Железобетон — строительный материал¶

Железобетон — композиционный строительный материал, состоящий из бетона и стальной арматуры, работающих совместно как единое целое. Бетон воспринимает сжимающие напряжения, а арматура — растягивающие, что позволяет конструкциям из железобетона выдерживать значительные нагрузки при относительно небольшом расходе материала. Железобетон широко применяется в гражданском и промышленном строительстве: для возведения фундаментов, несущих стен, перекрытий, балок, колонн, мостов, плотин и других сооружений.

¶Принцип совместной работы

Основа железобетона — физическое сцепление бетона со стальной арматурой. Бетон обладает высокой прочностью на сжатие (обычно 100—600 кгс/см² и выше для высокопрочных марок), но значительно слабее сопротивляется растяжению — его предел прочности при растяжении в 10—15 раз ниже, чем при сжатии. Сталь, напротив, в 10—15 раз прочнее при растяжении. Совместная работа двух материалов позволяет создавать конструкции, эффективно воспринимающие сложные нагрузки.

Помимо механического сцепления, между бетоном и арматурой возникает химическое взаимодействие: в процессе твердения цементного камня на поверхности стали образуется тонкая плёнка гидросиликатов, улучшающая адгезию. Коэффициент линейного расширения бетона (около 10·10⁻⁶ на 1 °C) практически совпадает с аналогичным показателем стали, что обеспечивает сохранность сцепления при перепадах температур.

¶Виды железобетона

Железобетон классифицируют по нескольким признакам.

По назначению арматуры различают:

• напряжённый (предварительно напряжённый) железобетон — арматура натягивается до приложения нагрузки, что позволяет создать в бетоне предварительное сжатие и повысить трещиностойкость и несущую способность конструкций;
• ненапряжённый железобетон — арматура работает совместно с бетоном только под действием внешней нагрузки.

По способу изготовления:

• монолитный железобетон — бетонирование конструкций непосредственно на строительной площадке с предварительно установленной арматурой;
• сборный железобетон — изготовление элементов (плит перекрытия, балок, колонн, фундаментных блоков) на заводах с последующей транспортировкой и монтажом;
• сборно-монолитный — сочетание заводских элементов и монолитных соединений.

По виду арматуры:

• гладкая (круглая арматурная сталь класса А240);
• периодического профиля (классы А400, А500 и выше) — рифление увеличивает сцепление со сталью.

По структуре бетона:

• обычный железобетон;
• плитный (рёберный) — с разреженной арматурой и тонкими плитами;
• каркасный — с объёмным арматурным каркасом;
• напрягаемый — арматура предварительно натянута.

¶Арматура

В качестве арматуры применяют горячекатаную сталь (стержни диаметром 6—40 мм), стальную проволоку, арматурные канаты и пряди. Для предварительно напряжённого железобетона используют высокопрочную проволоку класса ВР-I диаметром 3—5 мм, арматурные канаты класса К-7 и стержни класса АТ-V. Характеристики арматурной стали регламентированы ГОСТ 34028-2016.

¶Производство и технология

Технология монолитного железобетонного строительства включает возведение опалубки, установку арматурных каркасов, подачу и укладку бетонной смеси, вибрирование и уход за бетоном до набора проектной прочности. На заводах ЖБИ (железобетонных изделий) применяют вибрационные, центробежные и комбинированные способы уплотнения.

Для повышения качества конструкций применяют:

• бетоны на плотных заполнителях (гравий, щебень, песок);
• тяжёлые и лёгкие бетоны — лёгкий железобетон на керамзитовом или пемзовом заполнителе снижает массу сооружений;
• фибробетон — с добавлением стальных или синтетических волокон, повышающих трещиностойкость;
• высокопрочные бетоны класса В60—В120.

¶Применение

Железобетон — основной материал массового строительства в России и мире. В России ежегодно производятся десятки миллионов кубометров железобетонных изделий. Крупнейшие заводы сосредоточены в Московской, Ленинградской, Свердловской областях и других промышленных регионах.

Основные конструкции из железобетона:

• фундаменты (ленточные, плитные, свайные);
• несущие стены и колонны;
• перекрытия (плиты, балки);
• мостовые конструкции;
• гидротехнические сооружения (плотины, шлюзы, дамбы);
• резервуары и бункеры;
• тоннели и подземные сооружения.

¶История

Идея совместного применения бетона и металлической арматуры возникла в первой половине XIX века. Француз Жозеф Монье в 1867 году получил патент на железобетонные вазоны и ящики для растений, а в 1878 году — на применение железобетона в строительстве. В России первые работы по железобетону относятся к 1890-м годам; инженер В. Г. Шухов возвёл в 1896 году на Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде гиперболоидную башню из стальных прутьев, а в 1900 году — первый в стране железобетонный мост через реку Судость.

В СССР железобетон стал основным конструктивным материалом: в 1930-е годы развернулось массовое производство сборных железобетонных конструкций, в 1950-е — крупнопанельное домостроение. Научные основы теории железобетона разрабатывали А. Ф. Лолейт, Н. С. Стрелецкий, Г. П. Передерий, В. М. Курдюмов.

¶Достоинства и недостатки

Достоинства: высокая прочность, огнестойкость, долговечность (срок службы — 50—150 лет), технологичность, возможность придания практически любой формы, относительная дешевизна компонентов.

Недостатки: значительная масса, низкая прочность на растяжение (требует армирования), сложность демонтажа и переработки, подверженность коррозии арматуры при нарушении защитного слоя бетона, необходимость ухода за бетоном в процессе твердения.

Источники:

• ГОСТ 26633-2015. Бетоны тяжёлые и мелкозернистые.
• ГОСТ 34028-2016. Арматура стальная для железобетонных конструкций.
• Стрелецкий Н. С. Железобетон. — М.: Стройиздат.
• Каплан А. М. Железобетонные конструкции. — М.: Высшая школа.
• Баженов Ю. М. Технология железобетонных конструкций. — М.: АСВ.