Технико – экономическая оценка железобетонных конструкций
Содержание
- Введение…………………………………………………………
……………………………………….3 - История бетона………………………………………………………………
………………………..4 - История железобетона………………………………………………
…………………………….5 - Составляющие и свойства ЖБИ……………………………………………………………….8
- Изготовление монолитных железобетонных конструкций………………….10
- Предварительно напряженный железобетон………………………………………11
- Свойства железобетона………………………………………………
………………………….13 - Ползучесть железобетона………………………………………………
………………………14 - Усадка железобетона………………………………………………
…………………………….15 - Воздействие температуры на железобетон………………………………………….16
- Коррозия железобетона и меры защиты от нее……………………………………17
- Три категории требований к трещиностойкости железобетонных конструкций…………………………………………………
………………………………………..19 - Конструктивные схемы компоновки железобетонных конструкций….21
- Особенности заводского производства железобетона………………………24
- Области примененеия железобетона………………………………………………
…..26 - Технико – экономическая оценка железобетонных конструкций………27
- Заключение……………………………………………………
……………………………………….28 - Список литературы……………………………………………………
…………………………..29
1.Введение
В настоящее время, бетон и железобетон являются основными строительными материалами. В нашей стране производят десятки миллионов тонн железобетона и бетона, ни один дом построенный в последние 60 лет не обходится без железобетонных изделий.
Железобетон обладает рядом положительных характеристик: высокими плотностью и прочностью, износостойкостью, хорошими огнеупорными свойствами (при пожаре воздействию огня поддаются только верхние слои железобетона, в то время как каркас из стальной арматуры и внутренние слои бетона нагреваются сравнительно медленно). К отрицательным характеристикам железобетона можно отнести его низкую трещиностойкость.
Поэтому тема производства бетона и железобетона является на сегодняшний день очень важной. Важно не только знать технологию производства, качества железобетона, влияние их на жизнь человека,но и экономико – технологические показатели.
- История бетона
Римляне материал, подобный бетону, называли
по-разному. Так, литую кладку с каменным
заполнителем они именовали греческим
словом "эмплектон" (emplekton). Встречается
также слово "рудус" (rudus). Однако
чаще всего при обозначении таких
слов, как раствор, используемый при
возведении стен, сводов, фундаментов
и тому подобных конструкций, в римском
лексиконе употреблялось
Трудно точно сказать, где и когда появился бетон, так как начало его зарождения уходит далеко в глубь веков. Очевидно лишь то, что он не возник таким, каким мы его знаем, а, как большинство строительных материалов, прошел длинный путь развития. Наиболее ранний бетон, обнаруженный археологами, можно отнести к 5600 г. до н.э. Он был найден на берегу Дуная в поселке Лапински Вир (Югославия) в одной из хижин древнего поселения каменного века, где из него был сделан пол толщиной 25 см. Бетон для этого пола приготавливался на гравии и красноватой местной извести.
История бетона неразрывно связана
с историей цемента. Древнейшими
вяжущими веществами, используемыми
человеком, являлась глина и жирная
земля, которые после смешивания
с водой и высыхания
Наиболее раннее применение бетона в Египте, обнаруженное в гробнице Тебесе (Теве) датируется 1950 г. до н.э. Бетон был применен при строительстве галерей египетского лабиринта и монолитного свода пирамиды Нима задолго до н.э.
