Бетона и конструкций из него на

Основным недостатком бетона является плохое сопротивление изгибу, растяжению и прочим механическим влияниям. Он хорошо справляется лишь со сжатием. Показатель прочности бетона на растяжение приблизительно равен l/o. l/s показателю его прочности на сжатие. Исходя из этого, его применение в ряде строительных конструкций, таких как плиты перекрытий, дверные прогоны, балки, затруднительно. Причиной тому является наличие в сечениях указанных бетонных конструкций сжимающих и растягивающих напряжений. Для того чтобы нивелировать указанные недостатки достаточно поместить в растянутую зону стальную арматуру. В результате этого несущая способность конструкции возрастет в 10-20 раз. Сталь является более прочным материалом, по сравнению с бетоном, при этом она прочна и на растяжение и на сжатие. Поэтому армировать нужно элементы конструкции, работающие на сжатие. К примеру, это могут быть колонны.

Железобетоном является комплексный строительный материал, процесс производства которого заключается в создании конгломерата бетона и стальной арматуры при помощи взаимного сцепления. В таком материале совместно работают бетон и арматура под нагрузкой как единое целое.

Это становиться возможным благодаря прочному сцеплению бетона с арматурой и близости их температурных коэффициентов расширения. В то же время, бетон с достаточным содержанием цемента способен защитить стальную арматуру от ржавчины и коррозии, а также от воздействия пламени при пожаре. Все это делает железобетонные конструкции долговечными.

Бетонные конструкции на данный момент являются основным строительным материалом для возведения строений жилого и промышленного назначения. При помощи железобетона можно выполнить различные строительные конструкции и изделия. Классификацию бетонных блоков проводят исходя их способа производства, вида используемого в процессе производства бетона, вида напряженного состояния.

Бетонные конструкции, исходя из способов производства, классифицируют на монолитные, сборные и сборно-монолитные конструкции. Монолитные конструкции получают непосредственно на месте строительства, путем укладки бетонной смеси в опалубку. Сборные бетонные конструкции производят в виде элементов особо крупных размеров на специализированных заводах, транспортируют на строительный участок и осуществляют монтаж в сооружение. Сборно-монолитные бетонные конструкции представляют собой симбиоз сборных элементов с монолитным бетоном.

По критерию используемого при производстве конструкций бетона, различают конструкции из тяжелого и легкого бетона с применением пористых заполнителей. Также, производят конструкции из ячеистого бетона и бетона специального назначения.

В зависимости от вида напряженного состояния бетонные конструкции бывают обычными или предварительно напряженными.

До начала применения бетонные конструкции не испытывают ощутимых напряжений. Под воздействием нагрузок от внешних сил в растянутой зоне бетона железобетонных конструкций появляются трещины, поскольку сталь удлиняется гораздо больше, чем бетон. Все растягивающее напряжение берет на себя стальная арматура, которая и обеспечивает при этом ожидаемую несущую способность конструкции. Поэтому, в принципе, допускается некоторое раскрытие трещин в бетоне, которое не превышает нормативно установленные величины, не препятствующие нормальной эксплуатации конструкций. В бетонных конструкциях, которые не подлежат особой нагрузке, используют в качестве арматуры сталь небольшой или средней прочности.

В бетонных конструкциях с целью достижения хорошего сцепления арматуры с бетоном каждый стальной стержень располагается на определенном расстоянии друг от друга и обязательно окружается бетоном.

Очень часто особенности применений определенных зданий определяют необходимость предотвращения образования трещин. Это резервуары для хранения жидкостей и газов, части сооружений, подверженных негативному влиянию внешней среды. Доказано, что экономически целесообразно в бетонных конструкциях использовать сталь повышенной прочности. Для сокращения расхода стали и увеличения несущей способности изделий, применяют метод предварительного напряжения железобетона.

Предварительно напряженными являются бетонные конструкции, в которых бетон подвергнут интенсивному обжатию. Поэтому в предварительно напряженных конструкциях растягивающие напряжения не происходят, а если и появляются, то не образующие трещин. Таким образом, предварительное напряжение бетона позволяет минимизировать раскрытие трещин в конструкциях.

