Teräsbetoni

betonin ja teräsvahvistuksen yhdistelmä, joka on yhdistetty yhdeksi kappaleeksi ja toimii yhdessä rakenteena. Termiä ”Teräsbetoni” käytetään usein yhteisnimityksenä teräsbetonirakenteisista jäsenistä ja tuotteista. Ajatus kahden ominaisuuksiltaan hyvin erilaisen materiaalin yhdistämisestä teräsbetoniin perustuu siihen, että betonin vetolujuus on huomattavasti pienempi (kertoimella 10-20) kuin sen puristuslujuus. Teräsbetonirakenteisen betonin on siis tarkoitus kestää puristusjännityksiä, ja terästä, jolla on suuri murtovetolujuus ja joka tuodaan betoniin raudoitustankoina, käytetään pääasiassa vetojännitysten ottamiseen. Tällaisten eri materiaalien vuorovaikutus on erittäin tehokasta: kun betoni kovettuu, se tarttuu lujasti teräsvahvisteeseen ja suojaa sitä korroosiolta, koska sementin hydraatioprosessin aikana syntyy emäksinen väliaine. Betonin ja raudoituksen monoliittisuus johtuu myös niiden lineaarisen laajenemiskertoimien suhteellisesta läheisyydestä (betonin osalta 7,5 × 10-6-12 × 10-6 ja teräsvahvistuksen osalta 12 × 10-6). Betonin ja teräksen raudoituksen fysikaalis-mekaaniset perusominaisuudet ovat lähes muuttumattomat lämpötilavaihteluiden aikana -40-60°C, mikä mahdollistaa Teräsbetonin käytön kaikilla ilmastovyöhykkeillä.

betonin ja teräsvahvistuksen välisen vuorovaikutuksen perustana on niiden välinen tarttuvuus. Betonin raudoituksen tarttuvuuden tai siirtymäkestävyyden suuruus riippuu raudoituksen erityisten protuberanssien tai epätasaisten alueiden mekaanisesta sitoutumisesta betoniin, betonin puristuksesta sen kutistumisen seurauksena aiheutuvista kitkavoimista (tilavuuden pieneneminen kovettuessa ilmassa) ja raudoituksen ja betonin molekyylien vuorovaikutusvoimista (agglutinaatio). Mekaanisen sitoutumisen tekijä on ratkaiseva. Sisennettyjen tankovahvistusten ja hitsattujen runkojen ja verkkojen käyttö sekä koukkujen ja ankkureiden järjestely lisää raudoituksen tarttumista betoniin ja parantaa niiden yhteistoimintaa.

rakenteelliset vauriot ja betonin lujuuden huomattava väheneminen tapahtuvat yli 60°C: n lämpötilassa.lyhytaikainen altistuminen 200°C: n lämpötiloille vähentää betonin lujuutta 30 prosenttia ja pitkäaikainen altistuminen 40 prosenttia. 500-600°C: n lämpötila on tavalliselle betonille kriittinen lämpötila, jossa betoni hajoaa kuivumisen ja sementtikivirungon repeämisen seurauksena. Siksi tavallisen Teräsbetonin käyttöä yli 200°C: n lämpötilassa ei suositella. Kuumuutta kestävää betonia käytetään lämpöyksiköissä, jotka toimivat jopa 1700°C: n lämpötilassa. Teräsbetonirakenteissa on 10-30 mm paksu betonikerros, joka suojaa raudoitusta korroosiolta ja nopealta lämmitykseltä (esimerkiksi tulipalon aikana) sekä varmistaa sen luotettavan tarttumisen betoniin. Aggressiivisessa ympäristössä suojakerroksen paksuus kasvaa.

betonin kutistumisella ja hiipumisella on teräsbetonissa suuri merkitys. Kiinnittymisen seurauksena raudoitus estää betonin vapaan kutistumisen, mikä johtaa betonin ensimmäisten vetojännitysten syntyyn ja raudoituksen puristusjännitysten syntyyn. Betonin liukuminen aiheuttaa uudelleenjakoa staattisesti määrittelemättömissä järjestelmissä, särmien lisääntymistä taivutettavissa komponenteissa ja jännitysten uudelleenjakoa betonin ja tiivistettyjen komponenttien raudoituksen välillä. Nämä betonin ominaisuudet otetaan huomioon teräsbetonirakenteiden suunnittelussa. Kutistuminen ja alhainen rajoittava laajennettavuus betonin (0.15 mm / m) aiheuttaa väistämätön ulkonäkö halkeamia laajennetun alueen rakenteiden alle huoltokuormia. Kokemus on osoittanut, että normaaleissa käyttöolosuhteissa jopa 0,3 mm leveät halkeamat eivät vähennä Teräsbetonin tukikykyä ja kestävyyttä. Alhainen halkeilunvastus kuitenkin rajoittaa Teräsbetonin jatkokehittämisen mahdollisuutta ja erityisesti taloudellisempien erikoislujien terästen käyttöä raudoituksena. Halkeamien muodostuminen teräsbetoniin voidaan välttää prestressausmenetelmällä, jonka avulla rakenteen laajennetuilla alueilla oleva betoni puristuu keinotekoisella puristuksella raudoituksen mekaanisella tai sähkölämpöisellä prestressillä. Itsejännitetyt teräsbetonirakenteet, joissa betonin puristus ja raudoituksen laajeneminen saavutetaan betonin laajenemisen seurauksena (valmistettu ns.venytys-sementillä) tietyn lämpötila-kosteuskäsittelyn aikana, ovat esijännitetyn Teräsbetonin jatkokehitystä. Koska sen korkea tekninen ja taloudellinen indeksit (kannattava käyttö lujat materiaalit, ei halkeamia, ja vähentäminen vahvistaminen menoja), prestressed teräsbetonia käytetään onnistuneesti tukirakenteiden rakennusten ja engineering rakenteita. Teräsbetonin perusvaje, suuri paino tilavuutta kohti, poistuu huomattavassa määrin käyttämällä kevytbetonia (keinotekoisilla ja luonnollisilla huokoisilla täyteaineilla) ja solubetonia.

