Бетон та залізобетон в архітектурі

                                  Міністерство освіті і науки

         Миколаївська філія Київського національного університету

                                       культури і мистецтв 

                                       Кафедра дизайну 
 

                                       КУРСОВА РОБОТА

                         Бетон та залізобетон в архітектурі

                            З дисципліни «Матеріалознавство та

                              захисно-декоративні матеріали»,

                                     спеціальності «Дизайн»,

                           спеціалізації «Дизайн середовища» 
 
 
 

                                                                 Студентки II курсу гр. ДЗ-2

                                                                Назарової Вікторії Олександрівни 

                                                                  Керівник роботи:

                                                                  Ст. викладач

                                                                  Одробінський Ю. В. 

                                         Миколаїв 2009

                                                  ЗМІСТ 

ВСТУП                                                                                                            3 

РОЗДІЛ 1                                                                                                        5      

ВЛАСТИВОСТІ БЕТОНУ

1.1 Міцність, стійкість, густина                                                                    5

1.2 Водостійкість,  довговічність                                                                   9

1.3 Теплопровідність, морозостійкість                                                      10

1.4 Об’ємна вага. Властивості бетонної суміші                                         13 

РОЗДІЛ  2                                                                                                            15

«ОЗБРОЄНИЙ» БЕТОН 

2.1 Залізобетон                                                                                            15

2.2 Як виготовляють залізобетонні конструкції (ЗБК)                               18

2.3 Що не можна робити при монтажі ЗБК                                                20

2.4 Про доставку і збереження ЗБК                                                              21

2.5 Про явні і неявні дефекти, властивості і класи залізобетону              23 

РОЗДІЛ  III                                                                                                      25

БЕТОН І ЗАЛІЗОБЕТОН В АРХІТЕКТУРІ

3.1 Визначення  бетону і залізобетону                                                          25

3.2 Архітектурне  освоєння бетону та залізобетону                                    29

3.3 Лє Корбуз’є                                                                                               31

3.4 Бетон та залізобетон в архітектурі.                                                         33 

ВИСНОВКИ                                                                                                  36

ЛІТЕРАТУРА                                                                                                 38

 ДОДАТКИ                                                                                                      39 

                                                   ВСТУП

«Країна, яка будується — розвивається,” — вислів Рузвельта стосувався післявоєнної Німеччини та України, економіка якої, на у високоякісних та зручних у використанні будівельних сумішах.

У наш  час бетон та залізобетон являються основними будівельними матеріалами. В кожній державі виробляють бетон та залізобетон, і тепер ні один дім побудований в останні 70 років не обходиться без залізобетонних конструкцій. Тому тема виробництва бетону та залізобетону являється на сьогоднішній день дуже важливою. Важливо не тільки знати технологію виробництва, але вміти зменшувати затрати, а також знати властивості бетонів, їх види, що входить у його склад.

У своїй  роботі я намагалась коротко описати  властивості бетону та залізобетону,розкрити їх значення у будівництві та яку роль виконують у розвитку архітектури. Будівельні суміші та матеріали — основа промислового і житлового будівництва. Від рівня їхнього виробництва залежать темпи і якість будівельних робіт.

До будівельних сумішей відносяться різні природні і штучні матеріали, застосовувані для спорудження, обладнання і ремонту промислових гідротехнічних, житлових, адміністративних і культурно-побутових будинків і споруджень.

Це в  значній мірі визначає актуальність теми даної роботи.

