Зачем арматура в бетоне: Для чего нужна арматура? | Стиллар

Для чего нужна арматура? | Стиллар

Перейти к содержанию

Такой строительный материал, как железобетон, использующийся практически во всех видах строений по сей день, известен уже более 100 лет. На его высокую востребованность влияют многие факторы, среди которых главным является прочность материала, обеспечивающая устойчивость любых возведенных конструкций. При этом сам бетон (чистый) обладает слабой прочностью. Однако этот материал настолько хорош, настолько выгоден по стоимости, что отказываться от него было бы экономическим преступлением. Именно по этой причине был изобретен железобетон или бетон, в состав которого входит арматура определенного типа и сечения. Она обеспечивает прочность бетона, позволяя ему выступать в роли основы для зданий многоэтажного типа, для промышленных площадок, при изготовлении несущих элементов и т.д. Железобетон является одним из самых экономически выгодных и прочных материалов.

Любая конструкция из бетона, после её возведения, подвергается двум типам основных нагрузок: растяжение и сжатие.

Каждая из них влечет постоянную и временную деформацию, невидимую глазу. По достижению определенной степени деформации, бетон начинает разрушаться. Итогом становится аварийное состояние здания. Применение арматуры в конструкциях из бетона обеспечивает защиту бетонных плит от возможной деформации: стальные стержни, используемые в качестве элементов арматуры, способны выдержать нагрузки, значительно большие, чем самый твердый бетон.

Арматура для бетона изготавливается в виде сетки. Стальные пруты соединяются между собою сваркой. В качестве прутов могут использоваться:

• витые стержни — для соединения в этом случае электросварку можно не использовать;
• стержни деформированного типа (с зазубринами) — неровная поверхность таких стержней обеспечивает максимальное сцепление арматуры с бетоном. При этом надежность соединения увеличивается пропорционально росту усилия на сдвиг: чем больше усилие, тем лучше элементы сцепляются между собою. Такая арматура применяется вместе со стальной проволокой;
• стальная арматура листового типа, представляющая собою листовую сталь в виде пластин со специальными отогнутыми прорезями. В этом случае получается аналог сита, ячейки которого могут быть различными по конструкции. Такой вид арматуры применяется при изготовлении перекрытий и стеновых панелей. Для лучшего сцепления стальные листы могут быть шероховатыми.

Для армирования бетона может использоваться сталь:

• среднеуглеродистая;
• высокоуглеродистая;
• холоднокатаная проволока.

При выборе арматуры четко подбирается сечение, при котором она наилучшим образом укладывается в бетон, не образуя полостей. Для дополнительного усиления сцепления бетон длительное время выдерживается после заливки или увеличивается шероховатость используемых стержней арматуры. При последующей усадке бетона также происходит дополнительное укрепление — он сжимает пруты арматуры настолько сильно, что они становятся с бетоном практически единым целым.

Защита арматуры в бетоне от изменения температуры обеспечивается слабой теплопроводностью самого бетона. Влияние высоких/низких температур на стальные пруты внутри плит практически исключено.

Цены на всю арматуру смотрите в прайсе. Арматуру купить в компании “Стиллар” очень выгодно, возможна порезка по Вашим размерам!

Другие диаметры: 8 мм | 10 мм | 12 мм | 14 мм | 16 мм | 18 мм | 20 мм | 22 мм | 25 мм | 28 мм | 30 мм | 32 мм

Зачем арматура в бетоне — почему при заливке используют арматуру

Армирование бетона используется для придания материалу дополнительного укрепления, прочности. Этот метод успешно применяют уже не один десяток лет. Несмотря на постоянное развитие технологий, разработку новых материалов, бетон, как и много лет назад, является ключевым стройматериалом, заменить который ничем невозможно. Он обладает рядом достоинств – прочность, долговечность, легкий монтаж/демонтаж. Вот только есть один важный нюанс — характеристики его ухудшаются при растяжении раз в 10.

Неравномерные нагрузки в местах растяжения провоцируют появление трещин, которые впоследствии приводят к разрушению конструкции. Чтобы увеличить долговечность и надежность здания, строения, не допустить возникновения коррозии и используют метод армирования. Тандем стали и бетона позволяет создавать долговечные и надежные постройки.

