Область применения железобетонной конструкций, преимущества

Железобетон представляет собой сочетание двух различных по своим физико-механическим свойствам материалов — железа (стали) и бетона для совместной работы в конструкции как одно монолитное целое.

Идея сочетать в конструкции работу каменного материала и металла возникла вероятно еще в начале 19 века, но свое развитие она смогла получить лишь после изобретения портланд-ского цемента, введением которого в строительную практику было обеспечено широкое применение бетона.

Свойства железобетона

Бетон, как всякий камень, сопротивляется растяжению в значительно меньшей степени (в 10 —15 раз), чем сжатию. Целесообразно поэтому в растянутую зону бетонной балки при ее изготовлении ввести в виде арматуры материал, хорошо работающий на растяжение, каким является сталь.
Совместная работа столь различных по существу материалов является не только возможной, но и выгодной благодаря следующим свойствам:

1. Бетон при затвердевании прочно сцепляется со сталью, и под действием внешних сил оба материала работают совместно, т. е. смежные волокна бетона и стали получают одинаковые деформации.
2. Сталь и бетон при колебаниях температуры до 100° С обладают относительно близкими по величине коэффициентами линейного расширения (для бетона от 0,000007 до 0,000014, для стали 0,000012), вследствие чего в железобетоне возникают лишь небольшие внутренние напряжения, исключающие появление опасных деформаций и скольжения арматуры. В то же время бетон как сравнительно плохой проводник тепла защищает сталь от резких изменений температуры.
3. Бетон предохраняет заключенную в нем стальную арматуру от коррозии; однако это свойство наблюдается лишь у достаточно плотных цементных бетонов.

Таким образом, благодаря наличию этих трех свойств стало возможным существование железобетона, в котором при обеспеченной сохранности стали достигается выгодное использование обоих материалов, причем бетону предоставляется воспринимать преимущественно сжимающие усилия, а стальной арматуре — растягивающие, а нередко также и сжимающие.

Область применения железобетонной конструкций

Железобетонные конструкции находят широкое применение во многих областях строительства, и в каждой из них выработаны свои оригинальные формы конструкций, свойственные только железобетону. В ряде случаев железобетон дает более целесообразные и экономичные решения по сравнению с конструкциями из других материалов.

Железобетонные конструкции являются основными в строительстве различных промышленных и складских зданий, в силосах, бункерах и резервуарах; в различных водопроводных и канализационных сооружениях, искусственных сооружениях; в фундаментах под прокатные станы и под машины с динамическими нагрузками, в подпорных стенах и др.
Широкое применение железобетонные конструкции находят в строительстве мостов малых, средних и больших пролетов.
Все шире используется железобетон при строительстве различных гидротехнических сооружений, тепловых электростанций, в подземном строительстве, при постройке аэродромов, дорог, опор и столбов для линий электропередачи, связи, освещения, подвесных дорог и пр.
В строительстве жилых и общественных зданий все более широкое распространение получили железобетонные конструкции заводского изготовления, в том числе и для крупнопанельного домостроения.
Перечисленные выше многочисленные виды сооружений становятся еще более экономичными при применении индустриальных методов производства железобетонных работ.

Среди современных железобетонных конструкций занимают большое место так называемые предварительно напряженные конструкции, которые гарантированы от возникновения в них трещин при эксплуатационных нагрузках. Это ценное преимущество их перед обычными железобетонными конструкциями достигается путем искусственного обжатия бетона в тех местах, где под влиянием нагрузки возникают растягивающие усилия.

Железобетонные конструкции в зависимости от их вида, наличия местных материалов, сроков выполнения и других условий осуществляются монолитными, сборными или сборно-монолитными.

Технические и экономические преимущества предварительно напряженных железобетонных конструкций обусловили все более широкое их применение в строительстве.

Прежде всего имеется большая потребность в легких сборных элементах (панелях и балках) для перекрытий и покрытий гражданских и промышленных зданий, а также в шпалах для железных дорог, особенно в безлесных районах страны. Эти элементы требуют относительно немного стали и приспособлены для массового заводского их производства

Предварительно напряженные балки во многих случаях могут замены стальные конструкции. Имеются примеры применения в промышленных зданиях балок пролетами до 40 м, а в ангарах — свыше 50 м, причем выполнены как сборными, так и сборно-монолитными. Предварительно напряженные конструкции нашли значительное применение и в ма строении, где применены балки пролетами свыше 100 м.
Использование предварительно напряженного железобетона целесообразно в конструкциях и сооружениях, в которых не допускается появление трещин, таких, как напорные трубопроводы, резервуары и др.
Предварительное напряжение используется в практике гидротехнического строительства (плотины, шлюзы и др.) с целью облегчения конструкций и обеспечения их трещиностойкости, а также в аэродромных покрытиях взлетнопосадочных полос, дорогах, сваях, опорах линий электропередачи.

Преимущества железобетона столь значительны по сравнению с его недостатками, что последние не могли оказать - влияния на широкое его распространение во многих областях строительства

Железобетон имеет следующие преимущества:

1)  он является одним из наиболее огнестойких строительных материалов; как известно, сталь сама по себе не огнестойка и под непосредственным действием огня сильно деформируется; бетон предохраняет заключенную в нем сталь от быстрого нагревания до опасной температуры. Так, при внешней постоянной температуре 1000—1100° С арматура нагревается до
550° С через 1 ч при толщине прикрывающего слоя бетона 2,5 см и через 2 ч при слое 5 см;
Применяемый для защиты арматуры бетонный слой толщиной 1,5—2 см является достаточным для обеспечения огнестойкости железобетонного перекрытия при пожарах средней силы. Для получения конструкций повышенной огнестойкости защитный слой увеличивается до 3—4 см;

1. он обладает значительной упругостью и значительно лучше бетона сопротивляется динамическим нагрузкам;
2. он обладает большой сейсмостойкостью;
3. он долговечен; долговечность обеспечивается тем, что бетон, окружающий сталь, защищает ее от коррозии, а прочность самого бетона с течением времени увеличивается;
4. расходы на ремонт железобетонных конструкций так же незначительны, как и на ремонт каменных, и несравненно меньше, чем на ремонтных;
5. приспособляемость железобетона к любым формам позволяет удовлетворить самые разнообразные требования в конструктивном, производственном и архитектурном отношении;
6. в гигиеническом отношении железобетонные конструкции также имеют преимущества по сравнению с каменными и особенно с деревянными следствие отсутствия отверстий и щелей, в которых могли бы гнездиться паразиты и скопляться пыль.

К основным недостаткам обычного (тяжелого) железобетона относятся

1. значительный собственный вес конструкций (массивность);
2. относительно большие теплопроводность и звукопроводность, что требует в необходимых случаях дополнительных мероприятий (изоляции);
3. невозможность проверки количества и расположения арматуры по ичании бетонирования (имеются удачные попытки просвечивания конструкций рентгеновскими лучами и существует особый детекторно-индикаторный аппарат, но эти способы контроля могут найти применение только исключительных случаях);
4. затруднительность производства усилений и изменений в возведенном сооружении;
5. возможность появления трещин на железобетонных конструкциях, отслоений и т, п.