Что такое железобетон

Виды железобетонных конструкций: фундамент, колонны, панели, плиты и балки. Армирование

Появление железобетонных конструкций в ХIX веке стало настоящим прорывом в строительных технологиях. На сегодняшний день без них невозможно представить ни один строительный объект. В этой статье мы рассмотрим, какие существуют железобетонные конструкции, и какими характеристиками они обладают.

Железобетонные конструкции

Что такое железобетон

Бетон, как известно, отличаются высокой прочностью на сжатие, однако, его сопротивление на растяжение не велико – в 10-15 раз меньше прочности на сжатие. Поэтому неармированные бетонные конструкции используются очень редко.

Чтобы устранить этот недостаток, в его структуру добавляют стальную проволоку или прутья, отлично работающие на растяжения (читайте также статью «Асфальтобетонные смеси: основные разновидности, особенности приготовления и использования»).

Таким образом, железобетон представляет собой материал, образованный бетоном и металлической арматурой, расположенной внутри него. В совокупности получается единая конструкция, которая обладает высокой прочностью, благодаря совокупности свойств бетона и металла.

Схема армирования изделий

Виды армирования

В наше время железобетонные конструкции армируются не только для увеличения прочности бетона на растяжение, но и на внецентренное и осевое сжатие, кручение и пр. Кроме того, рабочая арматура позволяет уменьшить размер сечения элементов, а также снизить вес конструкций.

Наряду с обычным армированием, на сегодняшний день широко распространены предварительно напряженные железобетонные конструкции. Их особенностью является то, что при изготовлении бетон подвергается обжатию, а сама арматура – предварительному растяжению.

Предварительное напряжение позволяет существенно повысить трещиностойкость, а также снизить деформации элементов конструкций. С предварительным напряжением обычно выполняют большепролетные железобетонные конструкции, а также другие элементы, на которые предполагается большая нагрузка на растяжение.

Заливка железобетонного фундамента

Достоинства

Среди достоинств железобетонных конструкций можно выделить:

• Долговечность – благодаря надежной сохранности арматуры, которая находится под слоем бетона, железобетон обладает исключительной долговечностью. Кроме того, материал отлично справляется с атмосферными воздействиями.
• Прочность – со временем прочность железобетона не уменьшается, а даже увеличивается.
• Возможность изготовления своими руками, к примеру, при возведении фундамента. Для этого надо лишь выполнить опалубку и изготовить металлический каркас из арматуры, после чего опалубка заливается бетонным раствором.
• Пожаростойкость – железобетон отлично противостоит огню. Причем, для повышения огнестойкости, в состав добавляют специальные заполнители, такие как базальт, шамот, доменные шлаки и др. Кроме того, повысить огнестойкость можно путем увеличения защитного слоя до 3-4 см.
• Сейсмостойкость – в отличие от других строительных материалов, железобетон, благодаря монолитности, хорошо противостоит сейсмической активности.
• Хорошие эксплуатационные качества – железобетон может принять любые архитектурные или конструктивные формы.
• Учитывая прочность и долговечность материала, его цена вполне доступная.

Недостатки

К недостаткам железобетонных конструкций относятся следующие моменты:

• Большой вес;
• Высокая тепло- и звукопроводность;
• Склонность к растрескиванию.

Совет! Чтобы утеплить железобетон, используют теплоизоляционные материалы, такие как пенополистирол и минеральная вата. Инструкция по монтажу теплоизоляции довольно простая.

Сборные железобетонные конструкции

Виды конструкций из железобетона

Все существующие железобетонные конструкции можно условно поделить на три типа:

По области применения конструкции могут быть:

• для общественных сооружений и жилых домов;
• для промышленных строений;
• для зданий общего назначения.

Совет! Книга Железобетонные конструкции одноэтажных промышленных зданий – Заикин А.И. позволит детально ознакомиться с особенностями и выполнением расчета фундаментов, колонн, плит перекрытий и прочих железобетонных конструкций, применяемых при строительстве промышленных сооружений.

Как уже было сказано выше, ЖБИ также делятся на:

• Предварительно напряженные;
• Ненапряженные.

Наиболее распространенные виды конструкций из железобетона

Теперь ознакомимся с наиболее распространенными типами железобетонных конструкций, которые повсеместно применяются в строительстве.

К таким относятся:

• Фундаменты;
• Панели;
• Балки и плиты перекрытий;

Каждый из этих элементов обладает своим предназначением и конструктивными особенностями.

Ленточный монолитный фундамент

Фундамент

Фундаменты из железобетона устраивают под стены строений, колонны и столбы, а также под тяжелые станки и машины.

Фундаменты бываю двух типов:

Кроме того, они различаются по типу конструкции на:

• Ленточные – под несущие стены;
• Ступенчатые и пирамидальные – под отдельные опоры.

Железобетонные колонны

Колонны

Чаще всего применяются в промышленных зданиях, в которых перекрытия подвергаются большим нагрузкам от оборудования. В этом случае выполняют каркас, состоящий из колонн, балок и прочих элементов.

Кроме того, широко распространены каркасно-панельные сборные здания, в которых колонны являются одним из основных несущих элементов. Они воспринимают на себя нагрузки и через фундамент передают их на грунт.

На фото – железобетонная панель

Панели

При возведении каркасно-панельных строений, для изготовления стен используют панели. Их площадь может составлять до 25 квадратных метров.

Также следует отметить, что существуют бескаркасные панельные здания. В этом случае всю нагрузку воспринимают на себя стены и перегородки, т.е. сами панели.

Балки

Плиты и балки

Данные конструкции относятся к изгибаемым элементам. Плитами называются плоские изделия, длина и ширина которых значительно больше толщины. Балки же являются линейными элементами, длина которых существенно больше поперечных размеров.

Плиты и балки чаще всего используют для устройства плоских перекрытий и покрытий. Как уже было сказано выше, обычно их выполняют предварительно напряженными. Кроме того, имеются и другие некоторые конструктивные особенности железобетонных изгибаемых элементов, что связано с областью их применения.

