Область применения ЖБК в современном строительстве и перспективы дальнейшего развития. Преимущества и недостатки железобетонных конструкций. Требования, предъявляемые к ним.

Железобетон является эффективным материалом для различных типов конструкций зданий и сооружений, таких как фундаменты, колонны, балочные и рамные системы, пространственные и другие конструкции. В настоящее время железобетон вышел за рамки его применения только в строительстве. Имеется множество примеров его успешного применения в машиностроении, приборостроении, при возведении платформ для добычи нефти и газа, и др. (см. рис. 2.7).

Рассмотрим, какие же преимущества способствовали столь широкому и эффективному применению железобетона.

Работа бетона и арматуры, материалов с различными свойствами и характеристи­ками, стала возможной благодаря хорошему сцеплению арматуры с бетоном, что обес­печивает их совместную деформацию до определенного уровня напряжений. Бетон и сталь при изменении температуры в пределах 100°С (что отвечает требованиям эксплуатации большинства строительных конструкций) имеют близкие коэффициенты температурного линейного расширения (для стали, приблизительно 0,000012, а для бетона в пределах от 0,000007 до 0,00001 в зависимости от вида бетона). Это позволяет избежать внутренних напряжений, которые могут привести к нарушению сцепления арматуры с бетоном.

Важным преимуществом является и то, что бетон надежно защищает арматуру от воздействия агрессивных сред, которые способны вызвать ее коррозию, предохраняет от воз­действия огня при пожаре. Щелочной характер химической реакции твердения вяжущего, с образованием на поверхности стальной арматуры пассивирующей пленки, уменьшает опас­ность ее коррозии.

К основным недостаткам железобетонных конструкций следует отнести большой собственный вес, т.е. массивность конструкций, по сравнению, например, с металли­ческими конструкциями, раннее образование трещин в растянутой зоне сечения, что способствует быстрому росту прогибов элементов.

К моменту образования трещин в окружающем бетоне напряжения в арматуре составляют всего 20..30 МПа, а при достижении предельно допустимой ширины раскрытия трещин (0,3¸0,4 мм) – 150..250 МПа. Учитывая то, что модуль упругости арматуры изменяется незначительно, в обычном железобетоне не рационально применять высокопрочную арматурную сталь, так как ее прочностные характеристики будут недоиспользованы и, как правило, предельные усилия, которые способна воспринять конструкция будут оцениваться исходя из предельно допустимых значений ширины раскрытия трещин и прогибов, а не по прочности.

Бетон, его структура. Усадка и ползучесть бетона. Модуль деформаций бетона. Прочность бетона, факторы, влияющие на нее.

Бетон, приготавливаемый из смеси вяжущего (в основном портландцемента), заполнителей природного и искусственного происхождения, воды затворения, а при необходимости химических и минеральных добавок, является композитным материалом, обладающим в затвердевшем состоянии наперед заданными свойствами. Несмотря на интенсивное развитие современных технологий, позволяющих получить бетон с прочностью при сжатии до 300 МПа (т.н. UltraHighPerformanceConcrete, см. главу 4), последний по прежнему остается искусственным камнем, для которого прочность и деформативность при растяжении примерно в 10..20 раз меньше, чем при сжатии.

Поэтому из неармированного бетона, как правило, выполняют конструкции, которые при эксплуа­тации работают на восприятие сжимающих усилий: массивные фундаменты, сваи, стены, колонны, подпорные стенки и др. В редких случаях допускается работа бетона в элементах с незначительными растягивающими напряжениями, которые не должны превышать его предела прочности при растяжении (например, балки на упругом основании).

Прочность бетона, его деформативность, а также физические свойства (водонепроницаемость, морозо- и жаростойкость, огнестойкость и т.д.) определяющим образом зависят от качества структуры, сформировавшейся в процессе твердения вяжущего, ее однородности, наличия начальных дефектов и повреждений (микротрещин, различных типов структурных пор, состояния контактов между цементной матрицей и включениями в виде зерен заполнителя). Если гипотетически допустить, что структура бетона лишена начальных дефектов и однородна, следует ожидать ощутимого возрастания физико-механических характеристик такого материала.

3. Задача. Проверить несущую способность центрально-загружен­ного столба из обыкновенного кирпича марки 100 на растворе марки 50 сечением b х h = 51 х 51см, высотой Н= 3,8 м, с шар­нирным закреплением на опорах. Расчетное продольноеусилие N= 530 кН.

Экзаменационный билет № 15

Классы и марки бетона. Нормативные и расчетные характеристики бетона.