Исаев. Технология бетона

1. Понятие об армированном бетоне. История развития железобетона. Железобетонные конструкции с обычным армированием и предварительно напряженные

Железобетон – композиционный материал, состоящий из бетона и стальной арматуры. Бетон выполняет по отношению к стали защитную функцию – защита от коррозии (относится только к цементным бетонам). Арматура воспринимает на себя в конструкциях преимущественно растягивающие усилия, за счет этого повышает несущую способность конструкции, в которой возникают растягивающие напряжения. Если конструкция работает только на сжатие, то арматура не нужна.

Арматура выполняет свою функцию только при хорошем сцеплении с бетоном. Бетон (как и все хрупкие материалы) имеет прочность на растяжение меньше, чем на сжатие.

При колебаниях температуры бетон и арматура должны деформироваться примерно одинаково, в противном случае постепенно будет уменьшаться сцепление арматуры с бетоном. У бетона и у стали коэффициенты

термического расширения примерно близки:

тяж.бет. (10 – 12) × 10^-6 1/°С сталь (10 – 17) × 10^-6 1/°С

НЕ применяется в алюминий и его сплавы, титан, древесина, большинство пластмасс. Введение арматуры в растянутую зону (нижнюю) повышает несущую способность конструкции. Арматура повышает прочность конструкции изделия.

История развития ЖБ:

• 1848 г. – первое появление ЖБ;

• 1854 г. – патент на ЖБ перекрытия;

• 1879 г. – первое применение ЖБ в России;

• 1901 г. – первый в мире ЖБ мост, Англия;

• 1917 г. – впервые применена вибрация для уплотнения бетонной смеси, Эжен Фресине;

• 1923 г. – работа Ле Коргузье о массовом типовом строительстве

Перед 1-ой мировой войной и во время нее строили первые ЖБ корабли.

В 1886 г. предварительно напрягают арматуру

При предварительном напряжении до начала нагружения нет нагрузок. Потом с началом нагружения нейтральная зона начинает смещаться вверх. Появляются трещины, при эксплуатации в эти трещины поступает воздух и влага – арматура начинает корродировать (снижается долговечность конструкции).

Предварительное напряжение арматуры уменьшает прогиб под нагрузкой и повышает трещиностойкость конструкции (повышается их долговечность). Предварительное напряжение НЕ повышает несущую способность конструкции. Вначале нагрузки нет, но есть напряжение: бетон обжат (верх немного растянут). При рабочей нагрузке напряжения в бетоне пониженные, в арматуре – одинаковые.

Кроме стали в настоящее время применяется пластиковая арматура – армированный бетон.

2. Химический состав сталей. Классификация конструкционных сталей

Сталь – сплав железа и углерода (не более 2,14 %). Подразделяется на:

конструкционные (углеродистые и легированные); коррозионностойкие;

жаропрочные; инструментальные; специальные.

Легированные – стали, в состав которых кроме железа и углерода входят другие вещества.

В строительстве используются только конструкционные стали с содержанием С ≤ 0,86 %.

Классификация углеродистых сталей:

1. По степени окисления: кипящие КП; полуспокойные ПС; спокойные СП.

2. По качеству: обыкновенного качества, качественные

3. По структуре: доэвтектоидные С < 0,8 %, эвтектоидные С = 0,8 %; заэвтектоидные С > 0,8 %

4. По способу получения: кислородно-конвертерные; Мартеновские; электростали.

5. По назначению: конструкционные; инструментальные

Легированные стали бывают низколегированными (строительными) и высоколегированными. Арматура по форме подразделяется на стрежневую А, проволочную В и канатную (прядевую) К.

После выплавки стали в ней остаются микроскопические количества неудаленных газов и маленький процент оксида железа. Протекает процесс FeO + C → Fe + CO↑. Газы распределяются в объеме в виде микроскопических пузырьков, которые портят сталь. Когда пузырьков много, они уменьшают усадку стали, при затвердевании металл твердеет равномерно по всему объему – кипящие стали. При удалении максимально возможных газов отливка дает сильную усадку; в середине изделия образуется трещина, вокруг которой повышается пористость, центральную часть выпиливают и направляют в переплавку – спокойная сталь. Кипящие стали обладают меньшей пластичностью и для них характерна хладоломкость (на морозе становятся хрупкими). Степень раскисления всегда входит в маркировку стали.

По качеству стали маркируются числом от 08 до 86, которое обозначает содержание углерода в сотых долях процента: 08…25 – низкоуглеродистые, 25…50 – среднеуглеродистые, 50…86 – высокоуглеродистые.

Обозначение легированных сталей:

09Г2ФБ пс 09 – низкоуглеродистая

Г2ФБ – легирующий компонент

2 – ориентировочный показатель содержания добавки

Ф – ванадий, Б – бор; Г – марганец, С – кремний, Х – хром.

Свойства стали определяются ее химическим составом. Содержащиеся в стали компоненты можно разделить на 4 группы: постоянные (обыкновенные), скрытые, случайные и специальные (легирующие).

Постоянные примеси – углерод (с увеличением содержания углерода в стали повышается ее твердость и прочность, уменьшается пластичность и вязкость);

• марганец (раскислитель стали, повышает прочность, изностостойкость и прокаливаемость, снижает корабление при закалке, улучшает режущие свойства стали, при этом снижается ударная вязкость);

• кремний (раскислитель, увеличивает прочностные свойства стали, предел упругости, коррозионную стойкость и жаростойкость, снижает ударную вязкость);

• сера и фосфор – вредные примеси (сера делает сталь «красноломкой», а фосфор, повышая твердость стали, снижает ее ударную вязкость и вызывает «хладноломкость»).

Скрытые примеси – кислород, азот и водород, частично растворенные в стали и присутствующие в виде неметаллических включений – разрыхляют металл при горячей обработке, вызывают в нем надрывы (флокены).

Случайные примеси – медь, цинк, свинец, хром, никель и другие металлы, попадающие в сталь с шихтовыми материалами, в основном ухудшают качества стали.

Специальные добавки (легирующие элементы) – вводят в сталь с целью придания ей тех или иных свойств – марганец, кремний, хром, никель, молибден, вольфрам, ванадий, бор, медь и др.