Прозорий бетон (розділ 1.3) містить оптичні скляні волокна різної до- вжини, які створюють світлопрозорий ефект (рис. 1.27). Фізико-ме- ханічні властивості такого бетону подібні до звичайного. Цей бетон здат- ний пропускати світло навіть при товщині в декілька метрів. Внаслідок високої вартості такого матеріалу його не використовують для крупномас- штабного будівництва, а пропонують лише в рекламних цілях, у тому числі для оформлення фасадів окремих будівель.

Особливу увагу архітекторів привертає технологія, що дозволяє бетону змінювати не тільки колір (між двома обраними заздалегідь кольорами), але й показувати нескладні малюнки або текст. Такий бетон-екран під на- звою Chronos Chromos Concrete, тобто бетон, що змінює колір у часі (але не світиться), можна використовувати для зовнішніх або внутрішніх стін, або інших бетонних конструкцій (фото 22). Зміна кольору бетону досяга- ється комп’ютерним керуванням температурою нагрівання визначених частин матеріалу за допомогою проводів у середині конструкції. Бетон змінює колір з чорного на білий, з червоного на білий або із сірого на бі- лий. Одна зміна кольору, а відповідно зображення, займає 5 секунд.

Бетон, здатний до самочищення та очищення повітря, отримують па основі цементів, що містять наночастинки діоксиду титану (Ті0₂). Розмір наночастинок не перевищує 100 нм. Діоксид титану використовують як каталізатор, який під дією ультрафіолетових променів розкладає деякі не- безпечні речовини (наприклад, оксид азоту, NO_x (NO₂), SO₂ бензол та по- ліциклічні ароматичні вуглеводні), а також знешкоджує бактерії (це яви- ще відоме як фотокаталіз). Крім того, бетон набуває яскравого білого кольору, тобто відрізняється покращеними декоративними властивостя- ми (фото 23).

4. Залізобетонні вироби та конструкції

Для розширення конструкційних можливостей бетону використову- ють його армування, шо дозволяє отримати різні види композиційних ма- теріалів із поліпшеними експлуатаційними характеристиками.

Залізобетон — композиційний будівельний матеріаі, властивості яко- го обумовлені спільною роботою матриці у вигляді бетону, та армуваль- ним компонентом у вигляді сталевої арматури.

Бетон здатний чинити опір навантаженням при стисканні, а сталь ха- рактеризується високою міцністю при розтягу, і тому в залізобетоні її роз- ташовують так, щоб вона сприймала розтягувальні зусилля, а стискуваль- ні передавалися на бетон. Можливість спільної роботи сталевої арматури

241

та бетону зумовлена міцним зчепленням між ними і майже однаковими температурними коефіцієнтами лінійного розширення.

Незважаючи на деякі недоліки залізобетону як конструкційного мате- ріалу (висока власна маса виробів та конструкцій, значна тепло- і звуко- провідність), його широко застосовують завдяки високим фізико-меха- нічним властивостям, довговічності, вогнестійкості, доступній сировинній базі при відносній простоті виготовлення виробів, економії металу в де- яких конструкціях, незначних експлуатаційних витратах, можливості ство- рення на його основі різноманітних архітектурних форм.

Залізобетон впливає на формоутворення у сучасній архітектурі завдя- ки пластичності та простоті виготовлення елементів, широко використо- вується у просторових конструкціях у вигляді тонкостінних оболонок, циліндричних сегментів, криволінійних поверхонь тіл обертання (куля, гіперболічний параболоїд) для створення різноманітних малих архітектур- них форм.

Нові тенденції щодо розширення застосування залізобетону пов’язані зі зменшенням його маси і наданням більшої декоративності його поверх- ні (використання білого та кольорового цементів для оздоблення поверх- ні, утворення фактури підбором виду та гранулометрії заповнювача, за- стосування механічної обробки поверхні). Залізобетонні конструкції за способом виготовлення поділяють на монолітні та збірні.