Несомненно, на широкое распространение
римского бетона определенное влияние
оказала политическая и экономическая
структура античного общества. Однако
не в меньшей степени, а может
быть, даже в большей, этому способствовал
и ряд крупных технических
достижений. В частности, открытие римлянами
свойств пуццолановых добавок, значительное
улучшение состава бетона за счет
использования чистых и даже в
отдельных случаях
- История железобетона
Железобетон - один из древнейших строительных материалов. Из него построены галереи египетского лабиринта (3600 лет до н. э.), часть Великой Китайской стены (III век до н.э.), ряд сооружений на территории Индии, Древнего Рима и в других местах. Однако использование железобетона и железобетона для массового строительства началось только во второй половине XIX в., после получения и организации промышленного выпуска портландцемента, ставшего основным вяжущем веществом для бетонных и железобетонных конструкций. Вначале железобетон использовался для возведения монолитных конструкций и сооружений. Применялись жесткие и малоподвижные бетонные смеси, уплотнявшиеся трамбованием. С появлением железобетона, армированного каркасами, связанными из стальных стержней, начинают применять более подвижные и даже литые бетонные смеси, чтобы обеспечить их надлежащее распределение и уплотнение в бетонируемой конструкции. Однако применение подобных смесей затрудняло получение бетона высокой прочности, требовало повышенного расхода цемента. Поэтому большим достижением явилось появление в 30-х годах способа уплотнения бетонной смеси вибрированием, что позволило обеспечить хорошее уплотнение малоподвижных и жестких бетонных смесей, снизить расход цемента в бетоне, повысить его прочность и долговечность. В эти же годы был предложен способ предварительного напряжения арматуры в бетоне, способствовавший снижению расхода арматуры в железобетонных конструкциях, повышению их долговечности и трещиностойкости. Профессор А.Р. Шуляченко в 80-х годах XIX века разработал теорию получения и твердения гидравлических вяжущих веществ и цементов и доказал, что на их основе могут быть получены долговечные бетонные конструкции. Под его руководством было организовано производство высококачественных цементов. Профессор Н.А. Белелюбский в 1891 году провел широкие испытания, результаты которых способствовали внедрению железобетонных конструкций в строительство. Профессор И.Г. Малюга в 1895 году в своей работе "Составы и способы изготовления цементного раствора (бетона) для получения наибольшей крепости" обосновал основные законы прочности бетона. В 1912 году был издан капитальный труд Н.А. Житкевича "Бетон и бетонные работы". В начале века появляются много работ по технологии бетона и за рубежом. Из них наиболее важными были работы Р. Фере (Франция), О. Графа (Германия), И. Боломе (Швейцария), Д. Абрамса (США). Широкое развитие получила технология бетона в СССР со времени первых крупных гидротехнических строительств - Волховстроя (1924 год) и Днепростроя (1930 год). Профессора Н.М. Беляев и И.П. Александрии возглавили ленинградскую научную школу по бетону. В 30-е годы ученные московской школы бетона Б.Г. Скрамтаев, Н.А. Попов, С.А. Миронов, С.В. Шестоперов, П.М. Миклашевский и другие разработали методы зимнего бетонирования и тем самым обеспечили круглогодичное возведения бетонных и железобетонных конструкций, создали ряд новых видов бетона, разработали способы повышения долговечности бетона, основы технологии сборного железобетона. В послевоенные годы создавались новые виды вяжущих веществ и бетонов, начинали широко применяться химические добавки, улучшающие свойства бетона, совершенствовались способы проектирования состава бетона и его технология.
- Составляющие и свойства ЖБИ
Железобетон – это сочетание двух основных материалов. Любой блок железобетона содержит в себе стальную арматуру, сваренную между собой и бетон. Арматура устойчива к растяжениям, а хрупкий бетонный камень - крайне устойчив к сжатию. Именно это сочетание свойств наделяют этот строительный материал уникальными свойствами.
4.1. Железобетонные плиты
Для понятия влияния каждого составляющего бетона не его результирующие свойства (свойства железобетонной конструкции в целом) – необходимо отдельно рассмотреть каждый из этих материалов и особенности их соединений.
Процесс «вживления» арматуры не так прост, как это кажется на первый взгляд. Это продиктовано инженерными требованиями к железобетонным изделиям (ЖБИ). Дело в том, что такие конструкции из бетона, как плиты перекрытий между этажами, несущие железобетонные балки испытывают колоссальную нагрузку конструкции пола. Эта нагрузка складывается из ряда составляющих: собственного веса самих конструкций, нагрузки от предметов, находящихся на этаже, и давления, которое создают стены на каркас здания. Все эти факты приводят к тому, что нижняя часть конструкции находится в чуть растянутом состоянии. Это негативно сказывается на прочности и долговечности железобетонных блоков.