Вывод

Бетонные и железобетонные конструкции используют в самых разных областях  строительства, поэтому они бываю разных видов. В качестве примера мы привели лишь наиболее распространенные типы конструкций. В действительности же их существует гораздо большее количество.

Из видео в этой статье можно получить дополнительную информацию по данной теме.

Источник: https://masterabetona.ru/vidy/699-vidy-zhelezobetonnyh-konstrukcij

ЖЕЛЕЗОБЕТО́Н

Авторы: В. Д. Агеев, А. В. Агеев

ЖЕЛЕЗОБЕТО́Н, строи­тель­ный ма­те­ри­ал, со­стоя­щий из бе­то­на и ста­ли, ко­то­рые ра­бо­та­ют под на­груз­кой как еди­ная сис­те­ма. Со­че­та­ние в Ж. двух раз­лич­ных по струк­ту­ре и фи­зи­ко-ме­ха­нич.

свой­ст­вам ма­те­риа­лов обес­пе­чи­ва­ет уси­ле­ние сла­бо ра­бо­таю­ще­го на рас­тя­же­ние бе­то­на сталь­ной ар­ма­ту­рой, ко­то­рая оди­на­ко­во хо­ро­шо со­про­тив­ля­ет­ся и рас­тя­же­нию, и сжа­тию, вос­пол­няя не­дос­тат­ки бе­то­на как кон­ст­рукц. ма­те­риа­ла. Не­су­щая спо­соб­ность Ж.

за­ви­сит от ко­ли­че­ст­ва ар­ма­ту­ры: ар­ми­ро­ва­ние 1–2% от пло­ща­ди по­пе­реч­но­го се­че­ния из­ги­бае­мо­го эле­мен­та по­зво­ля­ет уве­ли­чить его не­су­щую спо­соб­ность при­мер­но в 20 раз по срав­нению с чис­то бе­тон­ным. На­ли­чие ар­мату­ры в жел.-бе­тон. сжа­тых ко­лон­нах (стой­ках) да­ёт воз­мож­ность умень­шить их по­пе­реч­ные раз­ме­ры.

Взаимодействие бетона и арматуры в железобетоне

Со­вме­ст­ная ра­бо­та бе­то­на и ар­ма­тур­ной ста­ли в же­ле­зо­бе­то­не обес­пе­чи­ва­ет­ся: на­дёж­ным сце­п­ле­ни­ем ар­ма­ту­ры с бе­то­ном по­сле его за­твер­дева­ния, в ре­зуль­та­те че­го оба ма­те­риа­ла де­фор­ми­ру­ют­ся со­вме­ст­но; близ­ки­ми по зна­че­нию ко­эф­фи­ци­ен­та­ми ли­ней­ных тем­пе­ра­тур­ных де­фор­ма­ций (для бе­то­на 0,7·10–5 – 1,5·10–5 °C–1, для ста­ли 1,2·10–5 °C–1), что ис­клю­ча­ет до­пол­нит. на­пря­же­ния в зо­не кон­так­та бе­то­на и ар­ма­ту­ры при из­ме­не­нии темп-ры от –40 до 50 °C; на­ли­чи­ем за­щит­но­го слоя бе­то­на для ар­ма­тур­ной ста­ли, ко­то­рый так­же пре­до­хра­ня­ет ар­ма­ту­ру от кор­ро­зии, воз­дей­ст­вия вы­со­ких темп-р и др.

Ос­но­ва со­вме­ст­ной ра­бо­ты бе­то­на и ар­ма­ту­ры – на­ли­чие сце­п­ле­ния ме­ж­ду ни­ми. Ве­ли­чи­на сце­п­ле­ния на по­верх­но­сти ар­ма­ту­ры за­ви­сит от сле­дую­щих фак­то­ров: ме­ха­нич. за­це­п­ле­ния пе­рио­дич. про­фи­ля ар­ма­ту­ры (см.

Ар­ма­ту­ра же­ле­зо­бе­тон­ных кон­ст­рук­ций) за бе­тон (70–80% от об­щих сдви­го­вых уси­лий); ад­ге­зии ар­ма­ту­ры к бе­то­ну. Для уси­ле­ния сце­п­ле­ния глад­кой ар­ма­ту­ры с бе­то­ном на кон­цах стерж­ней в отд. слу­ча­ях уст­раи­ва­ют за­ги­бы и крю­ки.

На­пря­гае­мую ар­ма­ту­ру кре­пят при по­мо­щи спец. ан­кер­ных уст­ройств.

Осо­бен­но­стью ра­бо­ты Ж. в кон­ст­рук­ци­ях яв­ля­ет­ся воз­мож­ность об­ра­зо­ва­ния тре­щин в рас­тя­ну­той зо­не при дей­ст­вии внеш­них на­гру­зок. Ши­ри­на их рас­кры­тия в ста­дии экс­плуа­та­ции со­став­ля­ет 0,1–0,4 мм, это не на­ру­ша­ет нор­маль­ную ра­бо­ту жел.-бе­тон. кон­ст­рук­ций и не вы­зы­ва­ет кор­ро­зии ар­ма­ту­ры.

Для по­вы­ше­ния жё­ст­ко­сти и тре­щи­но­стой­ко­сти Ж. или ис­клю­че­ния тре­щин во­об­ще (по ус­ло­ви­ям экс­плуа­та­ции) Ж. под­вер­га­ют об­жа­тию пу­тём пред­ва­ри­тель­но­го (до при­ложе­ния внеш­ней на­груз­ки) на­тя­же­ния ар­ма­ту­ры. Та­кой Ж. на­зы­ва­ет­ся пред­ва­ри­тель­но на­пря­жён­ным (см.

Пред­ва­ри­тель­но на­пря­жён­ные кон­ст­рук­ции).

