Stahlbeton

eine Kombination aus Beton und Stahlbewehrung, die zu einem Stück verbunden sind und in einer Struktur zusammenarbeiten. Der Begriff „Stahlbeton“ wird häufig als Sammelbegriff für Stahlbetonbauteile und -produkte verwendet. Die Idee, zwei Materialien mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften in Stahlbeton zu kombinieren, beruht auf der Tatsache, dass die Zugfestigkeit von Beton deutlich geringer ist (um den Faktor 10-20) als seine Druckfestigkeit. Daher soll der Beton in einer Stahlbetonkonstruktion Druckspannungen aufnehmen, und der Stahl, der eine hohe Zugfestigkeit aufweist und als Bewehrungsstäbe in den Beton eingebracht wird, wird hauptsächlich zur Aufnahme von Zugspannungen verwendet. Das Zusammenspiel solcher unterschiedlichen Materialien ist äußerst effektiv: Wenn der Beton aushärtet, haftet er fest an der Stahlbewehrung und schützt sie vor Korrosion, da während des Hydratationsprozesses des Zements ein alkalisches Medium entsteht. Die monolithische Natur von Beton und Bewehrung ergibt sich auch aus der relativen Nähe ihrer linearen Ausdehnungskoeffizienten (7,5 × 10-6 bis 12 × 10-6 für Beton und 12 × 10-6 für Stahlbewehrung). Die grundlegenden physikalisch-mechanischen Eigenschaften der Beton- und Stahlbewehrung bleiben bei Temperaturschwankungen in einem Bereich von -40 ° bis 60 ° C nahezu unverändert, was den Einsatz von Stahlbeton in allen Klimazonen ermöglicht.

Die Grundlage der Wechselwirkung zwischen Beton- und Stahlbewehrung ist das Vorhandensein von Adhäsion zwischen ihnen. Die Größe der Adhäsion oder des Verschiebungswiderstands der Bewehrung in Beton hängt vom mechanischen Eingriff spezieller Ausstülpungen oder Unebenheiten der Bewehrung in den Beton, den Reibungskräften durch Kompression der Bewehrung durch den Beton infolge seiner Schrumpfung (Volumenreduktion beim Aushärten an Luft) und den Kräften der molekularen Wechselwirkung (Agglutination) der Bewehrung mit dem Beton ab. Der Faktor des mechanischen Eingriffs ist entscheidend. Die Verwendung von eingedrückten Stabbewehrungen und geschweißten Rahmen und Netzen sowie die Anordnung von Haken und Ankern erhöht die Haftung der Bewehrung am Beton und verbessert ihre gemeinsame Funktion.

Strukturelle Schäden und eine merkliche Verringerung der Festigkeit von Beton treten bei Temperaturen über 60 ° C auf. Eine kurzfristige Einwirkung von Temperaturen von 200 ° C verringert die Festigkeit von Beton um 30 Prozent und eine langfristige Einwirkung um 40 Prozent. Eine Temperatur von 500° -600 ° C ist die kritische Temperatur für gewöhnlichen Beton, bei der der Beton durch Austrocknung und den Bruch des Zementsteinskeletts zerbricht. Daher wird die Verwendung von gewöhnlichem Stahlbeton bei Temperaturen über 200 ° C nicht empfohlen. Hitzebeständiger Beton wird in thermischen Einheiten verwendet, die bei Temperaturen von bis zu 1700° C arbeiten. In Stahlbetonkonstruktionen ist eine 10-30 mm dicke Schutzschicht aus Beton vorgesehen, um die Bewehrung vor Korrosion und schneller Erwärmung (z. B. während eines Brandes) zu schützen und eine zuverlässige Haftung am Beton zu gewährleisten. In einer aggressiven Umgebung wird die Dicke der Schutzschicht erhöht.

Die Schrumpfung und das Kriechen von Beton sind im Stahlbeton von großer Bedeutung. Infolge der Adhäsion behindert die Bewehrung das freie Schrumpfen des Betons, was zum Auftreten von Anfangszugspannungen im Beton und Druckspannungen in der Bewehrung führt. Kriechen in Beton verursacht die Umverteilung von Schlägen in statisch unbestimmten Systemen, eine Zunahme von Durchhängen in zu biegenden Bauteilen und die Umverteilung von Spannungen zwischen Beton und Bewehrung in komprimierten Bauteilen. Diese Eigenschaften von Beton werden bei der Konstruktion von Stahlbetonkonstruktionen berücksichtigt. Die Schrumpfung und geringe Grenzdehnbarkeit von Beton (0.15 mm / m) verursachen das unvermeidliche Auftreten von Rissen im erweiterten Bereich von Strukturen unter Betriebsbelastungen. Die Erfahrung zeigt, dass unter normalen Betriebsbedingungen Risse bis zu einer Breite von 0,3 mm die Tragfähigkeit und Haltbarkeit von Stahlbeton nicht beeinträchtigen. Eine geringe Rissbeständigkeit schränkt jedoch die Möglichkeit einer weiteren Verbesserung von Stahlbeton und insbesondere die Verwendung von wirtschaftlicheren hochfesten Stählen als Bewehrung ein. Die Bildung von Rissen in Stahlbeton kann durch das Vorspannverfahren vermieden werden, bei dem Beton in erweiterten Bereichen der Struktur durch mechanische oder elektrothermische Vorspannung der Bewehrung künstlich komprimiert wird. Selbstspannende Stahlbetonkonstruktionen, bei denen die Verdichtung des Betons und die Ausdehnung der Bewehrung durch die Ausdehnung des Betons (hergestellt mit sogenanntem Streckzement) während einer spezifischen Temperatur-Feuchtigkeitsbehandlung erreicht werden, ist eine Weiterentwicklung des vorgespannten Stahlbetons. Aufgrund seiner hohen technischen und wirtschaftlichen Indizes (rentable Verwendung von hochfesten Materialien, Abwesenheit von Rissen und Reduzierung der Bewehrungskosten) wird vorgespannter Stahlbeton erfolgreich in tragenden Strukturen von Gebäuden und Ingenieurbauwerken eingesetzt. Ein grundlegender Mangel an Stahlbeton, ein hohes Gewicht pro Volumen, wird durch die Verwendung von Leichtbeton (mit künstlichen und natürlichen porösen Füllstoffen) und Porenbeton in erheblichem Maße beseitigt.