4.2. Железная арматура перед заливанием бетона
Инженеры нашли решение
этой проблемы в применении т.н. напряжённого
железобетона. Секрет его изготовления
достаточно прост: в процессе изготовления
железная арматура внедряется в бетон
в растянутом виде и компенсирует
нагрузку растяжения нижней части железобетонного
блока своим стремлением
Следует упомянуть, что арматура не всегда представляет собой стальные прутья, иногда используют жёсткие стальные пучки проволок. Существуют два типа арматуры: монтажная и рабочая. Монтажная арматура чётко закрепляет расположение стержней рабочей арматуры, создаёт объёмный скелет железобетонного изделия. Рабочую арматуру применяют в нижней части железобетонных изделий, которые работаю на изгиб.
После проектирования каркаса ЖБИ – происходит заливка изделия и придание ему требуемой геометрической формы. В пространстве между водой и бетоном, между которыми происходит химическая реакция - находится заполнитель. Например, щебень горных пород, песок. Концентрация и характер заполнителя во многом определяют конечные свойства бетона, хотя сам заполнитель является инертным, т.е. не участвует в химической реакции. По типу заполнителя бетон делят на мелкозернистый и крупнозернистый.
- Изготовление монолитных железобетонных конструкций
Защита железобетонных
конструкций полимерными
Для защиты железобетонных
конструкций применяются
Другой метод защиты железобетонных
конструкций заключается в
- Предварительно напряжённый жел
езобетон
Предварительно напряжённый железобетон (преднапряжённый железобетон) — это строительный материал, предназначенный для преодоления неспособности бетона сопротивляться значительным растягивающим напряжениям.
При изготовлении железобетона
прокладывается арматура из стали с
высокой прочностью на растяжение,
затем сталь натягивается специальным
устройством и заливается бетонной
смесью. После схватывания сила предварительного
натяжения освобождённой
Способы натяжения арматуры:
- Механический способ — натяжение, как правило, с использованием гидравлических или винтовых домкратов
- Электротермический способ натяжения — натяжение с использованием электротока для разогрева арматуры, при котором арматура удлиняется до определенных значений
- Электротермомеханический — способ комбинирующий механический и электротермический.
Предварительное напряжение может производиться не только до, но и после схватывания бетонной смеси. Чаще этот метод применяется при строительстве мостов с большими пролётами, где один пролёт изготавливается в несколько этапов (захваток). Материал из стали (трос или арматура) укладывается в форму для бетонирования в чехле (гофрированная тонкостенная металлическая или пластиковая труба). После изготовления монолитной конструкции трос (арматуру) специальными механизмами (домкратами) натягивают до определённой степени. После чего в чехол с тросом (арматурой) закачивается жидкий цементный (бетонный) раствор. Таким образом обеспечивается прочное соединение сегментов пролёта моста.
Предварительно напряжённый железобетон является главным материалом междуэтажных перекрытий высотных зданий и бетонных камер ядерных реакторов, а также колонн и стен зданий повышенной сейсмо- и взрывоопасности.
Придавленная, как прессом, весом высокого аттика стена Колизея в Риме является свидетельством того, что еще архитекторы в древнем Риме понимали преимущества преднапряжения каменных конструкций, предназначенных для работы в условиях возможных землетрясений.
5.1Преднапряженная своим весом стена Колизея в Риме
5.2.Мост в ботаническом саду Гренобля, 1855, самый первый бетонный мост в Мире, Франция
- Свойства железобетона определяются:
- физико-техническими свойствами используемого специалистами бетонно-растворного узла при производстве железобетона бетонного раствора;
- свойствами используемой стальной арматуры (обычно для производства железобетона используют рифленую арматуру, а также сварные сетки и каркасы из такой арматуры);
- количеством используемой арматуры и способом ее размещения в железобетонной конструкции.
Критерии, классификации бетона это:
- Средняя плотность (D)
- Прочность (B, Bt, Btb)
- Морозостойкость (F)
- Водонепроницаемость (W)
Средняя плотность железобетона
Средняя плотность тяжелого железобетона при укладке бетонной смеси с вибрированием равна 2500 кг/M3, при укладке бетонной смеси без вибрирования — 2400 кг/M3. При значительном содержании арматуры (свыше 3%) плотность железобетона определяют как сумму масс бетона и арматуры в 1 M3 объема конструкции. Средняя плотность легкого железобетона определяется так же, как сумма масс бетона и арматуры в 1 M3 объема конструкции.
