Специальные виды бетонов

   Для сталеполимербетона применяют связующие вещества на основе сурфуролацетонового мономера, эпоксидного полимера и др. Фурфурол — желтоватая маслянистая жидкость с характерным запахом, темнеющая на воздухе. Химический состав фурфурола представляет простейший альдегид фуранового ряда QH4O2. Его получают путем гидролиза (при 150...180°С) разбавленными кислотами природного сырья: отходов сельского хозяйства (лузги семян подсолнуха, соломы, кукурузных кочерыжек и т. п.) или древесины. Полимербетон, изготовляемый на основе фурфуролацетонового мономера (ФАМ) и кислого отвердителя — бензосульфокислоты (БСК), обладает высокой химической стойкостью.

   Для увеличения прочности полимербетона  вводят волокнистые наполнители  — асбест, стекловолокно и др. Полимербетоны отличаются от цементного бетона высокой химической стойкостью и прочностью, в особенности при растяжении — 7...20 МПа и изгибе — 16...40 МПа, а прочность при сжатии достигает 60... 120 МПа.

   Отрицательным свойством полимербетонов является их большая ползучесть, а также  старение, усиливающееся при действии попеременного нагревания и увлажнения. Кроме того, необходимо соблюдение специальных правил охраны труда при работе с полимерами и кислыми отвердителями, могущими вызвать ожоги, необходима хорошая вентиляция, а также обеспечение рабочих защитными очками, спецодеждой.

   Полимерцементные  бетоны и растворы содержат от 0,2 до 5...12% добавки синтетической смолы  или каучука, их вводят в виде эмульсий или суспензий, что обеспечивает более равномерное распределение  полимера в объеме материала. Обычно применяют водные дисперсии поливинилацетата, полистирола, поливинилхлорида, латексы, а также кремнийорганические соединения. В результате уменьшаются водопоглощение и водопроницаемость, увеличивается в 2...3 раза прочность бетона при растяжении и изгибе.

   Полимерцементные  материалы применяют в виде красок, клеев, обмазок (например, для защиты арматуры); полимерцементные растворы и бетоны используют для устройства полов, а также в виде защитных слоев резервуаров, труб и других сооружений.

10.Железобетон.

10.1.Понятие о железобетоне.

   Железобетон состоит из бетона и расположенных  в нем стальных стержней, составляющих с бетоном монолитное целое и работающих с ним совместно.

   Бетон, как и другие каменные материалы, обладает значительным сопротивлением сжимающим напряжениям и весьма малым сопротивлением растяжению. Прочность бетона на растяжение в 10—15 раз меньше прочности на сжатие. В связи с этим бетонные (неармированные) конструкции, предназначенные для работы на изгиб или растяжение, были бы очень массивными, нерентабельными и практически неприемлемыми.

   Сталь отлично работает и на сжатие, и  на растяжение. Отсюда и появилась  идея создания железобетона, в котором сжимающие напряжения воспринимаются бетоном, а растягивающие — стальной арматурой.

   В изгибаемых железобетонных элементах рабочую арматуру размещают обычно в растянутой зоне в соответствии с эпюрой изгибающих моментов (рис. 1а).

   

   Рис. 1. Расположение основной (рабочей) арматуры в железобетонных элементах

   а-при  изгибе; б-при сжатии

   Конструкции армируют не только при работе их на растяжение и изгиб, но также и при кручении, срезе, внецентренном и осевом сжатии (рис. 1,6). В этих случаях рабочую арматуру ставят для уменьшения размеров сечений элементов и снижения собственного веса конструкций, а также для обеспечения большей их надежности. Разрушение бетонных (неармированных) элементов происходит внезапно (хрупко), в то время как разрушение железобетонных элементов наступает постепенно, что позволяет снизить запас прочности.

   Кроме обычных железобетонных конструкций, существуют также предварительно-напряженные. Предварительное напряжение позволяет эффективно использовать более прочные арматурные стали и бетон высоких марок, что невозможно в обычном железобетоне.

