Влияет ли изменение температуры на сцепление арматуры с бетоном
Обновлено: 29.04.2024
Сцепление арматуры с бетоном имеет большое практическое значение для надежной их совместной работы в жеезобетонных конструкциях. В реальных условиях пожара железобетонные конструкци подвержены силовым и тепловым воздействиям. Недоучет изменения сцепления арматуры с бетоном в конструкциях после воздействия огня может привести к снижению долговечности или разрушению. [2]
Сцепление арматуры периодического профиля с бетоном значительно больше, чем сцепление гладкой арматуры, но при повышении температуры до 350 С сцепление арматуры периодического профиля с бетоном снижается. [3]
Прочность сцепления арматуры с бетоном при нагреве до 200 С и последующем охлаждении практически не снижается. [4]
Прочность сцепления арматуры с бетоном при нагреве до 200 С и последующем охлаждении практически ке снижается. [5]
Напряжения сцепления арматуры с бетоном, а также напряжения в арматуре распределяются по длине заделки неравномерно. [7]
Для улучшения сцепления арматуры с бе-топом ее перед употреблением очищают от грязи и отслаивающейся ржавчины. [8]
Решающее значение имеет сцепление арматуры , защищенной покрытием, с бетоном, которое должно быть не менее нормативного. Проверять величину сцепления рекомендуется по результатам испытания на выдергивание образцов арматуры из бетонных призм размером 10X10X20 см, прошедших соответствующую темпера-турно-влажностную обработку. [9]
К построению модели сцепления арматуры с бетоном, учитывающей контактные-трещины / / Бетон и железобетон. [10]
На участках между трещинами сцепление арматуры с бетоном сохраняется и по мере удаления от краев трещин растягивающие напряжения в бетоне увеличиваются, а в арматуре уменьшаются. В сжатой зоне бетона с увеличением момента развиваются пластические деформации бетона ( ползучесть) и эпюра нормальных напряжений постепенно искривляется. В элементах с ненапрягаемои арматурой эта стадия наиболее продолжительна, так как начинается при малых нагрузках и заканчивается перед разрушением. Конец стадии II характеризуется началом неупругих деформаций в арматуре. Стадия III отражает характер разрушения сечении. Пластические деформации бетона распространяются, на значительную часть высоты сжатой зоны и эпюра напряжений резко искривляется, приближаясь к пря ( моугольной. [11]
Влияние защитного покрытия на сцепление арматуры с бетоном следует проверять путем статических испытаний опытной конструкции или ее модели. [12]
При воздействии высокой температуры сцепление арматуры периодического профиля значительно лучше, чем гладкой арматуры. [13]
Состояние и задачи исследования сцепления арматуры с бетоном / / Бетон и железобетон. [14]
ВЛИЯНИЕ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР НА ПРОЧНОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ (БЕТОН, ЖЕЛЕЗОБЕТОН, МЕТАЛЛ)
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Влияние высоких температур, как правило, затрагивает практически все механические свойства строительных материалов. В основном оно приводит к повышению пластичности и уменьшению их прочности. При значительном изменении температуры зачастую происходят сложные физико-механические процессы, в связи с этим сильно изменяются свойства. Например, пластичные материалы становятся хрупкими, и наоборот; изменениям подвергаются деформативные свойства и прочность. Также происходят изменения, приобретающие необратимый характер, то есть после восстановления нормальной температуры, к материалам не возвращаются первоначальные свойства.
Большую роль играет влияние высоких температур на такие строительные материалы как бетон, железобетон и металл, так как они являются наиболее распространенными и чаще всего используются в процессе строительства и производства оборудования по сравнению с другими материалами.