Монолітні конструкції зводять безпосередньо на будівельному майдан- чику, застосовують у будівлях і спорудах, які важко розділити на окремі стандартні елементи, при великій кількості типорозмірів, нестандартності та малій повторюваності виробів і елементів конструкцій, при необхідно- сті надати архітектурної виразності спо-

рудам, при створенні гідротехнічних, ме- ліоративних та транспортних об’єктів, що витримують великі навантаження у про- цесі експлуатації (рис. 7.9).

Застосування монолітного залізобе- тону доцільне при виконанні робіт інду- стріальними методами, в тому числі при використанні металевих або дерев’яних опалубок (ковзких, переставних, пере- сувних) при зведенні башт, промислових труб, градирень, силосів, багатоповер- хових будівель і тонкостінних оболонок покриттів. Для бетонування багатоповер-

242

хових будинків найчастіше використовують ковзку опалубку' (не просто- рова форма, що встановлюється за периметром стін і піднімається гідро- домкратами залежно від швидкості бетонування).

Для монолітного залізобетону застосовують рухомі бетонні суміші, які можна подавати за допомогою насосів і укладати в опалубку з мінімаль- ними втратами енергії. Досвід монолітного домобудування виявив техні- ко-економічні переваги цього методу будівництва порівняно з цегляним та крупнопанельним (зниження енерго- та матеріалоємності). Проте мо- нолітне бетонування потребує великої кількості ручної праці, шо збіль- шує строки будівництва та ускладнює проведення робіт узимку.

Збірні залізобетонні вироби та конструкції виготовляють на механізо- ваних і автоматизованих підприємствах. Особливо ефективним є застосу- вання збірного залізобетону при мінімальній кількості типорозмірів ви- робів, великому обсязі їх виготовлення та мінімальних відстанях пере- везення (до 200 км).

Перевагою збірного зазізобетону, порівняно з монолітним, є істотне підвищення продуктивності праці та якості будівництва, скорочення строків будівництва. Проте збірні залізобетонні конструкції мають значну масу і розміри, що потребує потужного спеціалізованого підйомно-транс- портного обладнання.

Класифікацію збірних залізобетонних конструкцій здійснюють за видом армування, середньою густиною, видом бетону, внутрішньою будовою та призначенням.

За видом армування залізобетонні конструкції бувають зі звичайним армуванням та попередньо напружені. Звичайний спосіб армування перед- бачає укладання стальних стержнів, сіток чи каркасів у бетонну суміш, але він не перешкоджає утворенню мікротріщин у зоні розтягування бе- тону. Тріщини можуть призвести до корозії арматури під дією вологи та газів. Запобігти цьому можна за рахунок використання попередньо напру- женого залізобетону. Такий спосіб підвищення якості використовують при будівництві багатопрогонних залізобетонних мостів і шляхопроводів із маною стрілою підйому, а також при зведенні тонкостінних просторо- вих конструкцій.

Для виготовлення попередньо напружених виробів натягування армату- ри можна виконувати до і після бетонування конструкції. Використання попереднього напруження дозволяє значно збільшити прогони залізобе- тонних конструкцій (у першу чергу балкових), знизити їх масу, скоротити витрату арматурної сталі та складових матеріалів у бетоні, підвищити жорст- кість, тріщиностійкість, витривалість до багаторазових навантажень, а

243

відповідно, і довговічність залізобетону, знизити вартість будівництва. При цьому архітектурні залізобетонні конструкції набувають витонченос- ті, «легкості» зі збереженням характерної для бетонних споруд статичнос- ті та монументальності, причому прогони залізобетонних мостів досяга- ють 150.. .200 м.

Головним недоліком несучих і огороджувальних залізобетонних конс- трукцій є висока власна маса — особливо при збільшенні габаритів залі- зобетонних будівель. Так, при прогоні близько 300 м залізобетонний міст стає важчим ніж металевий у 5 разів, збільшується трудомісткість і вар- тість зведення конструкцій. Разом з тим, висока вогнестійкість, жорсткість, технологічність зведення та інші переваги залізобетонних конструкцій впливають на вибір та використання бетону у будівництві.

Збірні залізобетонні вироби поділяють на вироби загальнобудівельно- го призначення, для житлових, громадських, промислових будівель; для споруд сільськогосподарського та гідротехнічного будівництва.