В чем секрет наличия арматуры в бетоне?

Бетон дополняет сталь, выполняет защитную функцию — не допускает коррозии, перегрева. Использование арматуры в бетоне повышает устойчивость к деформации, температурным перепадам, позволяет правильно распределить нагрузку. Одним словом, сделать строение надежным.

К ключевым показателям конструкций из бетона можно отнести растяжение, сжатие, сдвиг. Материал деформируется в зависимости от параметров, условий эксплуатаций. Например, при сжатии бетон достаточно прочный и может использоваться для перекрытий, которые выдерживают сильное сжатие. Если же «подключается» еще и растяжение, то тогда обязательно использовать арматуру, так как такое «испытание» нагрузкой только бетон выдержать не сможет.

Бетон армированный имеет гораздо больший запас прочности на растяжение. Связано это с тем, что арматуру производят из высокопрочной стали, а при правильном соединении элементов достигаются максимальные показатели прочности и надежности.

Есть ли альтернатива стальной арматуре?

Бетонную конструкцию укрепить можно не только стальной арматурой. Пластиковая арматура для фундамента – это современный материал, который превосходит по своим характеристикам стальные изделия. Стоимость ее практически такая же, но вот работать с пластиковым материалом значительно удобнее и проще. Кроме того, прочность на растяжение его в 2-3 раза больше стального. И еще важное преимущество — при армировании фундамента стеклопластиком трещины не образуются, так как бетон и стеклопластик имеют похожие коэффициенты теплового расширения.

Союзу арматура/бетон быть!

Этот тандем позволяет возводить прочные строения. Преимущества железобетонной конструкции:

• Возможность выдерживать удары, изгиб, растяжения, усадку.
• Жесткость.
• Придание конструкции разной формы без потери прочности.
• Долгий срок службы.
• Устойчивость к температурным перепадам, влаге.

Но не только преимущества есть у этого союза. К недостаткам можно отнести большой вес конструкции, так как стальная арматура ее существенно утяжеляет (исключение — использование стеклопластиковых изделий). Это обязательно нужно принимать во внимание на этапе проектирования и тщательно просчитывать все показатели. Перестроить армированную конструкцию также будет непросто, как и изменить ее.

Собственно, недостатки не такие и значительные при правильном подходе. Армирование – верный и пока единственный способ укрепить любую конструкцию, возвести ее на века.

Почему бетон нуждается в армировании? — Практическая инженерия

В прошлом видео мы говорили о бетоне 101 и о том, почему бетон — такой замечательный строительный материал. Но я не упомянул его самую большую слабость.

Чтобы понять самую большую слабость бетона, во-первых, нам нужно немного узнать о механике материалов, что является причудливым способом сказать «Как материалы ведут себя под нагрузкой». Стресс в данном случае относится не к тревоге или экзистенциальному страху, а скорее к внутренним силам материала. Существует три основных типа напряжения: сжатие (сближение), растяжение (растягивание) и сдвиг (скольжение по линии или плоскости). И не все материалы могут одинаково противостоять каждому типу нагрузки. Оказывается, бетон очень прочен на сжатие, но очень слаб на растяжение. Но вы не должны верить мне на слово. Вот демонстрация:

Эти два бетонных цилиндра были отлиты из одной и той же партии, и мы посмотрим, какую нагрузку они выдержат до разрушения. Во-первых, испытание на сжатие. (Ручная помпа-кляп). При сжатии цилиндр сломался при нагрузке около 1000 фунтов (это 450 кг). Для бетона это довольно мало, потому что я добавил в эту смесь много воды. Причина в том, что моя установка для проверки прочности на растяжение не такая сложная. Я вставил в этот образец несколько рым-болтов и теперь подвешиваю его к стропилам в магазине. Я наполнил это ведро гравием, но его веса было недостаточно, чтобы проба провалилась. Итак, я добавил еще одну гантель, чтобы подтолкнуть ее к краю. Вес этого ведра составлял всего около 80 фунтов или 36 кг — это менее 10% прочности на сжатие.