У різних куточках наший великої Батьківщини - в Криму і на Уралі, на Волзі  і в Туркменії, в степах Казахстану і в Сибіру - ростуть гігантські будівництва. Радянські люди зайняті мирною працею. 
Соціалістична промисловість швидкими темпами неухильно рухається вперед, з року в рік збільшуються об'єми будівельних робіт. Вступають в лад десятки і сотні нових підприємств. У широких масштабах розгортається житлове і культурно-побутове будівництво. 
Гідроелектростанції, дамби і канали споруджуються небувалими в світі темпами. Розвиваються транспортні зв'язки між промисловими районами, між містом і селом. Збільшується мережа автомобільних магістралей, що споруджуються по останньому слову будівельної техніки. Нові міцні мости перекидають свої прольоти над перебігом численних річок наший країни. 
Все більше значення для цих гігантських робіт набуває в числі інших матеріалів цементного бетону - міцного і довговічного матеріалу, з якого будують дорожні покриття, мости, дамби, промислові цехи і інші споруди. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                      РОЗДІЛ 1

                                        ВЛАСТИВОСТІ БЕТОНУ

1.1 Міцність, стійкість,  густина

Самою важливою властивістю бетону є його міцність на тиск – здатність протистояти зовнішнім силам не розрушуючись. Як і природний камінь, бетон найкраще всього протистоїть тиску, тому за критерій міцності бетону будівельники прийняли  крайню ступінь міцності бетону при тиску. Щоб визначити міцність бетону, з нього виготовляють Еталонний кубик з ребром 200мм, якщо  зруйнувався при навантаженні 80 тонн, то крайня ступінь міцності при тиску буде дорівнювати 20 МПа.

Міцність  та інші важливі властивості бетону визначаються кількістю води у бетонній суміші. Найчастіше на мішок цементу  вагою 43 кг додається 15-23 л воді в залежності від вологості піску, який використовують, і від потрібної   міцності і стійкості бетону, при чому найменша кількість води дає найбільш міцний бетон.

Міцність  бетону залежить головним чином від  міцності цементного каменю, виду заповнювача й строку твердіння. Міцність цементного каменю залежить не тільки від марки (активності) цементу і його кількості, але й від так званого водно-цементного відношення, тобто відносини води до маси цементу (позначається В/Ц) в одиниці об’єму бетону: можна збільшити витрату цементу в 1,5 рази, але якщо в стільки ж збільшити витрату води, міцність бетону не зміниться. Якщо при тій же витраті цементу збільшити дозу води, міцність бетону зменшиться.

Період  схоплювання неможливо різко  відокремити від наступного періоду - періоду тверднення. Проте через декілька годинників після укладання наступає момент, коли бетонна суміш стає нерухомою і не може бути провибрирувана без руйнування. Цей момент можна вважати кінцем періоду схоплювання.

Щоб процеси хімічної сполуки води з мінералами цементу йшли достатньо ефективно, необхідно підтримувати бетон у вологому стані. Тверднення припиняється не тільки при зниженій температурі, але і при недостатній вологості. В цьому відношенні бетон нагадує рослина: його треба поливати і тримати в теплі, щоб він добре окріпнув. При звичайній температурі бетон на портланд-цементі набуває основної міцності протягом 20-30 діб тверднення. Сприятлива дія на швидкість тверднення надає підвищення температури, яке, як відомо, прискорює хімічні реакції. Для розрахунків зазвичай приймають міцність, яку бетон досягає до терміну тверднення 28 діб. Підвищення температури дозволяє отримати цю ж міцність в значно коротші терміни. 
На підставі вивчення процесу тверднення вироблені умови отримання хорошого бетону: помірна кількість води при зачиненні, вологі і теплі умови тверднення. Від дотримання цих умов залежить якість конструкцій.

В залежності від міцності на стиск бетон ділиться на марки. Марку бетону будівельники визначають по крайній ступені міцності еталонного кубика з ребром 200 мм. Так, у Росії в будівництві використовують наступні марки бетону: «600», «500», «400», «300», «250», «150», «100» і нижче. Вибір марки залежить від тих умов, в яких буде працювати бетон.

Для кожної марки бетону існує різний час схоплювання і тверднення. Тому встановлюють контрольний термін тверднення бетону, після якого бетон можна піддавати розрахунковому навантаженню. Для бетону, виготовленого в умовах будівництва і який твердіє в природних умовах, такий термін рівний 28-30 діб.

