Поняття про залізобетон
Бетон як штучний камінь нарівні з природними каменями володіє високим опором стисненню і незначним опором розтягуванню.
Посилення бетону залізними (сталевими) стрижнями, які сприймають виникають в тілі бетону розтягують напруги, створило залізобетон.
Таким чином залізобетон є таке конструктивне поєднання бетону і заліза, при якому забезпечується спільна робота цих різнорідних за своїми властивостями матеріалів.
Залізна арматура, розташована в розтягнутому поясі балки, сприймає розтягуючі напруги, посилюючи тим самим опірність бетонної балки вигину.
Відповідним вибором розмірів балки і розташуванням арматури можна отримати рішення, яке дозволить повністю використовувати як міцність бетону на стиск, так і міцність арматури на розтяг.
У тій же балці в результаті дії поперечних сил зрізу виділений елемент відчуває деформації зсуву.
Щоб посилити несучу здатність балки, необхідно встановити косі стрижні-відігнуту арматуру, що переходила з розтягнутого пояса в стислий. Ця ж арматура одночасно пов'язує розтягнутий пояс балки (поздовжню арматуру) зі стисненим поясом бетону. Такий же результат може бути досягнутий установкою в балці хомутів.
Балка забезпечена арматурою з поздовжніх і відігнутих стрижнів, а також хомутами, являє собою типову конструкцію залізобетонної балки.
Хомути, розташовані в поперечних перетинах балки охоплюють низу арматуру балки і закріплюються в стислому поясі бетону. За кількістю вертикальних стрижнів, розташованих в одному поперечному перерізі балки, хомути називаються дво-, чотири- і багатозрізного.
Крім бувають стержні, розміщені в стислому поясі бетону. Ці стрижні можуть бути використані для посилення опірності бетону на стиск, і тоді вони будуть робочими стержнями стиснутого пояса; якщо ж стислий бетон не потребує посилення арматурою, то ці стрижні призначені лише для додання арматурному каркасу жорсткості, необхідної під час бетонування. В такому випадку арматура називається монтажної.
Для додання каркасу загальної жорсткості стрижні арматури в місцях їх перетину перев'язуються в'язанням дротом.
Наприклад залізобетонна колона армована поздовжніми стрижнями, що підсилюють опірність бетонного перерізу на стиск, і крім того поперечною арматурою-хомутами, які забезпечують зв'язок поздовжніх стрижнів з бетоном. Без хомутів поздовжні стрижні, випучівая від поздовжнього вигину, могли б відірватися від тіла бетону. Тому для освіти залізобетонної колони хомути потрібні нарівні з поздовжніми стрижнями.
Під впливом стискає поздовжньої осьової сили в бетонній призмі відбувається вкорочення в поздовжньому і розширення в поперечному напрямку. Поперечний розширення призми супроводжується напругою розтягнення, при яких призма може зруйнуватися раніше, ніж буде вичерпана міцність бетону на стиск. Шляхом посилення бетону арматурою у напрямку поперечних напруг, що розтягують можна значно підвищити опірність бетонної призми стиску. Це здійснюється установкою по висоті призми металевих кілець на зразок бугелів, посаджених на голови дерев'яних паль, або спіральної обмотки, що перешкоджає поперечним деформацій бетонної призми.
Підвищуючи опір бетонної призми розтягують силам, таке армування побічно впливає і на підвищення опору бетону осьовим силам стиснення, внаслідок чого армування і називається непрямим.
Крім робочої і монтажної відрізняють також розподільну і спеціальну арматуру. Так наприклад, в плитах укладається сітка зі стрижнів, призначена для розподілу між робочими стержнями зусиль від навантаження. Звідси і назва арматури-розподільна.
Що стосується спеціальної арматури, то її доводиться встановлювати в тих окремих випадках, коли міцність конструкції необхідно забезпечити від впливу розтягуючих напружень при усадки бетону або змін температури.