Сжимающие напряжения в бетонных конструкциях получают при помощи натяжения арматуры. Для этого берут прочную арматуру в виде стержней, проволоки, канатов или пучков. Процесс предусматривает растягивание арматуры, после чего укладывают бетон, который во время затвердевания прочно сцепляется с арматурой. После того, как бетон достигнет проектной прочности, снимают нагрузку. Результатом проведенной процедуры является прочное обжатие арматурой бетона.

Существует два способа получения предварительного напряжения: натяжение арматуры на упоры и натяжение на бетон. Первый способ предусматривает закрепления одного конца арматуры в упоре, а другой натягивают домкратом до желаемого напряжения. После этого происходит процесс бетонирования. После приобретения бетоном заданной прочности снимают упор с арматуры.

Арматуру стержневую можно натягивать на упоры при помощи электротермического способа. Для этого нужно нагреть стержни до температуры 300-500 °С электрическим током, завести в форму и надежно закрепить в упорах. Процесс остывания стержня вызывает появление в нем необходимого натяжения.

Способ натяжения на бетон требует изготовления бетонной или слабоармированной бетонной конструкции, имеющей специальные каналы или пазы для напрягаемой арматуры. После получения полной прочности бетоном, в каналы и пазы конструкции вводят арматуру и натягивают на бетон конструкции . Потом требуется ввести под давлением цементный раствор в каналы. Затвердевший раствор создаст нужное сцепление арматуры с массивом бетона в конструкции.

Защитный слой бетона получают путем размещения арматуры на определенном расстоянии от поверхности конструкций. Он предохраняет саму арматуру от негативного воздействия внешней среды и высоких температур. Толщину защитного слоя бетона определяется исходя из вида и диаметра используемой арматуры, размера сечения готовой конструкции и условий эксплуатации. Для бетонных конструкций с ненапрягаемой арматурой конструкций, подверженных попеременному увлажнению, сушке и карбонизации, толщина защитного слоя должна составлять 30 мм, а для напрягаемой арматуры — 35 мм; для бетонных конструкций, подверженных увлажнению и сушке – 40 мм, если присутствует еще и воздействие хлоридов, толщина минимальная толщина защитного слоя должна составлять 50 мм.

Читайте также:  Заливка бетона в подвале стен и пола

Железобетонные изделия и конструкции имеют улучшенные показатели несущей способности в сравнении с бетонными. Кроме этого, они также более устойчивы к различным воздействиям внешней среды. Наилучшими характеристиками обладают предварительно напряженные конструкции, они более устойчивы к образованию трещин, коррозии, имеют более высокий уровень сопротивления динамическим .

Более 85 % всех бетонных конструкций, используемых в строительстве помещений жилого и промышленного назначения, составляют стандартные конструкции, при разработке и производстве которых учитывается требование заводской технологичности готовых изделий. Их различают согласно способа производства, виду бетона и вид напряженного состояния.

источник

Block Research Group, ETH Zurich / Michael Lyrenmann

Инженеры из Швейцарской высшей технической школы Цюриха разработали новую технологию создания бетонных конструкций, которая использует тросы для создания опалубки. Разработчики утверждают, что такая технология позволяет создавать конструкции необычной формы и экономить большой объем материалов. Авторы технологии продемонстрировали ее в действии, построив конструкцию сложной формы высотой в семь с половиной метров. Об этом сообщается в пресс-релизе ETH.

Большинство зданий создается из бетона с использованием стальных армирующих конструкций. Для этого вокруг арматуры создают опалубку — временные конструкции, удерживающие бетон при застывании. Как правило, при этом используется большое количество поддерживающих конструкций, а создавать таким методом элементы зданий сильно изогнутой, но ровной формы, довольно затруднительно.

