9. Железобетон. Предварительно нагруженные железобетонные конструкции.

Железобетон представляет собой строительный материал, в котором выгодно сочетается совместная работа бетона и стали. Бетон хорошо сопротивляется сжимающим нагрузкам, но слабо противодействует растягивающим напряжениям. Прочность бетона при растяжении примерно в 10-15 раз меньше прочности при сжатии. Сталь же, обладая очень высоким пределом прочности при растяжении, способна воспринимать растягивающие напряжения, возникающие в ж/б элементе.

Возможность совместной работы в ж/б двух резко различных по своим свойствам материалов определяется следующими важными факторами:

- бетон прочно сцепляется со стальной арматурой, вследствие чего при возникновении напряжений в ж/б конструкции оба материала работают совместно;

- сталь и бетон обладают почти одинаковым коэффициентом температурного расширения, что обеспечивает полную монолитность ж/б;

- бетон не только не оказывает разрушающее влияние на заключенную в нем сталь, но и предохраняет её от коррозии.

По виду армирования ж/б изделия разделяют на предварительно-напряженные и с обычным армированием, т.е. без предварительного напряжения.

При изготовлении предварительно-напряженных ж/б изделий необходимо создать в бетоне по всему сечению или только в зоне растягивающих напряжений предварительное обжатие, которое по значению превышает напряжение растяжения, возникающее в бетоне при эксплуатации. (50-60МПа).

Обжатие бетона осуществляется силами упругого последствия натянутой арматуры за счет сцепления арматуры с бетоном. Применяемая арматурная сталь должна находиться в пределах упругих деформаций и не превышать 85-90% предела текучести стали для обеспечения обжатия бетона.

Арматуру натягивают различными способами:

- механический – арматуру растягивают осевой нагрузкой, создаваемой домкратами и другими машинами;

- электротермический – удлинение арматуры достигается электрическим нагревом её до определенной температуры, после чего нагретый стержень заанкеривают с двух сторон в упорах формы или стенда, которые препятствуют укорочению стержня при его охлаждении. После бетонирования арматуру освобождают от упоров и усилие натяжения арматуры передается на бетон;

- непрерывное механическое и электромеханическое напряжение арматуры.

9. Физико-химические процессы, протекающие при твердении портландцемента.

Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе. Получают его тонким измельчением обожженной до спекания сырьевой смеси (известняк и глина), обеспечивающей преобладание в клинкере силикатов кальция. Спекшуюся сырьевую смесь в виде зерен размером до 40мм называют клинкером.

Химический состав портландцементного клинкера характеризуется следующим содержанием основных окислов,%:

Окись кальция СаО …………………..63-67;

Кремнезем SiO₂………………………….21-24;

Глинозем Al₂O₃……………………………4-7;

Окись железа Fe₂O₃……………………..2-5.

Повышенное содержание окиси кальция обуславливает увеличение скорости твердения портландцемента, его высокую прочность и несколько пониженную водостойкость.

Повышенное содержание Al₂O₃ способствует ускоренному твердению цемента в первые сроки, но цемент характеризуется пониженными водостойкостью, сульфатостойкостью и морозостойкостью. Окись железа способствует снижению температуры спекания клинкера и росту стойкости цемента к действию сульфатных вод.

При твердении портландцемента происходит ряд сложных физико-химических процессов. Процесс твердения портландцемента в основном определяется гидратацией силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция.

Твердение потртландцемента по А. Байкову (1923г.) включает три периода:

1. Вяжущее растворяется в воде до образования насыщенного раствора.

2. Период коллоидации или схватывания – характеризуется прямым присоединением воды к твердой фазе вяжущего и возникновением гидратных соединений высокой коллоидной дисперсности без промежуточного растворения исходного материала; одновременно происходит схватывание массы;

3. Период кристаллизации и твердения – когда гелеобразные новообразования перекристаллизовываются и превращаются

в кристаллический сросток, что сопровождается твердением системы и нарастанием её прочности.

Твердение портландцемента сопровождается равномерным изменением его объема. Если процесс протекает на воздухе, то за счет испарения влаги возможно уменьшение объема, а при твердении в воде идет обратный процесс – набухание. Особенно опасна усадка, в результате которой в затвердевшем бетоне могут появляться трещины. Для предупреждения усадочных деформаций твердение бетона должно проходить во влажной среде. Если испариться вода, то твердение бетона практически прекратится.