Але після  встановленого контрольного терміну  бетон продовжує тверднути і  набирати міцність, правда, значно повільніше. Цей процес повільного тверднення бетону в розрахунках не враховується. Приріст міцності бетону в часі, що перевищує встановлені контрольні терміни тверднення, виявляється як би гарантією надійності бетонних і залізобетонних конструкцій.

Міцність  бетону залежить від міцності камінного  заповнювача (щебеню,гравію) і від якості розчиненого у воді цементу: бетон буде тим міцніше, чим міцніше камінні заповнювачі і чим краще вони будуть скріплені цементним клеєм. Міцність природних каменів не змінюється з часом, а міцність бетону з часом росте.  
Відкриття і широке застосування в будівництві нового матеріалу - залізобетону усунуло недоліки бетону як конструктивного матеріалу. Залізобетон завоював міцне місце в сучасному строительстве1. У нім властивості бетону - велика міцність при стисненні, стійкість до дії води і повітря, вогнестійкість - поєднуються з такими властивостями стали, як міцність при розтягуванні, пружність. У залізобетонних конструкціях, там, де ці конструкції піддаються дії розтягуючих сил, встановлені сталеві стрижні, які і сприймають дію цих сил. Кількість стали і її розташування в бетоні визначаються розрахунком.

  Стійкість, густина

Другою  важливою властивістю бетону являється стійкість – відношення ваги матеріалу до його об’єму. Стійкість бетону завжди менша 100%.

Стійкість дуже сильно впливає на якість бетону, у тім числі і на його міцність: чим вища міцність бетону,тим він міцніше. Пори у бетоні, як правило, з’являються при його виготовленні: в результаті випарювання надлишку води, яка не втупила у хімічну реакцію з цементом при його твердінні, при недостачі цементу.

Крім  цього, підвищують стійкість активні мінеральні добавки, а звідси морозостійкість та водостійкість бетону. Активні мінеральні добавки поділяють на природні та штучні. До природних мінеральних добавок відносяться породи осадового походження – діатоміти, трепели, опоки, глієжи, і вулканічні породи – попіл, туфи, пемзи, траси. До штучних активних добавок відносяться доменні і топ ливні шлаки і золи, а також обпалена глина, але ці добавки не завжди пригідні для скульптури із бетону, так як придають їй темний тон. Активні мінеральні добавки використовують у дрібно молотому вигляді кількістю від 5 до 8 % до об’єму цементу.

З стійкістю  пов’язано і зворотня властивість бетону – пористість – відношення об’єму пор до загального об’єму матеріалу. Пористість як би доповнює міцність бетону до 100%. Яким би не був міцним бетон, у ньому завжди є пори!

Будівельні  матеріали, поверхні яких оброблені гідрофобізиючими сумішами, втрачають здатність змочуватися водою і капілярно її поглинати, що забезпечує їм стійкість до впливу атмосферних факторів і багатьох хімічних реагентів.

Будівельним розчином називають затверділу суміш  в’яжучої речовини, дрібного заповнювача та води. За складом будівельний розчин подібний до дрібнозернистого бетону, і для нього справжнюються закономірності, притаманні бетонам. В основу групової класифікації розчинів покладено такі ознаки: середня густина, вид в’яжучої речовини, призначення й фізико-механічні властивості.  
За густиною у сухому стані розчини поділяють на важкі з середньою густиною 1500 кг/м і більше та легкі, що мають середню густину менш як 1500 кг/м.  
За видом в’яжучого розчини бувають: цементні, приготовані на портландцементі чи його різновидах; вапнякові – на повітряному чи гідравлічному вапні; гіпсові – на основі гіпсових в’яжучих речовин; мішані – на цементно-вапняному в’яжучому. Вид в’яжучого добирають залежно від призначення розчину, вимог температурно-вологового режиму твердіння, а також умов експлуатації будівель і споруд.  
За призначенням будівельні розчини розрізняють так: мурувальні для кам’яного будування та зведення стін з- великих елементів; монтажні для заповнення швів між великими елементами під час монтажу будівель і споруд з готових збірних конструкцій та деталей; опоряджувальні для штукатурення; спеціальні, що мають особливі властивості.  

