Линович - Расчёт и конструирование частей гражданских зданий

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

ГЛАВА I

ЭЛЕМЕНТЫ С НЕНАПРЯГАЕМОЙ АРМАТУРОЙ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Железобетон представляет собой сочетание двух различных по своим физико-механическим свойствам материалов— стали (арматуры) и бетона,— работающих после затвердения как ода) монолитное тело.

Совместная работа бетона и стали в железобетонном элементе возможна благодаря следующим факторам: бетон при твердении прочно сцепляется со стальной арматурой, вследствие чего под влиянием действующих на элемент усилии бетон и арматура получают одинаковые по величине деформации (удлинения, укорочения); коэффициенты линейного расширения стали и бетона по величине очень близки; бетон служит средой, предохраняющей арматуру от коррозии и непосредственного воздействия огня,

Железобетон имеет много таких преимуществ, которыми не обладают другие строительные материалы — камень, металл, дерево. Он долговечен и экономичен. Его прочность с течением времени не только не уменьшается, но даже несколько возрастает, а прочность стали, защищенной от коррозии и огня, остается без изменения. Основные компоненты бетона — песок и щебень — распространены почти повсеместно, что сказывается на его стоимости.

В железобетоне рационально используются механические свойства бетона и стали. Бетон как искусственный камень хорошо сопротивляется сжатию и слабо — растяжению; арматура нее хорошо сопротивляется растяжению и сжатию. Поэтому в железобетонных конструкциях, работающих на изгиб и на внецентренное сжатие, в сечениях которых под воздействием нагрузки возникают бона сжатия и вона растяжения, бетон, как правило, воспринимает сжимающие усилия, а растягивающие передаются на арматуру, укладываемую в растянутой зоне сечения. Так, например, в двухпролетной железобетонной плите, работающей на изгиб, арматура укладывается в растянутых зонах: в пролетах — у нижней грани плиты, на опоре — у верхней. Усилия сжатия в этих сечениях воспринимаются бетоном.

Существует два вида железобетона — обычный и предварительно напряжённый. Каждый из них, кроме указанных общих свойств, обладает также свойствами, присущими только ему в зависимости от типа армирования и вида стали.

БЕТОН И ЕГО ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Бетон — это искусственный камень, полученный в результате затвердения смеси из вяжущего (цемент), заполнителей (песок, щебень) и воды. Бетонная смесь до затвердения в зависимости от водоцементного отношения (В/Ц), может находиться в слегка влажном состоянии (жесткий бетон) с В/Ц=0,Зч-0,4, в тестообразном (пластичный бетон) с В/Ц=0,5-=-О,6 или в жидком (литой бетон) с В/Ц=0,7-г-0,9. Консистенция смеси принимается в соответствии со способом транспортирования и укладки бетонной смеси в опалубку и требуемой прочностью бетона. Консистенция бетонной смеси измеряется осадкой конуса, отформованного из принятой смеси (ГОСТ 10181—62).

При затворении сухой бетонной смеси водой, цемент и вода превращаются в студнеобразный цементный клей — гель, обволакивающий при перемешивании отдельные зерна заполнителя. Постепенно твердея, гель связывает зерна заполнителя и превращает смесь в твердое микропористое тело — бетонный камень. При этом часть воды (около 20%) расходуется на химическую реакцию разложения цемента, излишняя же вода (свободная) испаряется. В результате в бетоне остаются частично заполненные водой и воздухом микропоры, которые уменьшают плотность и снижают прочность бетона;

Бетонная смесь в свежеперемешанном состоянии должна легко укладываться в формы, а по затвердении — обладать прочностью — маркой, указанной инженером-конструктором. Удобоукладываемость смеси обеспечивается инженером-технологом. Технолог учитывает оснащенность бетонного завода оборудованием, необходимым для укладки и уплотнения бетона.

Бетон неоднороден по своей внутренней структуре, так как зерна заполнителя (песок и щебень) различны по размерам, направлению расположения частиц, но твердости и модулю упругости. Неоднородность строения бетона и его капиллярно-пористая структура создаются в процессе твердения. Неоднородность структуры оказывает большое влияние на основные строительные характеристики бетона — прочность и деформативность.

К бетону как строительному материалу предъявляются различные требования: рочность (элементы, работающие на центральное, внецентренное сжатие или изгиб), прочность и водонепроницаемость (гидротехнические и санитарно-технические сооружения) теплотехнические требования (ограждающие конструкции) и т.д. Соответствующим подбором состава смеси и ее обработки при твердении можно получить бетон с требуемыми в зависимости от его назначения основными свойствами — прочностью, деформативностью, водонепроницаемостью и др.

ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА

Прочность бетона зависит от следующих факторов: качества (активности) и количества применяемого вяжущего (цемента); структуры бетона —минералогического и гранулометрического составов заполнителей, их формы, размеров и прочности; количества воды на единицу объема бетона (В/Ц). На прочность бетона также влияют степень уплотнения бетонной смеси, уход за ней в процессе твердения (температурно-влажностный режим), время твердения смеси (возраст бетона) и др.

Вяжущее.

Для приготовления бетона используются гидравлические вяжущие (цементы), которые после смешения с водой затвердевают как элементы с ненапрягаемой арматурой на воздухе, так и под водой, в отличие от воздушных вяжущих (известь, гипс), твердеющих только на воздухе. Качество . цемента оценивается его активностью, т. е. прочностью образцов состава 1 :3 (цемент: песок) при сжатии и растяжении в возрасте 3—28 дней после затворения водой при определенной температуре и влажности воздуха. Качество Цемента характеризуется его маркой, указываемой в заводском паспорте.

К основным видам цементов относится портландцемент, глиноземистый цементопуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент и др. Нормами установлены следующие марки цементов: 250, 300, 400, 500, 600 (табл. I. 1).