   В предварительно-напряженных железобетонных конструкциях арматура подвергается предварительному растяжению, а бетон — обжатию. Это достигается одним из двух основных способов.

  Первый  способ (рис. 2 а) заключается в натяжении  арматуры на упоры. После отвердения бетона арматура освобождается от натяжного устройства и, сокращаясь, производит обжатие бетона.

   Второй  способ (рис. 2 б) характеризуется натяжением арматуры на затвердевший бетон. Для этого арматуру пропускают через оставленные в затвердевшем бетоне каналы или пазы; подвергаясь натяжению, она одновременно обжимает бетон. Заполнением цементным раствором каналов или пазов обеспечивается сцепление арматуры с бетоном.

   

   Рис.2. Основные способы изготовления предварительно-напряжённых  железобетонных конструкций

   а – натяжение арматуры на упоры; б – натяжение арматуры на бетон; 1 – натяжение арматуры и бетонирование элемента; 2 – готовый элемент; 3 – элемент перед натяжением арматуры; 4 – готовый элемент.

Предварительное напряжение железобетонных конструкций  значительно повышает трещиностойкость и снижает деформации элементов конструкций, так как создает предварительное обжатие бетона в тех частях, которые при эксплуатационной нагрузке работают на растяжение. Основные физико-механические факторы, обеспечивающие совместную работу бетона и стальной арматуры в железобетоне:

1. значительное сцепление между поверхностью стальной арматуры и бетоном;
2. близкие по величине коэффициенты линейного расширения бетона и стали (для бетона ; для стали ), что исключает появление внутренних усилий, которые могли бы нарушить сцепление бетона со сталью;
3. защищенность стали, заключенной в плотный бетон, от коррозии и непосредственного действия огня.

10.2.Преимущества и недостатки железобетона.

  Большое распространение железобетона в современном строительстве вызвано прежде всего его значительными техническими и экономическими преимуществами в сравнении с другими строительными материалами.

  До 70—80% массы железобетона составляют местные каменные материалы (песок, гравий или щебень). Замена стальных и деревянных конструкций железобетонными позволяет экономнее расходовать в строительстве сталь и древесину, незаменимые в других отраслях народного хозяйства.

  Особенно  значительный технико-экономический  эффект достигается при применении сборного и предварительно-напряженного железобетона, изготовляемого индустриальными методами на предприятиях и полигонах.

  Железобетон обладает рядом важных технических  преимуществ, Прежде всего он отличается исключительной долговечностью, благодаря надежной сохранности арматуры, заключенной в бетон. Прочность же бетона со временем не только не уменьшается, но может даже увеличиваться.

  Железобетон хорошо сопротивляется атмосферным  воздействиям, что особенно важно  при строительстве открытых инженерных сооружений (эстакад, мачт, труб, мостов и др.).

  Конструкции из железобетона обладают высокой огнестойкостью. Практика показала, что защитный слой бетона толщиной 1,5—2 см достаточен для обеспечения огнестойкости железобетонных конструкций при пожарах. В целях еще большего увеличения огнестойкости, а также жаростойкости применяют специальные заполнители (базальт, диабаз, шамот, доменные шлаки и др.), а также увеличивают толщину защитного слоя до 3—4 см.

  Железобетонные  конструкции благодаря их монолитности и большей жесткости по сравнению с конструкциями из других материалов отличаются весьма высокой сейсмостойкостью.

  Железобетону  легко могут быть приданы любые  целесообразные конструктивные и архитектурные  формы. Эксплуатационные расходы по содержанию сооружений и уходу за конструкциями весьма низки.

  По  затратам времени на изготовление и  монтаж сборные железобетонные конструкции могут конкурировать со стальными, особенно при изготовлении железобетонных конструкций методом проката, кассетным способом, при монтаже с колес и применении других прогрессивных методов изготовления и монтажа.

