3. Усадка железобетона
Усадка характерна только для бетона, арматура препятствует развитию деформаций усадки. В этой связи:
− усадка железобетона меньше, чем усадка бетона и зависит от процента армирования;
− усадка приводит к появлению растягивающих напряжений в бетоне и сжимающих – в арматуре;
− усадка влияет на деформации конструкций и снижает их трещиностойкость;
− на прочность конструкций усадка не влияет.
В статически неопределимых системах усадка вызывает дополнительные усилия, которые определяют методами строительной механики.
4. Ползучесть железобетона
Ползучесть железобетона является следствием ползучести бетона. Арматура препятствует свободным деформациям ползучести, влияние которых на работу конструкций заключается в следующем:
− ползучесть железобетона меньше усадки бетона и зависит от процента армирования;
− ползучесть приводит к перераспределению напряжений: в бетоне они снижаются, в арматуре – нарастают;
− ползучесть увеличивает прогибы, эксцентриситеты, потери предварительного напряжения, снижает трещиностойкость.
5. Жаростойкость и огнестойкость железобетона
Под жаростойкостью понимают сопротивление материала длительному воздействию высоких температур в печах, трубах, боровах, тепловых агрегатах. Поведение арматуры и бетона при высоких температурах несколько отличается
Бетон. При нагреве до 500С прочностные и деформативные характеристики не меняются.
При нагреве до 2000С происходит снижение прочности и модуля дефоримаций; при остывании эти характеристики полностью восстанавливаются. При нагреве до 4000С происходит безвозвратное снижение прочности в 2 раза, при 5000С – в 3 раза, при 6000С – полное разрушение. Причинами потери бетоном прочности являются:
− микроразрушения из-за различных температурных деформаций цементного камня, крупного и мелкого заполнителя;
− превращение гидрата окиси кальция, которая выделяется при дегидратации минералов цемента, в окись кальция, которая увеличивается в объеме и распирает бетон;
− модификационные превращения кварца при температуре 5730С.
Арматурные стали при нагреве до 500С практически не меняют прочностные и деформативные характеристики, при более высоком уровне нагрева в разной степени снижаются их пределы прочности, предел текучести, модуль упругости. Холоднопрофилированные и термическиупрочненные стали безвозвратно теряю эффект упрочнения.
Для жаростойких конструкций применяют портландцемент, заполнители из огнеупоров и арматуру класса А400.
Огнестойкость – сопротивление железобетона кратковременному воздействию высоких температур при пожарах. Опыт свидетельствует о том, что при пожарах средней интенсивности (с температурой 10000С) железобетонные конструкции не снижают прочность в течение трех часов.
6. Коррозия железобетона
Виды коррозии бетона:
1. Выщелачивание – происходит, когда через массив бетона фильтруется вода, растворяет известь и другие составляющие цементного камня и выносит на поверхность конструкций, где они скапливаются в виде хлопьев, отложений и даже сталактитов. Наибольшей агрессивностью отличается мягкая атмосферная вода.
2. Кислотная коррозия – разрушение цементного камня кислотами и их растворами.
3. Солевая коррозия. При кристаллизации солей в порах и капиллярах из растворов происходит значительное увеличение их объема, они распирают бетон и разрушают его структуру.
4. Разрушение бетона продуктами коррозии арматуры. Продукты коррозии арматуры по объему в 2-3 раза больше исходной стали, они распирают бетон, происходит растрескивание, отслоение и осыпание защитного слоя бетона.
К коррозии бетона можно отнести и выветривание, когда влажный бетон подвергается попеременному замораживанию и оттаиванию. Вода замерзает в порах и капиллярах, распирает бетон, в них образуются трещины. Многократное повторение циклов замерзания и оттаивания приводит к постепенному разрушению бетона.
Виды коррозии арматуры:
1. Окисление (ржавление) происходит при недостаточной величине и проницаемости защитного слоя бетона, когда к арматуре есть доступ кислорода воздуха;
2. Электрокоррозия, когда блуждающим постоянным током уносятся ионы стали, или в результате разложения воды и окисления арматуры;
3. Электрохимическая коррозия (разрушение электродов по принципу работы аккумулятора, где электролитом является щелочная среда бетона).
Меры защиты от коррозии:
− ограничение агрессивности среды;
− повышение плотности бетона;
− применение специальных бетонов;
− устройство защитных покрытий: окрасочных, мастичных, оклеечных или футеровок.
7. Защитный слой бетона
Это расстояние от поверхности арматуры до ближайшей поверхности бетона. Назначение защитного слоя:
− для обеспечения совместной арматуры бетона и арматуры;
− для защиты арматуры от коррозии и непосредственного воздействия огня;
− возможности устройства стыков арматурных элементов.
Толщину защитного слоя бетона назначают в зависимости от конструкций (сборные и монолитные), вида арматуры по назначению (рабочая, распределительная и монтажная), по способу применения (ненапрягаемая и напрягаемая), диаметра арматуры и условий окружающей среды. Толщины защитного слоя для рабочей арматуры должны быть не менее 20 мм в монолитных конструкциях, 15 мм – в сборных и во всех случаях – не менее диаметра арматуры.
Вопросы для самоконтроля по введению и главе 1.
2. В чем заключается основная идея железобетона?
3. За счет, каких факторов обеспечивается совместная работа бетона и арматуры?
4. Основные преимущества и недостатки железобетона?
5. Как подразделяются бетоны по разным признакам?
6. В чем заключаются особенности структуры бетона?
7. Какие классы и марки установлены нормами? Что обозначают буквы и цифры в обозначениях марок и классов?
8. Как влияет возраст и условия твердения на прочность бетона?
9. Как определяют прочность бетона в зависимости от рода и характера напряженного состояния?
10. Как зависит прочность бетона от формы и размеров образцов?
11. Основные виды деформаций бетона?
12. Как выглядят диаграммы «
» при разных видах загружения бетона?
13. Что такое ползучесть и релаксация бетона и какие факторы их определяют?
14. Виды модулей деформации бетона?
15. Как подразделяют арматуру по разным признакам?
16. Как выглядит диаграмма «
» при растяжении разных видов арматурных сталей?
17. Что означают буквы и цифры в обозначениях классов арматуры?
18. Виды арматурных изделий.
19. Виды стыков арматуры и предъявляемые к ним требования.
20. В чем сущность усадки и ползучести железобетона, особенности их влияния на напряженно-деформированное состояние элементов?
21. Как осуществляется анкеровка арматуры в бетоне?
22. Особенности поведения железобетона при высоких температурах?
23. Виды коррозии железобетона и меры защиты от нее?
24. Назначение и рекомендуемая толщина защитного слоя бетона?
Материал, представленный во введении и главе 1, более подробно изложен в [1], с. 9-154; [2], 4-74.
Глава 2. Экспериментальные основы теории сопротивления железобетона и методы расчета конструкций
1. Стадии напряженного состояния железобетонных элементов
В процессе нагружения изгибаемых (а также внецентренно сжатых и растянутых) элементов можно отметить три характерные стадии (рис. 11).
