1.3 Основные физико-механические свойства железобетона.

Его преимущества и недостатки

Основными физико-механическими факторами, обеспечивающими совместную работу бетона и стальной арматуры в железобетоне, являются:

• значительное сцепление между поверхностью арматуры и бетоном;

• близкие значения коэффициента линейного расширения бетона и стали (для бетона 1…1,5*

*10^-5, для стали 1,2*10^-5), что исключает появление внутренних напряжений, которые могли бы нарушить сцепление двух материалов;

• защищённость стали, заключённой в плотный бетон, от коррозии и непосредственного воздействия огня.

Сцепление арматуры с бетоном в железобетонных конструкциях осуществляется благодаря следующим трём факторам:

• зацепления в бетоне выступов на поверхности арматуры периодического профиля;

• сил трения по контакту двух материалов;

• склеивания двух материалов вследствие клеящей способности геля.

Первый фактор обеспечивает около 75 % общего сопротивления скольжению арматуры в бетоне. Арматура класса А240 имеет в 2…3 раза меньшее сопротивление скольжению, чем арматура периодического профиля и канаты. Прочность сцепления прямо зависит от класса бетона, его возраста и обратно – от В/Ц бетона и диаметра арматуры.

Арматура вследствие её сцепления с бетоном становится внутренней связью, препятствующей свободной усадке бетона. Усадка средне армированного бетона практически в два раза меньше усадки «чистого» бетона. Стеснённая деформация усадки бетона приводит к появлению в железобетонном элементе начальных, внутренне уравновешенных напряжений – растягивающих в бетоне и сжимающих в арматуре. Если для арматуры незначительные сжимающие напряжения совершенно безопасны, то в бетоне при достижении растягивающими напряжениями значения R_bt возникают усадочные трещины. Для предотвращения их в железобетонных конструкциях большой протяжённости устраивают усадочные швы, делящие их на блоки.

Арматура препятствует и свободной ползучести бетона. Но внешняя сжимающая нагрузка, вызывающая ползучесть бетона, воспринимается одновременно и арматурой, укорачивая её. Поэтому в бетоне не возникает растягивающих напряжений. Более того, ненапрягаемая арматура в сжатой части сечения элемента способствует уменьшению ползучести бетона от внешней нагрузки или от усилия, создаваемого предварительно напрягаемой арматурой.

В предварительно напряжённых армоцементных конструкциях, густо «начинённых» ненапрягаемой сетчатой арматурой, тормозящий эффект этой арматуры в процессах усадки и ползучести мелкозернистого бетона особенно ощутим и учитывается при расчёте потерь предварительного напряжения в напрягаемой арматуре.

Преимущества железобетона над конструкциями из других материалов:

• до 70...80 % веса железобетона составляют местные каменные материалы, берущиеся в буквальном смысле из-под ног;

• он долговечен; заключённая в бетон арматура надёжно защищена; прочность бетона со временем не только не уменьшается, но может даже увеличиваться;

• он хорошо сопротивляется атмосферным воздействиям;

• он обладает высокой огнестойкостью;

• он высоко сейсмостоек благодаря монолитности и большей по сравнению с конструкциями из других материалов жёсткости;

• ему легко могут быть приданы любые целесообразные конструктивные и архитектурные формы;

• трудозатраты на изготовление и монтаж сборных железобетонных конструкций могут конкурировать со стальными конструкциями.

Недостатки железобетона:

• относительно большой собственный вес;

• сравнительно высокая тепло- и звукопроводность, требующая в некоторых случаях устройства специальной изоляции;

• сложность производства работ, особенно в зимнее время, и при изготовлении предварительно напряжённых конструкций;

• возможность появления трещин как до приложения эксплуатационной нагрузки (от усадки), так и от действия внешних нагрузок из-за низкого сопротивления бетона растяжению.

Железобетонные конструкции по методу выполнения могут быть сборными, монолитными и сборно-монолитными.