1.2 Водостійкість, довговічність

Водостійкість – властивість бетону протистояти  дії води, не розрушуючись. Щоб визначити  водостійкість бетону, виготовляють два зразки: один у сухому вигляді роздавлюють на пресі і визначають його нормальну міцність. Другий зразок заздалегідь поміщають у воду, а після насищення водою також роздавлюють на пресі. Із-за ослаблення зв’язків між частинками міцність зразка зменшується. Відношення міцності насиченого водою зразка до міцності у сухому вигляді коефіцієнтом розм’якшення матеріалу. Для бетону він більше 0,8. Тому бетон являється водостійким і може використовуватись для спорудження конструкцій, на яких впливає дія води – платин, пірсів, молов.

У будівництві  гігантських споруд цементному бетону належить найважливіша роль, як одному з найбільш довговічних будівельних матеріалів сучасності. 
На перший погляд мертві, нерухомі споруди з бетону живуть і складних і напружених умовах, які піддаються руйнівним змінам. Зрозуміти життя бетону, його властивості і хвороби, навчитися управляти його життям по своєму бажанню – ось завдання людини, яка створила бетон.

Дійсно,чому руйнуються окремі споруди, побудовані з бетону?

Бетон хоча і дуже стійкий, але з часом "дряхліє", покривається тріщинами, розсипається і гине. Річ у тому, що бетон зберігався б практично вічно, якби не піддавався діям навколишнього середовища. Найбільш сильна руйнуюча дія на споруди з бетону надає вода. 
 
 
 
 
 
 

1.3 Теплопровідність, морозостійкість

Бетон – це матеріал з високою вогнестійкістю і низькою теплопровідністю. Він особливо підходить для захисту стальних конструкцій, оскільки його коефіцієнт теплового розширення (приблизно 0,00001 на 1° C для звичайних сумішей) майже такий же, як і у сталі.

Теплопровідність  характеризує здатність бетону передавати через свою товщину тепловий потік, який виникає із-за різниці температур на поверхнях бетону. Теплопровідність бетону майже в 50 разів менша, ніж у сталі, зате вища, ніж у будівельної цегли. Порівняно невисока теплопровідність забезпечує бетон високою вогнестійкістю – здатність матеріалу видержувати дію високих температур. Бетон може видержувати на протязі тривалого часу температуру вище 1000 ° С. При цьому він не руйнується і не тріскається.

Теплопровідність -- здатність матеріалу передавати тепло через свою товщу від однієї поверхні до іншої внаслідок різниці температур: 

λ = Q r / [τ F (t₁ -- t₂)] , Вт/мград, (12.8) 

де Q -- кількість теплоти, Дж; r -- товщина огородження, м; τ -- період часу, год.; F -- площа стіни, м²; t₁ і t₂ -- температури поверхонь стіни, ^оС.

Теплопровідність матеріалу залежить від його пористості, характеру пор, виду матеріалу, вологості і середньої температури, при якій відбувається передача тепла. Коефіцієнт теплопровідності матеріалу тим нижчий, чим більша його пористість. Дрібнопористі матеріали менш теплопровідні, ніж крупно пористі.

Теплопровідність  характеризує  здатність  бетону  передавати  через  свою товщину  тепловий  потік,   що виникає   із-за   різниці   температур   на поверхнях бетону. Теплопровідність бетону майже в 50 разів  менше,  ніж  в сталі, проте вища, ніж в будівельної цеглини.