Teräsbetonin runsas käyttö modernissa rakentamisessa on johtunut sen teknisistä ja taloudellisista eduista muihin materiaaleihin verrattuna. Teräsbetonirakenteet ovat paloturvallisia ja kestäviä, eivätkä ne vaadi erityisiä suojatoimia ilmakehän tuhoavilta vaikutuksilta. Betonin lujuus kasvaa ajan myötä; ja raudoitus ei altistu korroosiolle, koska sitä suojaa ympäröivä betoni. Teräsbetonilla on suuri tukikapasiteetti ja se kantaa staattisia ja dynaamisia kuormia, kuten seismisiä kuormia, hyvin. Rakenteet ja rakennekappaleet, joiden muodot ovat hyvin erilaisia ja arkkitehtoninen ilmaisuvoima suuri, on suhteellisen helppo luoda Reinillä pakotetulla betonilla. Teräsbetonin perussisältö koostuu tavallisista materiaaleista-sepeli, sora ja hiekka. Betonielementtien käyttö mahdollistaa rakentamisen teollistumisen tason merkittävän nousun. Rakenneosat valmistetaan etukäteen hyvin varustetuissa tehtaissa, ja rakennustyömailla tehdään vain valmiiden komponenttien kokoaminen koneellisilla laitteilla. Näin varmistetaan rakennusten ja rakenteiden korkea rakentamisaste sekä säästöt raha-ja työvoimakustannuksissa.

Teräsbetonin käytön alku yhdistetään yleensä pariisilaiseen puutarhuri J. Maunieriin, joka sai Ranskassa ja muissa maissa useita patentteja teräsbetonia käyttäville keksinnöille. Hänen ensimmäinen patenttinsa sementtilaastilla päällystetystä lankaverkosta tehdylle kukka-ammeelle on vuodelta 1867. Itse asiassa teräsvahvisteiset betonirakenteet on rakennettu jo aiemmin. Teräsbetonilla alkoi olla huomattava osa Venäjän, Länsi-Euroopan ja Amerikan rakennustekniikassa vasta 1800-luvun lopulla. Suuri kunnia ohjainbetonin kehittämisestä Venäjällä kuuluu professori N. A. Beleliubskille, jonka johdolla rakennettiin useita rakenteita ja tehtiin kokeita erilaisilla teräsbetonirakenteisilla jäsenillä. Alussa 20-luvulla merkittävä Venäjän tutkijat-professorit I. G. Maliuga, N. A. Zhitkevich, S. I. Druzhinin, ja N. K. Lakhtin-työskenteli betonin teknologian, betoni-ja teräsbetonitoimintojen sekä teräsbetonia käyttävien rakenteiden suunnittelun kysymysten parissa. Alkuperäiset insinöörien N. M. Abramov ja A. F. Loleit ehdottamat mallit ilmestyivät. Volkhovin vesivoimalaitos oli Neuvostoliiton ensimmäinen suuri betonista ja teräsbetonista tehty rakennelma; se toimi tärkeänä käytännön kouluna neuvostoliittolaisille Teräsbetonin asiantuntijoille. Seuraavina vuosina betonia käytettiin yhä enemmän. Merkittävät saavutukset rakennesuunnittelun teorian kehittämisessä tämän uuden rakennusmateriaalin avulla edistivät Teräsbetonin tuotannon laajentamista. Progressiivinen menetelmä rakennesuunnittelun Teräsbetonin kannalta vaiheessa romahtaa, joka on kehittänyt Neuvostoliiton tutkijat A. A. Gvozdev, la. V. Stoliarovia, V. I. Murashevia ja muita A. F. Loleitin ehdotuksiin perustuvia alettiin käyttää Neuvostoliitossa vuonna 1938. Tätä menetelmää kehitettiin kattavasti suunniteltaessa uudelleenfeteroituja rakenteita valtioiden rajoittamiseksi. Teräsbetonin teorian neuvostoliittolaisen koulukunnan saavutukset ovat saaneet yleismaailmallisen tunnustuksen ja niitä käytetään useimmissa ulkomaissa. Teräsbetonin edelleen parantaminen ja sen soveltamisalan laajentaminen liittyvät monenlaisten tieteellisten tutkimustoimien toteuttamiseen. Teräsbetonin teknisen tason odotetaan nousevan merkittävästi vähentämällä sen tilavuuspainoa, käyttämällä erikoislujaa betonia ja raudoitusta, kehittämällä Teräsbetonin rakennesuunnittelumenetelmiä monimutkaisten ulkoisten vaikutusten varalta ja lisäämällä Teräsbetonin kestävyyttä syövyttävän väliaineen vaikutuksen alaisena.