Вироби для цивільного та промислового будівництва становлять 80% загального обсягу виробництва збірного залізобетону. Залізобетонні ви- роби масового виробництва мають бути типовими та уніфікованими, щоб їх можна було застосовувати у будівлях і спорудах різного призначення.

Як приклад доцільного та вдалого використання збірного залізобе- тону можна навести його застосування при спорудженні мостів із навіс- ними сегментами. Сьогодні мости з прогонами до 50 м споруджуються тільки зі збірних балкових конструкцій. Ефективним також є викорис- тання технології збірного залізобетону для виготовлення архітектурних елементів багатоповерхових споруд. У заводських умовах є можливість виготовлення архітектурних конструкцій за дво- або тристадійною тех- нологією, причому їх декоративні властивості можуть бути обумовлені утворенням різної текстури та фактури поверхонь, застосуванням різ- номанітної кольорової гами, включаючи оздоблення з природного ка- меню або кераміки.

Арматура є важливим компонентом залізобетону. Арматурою назива- ють сталеві стержні та каркаси і сітки, розміщені у масі бетону згідно з ха- рактером роботи конструкції.

Для армування залізобетонних конструкцій застосовують стержньову та дротяну арматуру зі сталі. Як ненапружену арматуру здебільшого вико- ристовують стержньову стальну арматуру періодичного профілю класів А 400, а також арматурний дріт періодичного профілю Вр-І. До ефективних видів пенапруженої арматури належать стержнева стальна класів А800, А1000, високоміцний дріт і арматурні канати з нього.

244

Збірні залізобетонні вироби можуть бути лінійними (колони, ригелі, ба- лки, прогони, палі, ферми); площинними (плити покриттів та перекриттів, панелі стін і перегородок, стінки бункерів та резервуарів, підпірні стінки); блоковими (масивні блоки фундаментів, стіни підвалів, огороджувальних конструкцій); просторовими (об’ємні елементи санітарних кабін, ліфтів, блок-кімнат, кільця криниць, коробчасті елементи силосів). Із залізобе- тону виготовляють практично всі частини житлових і громадських буді- вель (рис. 7.10). За умовами транспортного та вантажопідйомного облад- нання довжина елементів, як правило, не перевищує 25 м, ширина — 3 м і маса — 25 т.

Основними конструкціями цивільного будівництва є:

• фундаментні блоки з важкого бетону класу В10, які мають лише мон- тажну арматуру;

• суцільні і порожнисті блоки стін підвалів із важкого бетону класів В7,5 і В10;

• вироби для каркасів будівель — колони та горизонтальні елементи — ригелі і прогони, якими з’єднують між собою колони, виготовлені з важ- кого бетону класів В15...В40.

245

• панелі для зовнішніх стін неопалюваних будівель із важких та легких бетонів класу В] 5 і вище, а також для опалюваних будівель — одношарові з легких або ніздрюватих бетонів та шаруваті з важкого бетону з теплоізо- ляційним прошарком (тришарові панелі із внутрішнім теплоізоляційним шаром пінополістиролу, мінеральної вати, ніздрюватого бетону тошо);

• панелі для внутрішніх стін, виготовлені з важкого чи легкого бетону класу В10 та вище; панелі перегородок, армовані та неармовані — з різних видів бетону;

• стінові блоки суцільні і з внутрішніми пустотами з легкого бетону середньою густиною до 1200 кг/м³, які мають конструкційну та монтажну арматуру і застосовуються для зовнішніх та внутрішніх стін;

• конструкції для міжповерхових перекриттів — панелі і плити (виро- би шириною на всю кімнату називають панелями, а вузькі — плитами), виготовляють порожнистими та суцільними ребристими з важкого бетону класів В15...В25 зі звичайним чи попередньо напруженим армуванням;

• об’ємні елементи — блоки з окремих плоских елементів або моноліт- ні для санітарно-технічних кабін і шахт ліфтів.