Порівняно невисока теплопровідність забезпечує бетону високу вогнестійкість – здатність  матеріалу витримувати дію високих  температур. Бетон може витримати  протягом довгого часу температуру  вище 1000° С. При цьому він не руйнується і не тріскається.

Морозостійкість - здатність матеріалу в насиченому водою стані витримувати багаторазове заморожування і відтавання без видимих ознак руйнування і зниження міцності. Морозостійкість характеризується числом витриманих циклів заморожування. При цьому допускається зниження міцності матеріалу не більше ніж на 25 % і втрата маси не більше ніж на 5%.

Всі знають, що якщо в пори каменів проникає вода, то, замерзаючи, вона розширюється і тим самим руйнує навіть найміцніші гірські породи. Бетон же при насиченні водою може витримувати багатократне заморожування і відтавання. При цьому він не руйнується і майже не знижує своєї міцності. Ця властивість називається морозостійкістю.

Чи боїться  бетон морозу? Так,свіжо укладеному бетону мороз небезпечний. І, насамперед із-за впливу низьких температур на процеси щеплення та твердіння цементів. Бетон дуже чуттєвий до холоду. Це відображається передусім на часу щеплення і швидкості твердіння. Так, наприклад, при зниженні температури з 20 до 5 ºС щеплення бетону уповільнюється в 2 – 5 разів. Але особливо різко проявляється це уповільнення при наступному зниженні температури – до 0º С. Але ж якщо відновити нормальну температуру витримки, то твердіння знову приймає звичайні темпи. А якщо температура бетону опуститься до 0º С? Твердіння зупиняється повністю. Це пояснюється тим, що при замерзанні бетону вода, яка міститься у ньому, замерзає, а утворення цементного каменю уповільнюється. Таким чином,зупиняється і твердіння бетону. Замерзаючи у бетоні, вода збільшується на 9%. В результаті цього у порах бетону розвивається високий тиск, який визиває руйнування структури ще не затверділого бетону. Накопичена на поверхні насіння крупного заповнювача вода при замерзанні утворює тонку крижану плівку, яка відділяє поверхню заповнювача від сполучення з цементним тістом. У результаті погіршується монолітність бетону. Якщо заморозити бетон у ранньому віці, тоді лід руйнує більшість кристаликів цементного клею. Якщо створення бетону було проведено до замороження, а твердіння бетону ще не почалось, то воно не почнеться і після замороження. Але якщо твердіння почалось, то воно призупиниться, поки вільна вода у бетоні залишиться у вигляді льоду. При відтаванні бетону замерзла вільна вода перетворюється у рідину, і твердіння бетону відновлюється. У ньому відбуваються ті ж самі процеси, але вже у зміненій структурі. Ці зміни у структурі бетону зменшують його міцність і щеплення бетону з арматурою. Кінцева міцність бетону буде тим нижча, чим раніше бетон підвергся замороженню.  

Найбільш  небезпечне замороження бетону у  період схоплювання цементу. Для  бетону також шкідливо і багатократне замороження і відтавання його у  початковий період твердіння. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.4 Об’ємна вага. Властивості  бетонної суміші

Основною  вважається класифікація бетону за об’ємною масою, за якою бетони поділяють на особливо важкі, густина яких перевищує 2500 кг/м³, важкі — 2200—2500 кг/м³, полегшені —1800—2200 кг/м³, легкі — 500—1800 кг/м³ і особливо легкі (теплоізоляційні) — менше 500 кг/м³.

Бетони  підрозділяються по об’ємній масі, по виду застосовуваного в’язкого, по крупности заповнювача, по призначенню.

Важкі бетони мають об’ємну масу 1800- 2500 кг/м³, заповнювачем у таких бетонах служить гравій, щебені й кварцовий пісок. Об’ємна маса легких бетонів 500-1800 кг/м³. Щоб одержати такий бетон, необхідно як заповнювач застосовувати легкі пористі заповнювачі (природні пемзу й туф, штучні керамзит або жужільну пемзу й т.д.) або ж утворювати в тілі бетону численні осередки-пори (ніздрюваті бетони).

