Лекция 8. Железобетон

Сцепление арматуры с бетоном

Совместная работа арматуры с бетоном необходима для достижения в арматуре расчетных значений усилий.

Сцепление арматуры с бетоном является одним из важнейших факторов надежной работы железобетонных конструкций и обеспечивается тремя основными факторами:

1. Склеивание арматуры с бетоном (как правило не превышает 0,5 МПа);

2. Трение арматуры о бетон (до 15% от общей силы сцепления);

3. Механическое зацепление арматуры за бетон (70-80% от общей величины сцепления).

При выдергивании стержня из бетона усилия с арматуры на бетон передаются через касательные напряжения , которые распределяются вдоль стержня неравномерно. Наибольшее их значение _max действует на некотором расстоянии от торца элемента и затухают на длине заделки l_an.

Длина анкеровки l_an зависит от многих факторов и должна быть не меньше 200 мм для сжатых элементов и 250 мм – для растянутых. Оптимальная длина l_an: (15…20)d для рифленой арматуры; (30…40)d – для гладкой.

Если длина l_an слишком велика, то устраивают петли, крюки, загибы, спирали, приварку к закладным деталям.

Усадка железобетона

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

Усадка железобетона меньше, чем бетона, так как арматура препятствует его свободной усадке. При этом от усадки бетона в арматуре возникают сжимающие напряжения, а в бетоне – растягивающие.

С увеличением содержания арматуры растягивающие напряжения в бетоне увеличиваются вплоть до появления трещин.

Во избежание дополнительных внутренних усилий от усадки протяженные конструкции делят усадочными швами на блоки. Так как действие усадки подобно температурному воздействию, то усадочные швы обычно совмещают с температурными и называют их температурно-усадочными.

Ползучесть железобетона

Арматура в железобетонных конструкциях, являясь, как и при усадке, внутренней связью, препятствует свободной деформации ползучести в бетоне.

Ползучесть бетона в железобетонных конструкциях при действии длительной нагрузки приводит к перераспределению усилий, воспринимаемых бетоном и арматурой, вследствие чего напряжения в бетоне постепенно уменьшаются, а в арматуре возрастают.

В зависимости от вида железобетонных конструкций и напряженного состояния ползучесть может оказывать положительное и отрицательное влияние на 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 конструкциях – к потерям предварительного напряжения.

Коррозия бетона и арматуры

Проф. Москвиным В.М. предложены следующие три вида коррозии бетона:

1 группа – процессы, возникающие под действием воды с малой жесткостью, когда в воде, фильтрующейся через бетон, происходит прямое растворение составных частей цементного камня, в первую очередь гидрата окиси кальция;

2 группа – процессы, обусловленные действием растворенных в воде или в воздухе химических веществ, которые вступают в обменные реакции с составляющими цементного камня (действие кислых или магнезиальных солей). Продукты таких химических реакций либо остаются на месте в виде аморфной массы, либо в растворенном виде уносятся водой;

3 группа – процессы, связанные с образованием и накоплением в порах и капиллярах нерастворимых солей (действие сульфатов). Их кристаллизация ведет к значительным усилиям в цементном камне, что приводит к разрушению бетона.

В реальных условиях обычно наблюдается коррозия всех трех видов с преобладанием какого-либо из них.

Наиболее вредны действия соли кислот, особенно серной кислоты, так как они образуют в цементе сульфат кальция и алюминия. Сульфатоалюминат кальция – «цементная бацилла» - легко растворяясь, увеличивается в объеме в 2,5 раза и вытекает в виде белой слизи, образующей подтеки на поверхности бетона.

Наиболее простая и действенная мера защиты бетона от коррозии – увеличение его плотности.

Разрушение железобетонной конструкции может произойти и вследствие коррозии арматуры.

Защитный слой бетона

Толщина его должна обеспечивать совместную работу арматуры с бетоном на всех стадиях изготовления, монтажа и эксплуатации конструкции, а также защиту арматуры от внешних атмосферных, температурных и тому подобных воздействий.

Для продольной рабочей арматуры (ненапрягаемой и напрягаемой, натягиваемой на упоры) толщина защитного слоя, мм, должна быть, как правило, не менее диаметра стержня или каната и не менее:

в плитах и стенках толщиной, мм:

до 100 включ. / св. 100 - 10 /15

в балках и ребрах высотой, мм:

менее 250 / 250 и более - 15 / 20

в колоннах - 20

в фундаментных балках - 30

в фундаментах:

cборных - 30

монолитных при наличии бетонной подготовки - 35

монолитных при отсутствии бетонной подготовки - 70

Толщина защитного слоя бетона для поперечной, распределительной и конструктивной арматуры должна приниматься не менее диаметра указанной арматуры и не менее, мм:

при высоте сечения элемента менее 250 мм - 10

равной 250 мм и более – 15

Толщина защитного слоя бетона у концов предварительно напряженных элементов на длине зоны передачи напряжении должна составлять не менее:

для стержневой арматуры классов А-IV, А-IIIв - 2 d

для стержневой арматуры классов А-V, А-VI, Ат-VII - 3 d

для арматурных канатов - 2 d

(где d — в мм).

Кроме того, толщина защитного слоя бетона на указанном участке длины элемента должна быть не менее 40 мм — для стержневой арматуры всех классов и не менее 20 мм — для арматурных канатов.