Сочетание бетона с железом и сцепление

Возможность сочетания двух столь разновидных материалов, как бетон и железо, в один монолит обусловливается тремя нижеследующими обстоятельствами.

• 1) Арматура, находящаяся в бетоне, при отсутствии в последнем трещин не ржавеет. Это доказано многочисленными наблюдениями над железобетонными сооружениями и объясняется по-видимому щелочной реакцией схватывания цемента (Rohland). По существующему в настоящее время взгляду, чтобы обеспечить арматуру от коррозии:

а) количество цемента в бетоне не должно быть менее 220 кг на 1 м3 бетона, а при наличии агрессивных для железа влияний не менее 250 кг;

б) арматура у наружных поверхностей конструкции должна быть покрыта защитным слоем бетона не менее 1,5 см для плит и 2,5 см для балок и стоек;

в) бетон должен быть плотным и не иметь трещин.

• 2) Близость коэффецмента линейного расширения для железа и бетона в пределах обычных темп-p эксплоатации железобетонных сооружений не вызывает нарушения сцепления между арматурой и бетоном.
• 3) Цементный раствор, находясь в коллоидальном состоянии при затвердении бетона, обладает клеящей способностью и пристает к поверхности арматуры.

Сцепления железного стержня с бетоном

Кроме того бетон вследствие усадки сдавливает стержень арматуры и вызывает трение на его поверхности при деформации стержня под нагрузкой. Эти два фактора обусловливают необходимое сцепление арматуры с бетоном, если бетон содержит достаточное количество вяжущего и арматура правильно закреплена в бетоне. Средняя величина сцепления железного стержня с бетоном определяется на опыте путем выдергивания стержня из бетона или продавливания его через бетон и равна

τ сц = Р / υ ι,

где Р — сила, нарушающая сцепление, ι — длина заделки стержня, υ — периметр его сечения. Величина τ сц возрастает с количеством цемента в бетоне, возрастом бетона и уменьшением водоцементного фактора.

Большое влияние имеет также характер поверхности стержня: стержень, покрытый ржавчиной, лучше сцепляется с бетоном, чем чистый. Для увеличения сцепления в Америке часто применяют специальное сортовое железо с переменным сечением (рис. 6).

Напряжение сцепления на поверхности стержня в действительности распределяется неравномерно по длине его заделки: при действии выдергивающей силы напряжение увеличивается от свободного конца стержня к заделанному, при продавливающее силе, наоборот, оно уменьшается к заделанному концу; это объясняется влиянием поперечных деформаций стержня, которые при действии осевой силы или увеличивают давление на бетон (и, стало быть, трение) или уменьшают его. В обоих случаях закон распределения напряжений можно выразить формулой

τ = τ'е + α υ ( ι - х) / f

где f — сечение стержня, υ — его периметр, τ' и α — некоторые постоянные, зависящие от свойства бетона и поверхности стержня, а е — основание неперовых логарифмов. Предельная величина сцепления железа с бетоном, определяемая опытным путем, обычно не меньше временного сопротивления бетона срезу; но стержни арматуры в конструкции обычно находятся вблизи наружных поверхностей последней, что уменьшает силу нажатия бетона на стержни и трение. Это обстоятельство заставляет в расчетах на сцепление арматуры брать более значительный запас прочности; к тому же побуждает и неравномерное распределение напряжений по длине арматуры.