Инженеры из Швейцарии создали прототип крыши здания необычной изогнутой формы, использовав новую технологию. Как и в традиционных методах, они использовали временные поддерживающие конструкции. Для начала из дерева собираются располагаемые по периметру крыши конструкции. В отличие от других методов, поддержку основной части крыши осуществляет специальная сеть из стальных тросов, натянутая внутри деревянного периметра, и имеющая ту же форму, что и конечная крыша. На нее прикрепляется полимерная пленка, служащая в качестве опалубки. Затем на пленку кладется армирующая сетка, на которую и наносится бетон с помощью распыления. После затвердевания бетона, поддерживающую сеть можно удалить и использовать повторно, пересобрав для новой конструкции. Технология и процесс строительства прототипа наглядно представлены на следующем видео:

Построенная инженерами крыша сложной формы достигает семи с половиной метров в высоту и имеет общую площадь поверхности около 160 квадратных метров, при этом толщина бетона составляла от трех до двенадцати сантиметров. Инженеры отмечают, что такая технология имеет несколько преимуществ. Она позволяет экономить значительный объем материала при строительстве конструкций сложной формы, а также оставляет незанятым место под ними в процессе строительства. Стоит отметить, что на создание конструкции у инженеров ушло полгода.

Это не первая разработка инженеров из Швейцарской высшей технической школы Цюриха в области строительства. В прошлом году они представили строительного робота, способного собирать армирующие стальные конструкции для заливки бетоном. Также в прошлом году американские инженеры представили новый тип бетона, содержащий магнетит, металлические опилки и углеродные частицы, благодаря которым он способен проводить электрический ток и служить аналогом клетки Фарадея, не пропускающей электромагнитное излучение внутрь построенного из него здания.

источник

Бетон – искусственный каменный материал, состоит из цементного камня, тяжелых и легких заполнителей (гравий, щебень, керамзит, шлак, песок и пр.), пор и капилляров, заполненных воздухом и водой в жидкой и газообразной фазе.

Цементный бетон – изготовленный из смеси цемента, заполнителей и

Силикатный бетон – изготовленный из смеси извести, воды, тонкомолотой добавки (из песка или шлака), песка и других заполнителей; применяется в изделиях автоклавного твердения

Ячеистый бетон – изготовленный из смеси вяжущего (цемент, известь), тонкодисперсного компонента (например, песок) и порообразователя; имеет равномерно распределенные поры размерами до 3 мм.

По объемному весу бетоны подразделяются:

Тяжелые – с объемным весом от 1800 до 2500 кг/м 3 ; изготавливаются с тяжелыми заполнителями (гравий, щебень)

Легкие – с объемным весом 600-1800 кг/м 3 ; к ним относятся бетоны с легкими заполнителями (керамзит, шлак, пемза) и ячеистый бетон

Железобетон – это рациональное сочетание двух различных по своим физико-механическим свойствам материалов – бетона и стали.

Свойства железобетона зависят от свойств исходных материалов , при этом появляется ряд ценных свойств, которыми не обладали составляющие материалы. Например, арматура воспринимает растягивающие напряжения, на которые плохо работает бетон. Бетон защищает арматуру от внешних воздействий (механических и химических), повышает несущую способность стальных элементов на сжатие.

Совместная работа бетона и стали обеспечивается силами сцепления , при этом благодаря близким коэффициентам линейного расширения практически не возникает внутренних напряжений при изменении температуры.

В зависимости от создания начального напряжения железобетонные конструкции делятся на: обычные, предварительно напряженные

По способу производства железобетонные конструкции делятся на:

монолитные, сборные, сборно-монолитные

Из железобетона изготавливают :

− Фундаменты, подпорные стены

− Балки, плиты и настилы перекрытий и покрытий,

− Пространственные конструкции покрытий (оболочки, купола, складки)

− Резервуары, бункера, напорные трубопроводы

− Конструкции мостов (опоры, устои), гидротехнических сооружений (плотины, катушки генераторов), атомных реакторов

Рисунок 6.1 — Монолитный железобетонный каркас с балочным

(ребристым) перекрытием: 1 – колонна, 2 – главная балка, 3 – второстепенная балка, 4 – плита, 5 – арматура плиты, 6 – арматура второстепенной балки, 7 – арматура главной балки, 8 – арматура колонны

Читайте также:  Бетон для малых архитектурных форм из бетона

Основными свойствами железобетонных конструкций являются:

y стойкость против атмосферных явлений Прочность бетона в значительной степени зависит от :

− соотношений и свойств входящих в состав бетона материалов,

− методов укладки и обработки смеси,

− возраста к моменту загружения,

− размеров бетонного элемента, температуры и влажности среды, в

Бетон имеет предел прочности при сжатии в 10-15 раз выше, чем при растяжении .

