§ 1.3. Железобетон

Сцепление арматуры с бетоном. Сцепление арма­туры с бетоном является одним из фундаментальных свойств железобетона, которое обеспечивает его сущест­вование как строительного материала. Сцепление обеспе­чивается: склеиванием геля с арматурой; трением, вы­званным давлением от усадки бетона; зацеплением за бетон выступов и неровностей на поверхности арматуры. Выявление влияния каждого из этих факторов затрудни­тельно и не имеет практического значения, так как они действуют совместно. Однако наибольшую роль в обеспе­чении сцепления (70...80 %) играет зацепление за бетон выступов и неровностей па поверхности арматуры (рис. 1.9, а).

При выдергивании стержня из бетона (рис. 1.9,6) усилия с арматуры на бетон передаются через касатель­ные напряжения сцепления T_bd, которые распределяются вдоль стержня неравномерно. Наибольшие их значения действуют на некотором расстоянии от торца эле­мента и не зависят от длины заделки стержня в бетоне

с) S)

1_ап. Для оценки сцепления используют средние напряже­ния на длине заделки

(1.10)

Из формулы (1.11) видно, что длина заделки, при ко­торой обеспечивается сцепление (зона анкеровки), дол­жна быть тем больше, чем выше прочность арматуры и диаметр стержня, и может быть уменьшена при увели­чении Для уменьшения 1аn (в целях экономии ме­талла) следует ограничивать диаметр растянутой арма­туры, повышать класс бетона и применять арматуру пе­риодического профиля.

Нормами проектирования значение сцепления не ус­танавливается, но даются рекомендации по конструированию, которые обеспечивают надежное сцепление арма­туры с бетоном.

Анкеровка арматуры в бетоне. Анкеровка — это закрепление концов арматуры внутри бетона или на его поверхности, способное воспринять определенное усилие. Анкеровка может осуществляться либо силами сцепле­ния, либо специальными анкерными устройствами на концевых участках, либо теми и другими совместно.

Анкеровка арматуры периодического профиля обеспе­чивается силами сцепления. Анкерные устройства из концах такой арматуры применяют в редких случаях. Для гладкой круглой арматуры, наоборот, сцепление не­достаточно, и устройство крюков па концах стержней или приварка поперечных стержней на концевых участках, как правило, обязательны,

Ненапрягаемую арматуру периодического профиля заводят за нормальное к продольной оси элемента сече­ние, в котором она учитывается с полным расчетным сопротивлением, на длину зоны анкеровки ...

Усадка бетона в железобетонных конструкциях.

Стальная арматура вследствие сцепления ее с бетоном является внутренней связью, препятствующей свободной усадке бетона при твердении на воздухе и свободному набуханию бетона при твердении в воде.

Стесненная деформация усадки бетона в железобе­тонном элементе приводит к возникновению начальных Напряжений: растягивающих в бетоне, сжимающих в ар­матуре. При достаточно высоком содержании арматуры в бетоне элемента могут возникнуть усадочные тре­щины.

Усадке бетона в статически неопределимых железобе­тонных конструкциях препятствуют лишние связи. В та­ких системах усадка рассматривается как внешнее воз­действие (подобное температурному), вызывающее по­явление усилии в элементах (см. рис. 11.4). Средняя деформация усадки равна 15-Ю"⁵, что равносильно по­нижению температуры па 15 °С (так как коэффициент линейной температурной деформации аы^1-10~⁵). Это позволяет заменить расчет на действие усадки расчетом на температурное воздействие. Отрицательное влияние усадки в этом случае может быть снижено путем устрой­ства деформационных швов, которые обычно совмещают с Температурными и называют температурно-усадочными.

В предварительно напряженных элементах усадка бе­тона также оказывает отрицательное влияние, приводя к уменьшению предварительного напряжения в арма­туре.