Все это к тому, что веревку из бетона делать не стоит. На самом деле, без какого-либо способа исправить эту слабость к растягивающему напряжению, вы не должны делать какой-либо конструктивный элемент из бетона, потому что конструктивный элемент редко испытывает только сжатие. В действительности почти все конструкции испытывают смешанные нагрузки. Это не более четко, чем в классическом луче. Эта особая классическая балка сделана мной из чистого бетона здесь, в моем гараже. Приложение силы к этой балке вызывает развитие внутренних напряжений, и вот как они выглядят: верхняя часть балки испытывает сжимающее напряжение. А нижняя часть балки испытывает растягивающее напряжение. Вы, вероятно, можете догадаться, где произойдет разрушение этой бетонной балки, поскольку я продолжаю увеличивать нагрузку. Это происходит почти мгновенно, но вы можете видеть, что трещина образуется в нижней части балки, где растягивающее напряжение наибольшее, и распространяется вверх, пока балка не разрушится.

Вы видите, к чему я клоню: бетон сам по себе не является хорошим конструкционным материалом. Слишком много источников напряжения, которым он не может противостоять сам по себе. Итак, в большинстве ситуаций мы добавляем армирование для повышения его прочности. Армирование внутри бетона создает композитный материал, при этом бетон обеспечивает прочность против напряжения сжатия, а армирование обеспечивает прочность против напряжения растяжения. И наиболее распространенным типом арматуры, используемой в бетоне, является деформированная сталь, более известная как арматура.

Я сделал новую балку из пары стальных стержней с резьбой, залитых в нижнюю часть бетона. Эти нити должны действовать точно так же, как деформированные гребни в обычном арматурном стержне, чтобы создать некоторое сцепление между бетоном и сталью. Под прессом первое, что замечаешь, это то, что этот пучок намного прочнее предыдущего. Мы уже значительно превзошли силу, которая подвела неармированный образец. Но второе, что вы замечаете, это то, что сбой происходит немного медленнее. Вы можете легко увидеть, как трещина формируется и распространяется до того, как балка выйдет из строя. На самом деле это очень важная часть армирования бетона сталью. Он изменяет тип разрушения с хрупкого режима, когда нет никаких признаков того, что что-то не так, на пластичный режим, когда вы видите образование трещин перед полной потерей прочности. Это дает вам возможность распознать потенциальную катастрофу и, надеюсь, решить ее до того, как она произойдет.

Арматура прекрасно подходит для большинства случаев армирования. Это относительно дешево, хорошо проверено и понятно. Но у него есть несколько недостатков, одним из основных является то, что это пассивное подкрепление. Сталь удлиняется при напряжении, поэтому арматура не может начать работать, чтобы противостоять напряжению, пока у нее не будет шанса растянуться. Часто это означает, что бетон должен треснуть, прежде чем арматурный стержень сможет воспринять какое-либо растягивающее напряжение элемента. Растрескивание бетона не обязательно плохо — в конце концов, мы всего лишь просим бетон сопротивляться сжимающим силам, с которыми он прекрасно справляется с трещинами. Но в некоторых случаях вы хотите избежать трещин или чрезмерного прогиба, который может возникнуть из-за пассивной арматуры. В этих случаях вы можете подумать о переходе на активное армирование, также известное как предварительно напряженный бетон.

Предварительное напряжение означает приложение напряжения к арматуре перед вводом бетона в эксплуатацию. Один из способов сделать это — натянуть арматуру при заливке бетона. Как только бетон затвердеет, напряжение останется внутри, передавая сжимающее напряжение на бетон за счет трения с арматурой. Большинство бетонных мостовых балок предварительно напрягаются таким образом. Проверьте всю эту арматуру в нижней части этой балки. Другой способ предварительного напряжения арматуры называется пост-натяжением. В этом методе напряжение в арматуре создается после затвердевания бетона. Для следующего образца я залил в бетон пластиковые втулки. Стальные стержни могут плавно скользить в этих втулках. Как только балка затвердела, я затянул гайки на стержнях, чтобы натянуть их. Под прессом эта балка была ничуть не прочнее, чем традиционно армированная балка, но потребовалось большее давление, прежде чем образовались трещины. Кроме того, это было не так драматично, потому что вместо самих стальных стержней вышла из строя резьба на гайках.