Стадии НДС бетона при сжатии

1 стадия – без видимых следов повреждения

σ т – напряжения сжатия в бетоне не достигли напряжений, при которых произойдет появление первых микротрещин.

R т =0,3-0,4R b – для слабых бетонов; R т =0,65-0,75R b – для прочных бетонов. 2а стадия – появление микротрещин

2б стадия – появление видимых трещин

3 стадия – развитие квазипластических деформаций, вызванных процессом микроразрушения бетона

На работу бетона в конструкции влияют :

• Длительность приложения нагрузки (разрушение бетона происходит при σ > R дл =0,8R b )

• Повторное приложение нагрузки (разрушение происходит при σ > R т )

Стадии НДС железобетона при изгибе

1 стадия – упругая (без трещин в растянутой зоне)

Бетон растянутой зоны сохраняет сплошность, деформации растянутой зоны не превышают значений ε bt = R bt /E b , арматура растянутой зоны практически не напряжена. Стадия характерна для малых нагрузок (15-20% от разрушающих).

2 стадия – образование трещин В бетоне растянутой зоны образуются и раскрываются трещины,

арматура включается в работу и при развитии трещин в ней развиваются неупругие деформации, свидетельствующие о приближении напряжений к пределу текучести σ y . Стадия характерна для эксплуатационных нагрузок (примерно 65% от разрушающих).

3 стадия – разрушение Самая короткая стадия. Напряжение в арматуре достигают предела

текучести. Различают два случая разрушения:

1 – пластическое разрушение нормально армированного элемента;

2 – хрупкое разрушение элемента с избыточным армированием.

• Недостаточные прочность бетона, скорость схватывания, коррозионная стойкость

• Недостаточная звукоизоляция ограждающих конструкций

• Высокая теплопроводность ограждающих конструкций

• Принятая расчетная схема конструкций не соответствует принятым технологии производства работ, последовательности монтажа и конструкциям узлов.

• Недостаточное или избыточное армирование ж.б. элементов

• Низкая прочность бетона из-за:

• Изменения водоцементного отношения

• Изменения гранулометрического состава заполнителей

• Изменения состава бетона, свойств заполнителей, цемента, добавок

• Усадочные трещины из-за нарушения температурных и влажностных условий твердения, плохого уплотнения бетонной смеси

• Силовые трещины при обжатии бетона преднапряженной арматурой

• Технологические трещины в сборных конструкциях, связанные с нарушением условий распалубливания

• Проскальзывание ПН арматуры в бетоне из-за нарушений условий твердения и распалубливания сборной конструкции

• Нарушение схем армирования сборных ж.б. изделий

• Дефекты производства работ

• Применение бетона непроектной прочности

• Неравномерность бетонной смеси в опалубке монолитной конструкции, раковины, отверстия в бетоне

• Замораживание бетонной смеси на стадии твердения

• Нарушения технологических швов в бетоне, необработанные швы

• Сколы бетона от механических повреждений при распалубке, транспортировании, складировании, монтаже

• Силовые трещины при неправильном складировании, перевозке, монтаже

• Применение бракованных сборных ж.б. элементов (панели перекрытий, ригели и колонны каркаса, стеновые панели)

• Нарушение технологии выполнения узлов (полное или частичное отсутствие сварки, коррозионной защиты металлических деталей, герметизации и замоноличивания стыков)

• Недостаточное опирание сборных конструкций, крены, смещения осей, перекосы

• Осадочные трещины в узлах и сборных элементах

• Дефекты из-за нарушения норм эксплуатации

• Силовые (нормальные и наклонные) трещины в растянутой зоне бетона из-за недостаточной несущей способности