Конструкції промислового будівництва: фундаменти під колони з бето- ну класів В10...В25, конструкції для каркасів будівель представлені коло- нами, підкрановими балками, фермами та арками. Колони виготовляють з бетону класів В15...В40 і армують зварними каркасами чи попередньо напруженою арматурою; ферми та арки з бетону класів В30...В45 застосо- вують як несучі елементи покриттів. Для покриттів використовують банки, а також оболонки — армовані криволінійні плити. Номенклатура виробів для багатоповерхових виробничих будівель включає елементи каркаса та перекриттів: колони, ригелі, плити перекриттів, балки під технологічне об- ладнання, сходові марші, огороджувальні панелі й інші елементи.

Вироби для інженерних споруд широко застосовують у транспортному, сільськогосподарському, гідротехнічному та інших видах будівництва.

Вироби для транспортного будівництва — це мостові конструкції, опори контактної мережі електрифікованих залізниць, шпали, тюбінги, плити покриттів доріг і аеродромів, блоки опорядження тунелів тощо. Здебіль- шого їх виготовляють із важких бетонів класів В25...В40 і вище із попе- редньо напруженою арматурою. Крім високої міцності, до бетону став- лять підвищені вимоги щодо морозостійкості та водонепроникності.

Як споруди водогосподарського призначення застосовують бетонні та за- лізобетонні труби. Труби діаметром 10...60 см та більше, завдовжки 1...2 м виготовляють за спеціальною технологією та використовують для безна- пірних водоводів і каналізації. Напірні труби виготовляють діаметром

59. . 120 см і більше завдовжки 4...6 м.

246

Вироби для сільськогосподарських споруд виготовляють із важкого, бетону. Це елементи збірних силосних ям, башт, траншей, а також деталі каркаса теплиць тошо. Вироби для гідротехнічного будівництва мають широку но- менклатуру: балки, фундаментні плити, підпірні елементи річкових набе- режних, оболонки тошо. їх виготовляють із важкого морозостійкого бе- тону класів В15...В30 і виїде.

Подальший розвиток залізобетону пов'язаний із істотним зниженням його маси за рахунок використання легких, у тому числі ніздрюватих бе- тонів, із застосуванням високоміцних бетонів класів В60 та више (для не- сучих конструкцій); збільшенням випуску попередньо напруженого залі- зобетону; широким впровадженням ефективних тонкостінних конструк- цій; підвищенням якості вихідних матеріалів; удосконаленням технології заводського виробництва виробів і методів зведення збірних та моноліт- них конструкцій. Також неповною мірою розкриті естетичні можливості залізобетону, що реалізуються за рахунок здатності матеріалу до формоут- ворення і зміни кольору, фактури та текстури.

Різновидом залізобетону є трубобетон, в якому металева труба, запов- нена бетоном, виконує одночасно функції арматури (як повздовжньої, так і поперечної) та опалубки, що значно спрощує виконання робіт і поліпшує умови праці, особливо при зведенні висотних та багатопрогонних споруд.

Дисперсноармований бетон виник як альтернатива залізобетону, особ- ливо в разі його застосування для тонкостінних конструкцій. Різновидами цього бетону є фібробетон, сталефібробетон, склоцемент, азбестоцемент.

Фібробетон — композиційний матеріал, в якому як армувальний ком- понент використовують фібру (короткі, або перервні, волокна), що рів- номірно розподіляються в об’ємі бетонної матриці. Для дисперсного ар- мування придатні різні види металевих та неметалевих волокон мінераль- ного й органічного походження.

До органічних природних волокон належать сизалеві та бавовняні, до штучних — нейлонові, поліефірні, поліпропіленові, поліетиленові, акри- лові; до неорганічних природних — азбестові, до штучних мінерааьних — скляні, стальні.

Армування в’яжучих матеріалів волокнами дозволяє підвищити міц- ність цементного каменю при розтягу та згині на 50...240%. Міцність при стиску може бути підвищена на 90% для цементного розчину і на 15% для бетону. Ударна в’язкість, опір стиранню, морозостійкість бетонів при ар- муванні волокнами може зростати на 200...300%.

Сьогодні для виготовлення фібробетону на основі портландцементу використовують, в основному, стальні (1...2,5% за об’ємом) та поліпропі-

247