Я надеюсь, что эти демонстрации помогли показать, почему армирование необходимо для большинства применений бетона — для повышения прочности на растяжение и изменения режима разрушения с хрупкого на пластичный. Как и в предыдущем видео, я лишь касаюсь очень сложной и подробной темы. Многие инженеры проводят всю свою карьеру, изучая и проектируя железобетонные конструкции. Но я развлекаюсь, играя с бетоном, и надеюсь, вам будет интересно. Я хотел бы продолжить эту серию статей о бетоне, поэтому, если у вас есть вопросы по теме, задавайте их в комментариях ниже. Возможно, я смогу ответить на них в следующем видео. Спасибо за просмотр, и дайте мне знать, что вы думаете!

Почему бетон армируют сталью: полное руководство

Железобетон — один из самых распространенных строительных материалов в мире. Однако сам по себе бетон на самом деле намного более хрупок, чем можно было бы ожидать, и вряд ли полезен в каких-либо, кроме очень немногих, ограниченных приложений. Однако при армировании сталью бетон можно использовать для плит, стен, балок, колонн, фундаментов, рам и многого другого.

Бетон прочен только против сил сжатия и имеет низкую прочность на растяжение и пластичность. Армирующие материалы необходимы для того, чтобы выдерживать сдвигающие и растягивающие усилия бетона. Сталь используется потому, что она хорошо сцепляется с бетоном и расширяется и сжимается из-за температуры с одинаковой скоростью.

Когда вы углубитесь в науку о том, как сталь и бетон ведут себя по отдельности, вы быстро увидите, что их свойства дополняют друг друга таким образом, что они идеально подходят для совместного использования. Их совокупные свойства полезны тем, что делают железобетон удивительным материалом, ответственным за впечатляющие сооружения, такие как плотина Гувера.

Должен ли бетон армироваться сталью?

Бетон выглядит чрезвычайно прочным. По сути, это камень, который вы выращиваете из порошкообразной формулы. В некотором смысле бетон действительно очень прочен, но только если давление применяется в одном определенном направлении. Когда сила прикладывается в любом другом направлении, что чаще всего имеет место в большинстве строительных конструкций, бетон становится на удивление хрупким.

Существует три основных типа напряжения:

1. сжатие (сжатие),
2. растяжение (растягивание) и
3. сдвиг (скольжение вдоль линии или плоскости).

Бетон устойчив к усилиям или сжатию, но слаб к растяжению и сдвигу. Сталь, с другой стороны, устойчива ко всем трем видам нагрузки.

1. Сжатие

Бетон устойчив к силам сжатия. Вот почему это такая мощная база. Еще в древние времена римские строители могли использовать ранние формы бетона (который никак не укреплялся) для таких конструкций, как купола, акведуки, арены и колизеи.

Во всех этих ранних примерах бетон использовался только таким образом, чтобы использовать преимущество прочности бетона против сил сжатия. Вес конструкции давил только на бетон, который сжимал бетон вместе и который бетон мог легко поддерживать.

Тот факт, что древние римские сооружения, такие как Колизей и Парфенон, простояли тысячи лет, является свидетельством прочности бетона на сжатие. Даже цилиндр, сделанный из цементной смеси с большим количеством воды, может выдержать давление сжатия в 1000 фунтов (450 кг). Другие смеси могут выдержать еще большее давление.

2. Натяжение

Натяжение фактически противоположно сжатию в том смысле, что это сила, которая разрывает объект на части. Бетон слаб против сил растяжения, что означает, что он имеет низкую прочность на растяжение.

Когда цилиндр, изготовленный из той же высоководной смеси бетона, описанной выше, был испытан путем подвешивания к нему груза, образец сломался, когда было подвешено около 80 фунтов (36 кг). Это означает, что бетон менее чем на 10 процентов прочнее против сил растяжения, чем против сил сжатия.

Может быть не сразу понятно, почему это проблема для использования бетона в качестве строительного материала. Кажется, это только указывает на то, что бетон нельзя использовать в качестве веревки. Однако, если вы посмотрите на внутренние напряжения в бетоне, вы увидите, что при сжатии часто возникает и растяжение.