• Продольные трещины по направлению рабочей арматуры изза коррозии арматуры

• Температурные трещины при перенапряжении бетона от температурных воздействий

• Коррозия арматуры и бетона (см. след. слайд)

источник

Бетон – это особая смесь из воды, цемента, песка и других наполнителей. Затвердев, этот искусственный камень приобретает прочность, долговечность и отличную стойкость. Стойкость бетонного состава определяется его невосприимчивостью к влаге, различным температурным перепадам, не теряя при этом своих прочностных свойств. У этого строительного материала низкий предел горючести, что не влечет за собой распространения пожара при воздействии на него повышенных нагревов. Бетонным постройкам, зданиям и сооружениям, за счет качеств раствора, обеспечивается отличная огнестойкость. Изделия из бетона обладают не только огнестойкостью, но и высокой жаростойкостью.

Огнестойкость бетона – это качество, позволяющее стройматериалу противостоять повышенным температурам недолговременно, например, во время пожара. Жаростойкость – это сохранение свойств бетонного раствора при долговременном действии на него большой температуры, например, при использовании конструкций для теплообработки разнообразных изделий. Всем бетонам присуща огнестойкость, чего нельзя сказать о жаростойкости, этим качеством обладает далеко не каждый застывший раствор.

Несмотря на то, что бетон – пожаробезопасный и огнестойкий строительный материал, он все равно поддается большим температурным градусам. Огни, воздействующие на него в течение короткого времени, не способны привести к повреждению прочностных характеристик материала, но если огонь имеет продолжительное влияние на бетонные изделия, тогда происходит их повреждение. Если температура двести пятьдесят градусов, тогда бетон теряет свою прочность всего на двадцать пять процентов, а если в пределах пятисот градусов – стройматериал подвергается полному разрушению.

Бетонный состав, горючесть которого низкая, имеет повышенную прочность и стойкость к огненным влияниям, но может разрушиться и потерять свои прочностные характеристики как при пожаре, так и неправильном обращении с подогретым составом. Таким образом, резкое увлажнение или охлаждение уже подогретой смеси, влечет за собой образование трещин, разрушений, которые не поддаются устранению, а также ослабеванию арматурной конструкции, служащих для укрепления построек.

Горение отрицательно сказывается на структуре бетона, она разрушается и разлагается на составляющие компоненты цементного камня.

Жаростойкость бетонного состава получается путем введения в раствор специальных добавок на основе алюминия и кремния. Эти составляющие позволяют избегать плавления, горения в момент пожара и других разрушений бетонных конструкций при повышенных температурных режимах. Что касается огнестойкости, то она достигается путем добавления заполнителей в процессе приготовления раствора.

Читайте также:  Emaco для ремонта бетона и железобетона

Температурные режимы, воздействующие на бетонный состав, в пределах 250 – 300 градусов влекут за собой разрушение структуры и уменьшение прочностных характеристик цементного камня. Когда на градуснике отметка достигает пятисот пятидесяти градусов по Цельсию, имеющиеся в бетоне песок и щебень подвергаются растрескиванию, если превышает 550 градусов – бетонные конструкции полностью разрушаются.

Повышение температурных показателей непосредственно влияет на прочность бетонного состава. Таким образом, при укладке и застывании раствора повышение отметки на градуснике может повлиять на прочность бетона, возраст которого начинается от семи суток и более. Происходит это из-за ускоренной гидратации, в результате чего достигается несовершенная физическая структура с большим количеством незаполненных пор. По результатам опытов было замечено, что при повышенных температурных показателях прочность бетонного раствора на высшем уровне в первые дни, после схватывания состава, но уже на четвертые сутки прочностные характеристики значительно опускаются. Чтобы улучшить прочность раствора, в него добавляют хлористый кальций, который способен повысить стойкость к повышенным температурным показателям.

Жароупорный бетонный раствор основан на портландцементе, с помощью которого смесь из песка, щебня, цемента и воды способна выдерживать повышенные температурные показатели до тысячи градусов по Цельсию и выше. Помимо основных составляющих бетона и портландцемента, в него также входит алюминиевая добавка мелких фракций и кремниевая. Добавки в растворе позволяют связывать гашеную известь, которая образуется при гидратации цементного камня. Жароупорный строительный материал из смеси цемента, песка, щебня и воды также имеет в своем составе следующие заполнители, которые предотвращают плавление, деформацию и разрушение бетонных изделий даже в момент пожара:

В зависимости от наполнителей определяется максимальный температурный режим жароупорного бетона. Приготовить такой раствор можно и собственноручно на строительной площадке.

На огнестойкость железобетонных конструкций влияют следующие параметры:

  • нагрузка на постройку;
  • толщина защитного яруса;
  • размеры сечения сооружений;
  • количество и диаметр арматурный конструкций.

Чем меньше плотность используемого материала и чем больше его толщина, тем выше предел огнестойкости, который зависит и от вида опоры для конструкции, и от статической схемы. Исходя из этого, строители должны произвести расчет по огнестойкости ж/б конструкций, прежде чем приступать к их заливке. Конструкции, которые имеют горизонтальное положение, поддаются разрушениям под действием нагрева нижней арматуры, поэтому предел нагрева, прежде всего, зависит от класса арматурной конструкции, способности материала проводить тепло и от размеров слоя защиты.

Горизонтальные конструкции – это балочные плиты, балки, настилы и панели, прогоны и др. Конструкции, которые имеют тонкие стены и поддаются изгибаниям – это настилы, ригели, балки, панели ребристые и пустотелые. Огнестойкость колонн основана на следующих показателях:

  • процент армирования;
  • нагрузка на конструкции;
  • вид крупнофракционного заполнителя;
  • размер сечения под прямым углом относительно продольной оси;
  • толщина слоя защиты на арматуре.

В процессе заливки колонн следует обязательно придерживаться инструкции. Колонны разрушаются в результате открытого огненного пламени при снижении прочностных характеристик бетонного раствора и арматурной конструкции.

Ячеистый бетон представляет собой пористый искусственный материал, который используется в строительстве различных зданий и сооружений. В его состав входят минеральные вяжущие и кремнеземистые заполнители. Применяют ячеистый строительный материал из смеси цемента, песка, щебня и воды для теплоизоляции помещений, им утепляют железобетонные плиты и перекрытия, используют легкий бетон для теплозащиты поверхности различных оборудований, трубопроводов, которые используются при температурных режимах свыше четырехсот и даже семисот градусов по Цельсию.

Огнестойкость ячеистого бетона выше, если плотность строительного материала минимальна, таким образом, предельные показатели огнестойкости газоблоков и других изделий из пористого стройматериала повышены.

По исследованиям и опытам, которые проводили в шведском и финском учебном заведении, определена прочность ячеистого бетонного состава, которая изменяется при нагревании следующим образом:

  • происходит увеличение прочностных характеристик до восьмидесяти пяти процентов, если температурные показатели не выше четырехсот градусов по Цельсию;
  • понижение прочностных характеристик до изначальных происходит при разогреве материала до семисот градусов по Цельсию;
  • снижение прочности ячеистого бетонного состава на восемьдесят шесть процентов осуществляется при разогреве строительного материала до тысячи градусов и не более при этом прочностной показатель принимает стабильность.

Можно сделать вывод, что предельные значения огнестойкости ячеистых блоков достигают девятисот градусов по Цельсию, когда обычный бетонный состав начинает терять свои основные части прочности при значении от четырехсот до семисот градусов. Таким образом, ячеистый бетон наиболее популярен при возведении зданий и сооружений, где требуются повышенные показатели пожаробезопасности.

Бетон представляет собой строительный материал, который обладает отличными прочностными характеристиками, имеет повышенные показатели огнестойкости и при добавлении в состав бетонного раствора специальных наполнителей, приобретает жаростойкость. На огнестойкость и жаростойкость бетонного раствора влияют различные показатели и факторы, например, материал, который используется в качестве наполнителя, или же конструкции, которые возводят из строительного материала на основе песка, цемента, щебня и воды.