Как известно, щебень, цемент, вода и песок являются основными составляющими бетона. И необходимо, чтобы во время процесса бетонирования были соблюдены определенные условия, такие как нормальная температура и уровень влажности воздуха. При застывании бетонной смеси происходит процесс гидратации (присоединение молекул воды к ионам вещества), который является экзотермическим и происходит с выделением теплоты в большом количестве. В данном случае, при повышении температуры выше допустимой, начинается интенсивное испарение воды, в результате чего образуется большое количество незаполненных пор. Как следствие этого, снижается плотность бетона и происходит резкое ухудшение прочностных показателей. Воздействие высокой температуры при застывании, приводит к появлению у материала высокой прочности в течение первых нескольких суток, но затем ситуация изменятся в обратную сторону. Образцы, сформировавшиеся при нормальной температуре, все-таки, оказываются более прочными. В диапазоне более низких температур имеется оптимальное значение, при котором бетон достигает самой высокой прочности. Отметим тот факт, что бетон, который изготовили при оптимальной температуре 4,4° С, в течение месяца хранили при низкой температуре (—3,9° С), а затем при 23,9° С на протяжении трех месяцев является более прочным, чем такой же бетон, хранившийся при неизменной температуре 23,9° С. Но можно ослабить уровень негативного воздействия высоких температур в процессе схватывания бетона, применив в качестве добавки хлористый кальций. В целом, многолетний строительный опыт показывает, что бетон, укладываемый зимой, при правильном уходе, будет иметь более высокую прочность, чем аналогичный – укладываемый летом. Как подтверждение этого, отметим, что в тропических странах наблюдается тенденция более низкой его прочности. Таким образом, чем выше температура при схватывании бетона, тем ниже прочность.
Что касается воздействия высоких температур на готовые изделия из бетона, то здесь, также наблюдается негативное влияние. Прочность бетона снижается. Это заметно уже при нагреве до 200-300° C, свыше 300° C происходят изменения, приобретающие необратимый характер. Прочность уменьшается в 2 раза при нагреве до 400° C и в 3 раза – до 500° C. Увеличение деформативности и уменьшение модуля упругости бетона, также являются последствием воздействия высоких температур.
Стоит отметить, что конструкции многих зданий и сооружений подвергаются воздействию технологических температур. Плюс ко всему они должны обладать хорошей огнестойкостью. Поэтому все каменные и железобетонные конструкции, как правило, рассчитываются на огнестойкость и нагрев. Для изготовления конструкций, работающих в условиях высоких температур до 300º С, применяется бетон обычной или плотной структуры, свыше 300º С – жаростойкий бетон. При его нагреве до 60 - 100º С происходит снижение прочности при сжатии на 10-15% и на 25-30% при его растяжении. Это можно объяснить снижением прочности цементного камня и возникновением расклинивающего действия водных пленок в цементе. При нагреве бетона свыше 300º С происходит понижение его прочности в результате появления нарушений в структуре цементного камня и возникновения существенных напряжений из-за градиента температуры между внешними и внутренними слоями бетона. Что касается легкого бетона, то снижение его прочности происходит лишь при нагревании свыше 300º С, так как он нагревается гораздо медленнее из-за достаточного количества пор. Если его долгое время нагревать до температуры 200º С, то прочность бетона при сжатии может восстановиться, а если подвергать цикличному воздействию влажности окружающей среды и температуры, то плотность резко падает (на 30% после 50 циклов и на 50% после 200). Влажный бетон может хрупко разрушаться при сильном нагреве, например во время пожара.
Касаемо железобетона, ситуация обстоит немного иначе. Как известно, железобетонные конструкции состоят из бетона и арматуры, поэтому здесь имеет место комбинированное воздействие высоких температур, в результате которого возникают внутренние напряжения. Они вызваны различными коэффициентами деформации цементного камня, заполнителя и стальной арматуры. При постоянном воздействии на железобетон технологических температур, как было указано выше, происходит снижение прочности бетона. Как правило, он разрушается при длительном нагреве до 500-600º С и последующем охлаждении. Происходит снижение прочности сцепления арматуры периодического профиля с бетоном на 30%. Однако сцепление гладкой арматуры с бетоном резко уменьшается уже при 250º С. Под влиянием высоких температур происходит разрушение железобетонных балок, как следствие разрыва растянутой арматуры, нагретой до предельной температуры.
Наиболее подверженным воздействию высоких температур является металл. При нагревании в нем возрастает подвижность атомов, происходит обмен их местами, увеличение амплитуды колебаний и ослабление межатомных связей. Именно это влечет за собой изменения физико-механических и механических, прочности в частности, свойств металлов и сплавов.
Различные виды стали широко применяются для изготовления различных металлоконструкций уже с 80-х годов XX века, поэтому именно она заслуживает наибольшего внимания. Стальные конструкции обладают небольшой массой и высокой прочностью, отличаясь при этом незначительными габаритами. При воздействии высоких температур около 200-250° С, свойства стали практически остаются неизменными. Но уже при нагревании до 250-300° С происходит незначительное повышение прочности и снижение пластичности. При такой температуре сталь становится более хрупкой. В данном случае не рекомендуется подвергать её деформациям или оказывать ударное воздействие. В результате нагрева свыше 400°С происходит резкое падение предела текучести и временного сопротивления, а при дальнейшем повышении температуры до 600° С сталь теряет свою несущую способность, как следствие наступившей температурной пластичности. В данном случае при воздействии высоких температур с уменьшением толщины стенки происходит потеря прочности и переход из упругого состояния в упруго-пластичное.