Представьте себе горизонтальную бетонную балку, на которую сверху вниз действует давление. Это было бы похоже на ходьбу по бетонному полу второго этажа. В верхней части бетонной балки действует сжимающая сила, так как бетон сжимается. Однако внизу, когда балка изгибается, бетон разрывается силой натяжения. Здесь обычный бетон не работает.

3. Сдвиг

Бетон также устойчив к силам сдвига, которые заставляют материал двигаться вдоль линии или плоскости. Неармированная бетонная стена разрушилась бы, если бы она испытала слишком большую силу сдвига от:

• ветра
• землетрясений
• напряжения сдвига

прямо на него, например, на основание статуи. Однако современные здания должны выдерживать давление многих типов источников во всех направлениях. Без армирования простой бетон в этих условиях просто не выдержит.

Типы отказов

Когда простой бетон разрушается, это происходит внезапно. В один момент бетон цел, а в следующий момент, когда сила больше, чем бетон может выдержать, он крошится или разбивается на куски. Этот внезапный выход из строя известен как хрупкий режим отказ.

Основным недостатком этого типа отказа является отсутствие визуальных предупреждающих знаков. Если вы не знаете удельную прочность материала и активно не измеряете величину напряжения, приложенного к материалу (условия, которые абсолютно невыполнимы вне лабораторных условий), невозможно предсказать разрушение.

Железобетон, с другой стороны, испытывает вязкий режим разрушения. Это означает, что трещины начинают образовываться до полного разрушения бетона. Это связано с тем, что, хотя бетон растянулся больше, чем он может стоять сам по себе, стальная арматура по-прежнему удерживает конструкцию вместе.

Если конструкция подвергается только сжимающим усилиям (например, плита пола), эти трещины могут не иметь большого значения. Если вода не просочится в трещину и не подорвет конструкцию из-за ржавчины арматуры или расширения трещины при замерзании, трещины просто сожмутся при дальнейшем сжатии. В других ситуациях трещины означают необходимость ремонта участка.

Почему используется сталь

Как мы узнали, простой бетон полезен только в очень ограниченных случаях, потому что он прочен против сил сжатия, но слаб против сил растяжения и сдвига. Чтобы быть таким универсальным, бетон должен быть армирован каким-либо материалом, который преодолевает эти недостатки. Сталь используется для армирования бетона чаще, чем любой другой материал.

Причина, по которой сталь используется для армирования бетона, заключается в том, что сталь обладает несколькими свойствами, которые делают ее особенно подходящей для этого применения.

Сталь обладает высокой пластичностью

Пластичность — это мера того, какой деформации материал может подвергнуться до разрушения. Бетон имеет очень низкую пластичность. Если скрутить кусок бетона с достаточной силой, он рассыплется у вас в руках. Древесина, например, довольно пластична, ее можно немного согнуть, прежде чем она сломается. Однако сталь очень пластична. Если его согнуть, он просто останется согнутым.

Пластичность стали полезна перед заливкой цемента, потому что ее можно согнуть в любую форму, которая лучше всего поддерживает форму, которую нужно залить. Из-за этого легко создать сетку из арматурной стали любой формы, необходимой для конструкции здания.

Пластичность стали также полезна, если она является компонентом железобетона. Когда к конструкции приложено достаточное усилие для ее деформации, бетон может треснуть, но стальная арматура сохранит деформированную форму неповрежденной. Часто сталь все еще способна поддерживать конструкцию до тех пор, пока ее не отремонтируют или не заменят.

Бетон и сталь имеют одинаковые коэффициенты теплового расширения

При нагревании твердых тел молекулы внутри материалов движутся быстрее. Эти более активные атомы занимают тем больше места, чем быстрее они движутся, поэтому каждая молекула, а значит, и материал в целом расширяется. Обратное происходит при охлаждении твердого тела. В результате твердые тела расширяются при нагревании и уменьшаются в размерах при охлаждении.

Хотя это справедливо для всех твердых тел, для разных материалов это происходит с разной скоростью. По чрезвычайно удачному совпадению сталь и бетон имеют очень близкие коэффициенты теплового расширения. Это означает, что когда они подвергаются воздействию тепла (или холода), они расширяются (или сжимаются) практически с одинаковой скоростью.