Особливо  важкі бетони мають об’ємну масу більше 2500 кг/м³. Для їхнього готування застосовують дуже важкі щебені з металевих руд, залізний скрап і т.д.

Особливо  легкі бетони мають об’ємну масу менш 500 кг/м³. Легкі бетони, як правило, мають невисоку міцність, але зате зниженою теплопровідністю й тому звичайно їх застосовують у конструкціях, що обгороджують (зовнішні стіни, панелі покрівель).

Високоміцні легені бетони для виготовлення несучих  конструкцій (балок, ферм, плит, колон) у нашій країні застосовуються поки дуже мало.

Якщо  бетон приготовлений тільки на одному дрібному заповнювачі (пісок, щебені крупностью до 10 мм), те він називається дрібнозернистим. Якщо в бетоні немає піску, то цементне тісто не заповнює всіх порожнеч між  гравієм або щебенями й виходить так званий крупнопористый бетон, що володіє також зниженою об’ємною масою.

До бетонів  спеціального призначення ставляться високоміцні, дорожні, гідротехнічні, декоративні, жаростійкі (для футеровки  промислових печей, димарів), хімічно стійкі.

Бетонна суміш - це суміш в’яжучих, заповнювачів і, при необхідності, добавок до її укладання. Властивості бетонної суміші визначають якість і властивість отриманого з неї бетону. Основними властивостями бетонної суміші є легкоукладуваність та не розшарованість.

Легкоукладуваність — реолого технологічній показник бетонної суміші, який характеризує здатність бетонної суміші заповнювати форму бетонованого виробу і ущільнюватися в ній під дією власної маси або механічних дій.

Легкоукладуваність  бетонної суміші оцінюють рухливістю або жорсткістю.

Рухливість (Р) - властивість бетонної суміші розтікатися під дією власної маси. Для визначення рухливості бетонної суміші служить стандартний конус. Р2 - 5-9см, Р3 - 10-15см, Р4 - 16-20см, Р5 - 21 і вище

Жорсткість (Ж) - властивість бетонної суміші розтікатися і заповнювати форму під дією вібрації.

Не розшарованість - здатність бетонної суміші не розшаровуватися при транспортуванні, вивантаженні та укладанні. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                     РОЗДІЛ 2

                                         «ОЗБРОЄНИЙ» БЕТОН

2.1 Залізобетон

Відкриття і широке застосування в будівництві  нового матеріалу - залізобетону усунуло  недоліки бетону як конструктивного  матеріалу. Залізобетон завоював міцне місце в сучасному строительстве1. У нім властивості бетону - велика міцність при стисненні, стійкість до дії води і повітря, вогнестійкість - поєднуються з такими властивостями стали, як міцність при розтягуванні, пружність. У залізобетонних конструкціях, там, де ці конструкції піддаються дії розтягуючих сил, встановлені сталеві стрижні, які і сприймають дію цих сил. Кількість стали і її розташування в бетоні визначаються розрахунком. Якщо порівняти кам'яний міст з мостом з сучасного залізобетону, виявиться величезна різниця в кількості матеріалів, в зовнішньому вигляді споруд .Кожному ясно, що ніж менше матеріалів йде на будівництво, тим дешевше споруда, тим воно вигідніше.

Залізобетон в даний час поширений дуже широко; з нього зводяться дамби  і мости, дорожні покриття автомобільних магістралей і покриття злітно-посадочних майданчиків для літаків, будуються тунелі, труби, резервуари, виготовляються конструкції житлових і промислових будівель (колони, балки, плити перекриттів, сходів і ін.) і навіть річкові і морські судна. Бетон абсолютно без сталі, або, як її називають, "арматури", застосовується тепер рідко, але властивості цементного бетону багато в чому визначають і властивості залізобетону.