Таким образом, при влиянии на металл значительных температур, падают пределы упругости, текучести, прочности и твердость, а сопротивление удару, удлинение и уменьшение поперечного сечения при разрыве растут. При повышении температуры происходит проявление способности металла к очень медленному, но непрерывному изменению размеров под действием слабых и постоянных по времени напряжений. Металл удлиняется, "ползет". Это явление называется "ползучесть". При постепенном удлинении металла появляются микропустоты и трещины с концентрацией напряжений вокруг них и, в конечном счете, происходит разрыв.
Ползучесть стали является практически одним из наиболее важных проявлений влияния высоких температур на сталь при длительной внешней нагрузке. Под действием постоянной по величине нагрузки нагретый металл начинает непрерывно деформироваться (ползти), причем величина напряжения, вызвавшего пластическую деформацию, может быть значительно ниже предела текучести, определенного при этой температуре. Практически считают, что, начиная с 400°, расчеты следует проводить, принимая во внимание ползучесть. Необходимо учитывать явление ползучести при выборе материала для изготовления различного рода конструкций, особенно для деталей турбин, авиационных двигателей, энергетических установок, которые работают при высоких температурах.
Таким образом, воздействие высоких температур практически на любой строительный материал приводит к отрицательным последствиям, в результате чего происходит потеря прочностных свойств и несущей способности. Для того чтобы оградить материалы от отрицательных температурных воздействий необходимо устраивать защитные слои из огнестойких материалов, либо использовать для изготовления конструкций и оборудования специальные особо прочные материалы, предназначенные для применения в высокотемпературных средах.
Экспериментально установлено, что сцепление арматуры с бетоном, твердеющим в нормальных условиях, зависит от состава бетона, степени его уплотнения и условий твердения. Ориентировочно можно считать, что сцепление вибрированного бетона с арматурой составляет 0,1 предела прочности при сжатии.
Тепловлажностная обработка отрицательно влияет на сцепление арматуры с бетоном. Опыты, проведенные С.А. Мироновым в 1939 г., показали, что прогрев образцов при температурах 50—80° С вызвал снижение прочности сцепления бетона с арматурой в более позднем возрасте на 10—30% против контрольных образцов, твердевших в нормальных условиях. Тем большего внимания заслуживает вопрос о влиянии автоклавной обработки на работу железобетонных конструкций.
Для изучения влияния автоклавной обработки на прочность сцепления арматуры с бетоном были проведены опыты. Образцы размером 10х10х20 см изготовлялись из бетона состава 1:2,5:4,3 при ВЩ = 0,65-0,67; портландцемент применялся марки 400. Строго в вертикальном положении в образцы устанавливались стержни из круглой стали диаметром 17,5—18 мм, длиной 30 см. Они имели совершенно гладкую поверхность. Перед укладкой бетона стержни протирались очищенным бензином для устранения жирных пятен. Бетонная смесь уплотнялась вибрированием в течение 1 мин.
Величина силы сцепления арматуры с бетоном определялась при помощи выдергивания стержней из призм на приспособленном для этого прессе. Полученное сопротивление выдергиванию стали из бетона состоит не только из сцепления, но и трения, имеющего место при испытании образцов.
Образцы после автоклавной обработки испытывались в 3-суточном, а контрольные — в 30-суточном возрасте. Результаты испытания образцов на сцепление представлены в табл. 45.
Анализируя полученные результаты, видим, что образцы на чистом портландцементе после запаривания дают только 40—42% прочности сцепления контрольных образцов, выдержанных 30 суток в нормальных условиях. Добавка молотого песка снижает прочность сцепления образцов нормального твердения и повышает прочность сцепления автоклавных. Лучшие показатели прочности сцепления были у автоклавных образцов при добавке 33% молотого песка. Однако и в этом случае ее величина была на 20% ниже, чем у образцов нормального твердения на чистом портландцементе. Образцы с добавкой молотого шлака после запаривания имели прочность сцепления также на 50—60% ниже, чем образцы, изготовленные на чистом портландцементе и хранившиеся в течение 1 месяца в нормальных условиях.