К недостаткам  железобетонных конструкций следует  отнести:

1. относительно большой собственный вес;
2. сравнительно высокую тепло- и звукопроводность, требующую в некоторых случаях устройства специальной изоляции;
3. сложность производства работ, особенно в зимнее время, и при изготовлении 
   предварительно-напряженных конструкций — потребность в квалифицированных кадрах, специальном оборудовании, пропарочном хозяйстве; необходимость систематического контроля за правильностью расположения арматуры, дозировкой составляющих бетонной смеси, ее укладкой и другими операциями;
4. возможность появления трещин до приложения эксплуатационной нагрузки (от 
   усадки и собственных напряжений в железобетоне по технологическим причинам), 
   а также от действия внешних нагрузок из-за низкого сопротивления бетона растяжению.

10.3.Виды железобетонных конструкций.

  По  методу выполнения железобетонные конструкции  могут быть сборными, монолитными и сборно-монолитными.

  Сборные железобетонные конструкции больше распространены так как их применение дает возможность индустриализации и максимальной механизации строительства. При изготовлении сборных конструкций в заводских условиях можно широко применять наиболее прогрессивную технологию приготовления, укладки и обработки бетонной смеси, автоматизировать производство, значительно упростить строительные работы.

  Применение  сборных унифицированных железобетонных изделий заводского изготовления позволяет значительно снизить расход лесоматериалов и затраты труд» на дорогостоящие опалубку и леса, но требует тяжелых транспортных и подъемных механизмов, тщательного выполнения стыков и узлов сопряжений элементов, высокой культуры монтажных работ.

  Монолитные железобетонные конструкции находят широкое применение в сооружениях, трудно поддающихся членению и унификации, например в некоторых гидротехнических сооружениях, тяжелых фундаментах, плавательных бассейнах, в сооружениях, выполняемых в передвижной или скользящей опалубке (оболочки покрытий, силосы и т. п.).

  Сборно-монолитные железобетонные конструкции представляют собой сочетание сборных элементов и монолитного бетона, укладываемого на месте строительства.

  Обычно  сборные элементы образуют опалубку для монолитного бетона, что ведет к уменьшению расхода леса на опалубку. Сборно-монолитные конструкции по сравнению со сборными отличаются большей монолитностью и более простым устройством стыков.

  Сборно-монолитный железобетон применяется в конструкциях покрытий и перекрытий зданий, в гидротехническом и транспортном строительстве и особенно, если сооружению необходимо придать неразрезность и жесткость.

  По  виду арматуры различают железобетон  с гибкой арматурой в виде стальных стержней круглого или периодического профиля сравнительно небольших диаметров (до 40 мм) и конструкции с несущей арматурой. В последних арматурой служат либо профильная прокатная сталь — уголковая, швеллерная, двутавровая (жесткая арматура), либо пространственные сварные каркасы из круглой стали больших диаметров, воспринимающие нагрузку от подвесной опалубки и веса свежеуложенной смеси.

  При изготовлении конструкций с несущей  арматурой не нужны поддерживающие леса, однако расход стали на эти конструкции увеличивается. Поэтому основным видом арматуры для железобетона, особенно в промышленном и гражданском строительстве, служит гибкая арматура из стержней диаметром до 40 мм, которая может быть распределена в сечении элемента более целесообразно. Для конструкций гидротехнических, транспортных и некоторых других видов сооружений применяется также круглая арматура и арматура больших диаметров.

Особая разновидность  железобетона — армоцемент. Армоцементные конструкции — тонкостенные конструкции из мелкозернистого бетона, армированные по всей толщине сетками из тонкой стальной проволоки.

  Армоцемент  отличается хорошей сопротивляемостью  растяжению и изгибу, высокой трещиностойкостью, упругостью и т. п.

  В последние годы проводятся эксперименты по разработке неметаллической арматуры, применение которой позволило бы не только экономить сталь, но и создавать такие конструкции, которым по условиям эксплуатации следует придать диэлектрические и антимагнитные свойства, а также увеличить стойкость против атмосферной и электрохимической коррозии. Этим целям, в частности, отвечает арматура из стеклопластиков, не уступающая по прочности высокопрочной стальной арматуре.