Бетон — искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения смеси вяжущего (цемента), воды и заполнителя (песок, щебень или гравий — для обыкновенного бетона, шлак, пемза, керамзит, туф — для легких бетонов). Преимущество бетона, обеспечившее ему столь быстрое и широкое внедрение в строительную технику, и успешная замена им таких материалов, как дерево и камень, прежде всего состоит в том, что он является искусственным материалом, которому при изготовлении можно придавать самые разнообразные свойства и формы, необходимые для различных конструкций.
Применение бетона известно с глубокой древности. Однако он изготовлялся не на цементных, а на известковых вяжущих, которые оказывают коррдирующее, воздействие на арматуру, имеют незначительное с ней сцепление и не обладают одинаковым со сталью коэффициентом линейного расширения. Поэтому применение арматуры при известковом вяжущем не могло быть эффективно. Развитие производства цемента и в связи с этим железобетонных конструкций относится лишь к началу XIX века.
Железобетон - искусственный строительный материал, в составе которого соединены вмонолитное целое стальная арматура и бетон. В современном строительстве этот составимеет широкое распространение. Железобетон обладает большими техническими и экономическими преимуществами по сравнению с другими материалами. Сооружения из железобетонапри правильно подобранном его составе огнестойки и долговечны, не требуют специальных защитных мер от разрушающих атмосферных воздействий. Прочность бетона со временем увеличивается. Железобетон обладает высокой несущей способностью, хорошо воспринимает и статические, и динамические (в т.ч. сейсмические) нагрузки. Термин «железобетон» в строительстве нередко употребляется как собирательное название железобетонных конструкций и изделий (ЖБИ). Идея сочетания в железобетоне этих двух крайне отличающихся механическими свойствами материалов базируются на следующем. Бетон, как и всякий каменный материал, хорошо сопротивляется сжимающим нагрузкам, но слабо противодействует растягивающим напряжениям: прочность бетона при растяжении примерно в 10—15 раз меньше прочности при сжатии. В результате этого бетон невыгодно использовать для изготовления конструкций, в которых возникают растягивающие напряжения. Сталь же, обладая очень высоким пределом прочности при растяжении, способна воспринимать растягивающие напряжения, возникающие в железобетонном элементе. Наиболее выгодно применять железобетон для строительных элементов, подверженных изгибу. При работе таких элементов возникают два противоположных напряжения—растягивающие и сжимающие. При этом сталь воспринимает первые, а бетон — вторые напряжения и поэтому железобетонный элемент в целом успешно противостоит изгибающим нагрузкам. Таким образом, сочетается работа бетона и стали в одном материале — железобетоне.
Возможность совместной работы в железобетоне двух резко различных по своим свойствам материалов определяется следующими важнейшими факторами:
- бетон прочно сцепляется со стальной арматурой, вследствие чего при возникновении напряжений в железобетонной конструкции оба материала работают совместно;
- сталь и бетон обладают почти одинаковым коэффициентом температурного расширения, что обеспечивает полную монолитность железобетона;
- бетон не только не оказывает разрушающего влияния на заключенную в нем сталь, но предохраняет ее от коррозии.
В зависимости от способа армирования и состояния арматуры различают железобетонные изделия с обычным армированием и с предварительно напряженной арматурой.
К обыкновенно армированным железобетонным изделиям относятся такие, усиление прочности которых достигается путем укладки стальных стержней, сеток или каркасов при изготовлении изделий. Однако такой способ армирования не предохраняет полностью изделия, работающие на изгиб, от образования трещин в бетоне в растянутой зоне, так как бетон обладает незначительной растяжимостью (1—2 мм на 1 пог. м), тогда как сталь при таких же нагрузках растягивается в 5—6 раз больше бетона. Появление трещин отрицательно влияет на работу железобетонного элемента: увеличиваются прогибы, в трещины проникают влага и газы, что создает опасность коррозии стальной арматуры.
Избежать образования трещин в железобетонной конструкции можно предварительным сжатием бетона в местах, подверженных растяжению. В таком бетоне трещины появляются только в том случае, если растягивающие напряжения превзойдут напряжения предварительного сжатия. Сжатие бетона достигается предварительным напряжением (растяжением) арматуры. По способу изготовления различают два вида предварительно напряженных конструкций: первый — предварительное напряжение арматуры производится до затвердения бетона, второй — после приобретения бетоном определенной прочности.
Если напрягать арматуру до бетонирования, то уложенная в форму «опалубку» арматура с одного конца закрепляется к упору, а с другого натягивается специальным приспособлением, например, домкратом. После заполнения формы бетонной смесью и затвердения бетона арматура освобождается от натяжения. Стремясь прийти в первоначальное ненапряженное состояние, она сокращается и увлекает за собой окружающий ее бетон, обжимая железобетонный элемент в целом. Если же арматуру напрягают после отвердения бетона, то ее располагают в специально оставленном в бетоне канале. После затвердения бетона арматуру натягивают и закрепляют на концах конструкций анкерными устройствами, затем заполняют канал бетоном, который после затвердения сцепляется с арматурой.
Предварительное напряжение арматуры не только предупреждает появление трещин в растянутом бетоне, но и позволяет снизить вес железобетонных конструкций, увеличить их жесткость, повысить долговечность и сократить расход арматуры. Поэтому дальнейшее развитие строительной техники направлено на значительное увеличение выпуска предварительно напряженных железобетонных конструкций.