По данным Менцеля, прочность сцепления гладких стержней диаметром 5 мм с бетоном после автоклавной обработки на 50—55%-ниже прочности сцепления контрольных образцов, выдержанных на воздухе.
Менцель, а также Рейнсдорф отмечают, что сцепление бетона автоклавного твердения с арматурой может быть значительно повышено путем нанесения нарезки или применения арматуры периодического профиля. В таких случаях происходит механическое зацепление между поверхностью стали и цементным тестом, обеспечивающее полное использование прочности арматуры.
Опыты показали, что после автоклавной обработки, так же как и при нормальном твердении, существует определенная зависимость между прочностью бетона при сжатии и при сцеплении со сталью. Ориентировочно можно считать, что сцепление плотного бетона с гладкой арматурой круглого сечения составляет 0,045 предела прочности при сжатии, что соответствует требованиям, предъявлявшимся ранее нормами проектирования. С течением времени прочность сцепления бетона со сталью повышается за счет набухания, самоуплотнения и повышения прочности бетона во времени.
В железобетонных конструкциях благодаря сцеплению материалов скольжения арматуры в бетоне под нагрузкой не происходит. Прочность сцепления арматуры с бетоном оценивается сопротивлением выдергиванию или вдавливанию арматурных стержней, заанкерованных в бетоне. Согласно опытным данным, прочность сцепления зависит от:
1) зацепления в бетоне выступов на поверхности арматуры периодического профиля;
2) сил трения, развивающихся при контакте арматуры с бетоном под влиянием его усадки;
3) склеивания арматуры с бетоном, возникающего благодаря клеющей способности цементного геля.
Наибольшее влияние на прочность сцепления оказывает первый фактор. Если арматура гладкая и круглая, сопротивление скольжению уменьшается в 2—3 раза. Исследования показали, что распределение напряжений сцепления арматуры с бетоном по длине заделки стержня неравномерно, и наибольшее напряжение сцепления тстах не зависит от длины анкеровки стержня.
Прочность сцепления возрастает с повышением класса бетона, уменьшением водоцементного отношения, а также с увеличением возраста бетона. При недостаточной заделке к концам стержней приваривают коротыши или шайбы (по концам стержней из гладкой стали класса A-I устраивают крюки). При вдавливании арматурного стержня в бетон прочность сцепления больше, чем при его выдергивании, вследствие сопротивления окружающего слоя бетона поперечному расширению сжимаемого стержня. С увеличением диаметра стержня и напряжения в нем Os прочность сцепления при сжатии возрастает, а при растяжении уменьшается. Отсюда следует, что для лучшего сцепления арматуры с бетоном при конструировании железобетонных элементов диаметр растянутых стержней следует ограничивать. Анкеровка арматуры в бетоне В железобетонных конструкциях закрепление концов арматуры в бетоне — анкеровка — достигается запуском арматуры за рассматриваемое сечение на длину зоны передачи усилий с арматуры на бетон (обусловленную сцеплением арматуры с бетоном), а также с помощью анкерных устройств.
Ненапрягаемая арматура из гладких стержней класса A-I снабжена на концах анкерами в виде полукруглых крюков диаметром 2,5 d, а в конструкциях из бетонов на пористых заполнителях — диаметром 5 d. Анкерами гладких стержней в сварных сетках и каркасах служат стержни поперечного направления, поэтому их применяют без крюков на концах. Арматурные стержни периодического профиля обладают значительно лучшим сцеплением с бетоном, их применяют без крюков на концах.
Ненапрягаемую арматуру периодического профиля заводят за нормальное к продольной оси элемента сечение, в котором она учитывается с полным расчетным сопротивлением на длину зоны анкеровки.
На крайних свободных опорах изгибаемых элементов продольные растянутые стержни заводят для анкеровки за внутреннюю грань опоры на длину не менее 10d; если наклонные трещины в растянутой зоне не образуются, то стержни заводят за внутреннюю грань опоры на длину не менее 5d.
Напрягаемая арматура — стержни периодического профиля или арматурные канаты — при натяжении на упоры и достаточной прочности бетона применяется в конструкциях без специальных анкеров; арматура при натяжении на бетон (арматурные пучки) или натяжении на упоры в условиях недостаточного сцепления с бетоном (гладкая высокопрочная проволока) всегда закрепляется в бетоне специальными анкерами. Длина зоны анкеровки напрягаемой арматуры без анкеров принимается равной длине зоны передачи напряжений с арматуры на бетон.
