Железобетонные панели

Использование железобетона является относительно недавним изобретением, обычно приписываемым Джозефу-Луи Ламботу в 1848 году. Джозеф Монье, французский садовод, запатентовал конструкцию армированных садовых кадок в 1867 году, а позже запатентовал железобетонные балки и стойки для железнодорожных и дорожных ограждений.

Ранний железобетон оставался запатентованным, а не универсальным продуктом, и разные фирмы разрабатывали конкурирующие системы. Немецкая компания Wayss & Freitag была основана в 1875 году, а в 1887 году А.Г. Уэйсс опубликовал книгу по железобетону. Их главным конкурентом в Европе была фирма Франсуа Хеннебика, основанная в 1892 году. За первые десять лет работы своей фирмы Хеннебик выполнил более 7000 конструкций из железобетона.

Система из железобетона ссылка была запатентована в Соединенных Штатах Таддеусом Хаяттом в 1878 году. Первым зданием из железобетона, построенным в Соединенных Штатах, был нефтеперерабатывающий завод компании Pacific Coast Borax в Аламеде, штат Калифорния, построенный в 1893 году.

Основные разработки в области железобетона произошли с 1900 года; а с конца 20-го века инженеры достаточно уверенно освоили новый метод армирования бетона, называемый предварительно напряженным бетоном, чтобы использовать его в повседневной жизни.

Использование в строительстве

Бетон армируют, чтобы придать ему дополнительную прочность на растяжение; без армирования многие бетонные здания были бы невозможны.

Железобетон может включать в себя множество типов конструкций и компонентов, включая плиты, стены, балки, колонны, фундаменты, рамы и многое другое.

Железобетон может быть классифицирован как сборный бетон и монолитный бетон.

Большое внимание при армировании бетона уделяется системам перекрытий. Проектирование и внедрение наиболее эффективной системы перекрытий является ключом к созданию оптимальных строительных конструкций. Небольшие изменения в конструкции системы перекрытий могут оказать значительное влияние на материальные затраты, график строительства, предел прочности, эксплуатационные расходы, уровень заполняемости и конечное использование здания.

Поведение железобетона

Материалы

Бетон представляет собой смесь цемента (обычно портландцемента) и каменного заполнителя. При смешивании с небольшим количеством воды цемент гидратируется, образуя микроскопическую непрозрачную кристаллическую решетку, инкапсулирующую и фиксирующую заполнитель в его жесткой структуре. Типичные бетонные смеси обладают высокой устойчивостью к сжимающим нагрузкам (около 4000 фунтов на квадратный дюйм (27,5 МПа)); однако любое заметное натяжение (например, из-за изгиба) разрушит микроскопическую жесткую решетку, что приведет к растрескиванию и расслоению бетона. По этой причине типичный неармированный бетон должен иметь хорошую опору, чтобы предотвратить развитие натяжения.

Если материал с высокой прочностью на растяжение, такой как сталь, помещается в бетон, то композитный материал, железобетон, сопротивляется сжатию, а также изгибу и другим прямым растягивающим воздействиям. Секция из железобетона, в которой бетон сопротивляется сжатию, а сталь сопротивляется растяжению, может быть изготовлена практически любой формы и размера для строительной промышленности.

В зависимости от типа бетонной смеси и используемой стали, железобетонные конструкции могут выдерживать вес, в 300-500 раз превышающий их общий вес, и вести себя, согласно общей механике, как единое структурное целое. Несмотря на то, что бетон и сталь, по-видимому, имеют недостаток в весе, это соотношение поддержки является конкурентоспособным с мостами из пробкового дерева student.

Основные характеристики

Три физические характеристики придают железобетону его особые свойства. Во-первых, коэффициент теплового расширения бетона аналогичен коэффициенту теплового расширения стали, устраняя внутренние напряжения из-за различий в тепловом расширении или сжатии. Во-вторых, когда цементная масса в бетоне затвердевает, она соответствует поверхности деталей из стали, позволяя эффективно передавать любое напряжение между различными материалами. Обычно стальные стержни имеют шероховатость или рифление для дальнейшего улучшения сцепления или сцепления между бетоном и сталью. В-третьих,щелочная химическая среда, создаваемая карбонатом кальция (известью), вызывает образование пассивирующей пленки на поверхности стали, что делает ее гораздо более устойчивой к коррозии, чем в нейтральных или кислых условиях.

