянной нагрузки постепенно вызывает перераспределение сил нагрузки — в бетоне напряжение становится меньше, в арматуре же возрастает, что, впрочем, не понижает в целом предельную прочность элемента. В элементах изгибаемых ползучесть вызывает нарастание со временем прогибов, в системах статически неопределимых приводит к перераспределению усилий между составляющими систему элементами.
Недостатки железобетона
К одному из недостатков железобетона обычного относится возможность появления трещин при выполнении конструкций вследствие усадочной деформации бетона или перенапряжения материала, связанного с перегрузкой, опорной осадкой и др. Практическое строительство показало, что правильный расчет позволяет не опасаться подобных трещин, большинство из которых не представляет угрозы и не несет ущерба монолитности железобетона.
Стремление избавиться от трещин в железобетоне и использовать бетон с высокопрочной арматурой привело к изобретению железобетона предварительно напряженного, который получают искусственным обжатием бетона в местах, где ввиду влияния нагрузки проявляются напряжения растягивания.
Среди недостатков железобетона обычного также можно выделить значительную собственную массу (около 2,5 тонн на кубический метр), трудности, связанные с малой возможностью усиления и изменения возведенных конструкций, пробивкой отверстий и др.
Среди положительных качеств железобетона обычного стоит отметить высокие свойства сопротивления динамическим и статическим нагрузкам, огнестойкость, возможность выполнить конструкции любой конфигурации, долговечность, гигиеничность, небольшие расходы на ремонт. Долговечность железобетона достигается, прежде всего, защищенностью арматуры от доступа воздуха плотностью бетона, также и химическим воздействием раствора цемента (сильная щелочная реакция при твердении цемента, предохраняющая от окисления сталь).
Кроме железобетона тяжелого, предварительно напряженного и обычного, есть еще разновидности, подразделяемые в зависимости от материалов, применяемых в их изготовлении. К примеру, железобетон легкий (на керамзите, пензе и др.), жаростойкий бетон (на жидком стекле и цементах), ячеистый бетон (армированные пенобетон и газобетон), армопластобетон. Последний из названных представляет собой армированный пластобетон, изготовляемый с использованием связующей основы из органики, обладает стойкостью к агрессивным средам.