Если бы это было не так, сталь была бы плохим выбором для армирования бетона. Представьте, например, корн-дог. Если бы при приготовлении хот-дог увеличился вдвое, а кукурузный хлеб увеличился лишь немного, то хот-дог быстро прорвался бы через кукурузную муку. И наоборот, если бы кукурузный хлеб расширился быстрее, чем хот-дог, вокруг приготовленного хот-дога образовался бы большой воздушный карман.

Хотя любой из этих сценариев приведет к структурно слабой корн-дог, это не то, что происходит в случае бетона, армированного сталью. Два материала расширяются и сжимаются почти с одинаковой скоростью, обеспечивая прочную связь при любой температуре.

Сталь подвергается той же нагрузке, что и бетон

Связь между бетоном и сталью настолько прочна, что железобетон действует как новый, более прочный материал, чем просто комбинация бетона и стали. Это еще больше усиливается за счет создания арматуры с множеством гребней, вокруг которых цемент найдет прочную основу по мере высыхания.

Другие причины, по которым используется сталь, включают:

1. Простота сварки
2. Легкость переработки
3. Дешевый и доступный .

1. Сталь легко сваривается

Поскольку железобетон используется во многих различных ситуациях, перед заливкой цемента часто необходимо построить довольно сложные внутренние каркасы из стальной арматуры. Даже если форма не уникальна, размер проекта может потребовать, чтобы длина арматурного стержня была намного больше, чем возможно изготовить.

В этих случаях стальную арматуру можно приварить так, чтобы опора была надежно закреплена там, где она необходима. Сталь является одним из наиболее часто свариваемых металлов, так как она легко плавится, не прожигая и не отводя тепло слишком далеко от места сварки. Этот процесс также не оказывает отрицательного влияния на свойства, которые делают его таким хорошим выбором для армирования бетона.

2. Сталь легко перерабатывать

Железобетон рассчитан на долгие годы, что делает его отличным строительным материалом для долговечных конструкций. Однако, когда придет время для деконструкции, вам будет приятно узнать, что его также легко перерабатывать.

При наличии соответствующего оборудования можно легко измельчить железобетон, чтобы отделить стальную арматуру от бетона. Бетон может быть дополнительно измельчен и повторно использован как часть смеси крупных и мелких заполнителей, которые составляют от 60 до 75 процентов цементной смеси. Сталь можно переплавить и преобразовать в новую стальную арматуру для усиления следующего проекта.

3. Сталь дешевая и доступная

Довольно удачно, что металл, обладающий столькими полезными свойствами для армирования бетона, также недорог и доступен в изобилии. Если бы золото или бриллианты имели все эти совместимые функции, это, вероятно, не было бы столь полезным.

Сталь, однако, легкодоступна по относительно низкой цене.

Бетон с предварительным и постнапряженным напряжением

Каким бы прочным ни был железобетон, он все же может треснуть. Хотя этот пластичный режим разрушения не приводит к немедленному разрушению конструкции (как это произошло бы при хрупком разрушении), это первая фаза разрушительного процесса, известного как «растрескивание».

Когда вода просачивается в трещины в железобетоне, она может повредить структурную целостность здания тремя способами.

1. Поскольку жидкость может заполнить любой карман, в который ей позволено попасть, вода легко просочится и заполнит любые трещины в железобетоне. Если температура упадет ниже 32 градусов по Фаренгейту (0 градусов по Цельсию), он замерзнет.

Когда вода замерзает, она образует структуру взаимосвязанных кристаллов льда. Эти кристаллы льда занимают больше места, чем молекулы жидкой воды, а это означает, что лед занимает больше места, чем вода. Это означает, что при замерзании вода давит на бетон и еще больше расширяет трещины.

Когда лед тает, трещина становится шире, позволяя большему количеству воды заполнить щель, которая затем замерзает и расширяется еще больше. Этот цикл не только физически раздвигает бетон, но и позволяет все большему количеству воды проникать в структуру, увеличивая количество повреждений, вызванных двумя другими формами повреждений.