Предварительное напряжение в арматуре считается изменяющимся линейно от нуля у края элемента до полного значения в сечении, расположенном на расстоянии 1Р от края элемента.
Для того чтобы бетон при передаче на него усилий с напрягаемой арматуры не раскалывался, концы элементов усиливают закладными деталями с анкерными стержнями, хомутами и т. п.
Для захвата, натяжения и закрепления на упорах канатов и стержневой арматуры периодического профиля применяют специальные цанговые захваты; кроме того, для стержневой арматуры применяют приваренные коротыши или шайбы, нарезку накатом без ослабления сечения, высаженные головки правильной формы или неправильной формы со втулкой.
Анкеры при натяжении арматуры на бетон должны обеспечивать хорошую передачу усилия с арматуры на бетон. В местах расположения анкеров у конца элементов бетон усиливают дополнительными хомутами, сварными сетками, спиралями, а для равномерной передачи усилий с арматуры на бетон под анкерами размещают стальные плиты.
Заводской гильзовый анкер арматурного пучка состоит из стержня с нарезкой, заведенного внутрь пучка, и гильзы из мягкой стали, надетой поверх пучка. При протяжке через обжимное кольцо металл гильзы течет и запрессовывает проволоки пучка. Закрепление этого анкера после натяжения арматурного пучка на бетон домкратом производится гайкой концевого стержня, затягиваемой до упора в торец элемента.
Упором домкрата в торец элемента арматурный пучок натягивают до заданного напряжения, затем специальным поршнем, выдвигаемым из домкрата, проволоки пучка заклинивают конической трубкой в стальной колодке.
Анкер стаканного типа применяют для закрепления более мощного арматурного пучка с несколькими рядами концентрически расположенных проволок. Домкрат захватывает анкер и оттягивает его с упором на бетон на заданную величину; в зазор, образовавшийся между анкером и торцом элемента, вводят шайбы с прорезями, благодаря чему арматурный пучок удерживается в напряженном состоянии. Усадка железобетона В железобетонных конструкциях стальная арматура вследствие ее сцепления с бетоном становится внутренней связью, препятствующей свободной усадке бетона. Согласно опытным данным, усадка и набухание железобетона в ряде случаев вдвое меньше, чем усадка и набухание бетона. Стесненная деформация усадки бетона приводит к появлению в железобетонном элементе начальных, внутренне уравновешенных напряжений растягивающих в бетоне и сжимающих в арматуре. Под влиянием разности деформаций свободной усадки бетонного элемента и стесненной усадки армированного элемента возникают средние растягивающие напряжения в бетоне.
При усадке железобетона растягивающие напряжения в бетоне зависят от свободной усадки бетона, коэффициента армирования , класса бетона. С увеличением содержания арматуры в бетоне растягивающие напряжения увеличиваются, и, если они достигают временного сопротивления при растяжении, возникают усадочные трещины. Растягивающие напряжения в бетоне при стесненной усадке элемента, армированного односторонней несимметричной арматурой, возрастает вследствие внецентренного приложения к сечению усилия в арматуре.
Начальные растягивающие напряжения в бетоне от усадки способствуют более раннему образованию трещин в тех зонах железобетонных элементов, которые испытывают растяжение от нагрузки. Однако с появлением трещин влияние усадки уменьшается. В стадии разрушения усадка не влияет на несущую способность статически определимого железобетонного элемента. В статически неопределимых железобетонных конструкциях (арках, рамах и т. п.) лишние связи препятствуют усадке железобетона и поэтому усадка вызывает появление дополнительных внутренних усилий. Влияние усадки эквивалентно понижению температуры на определенное число градусов. Для того чтобы уменьшить дополнительные усилия от усадки, железобетонные конструкции промышленных и гражданских зданий большой протяженности делят усадочными швами на блоки. Ползучесть железобетона Ползучесть железобетона является следствием ползучести бетона. Стальная арматура, как и при усадке, становится внутренней связью, препятствующей свободным деформациям ползучести. В железобетонном элементе под нагрузкой стесненная ползучесть приводит к перераспределению усилий между арматурой и бетоном. Процесс перераспределения усилий интенсивно протекает в течение первых нескольких месяцев, а затем в течение длительного времени (более года) постепенно затухает. Продольные деформации арматуры и бетона центральнo-сжатой железобетонной призмы благодаря сцеплению материалов одинаковы
Релаксация напряжений в бетоне железобетонной призмы наблюдается и при постоянных напряжениях в арматуре. Напряжения в бетоне с течением времени уменьшаются, так как коэффициент с течением времени уменьшается.