Der umfangreiche Einsatz von Stahlbeton im modernen Bauwesen hat sich aus seinen technischen und wirtschaftlichen Vorteilen gegenüber anderen Materialien ergeben. Stahlbetonkonstruktionen sind feuerfest und langlebig und erfordern keine besonderen Schutzmaßnahmen gegen zerstörerische atmosphärische Einflüsse. Die Festigkeit von Beton nimmt mit der Zeit zu; und die Bewehrung unterliegt keiner Korrosion, da sie durch den umgebenden Beton geschützt ist. Stahlbeton hat eine hohe Tragfähigkeit und trägt statische und dynamische Belastungen, einschließlich seismischer Belastungen, gut. Konstruktionen und Bauteile mit äußerst vielfältigen Formen und großer architektonischer Ausdruckskraft lassen sich mit Zwangsbeton relativ einfach herstellen. Der Grundgehalt von Stahlbeton besteht aus gängigen Materialien- Schotter, Kies und Sand. Die Verwendung von Stahlbetonfertigteilen ermöglicht einen deutlichen Anstieg der Industrialisierung des Bauwesens. Strukturelemente werden im Voraus in gut ausgestatteten Anlagen hergestellt, und nur die Montage der fertigen Komponenten mit mechanisierten Geräten wird auf den Baustellen durchgeführt. Somit sind hohe Bauraten von Gebäuden und Bauwerken sowie Einsparungen bei Geld- und Arbeitskosten gewährleistet.

Der Beginn der Verwendung von Stahlbeton ist im Allgemeinen mit dem Pariser Gärtner J. Maunier verbunden, der in Frankreich und anderen Ländern eine Reihe von Patenten für Erfindungen mit Stahlbeton erhielt. Sein erstes Patent für eine Blumenkanne aus einem mit Zementmörtel bedeckten Drahtgitter stammt aus dem Jahr 1867. Tatsächlich wurden Betonkonstruktionen mit Stahlbewehrung noch früher gebaut. Stahlbeton begann erst Ende des 19.Jahrhunderts eine spürbare Rolle in der Gebäudetechnik Russlands, Westeuropas und Amerikas zu spielen. Professor N. A. Beleliubskii, unter dessen Leitung eine Reihe von Konstruktionen gebaut und Tests an verschiedenen Stahlbetonbauteilen durchgeführt wurden, verdankt der Entwicklung von Zwangsbeton in Russland große Anerkennung. Im frühen 20.Jahrhundert prominente russische Wissenschaftler-Professoren I. G. Maliuga, N. A. Zhitkevich, S. I. Druzhinin und N. K. Lakhtin-arbeitete an Fragen der Betontechnologie, des Beton- und Stahlbetonbetriebs sowie der Konstruktion von Bauwerken aus Stahlbeton. Originalentwürfe der Ingenieure N. M. Abramov und A. F. Loleit erschienen. Das Wasserkraftwerk Wolchow war das erste große Bauwerk in der Sowjetunion, das aus Beton und Stahlbeton hergestellt wurde, und diente als wichtige praktische Schule für sowjetische Spezialisten für Stahlbeton. In den Folgejahren wurde in immer größeren Mengen Zwangsbeton eingesetzt. Bedeutende Erfolge bei der Entwicklung der Theorie der Tragwerksplanung mit diesem neuen Baustoff trugen zur erweiterten Produktion von Stahlbeton bei. Die progressive Methode der strukturellen Gestaltung von Stahlbeton in Bezug auf das Stadium des Zusammenbruchs, die von den sowjetischen Wissenschaftlern A. A. Gvozdev, la. V. Stoliarov, V. I. Murashev und andere, die auf den Vorschlägen von A. F. Loleit basierten, wurden 1938 in der UdSSR eingesetzt. Diese Methode wurde umfassend entwickelt, um Bewehrungsbetonstrukturen für Begrenzungszustände zu entwerfen. Die Errungenschaften der sowjetischen Schule der Theorie des Stahlbetons haben universelle Anerkennung erhalten und werden in den meisten Ländern verwendet. Die weitere Verbesserung von Stahlbeton und die Erweiterung seiner Anwendungsbereiche hängen mit der Durchführung einer breiten Palette wissenschaftlicher Forschungsarbeiten zusammen. Signifikante Erhöhungen des technischen Niveaus von Stahlbeton werden durch die Verringerung seines Volumengewichts, die Verwendung von hochfestem Beton und Bewehrung, die Entwicklung von Methoden der Tragwerksplanung von Stahlbeton für komplexe äußere Einflüsse und eine Erhöhung der Haltbarkeit von Stahlbeton unter dem Einfluss eines korrosiven Mediums erwartet.