8. Совместная работа бетона и арматуры.

Основным фактором, обеспечивающим совместную работу арматуры и бетона в конструкции и позволяющим работать железобетону как единому монолитному телу является надежное сцепление арматуры с бетоном.

Совместная работа бетона и арматуры в железобетонной конструкции становится возможной благодаря выполнению следующих условий:

– бетон и арматура имеют достаточно близкие значения коэффициента температурного расширения;

– силы сцепления, возникающие по границе контакта между бетоном и арматурой обеспечивают выполнение условия равенства деформаций арматуры и бетона ec = es при действии усилий от нагрузок.

Совместная работа арматуры и бетона обусловлена, кроме того, правильным определением необходимого количества арматуры, размещаемой в конструкции. Это означает, что должны соблюдается требования по размещению арматурных стержней в сечении элемента и выдержан минимальный коэффициент армирования сечения, определяемый отношением площади арматуры (As) к площади бетона (Ас)

Силы сцепления, приходящиеся на единицу поверхности арматуры, обусловливают напряжения сцепления арматуры с бетоном по длине элемента. Количественно сцепление оценивают величиной соответствующих напряжений сдвига.

Можно выделить следующие факторы, влияющие на величину напряжений сцепления арматурной стали и бетона:

– трение арматуры о бетон, появляющееся в результате контракционной усадки бетона .;

– структурные и искусственно созданные неровности (шероховатость) на поверхности арматурного стержня, вызывающие механическое зацепление;

–  адгезия (склеивание) или взаимное притяжение между частицами на стыке двух контактирующих материалов;

–  химические взаимодействия между сталью и бетоном.

Как показывают экспериментальные исследования, распределение напряжений сцепления по длине стержня не является равномерным. Это положение имеет важное значение при определении длины анкеровки арматурного стержня в конструкции.

9.Физико механические свойства бетона.

Бетон должен обладать достаточно высокой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой и плотностью, которой обеспечивается сохран­ность арматуры от коррозии и долговечность конструкции. Иногда до­полнительно требуется обеспечить: водонепроницаемость, водостой­кость, морозостойкость, повышенную огнестойкость и коррозийную стойкость, малую массу, низкую тепло- и звукопроводность.

Для предварительно напряженных конструкций применяют бетон повышенной прочности и плотности, ограниченной усадки и ползучести.

Физико-механические свойства бетона зависят от состава смеси, вида вяжущих и заполнителей, водовяжущего отношения, способов приго­товления, укладки и обработки бетонной смеси, условий твердения (ес­тественное твердение, пропаривание, автоклавная обработка), возраста бетона и др. Все это следует учитывать при выборе материалов для бе­тона, назначения его состава и способов приготовления.

Бетон для сооружений, работающих в особых условиях, должен от­вечать соответствующим специфическим требованиям.

Так, для гидротехнических сооружений (гидротехнический бетон), кроме достаточной прочности, бетон должен обладать повышенными водонепроницаемостью, водостойкостью, морозостойкостью, а для мас­сивных частей сооружений — малым тепловыделением при твердении (низкой экзотермичностью).

Обычный бетон при длительном воздейстшии высоких температур разрушается вследствие обезвоживания цементного камня, его сильной усадки и снижения прочности, различия температурных деформаций цементного камня и заполнителей и других причин. В связи с этим обыч­ный бетон на цементном вяжущем допускается для применения в кон­струкциях, подвергающихся длительному воздействию температуры не свыше 50°С.

Структура бетона содержит начальные дефекты и повреждения, определяющие его поведение под нагрузкой, а также при различных физических и химических воздействиях. При действии кратковременной сжимающей нагрузки зависимость, связывающую напряжения и деформации бетона (диаграмма деформирования) можно условно разделить на четыре характерных участка, соответствующих определенным стадиям процесса микротрещинообразования структуры.

Начальный участок зависимости можно считать линейными. На этой стадии наблюдается незначительное увеличение числа контактных микротрещин на границе частиц заполнителя и матрицы.

На второй стадии микротрещинообразования наблюдается интенсивное увеличение длины, ширины раскрытия и числа контактных микротрещин, что приводит к появлению нелинейного участка на графике зависимости «напряжения–деформации». Эта стадия характеризуется незначительным количеством микротрещин в матрице. Вместе с тем на второй стадии начинают появляться комбинированные микротрещины, объединяющие, главным образом, контактные микротрещины вокруг зерен заполнителя.

В третьей стадии увеличивается число и суммарная длина комбинированных трещин, возрастает их ширина раскрытия. Начинают формироваться ярко выраженные микротрещины в матрице.

Участок IV обусловлен интенсивным развитием глобальных или магистральных трещин, приводящих к физическому разрушению материала.

Для эксплуатации конструкций при более высоких температурах следует применять жаростойкие Лотопы, приготовленные на жаростой­ких заполнителях с малым коэффициентом температурного расшире­ния (шамот, металлургические шлаки, хромит и др.) и глиноземистом цементе или на портландцементе с тонкомолотыми добавками (шамот, кварц, вулканические и др.), или же на жидком стекле с кремнефтори-стым натрием и тонкомолотой добавкой. Такие бетоны способны вы­держать длительное действие температуры до 1200°С.

Бетон для конструкций, подвергающихся действию агрессивной сре­ды, должен обладать достаточной коррозийной стойкостью. В таких условиях эксплуатации находятся, например, конструкции зданий и со­оружений химической и пищевой промышленности, водопроводноканализационные и др.