В Ползучесть бетона в железобетонных конструкци­ях. Арматура в железобетонных конструкциях, являясь, как и при усадке, внутренней связью, препятствует сво­бодной деформации ползучести в бетоне. Вследствие сцепления арматуры с бетоном при продолжительном действии нагрузки ползучесть приводит к перераспреде­лению напряжений между арматурой с бетоном. С тече­нием времени напряжения в бетоне уменьшаются, в ар­матуре элементов без предварительного напряжения возрастают. Этот процесс происходит непрерывно, пока деформации ползучести не достигнут своего предельного значения.

В зависимости от вида железобетонных конструкций и напряженного состояния ползучесть может оказывать положительное или отрицательное влияние па их работу. В коротких центрально сжатых элементах ползучесть оказывает положительное влияние, обеспечивая более полное использование прочностных свойств арматуры, В гибких сжатых элементах ползучесть вызывает увели­чение начальных эксцентриситетов и снижение несущей способности. В изгибаемых элементах ползучесть приво­дит к увеличению прогибов, в предварительно напряжен­ных железобетонных конструкциях — к потерям предва­рительного напряжения. В статически неопределимых системах ползучесть играет положительную роль, смяг­чая концентрацию напряжений и вызывая перераспреде­ление усилий.

Коррозия железобетона и меры защиты от нее. Для обеспечения долговечности железобетонных конст­рукций необходимо принимать меры против развития коррозии бетона и арматуры. Коррозия бетона зависит от его прочности и плотности, свойств цемента и агрессив­ности среды, Коррозия арматуры вызывается недостаточ­ным содержанием цемента или наличием в нем вредных Добавок, чрезмерным раскрытием трещин, недостаточной толщиной защитного слоя. Коррозия арматуры может

возникать независимо от коррозии бетона. Для уменьше­ния коррозии ограничивают агрессивность среды в про­цессе эксплуатации (отвод агрессивных вод, улучшение вентиляции помещений), применяют плотные бетоны на сульфатостойких и других специальных вяжущих, устра­ивают па поверхности бетона защитные покрытия, защит­ный слой необходимой трещины, ограничивают раскры­тие трещин и т. д. При систематическом действии агрес­сивной среды производят расчет конструкций на это воздействие (см. § 15.5).

В Защитный слой бетона. В железобетонных конст­рукциях арматуру следует располагать на некотором расстоянии от их наружной поверхности, чтобы вокруг нее образовался защитный слой. Защитный слой обеспе­чивает совместную работу арматуры с бетоном на стади­ях изготовления, монтажа и эксплуатации конструкций, а также защиту арматуры от коррозии, высоких темпе­ратур и других воздействий.

При назначении толщины защитного слоя учитывают вид и размеры конструкции, условия эксплуатации, диа­метр и назначение арматуры (рабочая, распределитель­ная) [П. Так, для продольной рабочей арматуры толщи­на защитного слоя должна быть не менее диаметра стержня и не менее: в плитах и стенках толщиной ft<£ X100 мм— 10 мм; толщиной /г^ 100 мм, а также балкар и ребрах с А<;250мм—15мм; в балках и ребрах h^' ^250 мм и в колоннах — 20 мм; в блоках сборных фунда­ментов— 30 мм; для нижней арматуры монолитных фун­даментов: при наличии бетонной подготовки —35 мм, при ее отсутствии — 70 мм. Для поперечной и распределитель­ной арматуры защитный слой должен быть при h< <250 мм — не менее 10 мм и при ft>250 мм —не менее 15 мм. Расстояние от концов продольной ненапрягаемой арматуры до торцов элементов должно быть 10...20 мм. Для конструкций, эксплуатируемых в агрессивных сре­дах, при повышенной температуре или влажности тол­щина защитного слоя увеличивается на 10...20 мм.

Толщина защитного слоя бетона у концов предвари­тельно напряженных элементов на длине зоны передачи напряжений (см. § 3.3) должна составлять для армату­ры классов A-IV, А-Ш в и канатов не менее Ы и для ар­матуры классов A-V, А-VI — не менее 3 d. Кроме того, эта величина на указанном участке должна быть для стержневой арматуры — не менее 40 мм и для канатов — не менее 20 мм,