Бетон — это гетерогенный материал, имеющий разную прочность в разных направлениях. Он прочен при сжатии, но изначально слаб при растяжении. Поведение бетона при растяжении напоминает поведение мела.
Когда вы прикладываете усилие сжатия к обоим концам мела, вы увидите, что он выходит из строя или ломается при более высоком приложенном усилии. Напротив, когда вы начинаете растягивать оба конца мела (усилие растяжения), он выходит из строя мгновенно, без приложения слишком большого усилия.
Характеристики бетона при растяжении аналогичны характеристикам мела, и, несмотря на прочность при сжатии, оба материала не выдерживают растяжения при значительно меньшей величине приложенной нагрузки.
Экспериментально установлено, что прочность бетона на растяжение составляет приблизительно одну десятую от его прочности на сжатие. Следовательно, при нагрузке бетонный элемент имеет тенденцию разрушаться как раз тогда, когда напряжение в нем достигает модуля разрушения бетона (который приблизительно равен его пределу прочности при растяжении).
Чтобы компенсировать эту проблему неспособности бетона достичь своей полной емкости при сжатии из-за раннего отказа при растяжении, может быть добавлено армирование. Таким образом, железобетон представляет собой прочный и относительно пластичный композитный материал, включающий бетон и встроенную стальную арматуру (прутки, проволоку, сетку и т.д.), Последняя используется для увеличения прочности бетона на растяжение.
История железобетона
В середине 19-го века Джозеф Монье предложил концепцию армирования бетона металлическими прутьями. С тех пор исследователи искали инновации в улучшении эксплуатационных характеристик бетона путем добавления различных материалов, направленных на армирование изначально слабонапряженного бетона.
Со временем, благодаря исследованиям и усовершенствованиям в технологии бетона было обнаружено, что все конструкции, подвергающиеся изгибным нагрузкам, разрушатся, когда часть при растяжении достигнет модуля разрушения, и весь элемент разрушится с хрупким разрушением. С этого момента была выявлена необходимость армирования бетона для несущих конструктивных элементов, и это было распространено на сложные конструкции и в дальнейшем привело к разработке предварительно напряженного бетона.
В современном строительстве все бетонные конструкции состоят из железобетона. Арматура, как правило, в виде стальных стержней, которые по отдельности укладываются на некотором расстоянии или образуют сетку, а бетон заливается со всех сторон.
Железобетон исключительно хорошо выдерживает все виды нагрузок, а его механические характеристики намного лучше, чем у обычного цементного бетона (PCC). Поэтому в настоящее время он широко используется практически для всех бетонных строительных работ.
Что подразумевается под армированием в бетоне?
Армирование в бетоне https://zhbi174.ru означает предоставление или добавление стали. Сталь может быть в виде прутков, проволоки, волокон или сетки и действует как барьер для раннего растрескивания бетона при растяжении. Другими словами, предполагается, что стальная арматура воспринимает растягивающие напряжения, а бетон в целом воспринимает сжимающие напряжения.
Цель обеспечения арматуры в бетонных элементах
Как уже обсуждалось, целью обеспечения стальной арматуры является добавление в бетон материала, достаточно прочного, чтобы противостоять растягивающим нагрузкам, и который помогает бетону улучшить свои характеристики при растяжении и достичь полной способности к сжатию. Идеальным материалом для армирования бетона является сталь.
Это связано с тем, что сталь является однородным и изотропным материалом. Он подает предупреждающий знак перед разрушением, а его механические свойства намного лучше, чем у других материалов. Добавленный в бетон, он не только предотвращает раннее растрескивание, но и делает конструкцию или конструктивный элемент долговечным и крепким.
Обычный цементный бетон (PCC) против армированного цементного бетона
Обычный цементный бетон (PCC) — это тип бетона, который не содержит никакого типа арматуры, тогда как армированный цементный бетон (RCC) содержит стальную арматуру. Однако, помимо этого основного различия в их составе, между ними существуют некоторые другие ключевые различия, знание которых может помочь вам в выборе материала для вашего следующего бетонного проекта.
- Как PCC, так и RCC сильны при сжатии; однако PCC очень слаб при растяжении по сравнению с RCC. Поэтому для бетонных элементов, подверженных изгибу, использование PCC не рекомендуется, поскольку элемент разрушится при очень меньшей нагрузке, образуя ранние трещины на стороне, подверженной растягивающим нагрузкам.
- Несущая способность RCC существенно выше, чем у PCC. Это связано с тем, что сталебетонный композит в случае RCC хорошо противостоит всем типам приложенных нагрузок. Учитывая это, использование RCC может быть распространено на все важные и сложные сооружения, такие как плотины, мосты и т.д. С другой стороны, использование PCC ограничено элементами, не подвергающимися большой нагрузке, такими как тротуары, настил и т.д.
- PCC является менее дорогостоящим по сравнению с RCC. Это связано с тем, что дополнительная стоимость стальной арматуры в RCC делает ее дорогостоящим материалом. Следует иметь в виду, что в отличие от других строительных материалов, стоимость стали зависит от ее веса. Чем больше количество стали, которое вы добавляете в свой бетонный элемент, тем больше будут понесенные затраты.
- PCC (или, скорее, бетон в целом) — очень хрупкий материал. Одна из целей добавления стальной арматуры в бетон — сделать его относительно пластичным, чтобы получить некоторое предупреждение перед разрушением. Это предупреждение обычно появляется, когда сталь в бетоне уступает до того, как бетон достигнет предельной деформации. Податливость стали приведет к появлению признаков растрескивания на детали, подверженной растягивающим нагрузкам. Однако арматура будет удерживать элемент вместе, давая достаточное время для дооснащения, прежде чем он разрушится или выйдет из строя в целом.