Сам бетон принято разделять по плотности на 4 типа: особо лёгкий, лёгкий, тяжёлый и особо тяжёлый. Плотность тяжёлого класса бетона может достигать 2,5 тонн на м3. На основе тяжёлого бетона изготавливают такие ЖБИ, как плиты перекрытий, элементы оград, детали колодцев и столбы освещения. По средней плотности (D) бетон определяется фактическим показателем массы бетона в сухом состоянии к объёму (кг/м3).
- Ползучесть железобетона
Ползучесть железобетона
является следствием ползучести бетона.
Стальная арматура, как и при усадке,
становится внутренней связью, препятствующей
свободным деформациям
Релаксация напряжений в бетоне железобетонной призмы наблюдается и при постоянных напряжениях в арматуре. Напряжения в бетоне с течением времени уменьшаются, так как коэффициент с течением времени уменьшается.
На работу коротких сжатых железобетонных элементов ползучесть бетона оказывает положительное влияние, обеспечивая полное использование прочности бетона и арматуры; в гибких сжатых элементах ползучесть вызывает увеличение начальных эксцентриситетов, что может снижать их несущую способность; в изгибаемых элементах ползучесть вызывает увеличение прогибов; в предварительно напряженных конструкциях ползучесть приводит к потере предварительного напряжения. Ползучесть и усадка железобетона протекают одновременно и совместно влияют на работу конструкции.
- Усадка железобетона
В железобетонных конструкциях
стальная арматура вследствие ее сцепления
с бетоном становится внутренней
связью, препятствующей свободной усадке
бетона. Согласно опытным данным, усадка
и набухание железобетона в ряде
случаев вдвое меньше, чем усадка
и набухание бетона. Стесненная деформация
усадки бетона приводит к появлению
в железобетонном элементе начальных,
внутренне уравновешенных напряжений
растягивающих в бетоне и сжимающих
в арматуре. Под влиянием разности
деформаций свободной усадки бетонного
элемента и стесненной усадки армированного
элемента возникают средние
При усадке железобетона растягивающие
напряжения в бетоне зависят от свободной
усадки бетона, коэффициента армирования
, класса бетона. С увеличением содержания
арматуры в бетоне растягивающие
напряжения увеличиваются, и, если они
достигают временного сопротивления
при растяжении, возникают усадочные
трещины. Растягивающие напряжения
в бетоне при стесненной усадке элемента,
армированного односторонней
Начальные растягивающие
напряжения в бетоне от усадки способствуют
более раннему образованию
- Воздействие температуры на железобетон
Под воздействием температуры в железобетоне возникают внутренние взаимно уравновешенные напряжения, вызванные некоторым различием в значениях коэффициента линейной температурной деформации цементного камня, зерен заполнителей и стальной арматуры. При воздействии на конструкцию температуры до 50°С внутренние напряжения невелики и практически не приводят к снижению прочности бетона. В условиях систематического воздействия технологических температур (порядка 60—200°С) необходимо учитывать некоторое снижение механической прочности бетона (примерно на 30 %) При длительном нагреве до 500—600 °С и последующем охлаждении бетон разрушается.
Основными причинами разрушения бетона при воздействии высоких технологических температур являются значительные внутренние растягивающие напряжения, возникающие вследствие разности температурных деформаций цементного камня и зерен заполнителей, а также вследствие увеличения в объеме свободной извести, которая выделяется при дегидратации минералов цемента и гасится влагой воздуха.
Для конструкций, испытывающих длительное воздействие высоких технологических температур, применяют специальный жаростойкий бетон. Прочность сцепления арматуры периодического профиля с бетоном снижается при температуре до 500°С на 30%. Однако прочность сцепления гладкой арматуры с бетоном начинает резко снижаться уже при 250 °С.