2. Со временем трещины станут достаточно широкими и глубокими, чтобы вода и воздух могли достичь стальной арматуры, встроенной в железобетон. Это воздействие может привести к коррозии арматуры. В присутствии воды кислород воздуха взаимодействует с железом в стали, образуя ржавчину.

Чешуйчатое покрытие на поверхности ржавеющей арматуры не защищает внутренние слои железа от процесса коррозии (подобно тому, как образование слоя патины предотвращает дальнейшую коррозию медных поверхностей), поэтому арматуру можно постоянно разрушается до тех пор, пока не перестанет выдерживать силы натяжения, действующие на конструкцию.

Явным признаком того, что происходит этот тип коррозии, является появление на бетоне коричневых пятен. Этот цвет происходит от частиц ржавчины, которые окрашивают воду в коричневый цвет и стекают через трещины в железобетоне.

3. Когда вода проникает в железобетон, она может изменить баланс pH окружающей среды и вызвать химические реакции внутри бетона. Этот риск усугубляется тем фактом, что на дорожных покрытиях и мостах использование соли для удаления льда с дорог зимой означает, что проникающая вода, скорее всего, будет сильно щелочной.

Эти щелочи в воде могут реагировать с кремнеземом в заполнителях бетона, вызывая образование новых кристаллов. Эти новые кристаллы занимают место и физически раздвигают армированный бетон так же, как это делал замерзающий лед в примере 1. Разница в том, что кристаллы не плавятся, поэтому бетон непрерывно раздвигается.

Очевидно, было бы лучше, если бы железобетон не давал трещин. Однако, поскольку сталь настолько пластична, она будет растягиваться или изгибаться, что приводит к растрескиванию окружающего бетона. Это, конечно, если что-то не делается, чтобы сталь не действовала таким образом.

Предварительно напряженный бетон

Во избежание растрескивания стальную арматуру можно растянуть перед заливкой цемента. Это известно как предварительное напряжение (или предварительное натяжение), потому что оно добавляет силу растяжения к стали до того, как будет сформирован железобетон. Делая это, сталь находится в постоянном состоянии, возвращаясь к своей естественной форме, втягивая окружающий бетон внутрь, создавая силу сжатия.

Сохранение бетона в предварительно напряженном состоянии фактически делает его прочнее, потому что бетон устойчив к сжимающим силам. Это что-то вроде мышцы, которая сильнее, когда натянута.

При предварительном напряжении железобетон становится прочнее по двум причинам.

1. Вероятность образования трещин меньше. Поскольку сталь уже стягивает бетон, ей не разрешается растягиваться так, как если бы сталь не была предварительно напряжена.
2. Любые образовавшиеся трещины постоянно закрываются силой стали, пытающейся вернуться в свое расслабленное состояние. Это ограничивает количество воды, которая может проникать и разъедать железобетон.

Постнапряженный бетон

Тот же эффект может быть достигнут путем затягивания стали после начала затвердевания бетона. Бетон, кажется, затвердевает в течение нескольких часов, но на самом деле для его полного затвердевания требуется около месяца, и он продолжает твердеть и укрепляться в течение как минимум пяти лет после заливки.

Предварительно напряженный и постнапряженный бетон не только дает меньше трещин, но и настолько прочнее обычного железобетона, что меньшие и более тонкие секции предварительно напряженного или постнапряженного бетона могут выдерживать такую ​​же нагрузку, как и ненапряженный железобетон.

Почему бы просто не использовать сталь?

Если вы посмотрите на особенности работы железобетона, вы можете начать задаваться вопросом, почему мы вообще используем бетон в этом процессе. Бетон, в конце концов, прочен только против сил сжатия, тогда как сталь сильна против:

• Сжатие
• Растяжение
• Сдвиг  

На самом деле сталь в 100-140 раз прочнее бетона.

Обычный бетон сам по себе бесполезен. Только железобетон, и предпочтительно предварительно напряженный (или постнапряженный) бетон, является удивительным строительным материалом, о котором мы думаем, когда представляем себе современную архитектуру. Поскольку бетон на самом деле относительно бесполезен без стальной арматуры, то почему бы просто не строить из стали?

Бетон имеет много преимуществ для строительства, что делает его лучшим строительным материалом, чем простая сталь.