На работу коротких сжатых железобетонных элементов ползучесть бетона оказывает положительное влияние, обеспечивая полное использование прочности бетона и арматуры; в гибких сжатых элементах ползучесть вызывает увеличение начальных эксцентриситетов, что может снижать их несущую способность; в изгибаемых элементах ползучесть вызывает увеличение прогибов; в предварительно напряженных конструкциях ползучесть приводит к потере предварительного напряжения. Ползучесть и усадка железобетона протекают одновременно и совместно влияют на работу конструкции. Защитный слой бетона Защитный слой бетона в железобетонных конструкциях создается размещением арматуры на некотором удалении от поверхности элемента. Защитный слой бетона необходим для совместной работы арматуры с бетоном на всех стадиях изготовления, монтажа и эксплуатации конструкций, он защищает арматуру от внешних воздействий, высокой температуры, агрессивной среды и т. п. Толщина защитного слоя бетона на основании опыта эксплуатации железобетонных конструкций устанавливается в зависимости от вида и диаметра арматуры, размера сечений элемента, вида и класса бетона, условий работы конструкции и т.д.
Толщина защитного слоя бетона для продольной арматуры ненапрягаемой или с натяжением на упоры должна быть не менее диаметра стержня или каната; в плитах и стенках толщиной до 100 мм —10 мм; в плитах и стенках толщиной более 100 мм, а также балках высотой менее 250 мм — 15 мм; в балках высотой 250 мм и более — 20 мм; в сборных фундаментах—30 мм. Толщина защитного слоя бетона у концов продольной напрягаемой арматуры на участке передачи усилий с арматуры на бетон должна составлять не менее двух диаметров стержня из стали классов A-IV, Ат-IV или арматурного каната и не менее трех диаметров стержня классов A-V, A-VI, AT-V, AT-VI. Причем толщину защитного слоя бетона на указанном участке длины элемента принимают не менее 40 мм для стержневой арматуры рсех классов и не менее 20 мм для арматурного каната. Защитный слой бетона при наличии стальных опорных деталей допускается у концов элемента принимать таким же, как и для сечения в пролете.
Толщина защитного слоя бетона для продольной напрягаемой арматуры, натягиваемой на бетон и располагаемой в каналах (расстояние от поверхности конструкции до ближайшей к ней поверхности канала), должна быть не менее 20 мм и не менее половины диаметра канала, а при диаметре арматурного пучка 32 мм и более еще и не менее этого диаметра.
Расстояние от концов продольной ненапрягаемой арматуры до торца элементов должно быть не менее 10 мм, а для сборных элементов большой длины (панелей длиной более 12 м, ригелей — более 9 м, колонн — более 18 м) — не менее 15 мм. Минимальную толщину защитного слоя бетона для поперечных стержней каркасов и хомутов при высоте сечения элемента менее 250 мм принимают 10 мм, при высоте сечения элемента 250 мм и более 15 мм. Средняя плотность железобетона Средняя плотность тяжелого железобетона при укладке бетонной смеси с вибрированием равна 2500 кг/м3, при укладке бетонной смеси без вибрирования — 2400 кг/м3. При значительном содержании арматуры (свыше 3%) плотность железобетона определяют как сумму масс бетона и арматуры в 1 м3 объема конструкции. Средняя плотность легкого железобетона определяется так же, как сумма масс бетона и арматуры в 1 м3 объема конструкции. Армоцемент Армоцемент — особый вид железобетона, приготовленный на цементно-песчаном бетоне, армированный сетками из тонкой проволоки диаметром 0,5—1 мм с мелкими ячейками размером до 10Х10 мм. Насыщение сетками густое, расстояние между сетками 3—5 мм, что позволяет получить достаточно однородный по свойствам материал. Из армоцемента изготовляют конструкции с малой толщиной стенок 10—30 мм (оболочки, волнистые своды и т. п.).