Арматурные стержни, как правило, достаточно хорошо сцеплены с бетоном, чтобы противостоять большинству сил натяжения. Однако там, где это не так, крепление стали может быть увеличено путем сгибания арматуры, например, на изгиб 90 градусов или на крюк 180 градусов.

В некоторых конструктивных элементах, где требуется небольшое поперечное сечение, сталь может использоваться для переноса некоторой нагрузки на сжатие, а также нагрузки на растяжение. Это происходит, например, в колоннах. Как правило, балки и плиты имеют армирующую сталь на всех поверхностях, независимо от того, находятся они в напряжении или нет, поскольку это помогает скрепить бетон и предотвращает растрескивание по другим причинам, таким как ранняя термическая усадка, возникающая по мере отверждения бетона. В случае непрерывных балок, где растягивающее напряжение чередуется между верхней и нижней частью элемента, можно использовать несколько слоев (слоев) стали или сталь может быть согнута в зигзагообразную форму внутри балки.

Относительная площадь поперечного сечения стали, необходимая для обычного железобетона, обычно довольно мала и варьируется от 1% для большинства балок и плит до 6% для некоторых колонн. Арматурные стержни обычно имеют круглое поперечное сечение и различаются по диаметру (см. Арматура для получения дополнительной информации). В Соединенных Штатах арматура выпускается двух марок с содержанием углерода, марки 60 и марки 40, которые обычно продаются по одинаковой цене. Марка 60 имеет более высокое содержание углерода и, следовательно, более высокую прочность на разрыв, но ее жесткость может затруднить сгибание и резку. Строители всегда предпочитают использовать арматуру марки 40.Для использования в агрессивных средах также доступна оцинкованная, покрытая эпоксидной смолой арматура и арматура из нержавеющей стали.

В железобетонных конструкциях иногда предусмотрены такие положения, как вентилируемые пустотелые сердечники для контроля их влажности и влажности.

Антикоррозийные меры

Во влажном и холодном климате железобетон для дорог, мостов, парковочных сооружений и других сооружений, которые могут подвергаться воздействию противогололедной соли, может выиграть от использования арматуры с эпоксидным покрытием, горячего цинкования или нержавеющей стали, хотя хорошая конструкция и правильно подобранная цементная смесь могут обеспечить достаточную защиту для многих применений. Арматуру с эпоксидным покрытием можно легко идентифицировать по светло-зеленому цвету ее эпоксидного покрытия. Арматура из горячего цинкования может быть яркой или матово-серой в зависимости от продолжительности выдержки, а арматура из нержавеющей стали имеет типичный белый металлический блеск, который легко отличить от арматурного стержня из углеродистой стали. Ссылка на стандартные спецификации ASTM Стандартная спецификация A767 для арматурных стержней, оцинкованных горячим погружением, стандартная спецификация A775 для стальных арматурных стержней с эпоксидным покрытием и стандартная спецификация A955 для деформированных и гладких нержавеющих стержней для армирования бетона

Проникающие герметики обычно необходимо наносить через некоторое время после отверждения. Герметики включают краску, пенопласты, пленки и алюминиевую фольгу, войлочные или тканевые маты, пропитанные смолой, и слои бентонитовой глины, иногда используемые для уплотнения дорожного полотна.

Распространенные способы разрушения железобетона, армированного сталью

Железобетон может разрушиться из-за недостаточной прочности, что приведет к механическому разрушению или из-за снижения его долговечности. Коррозия и циклы замораживания / оттаивания могут повредить плохо спроектированный или изготовленный железобетон. Когда арматура подвергается коррозии, продукты окисления (ржавчина) расширяются и имеют тенденцию отслаиваться, растрескивая бетон и отделяя арматуру от бетона. Типичные механизмы, приводящие к проблемам долговечности, обсуждаются ниже.