1. Коррозия
2. Вес
3. Стоимость

1. Коррозия

Как мы видели, когда сталь разыгрывается в воздух, и насыщена. Хотя существуют способы предотвращения этого окисления, они требуют гораздо большего ухода, чем это возможно. Стальную арматуру, например, часто обрабатывают перед заливкой цемента, чтобы защитить ее от непогоды, даже если вскоре ее зальют бетоном. Несмотря на это, как мы видели, он все еще может ржаветь.

Бетон, напротив, достаточно устойчив к коррозии. Сначала должны образоваться трещины, и часто требуется несколько лет проникновения воды, замерзания и повторного замерзания, чтобы нарушить структурную целостность железобетона. Если проводятся регулярные осмотры, это дает достаточно времени для ремонта или замены корродирующей секции.

2. Вес

Сталь очень тяжелая, и ее необходимо доставлять на строительную площадку в полном объеме. Бетон, с другой стороны, примерно на треть плотнее стали, и его можно транспортировать в гораздо более легких составных частях.

Это дает двойную пользу. Первое преимущество – это транспорт. Сталь необходимо будет доставить на строительную площадку, а затем сварить вместе, чтобы сформировать конструкцию. Это было бы очень дорого, так как сталь тяжелая. Бетон, с другой стороны, гораздо легче транспортировать в виде составных частей, затем смешивать и заливать на месте, затвердевая до окончательной формы.

Вторым преимуществом является вес конечной конструкции. Поскольку бетон в три раза плотнее стали (и даже содержит от 5 до 10 процентов захваченного воздуха), общий вес здания из железобетона намного меньше, чем здание, полностью построенное из стали. Железобетон обычно содержит от 1 до 4 процентов стали, поэтому в конечном итоге он весит намного меньше.

3. Стоимость

Сталь, хотя и относительно дешевая и распространенная, намного дороже бетона. Просто имеет смысл армировать бетон сталью, потому что вы можете получить преимущества прочности стали, сохраняя при этом низкую стоимость и простоту использования бетона.

История железобетона

Хотя использование первых форм цемента было задокументировано в древних культурах, насчитывающих много тысячелетий, именно древние римляне представили самую раннюю форму бетона, известную нам сегодня. При добыче известняка для раствора римляне случайно обнаружили на склонах горы Везувий минерал, содержащий кремнезем и глинозем.

При смешивании с известняком и обжиге получается цемент, который, в свою очередь, можно смешать с водой и песком, чтобы получить раствор, более твердый, прочный и более липкий, чем обычный известковый раствор. Эта смесь могла затвердевать как под водой, так и на воздухе, как современный бетон. В 2000 году до нашей эры римляне использовали тип бетона под названием пуццолана, в котором использовался вулканический пепел, для строительства Колизея и Пантеона в Риме.

Затем, примерно с 400 по 1750 г. н.э., нет никаких свидетельств использования бетона. Это фактически стало «темными веками» бетона, которые длились от падения Римской империи до тех пор, пока английский инженер Джон Смитон заново не открыл, как делать «гидравлический» цемент при строительстве маяка в Плимуте, Англия.

Железобетон был изобретен и запатентован французом Жозефом Монье в 1867 г. н.э., но он применил этот метод только для цементирования цветочных горшков. Железобетон не стал широко используемым строительным материалом до тех пор, пока в 1880-х годах не были разработаны витая арматура и предварительно напряженный бетон.

Первая бетонная дорога была залита в 1891 году в Беллефонтейне, штат Огайо. Плотина Гувера, самое большое бетонное сооружение, когда-либо построенное на тот момент, была построена в 1936 году. Американский архитектор Фрэнк Ллойд Райт построил множество культовых бетонных зданий в 1950-е годы. Брутализм, архитектурный стиль, в котором упор делался на открытый бетон, был популярен с 1950-х по 1970-е годы.

Заключение

Бетон — удивительный строительный материал, который был открыт тысячи лет назад, а затем забыт. Это невероятно полезный строительный материал, потому что его можно смешать из порошка для создания каменных структур любой формы.

Однако его полезность ограничена тем фактом, что бетон устойчив только к силам сжатия и легко крошится под действием растягивающих и сдвигающих сил.