Розглянуті окремі приклади конструювання дозволяють зробити наступні висновки:
а) Усюди, де в бетонному тілі виникають розтягують напруги таких розмірів, які або перевищують міцність бетону на розтяг, або не забезпечують належного запасу міцності конструкції, необхідно озброїти бетон арматурою, що сприймає напруження розтягу.
б) У стиснутих елементах (колони, стисла зона балок та ін.) арматура ставиться для підвищення опірності бетонного перерізу, і в цьому випадку вона не має того першорядного значення, як в розтягнутих елементах.
Досліди показують наявність значної сили зчеплення між бетоном і арматурою (для звичайного бетону 25-30 кг см 2). Конструювання і розташування арматури в тілі бетону повинна бути такою, щоб це зчеплення зберігалося протягом всієї служби споруди при змінах температури повітря і впливу навколишнього середовища. Тим самим буде забезпечена спільна робота обох матеріалів.
Залізо і бетон мають майже однаковими коефіцієнтами лінійного температурного розширення.
Невелика різниця між а бетону і заліза може служити причиною виникнення в залізобетоні внутрішніх напружень, але при нормальних коливаннях температури зовнішнього повітря внутрішня напруга, пов'язані з різними температурними деформаціями, не порушують зчеплення між обома матеріалами. Різниця коефіцієнтів лінійного розширення бетону і арматури може призвести до порушення зчеплення лише при високих температурах, і це необхідно відповідним чином враховувати при підборі складу бетону і конструюванні арматури.
У тих же цілях забезпечення спільної роботи бетону та арматури кінці стрижнів заанкеривают гаками в бетоні.
Залізо в бетоні не іржавіє. При наявності в бетоні достатньої кількості цементу, при достатній щільності бетону і достатній товщині захисного шару залізо в бетоні добре зберігається. Це підтверджується довголітньої справної службою великої кількості резервуарів, труб, мостів та інших споруд, що піддаються змінному дії води і повітря.
Збереження заліза в бетоні пояснюється тим, що залізо в присутності сильних лугів, що не окислюється, а гідратація цементу є саме лужна реакція. На поверхні заліза утворюється плівка цементного каменю, яка і захищає надалі залізо від іржавіння.
Крім того передбачено, що хомути, що охоплюють основну подовжню арматуру, повинні відстояти від зовнішньої поверхні бетону не менше ніж на 1,5 см.
При шкідливий вплив на бетон диму, кислот, високою і змінної вологості, а також в гідротехнічних спорудах наведені толщнни захисного шару повинні бути збільшені не менш ніж на 1 см.
Захисний шар потрібен також для додання конструкції вогнестійкості. Володіючи невеликим коефіцієнтом теплопровідності, бетон захищає залізо від інтенсивного нагрівання під час пожежі. Тому в спорудах, де при виникненні пожежі слід очікувати тривалого і інтенсивного дії вогню (протипожежні зони та ін.), Слід підвищувати величину захисного шару бетону.
Для забезпечення зчеплення між бетоном і арматурою і для можливості обетонірованіе стрижнів відстань між ними має бути:
а) в балках для стрижнів нижньої арматури не менше їх діаметра і не менше 2,5 см, а для стрижнів верхньої арматури 3 см,
б) в колонах і стійках не менше 5 см.
У деяких випадках на спільну роботу бетону і арматури шкідливо впливає електричний струм. Справа в тому, що сухий бетон відрізняється високим електричним опором. Вологий же бетон є провідником електрики і при порівняно невеликих напругах може пропустити значну кількість струму.
При цьому змінний струм не має шкідливого впливу на арматуру залізобетону. При постійному же струмі арматура, будучи позитивним електродом, окислюється внаслідок розкладання води струмом і покривається іржею. Що виникає від іржавіння збільшення обсягу арматури руйнує бетон і викликає тріщини, які зі свого боку сприяють подальшому розвитку корозії арматури. Тому слід уникати з'єднання залізобетонних конструкцій з електричними проводами, особливо при вологому бетоні і при постійному струмі.