Механическая поломка

Можно считать, что железобетон разрушается, когда бетон трескается, создавая дефекты, которые могут позволить влаге проникать и разъедать арматуру. Это нарушение работоспособности при проектировании предельного состояния. Растрескивание обычно является результатом недостаточного количества арматуры или арматуры, расположенной на слишком большом расстоянии. Затем бетон трескается либо при избыточной нагрузке, либо из-за внутренних эффектов, таких как ранняя термическая усадка, когда он отверждается.

Окончательное разрушение, приводящее к разрушению, может быть вызвано разрушением бетонной матрицы, когда напряжения превышают ее прочность; податливостью арматуры; или нарушением связи между бетоном и арматурой.

Карбонизация / Карбонизация

Вода в порах цемента обычно щелочная. В этой щелочной среде сталь является пассивной и не подвержена коррозии. Согласно диаграмме Пурбе для железа, металл пассивен, когда рН выше 9,5.[2] Диоксид углерода из воздуха вступает в реакцию со щелочью в цементе и делает поровую воду более кислой, тем самым снижая рН. Углекислый газ начнет карбонизировать цемент в бетоне с момента изготовления объекта. Этот процесс карбонизации (в Великобритании называемыйкарбонизация) начнется на поверхности, затем медленно продвигается все глубже и глубже в бетон. Если объект треснул, углекислый газ из воздуха сможет лучше проникать в бетон. При проектировании бетонной конструкции обычно указывается бетонное покрытие для арматуры (глубина внутри объекта, на которой будет находиться арматура). Минимальное бетонное покрытие обычно регулируется проектными или строительными нормами. Если арматура расположена слишком близко к поверхности, может произойти преждевременный выход из строя из-за коррозии.

Одним из методов проверки конструкции на карбонизацию является просверливание свежего отверстия в поверхности, а затем обработка поверхности фенолфталеином. При контакте с щелочным цементом он приобретет розовый цвет, что позволит увидеть глубину карбонизации. Существующее отверстие не годится, потому что открытая поверхность уже будет карбонизирована.

Хлориды

  Хлориды, в том числе хлорид натрия, способствуют коррозии стальной арматуры. По этой причине при смешивании бетона можно использовать только воду, цемент и заполнители с низким содержанием хлоридов, и по возможности следует избегать использования соли для противогололедной обработки бетонных покрытий.

Реакция щелочного кремнезема

Полный текст статьи см. в разделе: Реакция щелочного кремнезема

Это происходит, когда цемент слишком щелочной, из-за реакции кремнезема в заполнителях со щелочью. Кремнезем (SiO2) реагирует со щелочью с образованием силиката в реакции щелочного кремнезема (ASR), это вызывает локальное набухание, которое вызывает растрескивание. Условиями для щелочно-кремнеземной реакции являются: (1) заполнитель, содержащий щелочно-реактивный компонент, (2) достаточно высокая щелочность и (3) достаточная влажность, относительная влажность бетона выше 75%. [3][4] Это явление в народе называют «бетонным раком».

Переработка высокоглиноземистого цемента

Стойкий к воздействию слабых кислот и особенно сульфатов, этот цемент быстро отверждается и достигает очень высокой долговечности и прочности. Он широко использовался после Второй мировой войны для изготовления сборных железобетонных объектов. Однако он может терять прочность при нагревании или во времени (превращении), особенно при неправильном отверждении. После обрушения трех крыш, сделанных из предварительно напряженных бетонных балок с использованием высокоглиноземистого цемента, этот цемент был запрещен в Великобритании в 1976 году. Последующие расследования показали, что балки были изготовлены ненадлежащим образом, но запрет остался.[5]

Сульфаты

Сульфаты в почве или грунтовых водах могут вступать в реакцию с портландцементом, образуя расширяющиеся продукты, например эттрингит или таумазит, что может привести к преждевременному разрушению.

Яндекс.Метрика