В статически неопределимых
железобетонных конструкциях под воздействием
сезонных изменений температур возникают
дополнительные усилия, которые при
большой протяженности
- Коррозия железобетона и меры защиты от нее
Коррозионная стойкость элементов железобетонных конструкций зависит от плотности бетона и степени агрессивности среды. Коррозия бетона, имеющего недостаточную плотность, может происходить от воздействия фильтрующейся воды, которая растворяет составляющую часть цементного камня — гидрат окиси кальция. Наибольшей растворяющей способностью обладает мягкая вода. Внешним признаком такой коррозии бетона являются белые хлопья на его поверхности. Другой вид коррозии бетона возникает под влиянием газовой или жидкой агрессивной среды: кислых газов в сочетании с повышенной влажностью, растворов кислот, сернокислых солей и др. При взаимодействии кислоты с гидратом окиси кальция цементного камня бетон разрушается. Продукты химического взаимодействия агрессивной ере ды и бетона, кристаллизуясь, постепенно заполняют поры и каналы бетона. Рост кристаллов приводит к разрыву стенок пор, каналов и быстрому разрушению бетона. Наиболее вредны для бетона соли ряда кислот, особенно серной кислоты; они образуют в цементе сульфат кальция и алюминия. Сульфатоалюминат кальция, растворяясь, вытекает и образует белые подтеки на поверхности бетона. Весьма агрессивны грунтовые воды, содержащие сернокислотный кальций, а также воды с магнезиальными и аммиачными солями.
Морская вода при систематическом воздействии оказывает вредное влияние на бетон, поскольку содержит сульфатомагнезит, хлористую магнезию и другие вредные соли.
Коррозия арматуры (ржавление) происходит в результате химического и электролитического воздействия окружающей среды; обычно она протекает одновременно с коррозией бетона, но может протекать и независимо от коррозии бетона. Товар коррозии арматуры имеет в несколько раз больший объем, чем арматурная сталь, и создает значительное радиальное давление на окружающий слой. При этом вдоль арматурных стержней возникают трещины и отколы бетона с частичным обнажением арматуры.
Мерами защиты от коррозии железобетонных конструкций, находящихся в условиях агрессивной среды, в зависимости от степени агрессии являются: снижение фильтрующей способности бетона введением специальных добавок, повышение плотности бетона, увеличение толщины защитного слоя бетона, а также применение лакокрасочных или мастичных покрытий, оклеечной изоляции, замена портландцемента глиноземистым цементом, применение специального кислотостойкого бетона.
- Три категории требований к трещиностойкости железобетонных конструкций
Трещиностойкостью железобетонной конструкции называют ее сопротивление образованию трещин в стадии I напряженно-деформированного состояния или сопротивление раскрытию трещин в стадии II напряженно-деформированного состояния.
К трещиностойкости железобетонной
конструкции или ее частей предъявляются
при расчете различные
- первая категория — не допускается образование трещин;
- вторая категория — допускается ограниченное по ширине непродолжительное раскрытие трещин при условии их последующего надежного закрытия (зажатия);
- третья категория — допускается ограниченное по ширине непродолжительное и продолжительное раскрытие трещин.
Непродолжительным считается
раскрытие трещин при действии постоянных,
длительных и кратковременных нагрузок;
продолжительным считается
Предварительно напряженные
элементы, находящиеся под давлением
жидкости или газов (резервуары, напорные
трубы и т.п.), при полностью
растянутом сечении со стержневой или
проволочной арматурой, а также
при частично сжатом сечении с
проволочной арматурой
Порядок учета нагрузок при
расчете по трещиностойкости зависит
от категории требований по трещиностойкости:
при требованиях первой категории
расчет ведут по расчетным нагрузкам
с коэффициентом надежности по нагрузке
(как при расчете на прочность);
при требованиях второй и третьей
категорий расчет ведут на действие
нагрузок с коэффициентом. Расчет по
образованию трещин для выяснения
необходимости проверки по кратковременному
раскрытию трещин при требованиях
второй категории выполняют на действие
расчетных нагрузок с коэффициентом;
расчет по образованию трещин для
выяснения необходимости