1.3.4. Сцепление арматуры с бетоном

Под сцеплением понимают непрерывную связь между бетоном и арматурой по поверхности контакта этих материалов. В нагружен­ных железобетонных конструкциях благодаря сцеплению не происходит скольже­ние арматуры в бетоне.

Сцепление арматуры с бетоном является одним из наиболее важ­ных фундаментальных свойств железобетона, которое обеспечивает его восстребованность как строительного материала.

Прочность сцепления арматуры с бетоном оценивают сопротив­лением выдергиванию или вдавливанию арматурных стержней, за­деланных в бетоне (рис. 1.21).

При выдергивании стержня из бетона усилия с арматуры на бетон передаются через касательные напряжения сцепления, кото­рые, как показали исследования, распределяются по длине стержня неравномерно. Наибольшие их значения (τ_max) действуют на некото­ром расстоянии от торца и не зависят от длины заделки стержня в бетоне (рис. 1.22).

Рис. 1.21. Схемы испытаний на нарушение сцепления арматуры с бетоном: а — на выдёргивание; б — на вдавливание

Надёжность сцепления по опытным данным зависит от трёх сле­дующих факторов:

1. сопротивления бетона усилиям смятия и среза, обусловленным выступами и другими неровностями на поверхности арматуры, т. е. механическим зацеплением арматуры за бетон (рис. 1.22г); даже сравнительно гладкая арматура имеет неровности, заполняемые бе­тоном;

2. от сил трения арматуры о бетон, которые вследствие усадки бето­на развиваются на поверхности арматуры при попытке выдернуть стержень;

3. от склеивания поверхности арматуры с бетоном, возникающего благодаря клеящей способности геля бетона.

Рис. 1.22. Сцепление арматуры с бетоном: а — арматурный стер­жень в бетоне; б — эпюра касательных напряжений сцепления; в - эпюра нормальных напряжений; г — при арматуре периодического профиля

Выявление точного влияния каждого из перечисленных факто­ров в процентном отношении затруднительно, да и не имеет большо­го практического значения, так как они проявляются одновременно. Однако наибольшее влияние на прочность сцепления стержней пе­риодического профиля оказывает первый фактор — он обеспечивает около 75% от общей величины сцепления.

Среднее напряжение сцепления (если испытание доведено до сдвига арматуры) определяют как частное от деления усилия в стержне N на площадь поверхности заделки (рис. 1.22б, в):

откуда необходимая длина заделки

Если принять , то . (1.24)

Сцепление стержней периодического профиля с бетоном в 2...3 раза выше по сравнению со сцеплением гладкой горячекатаной ар­матуры и достигает для бетонов средних классов при статической на­грузке 7 МПа. У стержней с полированной поверхностью сцепление примерно в пять раз ниже, чем у гладких горячекатаных в состоя­нии поставки.

Сцепление арматуры с бетоном улучшается с повышением клас­са бетона по прочности на сжатие, с увеличением содержания це­мента в единице объёма бетона, с уменьшением W/C. Оно зависит также от способа укладки и условий твердения бетона (например, вибрирование и влажный режим твердения улучшают сцепление). С увеличением возраста бетона τ растет, что объясняется повышением прочности цементного камня и его усадкой.

Сцепление несколько повышает растяжимость бетона, обеспечи­вает равномерное распределение трещин по длине элемента в случае их появления и ограничивает ширину раскрытия каждой трещины в отдельности, что повышает жесткость железобетонного элемента.