Предельная растяжимость бетона в армоцементных конструкциях благодаря значительному увеличению поверхности сцепления арматуры с бетоном возрастает. Малая ширина раскрытия трещин — основная особенность армоцемента, позволяющая достигнуть полного использования прочности арматурных сеток в конструкциях без предварительного напряжения. В растянутых зонах армоцементных конструкций возможно комбинированное армирование — сетками и напрягаемой арматурой. Армоцементные конструкции можно применять лишь при нормальной влажности и отсутствии агрессивных воздействий среды, так как их коррозионная стойкость невелика. Огнестойкость их меньше, чем огнестойкость железобетонных конструкций. Армоцементные конструкции не рекомендуется применять при систематическом воздействии ударной нагрузки. Армополимербетон Армополимербетон изготовляют из полимербетона со стальной или неметаллической арматурой. Арматура хорошо сцепляется с полимербетоном. Коррозия стальной арматуры в армополимербетоне не наблюдается. Армополимербетон обладает высокой коррозионной стойкостью и поэтому применение его целесообразно в конструкциях и сооружениях, работающих в агрессивной среде и при высоком гидростатическом давлении. Воздействие температуры на железобетон Под воздействием температуры в железобетоне возникают внутренние взаимно уравновешенные напряжения, вызванные некоторым различием в значениях коэффициента линейной температурной деформации цементного камня, зерен заполнителей и стальной арматуры. При воздействии на конструкцию температуры до 50°С внутренние напряжения невелики и практически не приводят к снижению прочности бетона. В условиях систематического воздействия технологических температур (порядка 60—200°С) необходимо учитывать некоторое снижение механической прочности бетона (примерно на 30 %) При длительном нагреве до 500—600 °С и последующем охлаждении бетон разрушается.
Основными причинами разрушения бетона при воздействии высоких технологических температур являются значительные внутренние растягивающие напряжения, возникающие вследствие разности температурных деформаций цементного камня и зерен заполнителей, а также вследствие увеличения в объеме свободной извести, которая выделяется при дегидратации минералов цемента и гасится влагой воздуха.
Для конструкций, испытывающих длительное воздействие высоких технологических температур, применяют специальный жаростойкий бетон. Прочность сцепления арматуры периодического профиля с бетоном снижается при температуре до 500°С на 30%. Однако прочность сцепления гладкой арматуры с бетоном начинает резко снижаться уже при 250 °С.
В статически неопределимых железобетонных конструкциях под воздействием сезонных изменений температур возникают дополнительные усилия, которые при большой протяженности конструкции становятся весьма значительными. Чтобы уменьшить дополнительные усилия от изменения температуры, здания большой протяженности делят на отдельные блоки температурными швами, которые обычно совмещают с усадочными швами. Коррозия железобетона и меры защиты от нее Коррозионная стойкость элементов железобетонных конструкций зависит от плотности бетона и степени агрессивности среды. Коррозия бетона, имеющего недостаточную плотность, может происходить от воздействия фильтрующейся воды, которая растворяет составляющую часть цементного камня — гидрат окиси кальция. Наибольшей растворяющей способностью обладает мягкая вода. Внешним признаком такой коррозии бетона являются белые хлопья на его поверхности. Другой вид коррозии бетона возникает под влиянием газовой или жидкой агрессивной среды: кислых газов в сочетании с повышенной влажностью, растворов кислот, сернокислых солей и др. При взаимодействии кислоты с гидратом окиси кальция цементного камня бетон разрушается. Продукты химического взаимодействия агрессивной ере ды и бетона, кристаллизуясь, постепенно заполняют поры и каналы бетона. Рост кристаллов приводит к разрыву стенок пор, каналов и быстрому разрушению бетона. Наиболее вредны для бетона соли ряда кислот, особенно серной кислоты; они образуют в цементе сульфат кальция и алюминия. Сульфатоалюминат кальция, растворяясь, вытекает и образует белые подтеки на поверхности бетона. Весьма агрессивны грунтовые воды, содержащие сернокислотный кальций, а также воды с магнезиальными и аммиачными солями.
Морская вода при систематическом воздействии оказывает вредное влияние на бетон, поскольку содержит сульфатомагнезит, хлористую магнезию и другие вредные соли.
Коррозия арматуры (ржавление) происходит в результате химического и электролитического воздействия окружающей среды; обычно она протекает одновременно с коррозией бетона, но может протекать и независимо от коррозии бетона. Продукт коррозии арматуры имеет в несколько раз больший объем, чем арматурная сталь, и создает значительное радиальное давление на окружающий слой. При этом вдоль арматурных стержней возникают трещины и отколы бетона с частичным обнажением арматуры.