На­ли­чие ар­ма­ту­ры в Ж. су­ще­ст­вен­но влия­ет на по­след­ст­вия усад­ки и пол­зу­чести бе­то­на. Си­лы сце­п­ле­ния ар­ма­ту­ры с бе­то­ном вы­зы­ва­ют стес­не­ние ар­ма­ту­рой де­фор­ма­ций усад­ки бе­то­на, что при­во­дит к воз­ник­но­ве­нию в Ж. на­чаль­ных на­пря­же­ний: рас­тя­же­ния в бе­то­не и сжа­тия в ар­ма­ту­ре.

С уве­ли­че­ни­ем про­цен­та ар­ми­ро­ва­ния сжи­маю­щие на­пря­же­ния в ар­ма­ту­ре умень­ша­ют­ся, а рас­тя­ги­ваю­щие в бе­то­не уве­ли­чи­ва­ют­ся, по­яв­ля­ют­ся уса­доч­ные тре­щи­ны. Усад­ка спо­соб­ст­ву­ет ран­не­му об­ра­зо­ва­нию тре­щин в жел.-бе­тон.

Пол­зу­честь бе­то­на про­яв­ля­ет­ся при дей­ст­вии по­сто­ян­ной на­груз­ки в те­че­ние вре­ме­ни, что при­во­дит к пе­ре­рас­пре­де­ле­нию уси­лий: бе­тон час­тич­но раз­гру­жа­ет­ся, а ар­ма­ту­ра до­пол­ни­тель­но на­гру­жа­ет­ся.

От­ри­ца­тель­ное влия­ние пол­зу­че­сти за­клю­ча­ет­ся в уве­ли­че­нии про­ги­бов в из­ги­бае­мых эле­мен­тах, по­те­ре пред­ва­рит.

на­пря­же­ния в пред­на­пря­жён­ных кон­ст­рук­ци­ях, сни­же­нии не­су­щей спо­соб­но­сти сжа­тых (гиб­ких) эле­мен­тов.

Материалы для изготовления железобетона

В жел.-бе­тон. кон­ст­рук­ци­ях при­ме­ня­ют пре­им. тя­жё­лые, а так­же лёг­кие бе­то­ны. Ис­поль­зо­ва­ние по­след­них по­зво­ля­ет сни­зить соб­ст­вен­ный вес, те­п­ло- и зву­ко­про­вод­ность из­де­лий из же­ле­зо­бето­на.

В кон­ст­рук­ци­ях из обыч­но­го (не­пред­на­пря­жён­но­го) Ж. стро­ит. пра­ви­ла ре­ко­мен­ду­ют ис­поль­зо­вать бе­тон клас­са по проч­но­сти на сжа­тие не ни­же В15.

Ар­ми­ро­ва­ние вы­пол­ня­ет­ся гиб­кой стерж­не­вой ар­ма­ту­рой, диа­мет­ром ме­нее 40 мм, клас­сов А240, А300, А400, А500, В500. Ар­ми­ро­ва­ние име­ет вид пло­ских се­ток или про­ст­ран­ст­вен­ных кар­ка­сов.

Ино­гда при­ме­ня­ет­ся жё­ст­кое ар­ми­ро­ва­ние из про­кат­ной про­филь­ной ста­ли (угол­ки, швел­ле­ры, дву­тав­ры).

Из­го­тов­ле­ние пред­на­пря­жён­но­го Ж.

пре­ду­смат­ри­ва­ет ис­поль­зо­ва­ние тя­жё­лых бе­то­нов клас­сов по проч­но­сти на сжа­тие от В20 до В60 (В80) и вы­со­ко­проч­ной на­пря­гае­мой ар­ма­ту­ры клас­сов А540, А600, А800, А1000, Вр1200, Вр1300, Вр1400, Вр1500, К1400 и К1500 (ка­на­ты). Ма­те­ри­ал, из­го­тов­лен­ный из осо­бых бе­тон­ных сме­сей с дис­перс­ным ар­ми­ро­ва­ни­ем не­боль­ши­ми ме­тал­лич. эле­мен­та­ми, но­сит назв. ста­ле­фиб­ро­бе­тон.

Конструкционная оценка железобетона

Ж. – ос­нов­ной и уни­вер­саль­ный стро­ит. ма­те­ри­ал, из ко­то­ро­го из­го­тов­ле­но ок. 85% всех стро­ит. кон­ст­рук­ций. Столь ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние Ж.

обу­слов­ле­но в пер­вую оче­редь прак­ти­че­ски не­ис­чер­пае­мы­ми за­па­са­ми сы­рья для вя­жу­щих ма­те­риа­лов и за­пол­ни­те­лей бе­то­на, а так­же воз­мож­но­стью варь­и­ро­вать со­став Ж. для по­лу­че­ния ма­те­риа­ла с тре­буе­мы­ми фи­зи­ко-ме­ха­нич. свой­ст­ва­ми. Дос­то­ин­ст­ва­ми Ж. яв­ля­ют­ся: хо­ро­шая со­про­тив­ляе­мость ди­на­мич.

от­но­сят­ся: боль­шой собств. вес; боль­шая те­п­ло- и зву­ко­про­вод­ность; низ­кая тре­щи­но­стой­кость (за ис­клю­че­ни­ем пред­на­пря­жён­но­го Ж.) и, как след­ствие, воз­мож­ность кор­ро­зии ар­ма­ту­ры.

Область применения железобетона

Ис­поль­зу­ют Ж. при со­ору­же­нии жи­лых, об­ществ., пром. и с.-х. зда­ний и строе­ний; в гид­ро­тех­ни­че­ском (дам­бы, пло­ти­ны, на­бе­реж­ные и мо­лы) и транс­порт­ном (до­ро­ги, аэ­ро­дро­мы, мос­то­вые со­ору­же­ния, тон­не­ли, во­до­про­пу­ск­ные тру­бы) строи­тель­ст­ве; для инж. со­ору­же­ний разл.

на­зна­че­ния и кон­ст­рук­тив­ных эле­мен­тов (очи­ст­ные со­ору­же­ния, ре­зер­вуа­ры для во­ды, га­за и неф­ти, кор­пу­са ре­ак­то­ров и за­щит­ных обо­ло­чек АЭС, хра­ни­ли­ща ра­дио­ак­тив­ных от­хо­дов, во­до­на­пор­ные баш­ни, те­ле­баш­ни, ды­мо­вые тру­бы, сваи, шпун­ты, шпа­лы и т. п.). Ж.

не­за­ме­ним при строи­тель­ст­ве фун­да­мен­тов лю­бых сис­тем, вклю­чая гра­ви­та­ци­он­ные и кар­кас­ные под вы­сот­ное строи­тель­ст­во.

К наи­бо­лее вы­даю­щим­ся со­ору­же­ни­ям, по­стро­ен­ным с при­ме­не­ни­ем Ж. (к нач. 21 в.), мож­но от­не­сти: не­бо­скрё­бы «Пе­тро­нас» (Куа­ла-Лум­пур, 1995) с мо­но­лит­ным жел.-бе­тон. кар­ка­сом, выс. 432 м (с учё­том шпи­лей – 451,9 м); са­мые вы­со­кие те­ле­баш­ни – в То­рон­то (об­щая выс. 550 м) и Ос­тан­кин­скую в Мо­ск­ве (об­щая выс.

540 м, пред­на­пря­жён­ная жел.-бе­тон. часть 385,5 м); круп­ней­шую пло­ти­ну – гид­ро­узел «Сань­ся» (г. Ичан, пров. Ху­бэй, Ки­тай, 2007), об­щая выс. 185 м, 16,1 млн. м3  Ж.; бу­ро­вую неф­те­до­бы­ваю­щую плат­фор­му «Тролль» (Нор­ве­гия) на жел.-бе­тон. гра­ви­тац. фун­дамен­те, об­щая выс. 472 м, под­вод­ная часть 300 м, 250 тыс. м3 Ж.

; круп­ней­шие в ми­ре АЭС – За­по­рож­скую, Ба­ла­ков­скую, «Ол­ки­луо­то» (Фин­лян­дия); жел.-бе­тон. мост «Вас­ко да Га­ма» (Лис­са­бон, 1998), об­щая дли­на 17,2 км; жел.-бе­тон. ба­лоч­ный мост в г. Брис­бен (Ав­ст­ра­лия) с ре­корд­ным про­лё­том в 260 м; круп­ней­ший в Рос­сии жел.-бе­тон.

ав­то­до­рож­ный мост че­рез Вол­гу, со­еди­няю­щий го­ро­да Са­ра­тов и Эн­гельс (1965), об­щая дли­на 2,8 км, про­лё­ты по 166 м.

Исторический очерк

Ж., как но­вый кон­ст­рукц. ма­те­ри­ал, поя­вил­ся в сер. 19 в. во Фран­ции. В 1848 Ж. Л. Лам­бо из­го­то­вил «же­ле­зо­бе­тон­ную» лод­ку (приз Все­мир­ной вы­став­ки в Па­ри­же, 1855). В 1849 вер­саль­ский са­до­вод Ж. Мо­нье при­ме­нил идею Ж. в ар­мо­це­мент­ных кад­ках для рас­те­ний.

«Сис­те­ма Мо­нье» за­па­тен­то­ва­на в 1867 (па­тент в Рос­сии в 1880). За­мет­ную роль в строи­тель­ст­ве Ж. на­чал иг­рать лишь в кон. 19 в. бла­го­да­ря ис­сле­до­ва­ни­ям У. Уил­кин­со­на (Ве­ли­ко­бри­та­ния), Ф. Ку­а­нье (Фран­ция), Ги­ат­та (США), Т. Вай­са и М. Ке­на­на (Гер­ма­ния). В 1917 Э.

 Фрей­си­не (Фран­ция) за­па­тен­то­вал виб­ро­у­п­лот­не­ние бе­то­на, а в 1929 – пред­на­пря­же­ние же­ле­зо­бе­то­на.

В Рос­сии ос­вое­ние и раз­ви­тие Ж. на­ча­лось в 1890-х гг. под влия­ни­ем за­ру­беж­но­го опы­та и отеч. прак­ти­ки. Пер­вые ис­пы­та­ния жел.-бе­тон. кон­ст­рук­ций про­во­ди­лись под рук. проф. Н. А. Бе­ле­люб­ско­го. Ре­шаю­щий вклад в тео­рию Ж. внёс А. Ф. Ло­лейт, по­ло­жив­ший на­ча­ло рас­чё­ту проч­но­сти жел.-бе­тон.

кон­ст­рук­ций, по­вы­ше­ни­ем их ка­че­ст­ва и на­дёж­но­сти.

Источник: https://bigenc.ru/technology_and_technique/text/2625093

Железобетон – главный современный строительный материал

Изобретателем железобетона в 1867 году стал французский садовод Жозеф Монье. Его не устраивали деревянные кадки для растений, и Монье решил использовать бетонные. Однако последние надежд не оправдали, поскольку корни растений разрушали стенки.

Чтобы увеличить стойкость своих кадок, Монье стал использовать железные вкладыши. Это и есть первый, официально признанный образец железобетонной конструкции. Итак, давайте поговорим про старые и новые виды, а также свойства железобетона.

Железобетон – композиционный материал, получаемый путем соединения стального каркаса и бетона. Такая комбинация позволяет использовать достоинства обоих материалов и компенсировать недостатки.

Бетон – искусственный камень отличается высокой стойкостью к сжатию, но низкой к растяжению, что объясняет относительную его хрупкость. Металл обладает прекрасной стойкостью к растяжению, но не отличается стойкостью к сжатию. Стальной каркас, залитый бетоном, обладает устойчивостью и к растяжению, и к сжатию.

Об истории изобретения железобетона в познавательном видеосюжете:

Различают несколько видов изделия, что связано не столько со свойствами, сколько с технологией изготовления.

• Монолитный – железобетон, получаемый непосредственно на строительной площадке. Типичный пример такой конструкции – фундамент, причем как дачного домика, так и высотного здания. В подготовленный котлован устанавливают опалубку, монтируют арматуру в соответствии с нагрузкой и заливают бетоном. Характеристики конструкции зависят от марки бетонной смеси и количества арматуры.
• Сборный железобетон изготавливается на заводской площадке. Для этого арматуру закрепляют в специальной форме и туда же заливают бетон. Готовое изделие, уже достигшее нужной степени твердости, транспортируется на строительную площадку и собирается.
• Сборно-монолитный железобетон означает, что сборные конструкции, изготавливаемые на заводе, играют роль несъемной опалубки. На практике так называют строительство, где часть конструкций производится монолитным способом, а часть – перекрытия, например, сборным.

Преимущества и недостатки

Прочность и стойкость к нагрузкам – главное достоинство материала. Монолитная или сборная конструкция намного превосходит каркасную и по прочности, и по надежности. Есть и другие достоинства.

• Долговечность – соединение стали, и строительного камня создает крайне устойчивую конструкцию. Железобетонные строения относятся к самым долговечным.
• Пожаростойкость – оба материала не горят и не поддерживают горения.
• Химическая инертность – весьма немаловажное качество не только для промышленных объектов, но и для жилых. Не менее значима и биологическая стойкость: ни бетон, ни сталь, никогда не станут жертвами грызунов и большинства грибков.
• Технологичность – железобетонной конструкции можно придать любую, физически возможную форму.
• Низкая стоимость – и монолитные, и сборные конструкции имеют минимальную себестоимость.
• Наличествуют и недостатки.
• Невысокая прочность – показатель неудовлетворителен именно по сравнению с массой. Такая же конструкция, например, отлитая из металла, прочность имела бы намного выше.
• Скорость изготовления – сборные элементы достигают твердости на заводе, монолитные – прямо на строительной площадке. И в том, и в другом случае процесс занимает немало времени.

Введение арматуры заметно повышает теплопроводность. При прочих равных условиях железобетон обладает более низкими теплоизоляционными свойствами.

Сказать, что железобетон – основа современного строительства, значит, ничуть не преувеличить положение вещей. Высотные здания и коттеджи, фундамент гаража и гидротехнические сооружения, бассейн и промышленный цех – везде в основе лежит железобетон.

Следующее видео содержит примеры расчета монолитного железобетона и построение в КП модели будущего изделия из него:

Железобетон состоит из железа и бетона. Однако эти две его составляющиеся распределены неравномерно.

Главным образом каркас должен размещаться на участках, подвергаемых максимальному растяжению. Соответственно, перед изготовлением какой-либо продукции – фундамент, свая, плита, колонна, необходимо рассчитать нагрузку на будущую конструкцию и ее распределение.

По назначению

По назначению арматуру разделит на следующие группы:

• рабочая арматура;
• воспринимающая нагрузку, то есть, подвергающаяся наибольшему растяжению;
• распределительная, позволяющая передать часть нагрузки равномерно по всей арматуре.

Кроме того, устройство каркаса должно учитывать температурные, усадочные, транспортные и другие нагрузки.

По технологии изготовления

По технологии изготовления используют следующую классификацию:

• стержневая – к ней относится арматура любого диаметра и вида – собственно стержень, прутки, мотки, которую допускается подвергать упрочнению в холодном или нагретом состоянии. Изготавливается горячей прокаткой;
• арматурная проволока – производится волочением в холодном состоянии. Используется для нее низкоуглеродистая сталь – B-1, или прочная высокоуглеродистая класса В-П. Последнюю обычно применяют для получения блоков напряженного бетона. Оба вида арматуры могут быть гладкими или рифлеными.

Также может использоваться и канатная проволока, свитая из 2 или 3 прядей.

Особая категория

В особую категорию стоит выделить сборные конструкции из напряженного бетона. Понятно, что для максимально качественного взаимодействия материалов друг с другом сталь должна быть плотно охвачена бетоном. Это достигается за счет уплотнения смеси при заливке.

Но ведь коэффициент растяжения у стали и камня разный, и при возникновении нагрузки, сталь, растягиваясь, волей-неволей растягивает и бетон. Камень при этом трескается. Явление это закономерное, и если трещины не превосходят стандартные размеры, недостатком не считаются.

Однако стойкость к растяжению можно повысить, если устанавливать арматуру растянутую. Для этого в форму стержни и прутки закладываются под соответствующей нагрузкой – механической, электротермической, электромеханической. Когда бетон отвердеет, нагрузка снимается.

Общее количество арматуры характеризуется коэффициентом армирования и вычисляется как соотношение площади сечения арматуры на площадь сечения бетона.

Виды бетона

Химические и многие физические характеристики железобетона определяет марка используемой смеси. Для заливки применяют практически все существующие виды.

По нормативной плотности

По нормативной плотности выделяют следующий железобетон.

• Особо тяжелый бетон с плотностью более 2500 кг/куб м. Как правило, используется для фундамента, опорных колонн, стенок бункеров и так далее.
• Тяжелый с плотностью 2200 кг/куб.м. Это обычный материал для несущих стен в промышленных постройках, многоэтажных зданиях и так далее.
• Бетон с плотностью выше 1800 кг/куб. м., но ниже 2200 кг/куб. м. называют мелкозернистым или облегченным.
• Легкий бетон обладает плотностью не более 800 кг/ куб. м. и сверхлегкий – менее 600 кг/куб м. Сюда относятся смеси с легкими наполнителями – опилкобетон, например, а также пористые материалы.

По типу заполнителя

По типу заполнителя выделяют самые разные виды:

• с плотными заполнителями, например, морозостойкий бетон;
• с пористыми;
• с жаростойкими – металлургический шлак, например;
• специальные, для повышения биологической стойкости и прочее.

По величине зерна

По величине зерна выделяют такие виды:

• крупнозернистый с крупным наполнителем;
• крупнозернистый с мелким наполнителем – плотность такого всегда выше;
• мелкозернистая смесь с мелким заполнителем.

По условиям твердения

Различают материал и по условиям твердения.

• Бетон естественного твердения – это, как правило, монолитный. В частном строительстве он встречается чаще всего.
• Материал, твердеющий в условиях термовлажной обработки – сборные конструкции, изготавливаемые в заводских условиях, где срок твердения сокращен до минимума.
• Бетон, получаемый в автоклавах.

Бетон имеет неоднородный состав, что одновременно является и достоинством, и недостатком материала. В целом его стойкость к сжатию становится выше, при как можно более однородном составе.

Для этого и в заводских условиях, и на стройплощадке при заливке бетона обязательно прибегают к уплотнению. Используются для этого вибробалки или глубинные вибраторы.

И бетон, и арматура подбирают для каждого объекта с учетом всех возможных нагрузок.

А теперь поговорим про объемный и удельный вес (кг/м3) бетона и железобетона, его плотность,

Характеристики

Говорить о свойствах железобетона в целом практически невозможно: очень разные технические характеристики у этого материала. В целом всем видам свойственны высокая долговечность и низкая стоимость.

Без сомнений, очень привлекательна для архитекторов способность жидкого бетона принимать любую форму – это позволяет разнообразить строительные работы.

К главному недостатку любой железобетонной конструкции относят невысокую прочность при изрядной массе. В крупных наземных сооружениях большую часть нагрузки составляет масса самого железобетона.

К главным критериям выбора относят следующие характеристики.

• Средняя плотность – рассчитывается как сумма массы каркаса и бетона в 1 куб. м. При этом учитывается, каким способом был уложен бетон – с вибрированием или без вибрирования. Маркируется буквой D, после которой указывается плотность – 2200, 2000 и так далее.
• Прочность – классы бетона определяются по прочности на осевое сжатие – давление на куб с размером ребра в 150 мм, и на осевое растяжение. Классификация разная для тяжелых, мелкозернистых и легких бетонов.

Для тяжелых, например, соотношения выглядят следующим образом.

Таблица соотношения прочности бетонов

• Морозостойкость – определяется по количеству циклов замораживания и оттаивания при насыщении водой. Условие: снижение прочности при этом должно быть не более, чем на 15%. Для бетонов разной плотности показатели различны.
  • Классы для тяжелых бетонов: F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500.
  • Классы по морозостойкости легких бетонов: F25, F35, F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500.
  • Ячеистые и пористые бетоны выделяют в отдельную категорию: F15, F25, F35, F50, F75, F100.

Это свойство востребовано не только при строительстве в регионах с тяжелыми климатическими условиями, но и с умеренными в тех случаях, когда наружные железобетонные конструкции не имеет защитного или декоративного слоя.

• Водонепроницаемость – это показатель максимального давления воды, при котором сквозь образец не просачивается вода. Классы бетона по этому признаку следующие: W2, W4, W6, W8, W10, W12.

О том, какие изделия производят из бетона и железобетона, а также об областях применения материала читайте ниже.

Класс железобетона, марку бетона и степень армирования выбирают в соответствии с техническими задачами и экономическими соображениями. Очевидно, что для легкой одноэтажной постройки не нужно использовать тяжелый бетон, а для высотного здания не подойдет ячеистый.

• В 7,5 – применяется в основном в подготовительных работах, может использоваться при укладке тротуаров.
• В 12,5 – популярный вариант для стяжки полов. Также применяется для заливки фундамента под ограждение. Марка бетона – М150, обойдется в 2750–3030 р.
• В 15 – рекомендован для сжатых стержневых элементов, что означает самое широкое использование в базовом строительстве, а также при сооружении фундаментов для малоэтажных объектов – дачи, гаража. Соответствует классу бетон марки М 200. Стоимость материала – 2900–3250 р. за куб.м.
• Для элементов, испытывающих значительное сжатие – колонны, арки, перекрытия, колодезные элементы и прочее, используется железобетон класса В 20–В 30. Последний – марка М300, относится к самым популярным видам тяжелых бетонов, так как быстро твердеет, стоек к истиранию и схватывается даже при повышенной влажности. Стоимость колеблется в зависимости от марки и наполнителя от 3000 до 3500 р.
• В 35 – наиболее востребованный материал при строительстве многоэтажных зданий и любых других конструкций, где требуется стойкость к высоким нагрузкам. Цена за 1 куб.м. составляет 3200–3450 р.
• Для изготовления напряженного бетона выбирают материал класса В 20– В40. Это наиболее прочный вариант и в строительстве жилых зданий, как правило, не используется. Обычное его применение – гидротехнические сооружения. Бетон марки М 550, соответствующий классу В 40, обойдется в 4000 р.

Существуют ограничения по применению смесей для железобетонных конструкций. Так, запрещается использовать для изготовления средний или тяжелый бетон, если по прочности на сжатие класс его не достигает В 7,5. Также не допускается легкий или пористый бетон, если по сжатию он не достигает класса В 3,5.

Про применение железобетона в изготовлении колец для колодцев расскажет следующий видеосюжет:

Источник: http://stroyres.net/beton/zhelezobeton/svoystva-sostav-harakteristiki.html

Железобетон: свойства, виды и преимущества

Бетон как искусственный камень хорошо работает на сжатие и плохо на растяжение. Бетонная балка при изгибе разрушается уже от незначительной нагрузки вследствие разрыва бетона в растянутой зоне, в то время как высокая прочность бетона в сжатой зоне остается неиспользованной.

Совсем другие свойства приобретает балка, если в бетон растянутой зоны, до его отвердения, заложить стальные стержни. В этом случае растягивающие усилия будут восприниматься сталью, хорошо работающей на растяжение, а сжимающие — бетоном, хорошо работающим на сжатие, при этом работой бетона на растяжение пренебрегают.

Железобетон это такие комплексные конструкции, образованные из бетона и стальных стержней, работающих совместно, называются железобетонными, а стальные стержни — их арматурой.

В состав стальной арматуры балки, кроме продольных стержней, расположенных в растянутой зоне и воспринимающих нормальные растягивающие усилия, входят поперечные вертикальные стержни, работающие на главные растягивающие напряжения (ближе к опорам), и монтажные стержни. Все стержни в местах пересечений соединяются контактной точечной сваркой, образуя сварной арматурный каркас.

Необходимая площадь сечения продольных и поперечных стержней арматуры определяется расчетом, а способ их объединения в сварные каркасы и количество таких каркасов в сечении балки — удобствами сварки и установки каркасов, удобствами укладки бетонной смеси и другими условиями.

Принципиально важным условием совместной работы арматуры с бетоном в железобетонных конструкциях является их сцепление, которое обеспечивается:

• в арматуре периодического профиля — выступами на поверхности стержней,
• в сварной арматуре — за счет сварных пересечений, в каждом из которых стержень одного направления служит анкером для стержня другого направления, и, кроме того,
• во всех случаях за счет обжатия стержней арматуры бетоном при усадке.

Изгибаемые железобетонные элементы в строительстве:

1. жб балки и
2. железобетонные плиты,

Плиты отличаются от балок большей шириной и меньшей высотой поперечного сечения.

Изгибаемые железобетонные элементы очень часто делают таврового (Т-образного) и П-образного (ребристого) сечения.

Смысл таких конструктивных форм в том, чтобы удалить возможно большую часть бетона растянутой зоны (не учитываемого при расчете прочности), оставив лишь часть, необходимую для размещения продольной и поперечной рабочей арматуры и связи ее со сжатой зоной. При этом уменьшается расход бетона и стоимость элементов и достигается очень большое снижение веса (в 5 раз и более).

Схема работы бетонных блоков при изгибе

Высокая прочность стальной арматуры делает целесообразным использование железобетона также и в сжатых элементах — колоннах, так как наличие в них арматуры дает возможность несколько уменьшить их поперечные размеры (по сравнению с бетонными) и повысить их надежность при случайных эксцентриситетах продольных сил и поперечных нагрузках. Продольные стержни арматуры колонн соединяют (также при помощи сварки) поперечными стержнямй во избежание потери устойчивости, вследствие работы на сжатие.

Варьируя марку бетона и количество арматуры в железобетонном элементе (при сохранении его формы и размеров), можно довольно широко видоизменять его прочность. Это дает возможность в одной и той же форме изготовлять элементы различной несущей способности.

Важными свойствами железобетона являются его огнестойкость и коррозионная стойкость, обусловленные тем, что стальные стержни арматуры укрыты в железобетоне защитным слоем бетона.

Жаростойкий железобетон отличается от обычного особыми свойствами материалов: бетон применяется жаростойкий, арматура только из горячекатаной стали, поскольку холоднотянутая проволока при нагревании теряет наклеп и как следствие свою прочность.

Предварительно напряженный железобетон

Характерной особенностью изгибаемых железобетонных элементов является образование трещин в бетоне растянутой зоны уже при нормальных эксплуатационных условиях, обусловленное малой растяжимостью бетона (относительная предельная деформация εб-пред =0,0001).

Рассмотрим железобетонную балку с арматурой из Ст. 3. При напряжении в растянутой арматуре δ = 1000 кг/см2, т. е. в пределах, допускаемых для Ст. 3 при нормальной эксплуатации, удлинение арматуры на участке длиной 1 м будет равно

В то же время предельное возможное удлинение бетона

Недостаточная растяжимость бетона компенсируется образованием трещин и суммарная ширина раскрытия трещин на длине 1 м равна 0,5—0,1=0,4 мм. Однако при большом количестве трещин ширина каждой из них настолько мала, что наличие их не препятствует нормальной эксплуатации конструкции.

Имея в виду экономию металла, повысим марку стали, приняв Ст. 5 при σ = 2000 кu/см2. При этом на длине 1 м

При той же величине ΔLб.пред суммарная ширина раскрытия трещин на длине 1 м равна 1,0—0,1 =0,9 мм, т. е. возросла более чем в 2 раза. Вследствие неравномерности раскрытия трещин отдельные из них могут получить такое раскрытие, что это сделает недопустимой нормальную эксплуатацию конструкции (хотя даже и такие трещины в неработающем бетоне растянутой зоны практически не сказываются на несущей способности балки в целом).

При арматуре из стали той же марки Ст. 5, но периодического профиля, будет обеспечиваться надежное сцепление бетона с арматурой по всей ее длине, растянутый бетон будет лучше следовать за деформациями арматуры и при той же суммарной ширине раскрытия трещин количество их будет больше, а наибольшая ширина раскрытия меньше (примерно как при арматуре из Ст. 3).

Однако дальнейшее повышение марки арматурной стали из-за большего раскрытия трещин практически невозможно.

Предварительное напряжение железобетона обеспечивает возможность дальнейшего и очень большого повышения напряжений в арматурной стали вплоть до применения высокопрочной проволоки с пределом прочности до 20000 кг/см2 .

Схема экономии преднапряженного бетона

Идея предварительного напряжения заключается в том, чтобы предварительно, т. е. до нагружения балки эксплуатационной нагрузкой, создать сжимающие напряжения в той зоне балки, которая при эксплуатации работает на растяжение.

Тогда при нагружении балки эксплуатационной нагрузкой растягивающие напряжения в бетоне появятся лишь после того, как будут погашены предварительные напряжения сжатия.

И так как величина усилия предварительного обжатия поддается широкой регулировке, балка может быть запроектирована и выполнена даже так, что в бетоне и при эксплуатационных нагрузках не будет растягивающих напряжений.

Предварительное напряжение железобетонных конструкций осуществляется двумя способами:

1. натяжением арматуры на упоры и
2. натяжением на бетон.

При натяжении на упоры арматура до укладки бетонной смеси натягивается гидравлическими домкратами до определенного напряжения, не превышающего предела упругости, и закрепляется концами в упорах.

После этого укладывают бетонную смесь и арматура остается натянутой на протяжении всего времени твердения бетона. После отвердения бетона концы арматуры освобождают и она, стремясь вернуться к первоначальной длине, обжимает бетон.

При стержневой арматуре из горячекатаной стали периодического профиля используют электротермический вариант этого способа, который отличается от описанного выше тем, что необходимое удлинение стержней достигается без помощи домкратов путем нагревания их пропусканием электрического тока. Нагретые стержни закрепляются в упорах, и при остывании получают необходимое натяжение.

При натяжении на бетон арматура натягивается после отвердения бетона. Для этого при изготовлении конструкции в ней оставляют каналы.

По достижении необходимого усилия арматура закрепляется в вытянутом состоянии, домкраты отключаются и в бетоне сохраняется достигнутое при натяжении арматуры предварительное обжатие. Затем канал заполняют (под давлением) цементным раствором.

Монолитный и сборный железобетон

При своем зарождении в промышленном строительстве железобетон применялся только в виде монолитных конструкций, т. е. таких, которые полностью возводятся на том месте и в том положении, как это предусмотрено проектом здания или сооружения.

Процесс возведения монолитных конструкций:

• а) заготовка и установка лесов и укрепляемых на них форм, предназначенных для заливки в них бетонной смеси; такие формы, называемые опалубкой, обычно делают из досок;
• б) заготовка и установка арматурных каркасов;
• в) приготовление и укладка в опалубку бетонной смеси;
• г) уход за бетоном в процессе его твердения, имеющий целью обеспечить нормальный температурно-влажностный режим твердения бетона;
• д) распалубка, т. е. освобождение отвердевшего бетона от форм после достижения им необходимой прочности.

Большое число отдельных операций, выполнение которых возможно только в последовательном порядке, делает процесс возведения монолитных конструкций весьма длительным, сдерживающим общие темпы строительства, а в зимнее время — требующим дополнительных затрат для обеспечения нормальных условий твердения бетона.

Однако и до настоящего времени некоторые железобетонные промышленные сооружения, например, отличающиеся большой высотой при ограниченных размерах в плане (дымовые трубы, угольные башни коксохимических заводов, силосы для хранения сыпучих материалов, башенные копры каменноугольных шахт), строят монолитными — с применением подвижной (скользящей) или переставной опалубки.

В первом случае пояс опалубки высотой 1 —1,5 м без разборки, медленно (периодически) поднимается вверх, при этом все нагрузки (кроме веса бетона) посредством выступающих вверх стальных стержней передаются на нижнюю, ранее, забетонированную часть самого сооружения.

Во втором случае пояс опалубки периодически разбирается и в строго организованном порядке собирается на новом, выше расположенном уровне, при этом все нагрузки (кроме веса бетона) передаются на специальную решетчатую башню.

Сборный железобетон это, в отличие от монолитного, такой бетон, в котором отдельные элементы (колонны, балки, плиты и др.) изготовляются вне места их будущего существования, чаще всего — на заводе. При этом железобетонные элементы называются сборными независимо от того, изготовляются они целиком или из отдельных частей.

Таким образом, например, фундамент под колонну, забетонированный на месте, называется монолитным, а такой же точно фундамент, целиком изготовленный в стороне и потом установленный на место краном, называется сборным, хотя он сам по себе и представляет единый цельный монолит.

Отдельные элементы сборного железобетона соединяют между собой двумя основными способами:

а) из соединяемых сборных элементов выпускают арматуру и стык на монтаже заливают бетонной смесью, после отвердения бетона в стыке конструкция приобретает свойства монолитной;

б) при изготовлении сборных элементов в них предусматривают закладные стальные детали, выступающие на поверхность элемента, но надежно закрепленные в бетоне приваренными к ним анкерами. Соединение сборных элементов достигается в этом случае сваркой закладных деталей. Такие стыки тоже заливают бетоном, однако в основном для защиты от коррозии.

Существуют также сборно-монолитные железобетонные конструкции. Часть сборно-монолитного элемента (например, нижняя часть балки) изготовляется как сборная, а остальной объем бетонируется на месте.

Основные преимущества сборного железобетона:

• а) при сборном железобетоне резко увеличивается оборачиваемость опалубки (возможность ее многократного использования) и этим экономятся лесоматериалы, при массовом заводском способе изготовления конструкций вместо деревянных форм применяют стальные.

  Ускорение оборота форм на заводах достигается ускорением твердения бетона путем пропаривания изделий или применением быстротвердеющих цементов;

• б) при применении сборного железобетона резко сокращаются сроки строительства за счет совмещения различных работ во времени, поскольку сборные конструкции изготовляют заблаговременно, а монтаж их при помощи кранов производится быстро и практически почти не зависит от времени года;
• в) заводской способ изготовления сборного железобетона дает возможность широко применять механизацию и предварительное напряжение и этим путем резко снижать трудоемкость и уменьшать расход металла.

При этом предварительное напряжение дает возможность изготовлять из железобетона такие изделия, как напорные водопроводные трубы (взамен стальных, подверженных коррозии), железнодорожные шпалы (взамендеревянных, подверженных гниению) и др.

Массовое заводское производство сборного железобетона поставило с особой остротой проблему унификации конструкций, как необходимую предпосылку рентабельности такого производства.

применения преимуществ сборного железобетона при постройке быстровозводимого частного дома из готовых комплектов:

Источник: https://www.masterovoi.ru/zhelezobeton