Мерами защиты от коррозии железобетонных конструкций, находящихся в условиях агрессивной среды, в зависимости от степени агрессии являются: снижение фильтрующей способности бетона введением специальных добавок, повышение плотности бетона, увеличение толщины защитного слоя бетона, а также применение лакокрасочных или мастичных покрытий, оклеечной изоляции, замена портландцемента глиноземистым цементом, применение специального кислотостойкого бетона.
В области строительства исключительно важное значение имеет понятие сцепления арматуры с бетоном. Речь идет об основном фундаментальном свойстве железобетона. Сила сцепления создает в ближайшем к арматуре бетоне сложнейшее напряженное и деформированное состояние, что приводит к распределению нагрузки по оси арматуры. В результате продольные усилия по всей длине стержня становятся переменными. То, насколько прочным будет сцепление, определяется сопротивляемостью к выдергиванию или выдавливанию стальных стержней из бетона.
К чему приводит недостаточное сцепление
Исследования показывают, что даже при незначительной заделке арматурных стержней в бетон, в месте из соединения развивается значительная сила сцепления. Эта сила препятствует сдвигу металла в бетоне.
Надежное сцепление арматурного проката с бетоном – это основной фактор, который отвечает за тандемную работу стальных прутков и бетона в ЖБ-конструкциях. Они работают под нагрузкой как единое целое.
При недостаточном сцеплении наблюдается образование трещин, что влечет за собой возрастание удлинений на всем протяжении растянутой арматуры. Такое явление приводит к резкому раскрытию образовавшейся трещины, а также сокращению высоты сжатой зоны и уменьшению изгибной жесткости. Кроме того, наблюдается снижение несущей способности.
Как создается надежное сцепление
Если говорить о надежности сцепления стальных стержней с бетоном, нужно отметить три основных момента:
- Адгезия поверхности металлического прутка с бетоном осуществляется за счет вязкости коллоидной массы цементного теста.
- Сопротивление бетона усилиям среза, а также смятия, что объясняется наличием рифлей на поверхности металлических стержней.
- Возникающие на поверхности металлопроката силы трения – за счет обжатия металлических стержней бетоном в процессе его усадки.
Нужно отметить, что именно первый фактор влияет наиболее ощутимо на силу сцепления арматурных прутков с бетоном. Он обеспечивает порядка 75 % от общего показателя.
Дополнительные факторы
Также важно учитывать тип используемого металлопроката. Оптимальные показатели у арматуры периодического профиля. Сцепление рифленых арматурных стержней с бетоном в 2-3 раза выше, чем с гладкими прутками. По этой причине при выполнении армирования с задействованием арматуры периодического профиля отпадает необходимость в использовании на концах специальных анкерных устройств.
Существенное влияние на данный процесс оказывает седиментация твердых частиц, а также выжимание воды при затвердевании и наборе прочности бетонной смеси. Это приводит к тому, что сцепление арматурного проката с бетоном становится различным для прутков в направлении бетонирования и перпендикулярно ему в нижней или в верхней частях сечения ЖБ-изделия, которое бетонируется за один прием. Наличие рифлей на поверхности материала в значительной степени смягчает неблагоприятное влияние такого явления как седиментация.
Еще один важный момент, на который нужно обратить внимание – напряжение в бетоне под выступами арматурных стержней. Этот показатель при их выдергивании может превосходить в несколько раз кубиковую прочность бетона. По этой причине крайне важно не допустить снижение плотности бетона в месте соединения с металлическими стержнями.
Чтобы повысить надежность зацепления арматуры за бетон по всей длине элементов, дополнительно выполняются свивки металлических стержней в канаты. Витые канаты прочно самоанкеруются в бетонной смеси.
Не стоит забывать и о характеристиках самой бетонной смеси. Прочность сцепления возрастает по мере повышения класса бетона и уменьшения водоцементного отношения. Кроме того, учитывается способ укладки раствора и условия твердения.
Если вам нужен надежный поставщик металлопроката, обращайтесь в «Арматура-ММ». Наша компания реализует все востребованные виды арматурного проката. В ассортименте представлены как гладкие стержни, так и периодического профиля. Мы поможем вам подобрать материал, оптимально подходящий для реализации вашего проекта. По всем вопросам можно проконсультироваться с нашими специалистами. Обращайтесь!
Читайте также: