Żelbet

połączenie zbrojenia betonowego i stalowego, które są połączone w jeden kawałek i współpracują ze sobą w konstrukcji . Termin „żelbet” jest często używany jako zbiorcza nazwa żelbetowych elementów konstrukcyjnych i produktów. Idea łączenia w żelbecie dwóch materiałów o skrajnie różnych właściwościach opiera się na tym, że wytrzymałość na rozciąganie betonu jest znacznie niższa (o współczynnik 10-20) niż jego wytrzymałość na ściskanie. Dlatego beton w konstrukcji żelbetowej jest przeznaczony do naprężeń ściskających, a stal, która ma wysoką wytrzymałość na rozciąganie i jest wprowadzana do betonu jako pręty zbrojeniowe, jest używana głównie do naprężeń rozciągających. Interakcja takich różnych materiałów jest niezwykle skuteczna: gdy beton twardnieje, mocno przylega do zbrojenia stalowego i chroni go przed korozją, ponieważ podczas procesu uwodnienia cementu powstaje medium alkaliczne. Monolityczny charakter betonu i zbrojenia wynika również ze względnej bliskości ich współczynników rozszerzalności liniowej (7,5 × 10-6 do 12 × 10-6 dla betonu i 12 × 10-6 dla zbrojenia stalowego). Podstawowe właściwości fizykomechaniczne betonu i zbrojenia stalowego pozostają praktycznie niezmienione podczas wahań temperatury w zakresie od -40° do 60 ° C, co umożliwia zastosowanie żelbetu we wszystkich strefach klimatycznych.

podstawą interakcji między betonem a zbrojeniem stalowym jest obecność przyczepności między nimi. Wielkość przyczepności lub odporności na przemieszczenie zbrojenia w betonie zależy od mechanicznego zaangażowania w beton specjalnych wypukłości lub nierównych obszarów zbrojenia, sił tarcia od ściskania zbrojenia przez beton w wyniku jego skurczu (zmniejszenie objętości po utwardzeniu w powietrzu) oraz sił interakcji molekularnej (aglutynacji) zbrojenia z betonem. Decydujący jest czynnik mechanicznego zaangażowania. Zastosowanie zbrojenia prętów wciętych oraz spawanych RAM i siatek, a także rozmieszczenie haków i kotew, zwiększa przyczepność zbrojenia do betonu i poprawia ich spoinowanie.

uszkodzenia konstrukcji i zauważalne zmniejszenie wytrzymałości betonu występują w temperaturach powyżej 60°C. krótkotrwałe narażenie na temperatury 200°C zmniejsza wytrzymałość betonu o 30 procent, a długotrwałe narażenie zmniejsza ją o 40 procent. Temperatura 500°-600°C to temperatura krytyczna dla zwykłego betonu, w której Beton rozpada się w wyniku odwodnienia i pęknięcia szkieletu z kamienia cementowego. Dlatego nie zaleca się stosowania zwykłego żelbetu w temperaturach przekraczających 200°C. Beton żaroodporny stosowany jest w urządzeniach termicznych pracujących w temperaturach do 1700°C. W konstrukcjach żelbetowych zapewniona jest warstwa ochronna betonu o grubości 10-30 mm, która chroni zbrojenie przed korozją i szybkim nagrzewaniem (na przykład podczas pożaru), a także zapewnia jego niezawodną przyczepność do betonu. W agresywnym środowisku zwiększa się grubość warstwy ochronnej.

skurcz i pełzanie betonu mają ogromne znaczenie w żelbecie. W wyniku adhezji zbrojenie utrudnia swobodny skurcz betonu, prowadząc do pojawienia się początkowych naprężeń rozciągających w betonie i naprężeń ściskających w zbrojeniu. Pełzanie w betonie powoduje redystrybucję w statycznie nieokreślonych układach, wzrost ugięć w elementach giętych oraz redystrybucję naprężeń między betonem a zbrojeniem w elementach sprężonych. Te właściwości betonu są brane pod uwagę przy projektowaniu konstrukcji żelbetowych. Skurcz i niska rozciągliwość graniczna betonu (0.15 mm/m) powodują nieuniknione pojawianie się pęknięć w rozszerzonej powierzchni konstrukcji pod obciążeniem eksploatacyjnym. Doświadczenie pokazuje, że w normalnych warunkach pracy pęknięcia o szerokości do 0,3 mm nie zmniejszają nośności i trwałości żelbetu. Jednak niska odporność na pękanie ogranicza możliwość dalszej poprawy żelbetu, a w szczególności zastosowanie bardziej ekonomicznych stali o wysokiej wytrzymałości jako zbrojenia. Można uniknąć powstawania pęknięć w żelbecie poprzez metodę sprężania, za pomocą której beton w rozszerzonych obszarach konstrukcji ulega sztucznemu ściskaniu poprzez mechaniczne lub elektrotermiczne sprężanie zbrojenia. Samodzielne konstrukcje żelbetowe, w których następuje ściskanie betonu i rozszerzanie zbrojenia w wyniku rozszerzania betonu (wytwarzanego z tzw. cementu rozciągającego) podczas specyficznej obróbki temperaturowo-wilgotnościowej, są dalszym rozwinięciem żelbetu sprężonego. Ze względu na wysokie wskaźniki techniczne i ekonomiczne (opłacalne wykorzystanie materiałów o wysokiej wytrzymałości, brak pęknięć i zmniejszenie nakładów zbrojeniowych), żelbet sprężony jest z powodzeniem stosowany w konstrukcjach nośnych budynków i obiektów inżynierskich. Podstawowa wada żelbetu, wysoka waga na objętość, jest w znacznym stopniu wyeliminowana przez zastosowanie lekkiego betonu (ze sztucznymi i naturalnymi wypełniaczami porowatymi) i betonu komórkowego.

szerokie zastosowanie żelbetu w nowoczesnym budownictwie wynika z jego zalet technicznych i ekonomicznych w porównaniu z innymi materiałami. Konstrukcje żelbetowe są ognioodporne, trwałe i nie wymagają specjalnych środków ochronnych przed niszczącymi wpływami atmosferycznymi. Wytrzymałość betonu wzrasta z czasem, a zbrojenie nie podlega korozji, ponieważ jest chronione przez otaczający Beton. Żelbet ma wysoką nośność i dobrze znosi obciążenia statyczne i dynamiczne, w tym obciążenia sejsmiczne. Konstrukcje i elementy konstrukcyjne o niezwykle zróżnicowanych formach i Wielkiej wyrazistości architektonicznej są stosunkowo łatwe do stworzenia za pomocą betonu wymuszonego. Podstawowa zawartość żelbetu składa się z popularnych materiałów-tłucznia, żwiru i piasku. Zastosowanie prefabrykatów żelbetowych umożliwia znaczny wzrost poziomu uprzemysłowienia budownictwa. Elementy konstrukcyjne są produkowane z wyprzedzeniem w dobrze wyposażonych zakładach, a tylko montaż gotowych elementów za pomocą zmechanizowanego sprzętu odbywa się na placach budowy. W ten sposób zapewnione są wysokie stawki budowy budynków i budowli, a także oszczędności w wydatkach pieniężnych i pracowniczych.

początek stosowania żelbetu jest na ogół związany z paryskim ogrodnikiem J. Maunier, który uzyskał szereg patentów we Francji i innych krajach na wynalazki wykorzystujące żelbet. Jego pierwszy patent na wannę kwiatową wykonaną z siatki drucianej pokrytej zaprawą cementową pochodzi z 1867 roku. W rzeczywistości Konstrukcje betonowe ze zbrojeniem stalowym zostały zbudowane jeszcze wcześniej. Żelbet zaczął odgrywać znaczącą rolę w technologii budowlanej Rosji, Europy Zachodniej i Ameryki dopiero pod koniec XIX wieku. Wielkie zasługi dla rozwoju betonu zbrojonego w Rosji zawdzięcza profesor N. A. Beleliubskii, pod którego kierunkiem zbudowano szereg konstrukcji i przeprowadzono testy różnych żelbetowych elementów konstrukcyjnych. Na początku 20 wieku wybitnych rosyjskich naukowców-profesorowie I. G. Maliuga, N. A. Zhitkevich, S. I. Druzhinin, i N. K. Lakhtin-pracował nad zagadnieniami technologii betonu, operacji betonowych i żelbetowych oraz projektowania konstrukcji z wykorzystaniem żelbetu. Pojawiły się oryginalne projekty zaproponowane przez inżynierów N. M. Abramowa i A. F. Loleita. Wołchowska elektrownia wodna była pierwszą dużą konstrukcją w Związku Radzieckim wykonaną z betonu i żelbetu; służyła jako ważna praktyczna szkoła dla radzieckich specjalistów od żelbetu. W kolejnych latach w coraz większych ilościach stosowano Beton zbrojeniowy. Znaczące osiągnięcia w rozwoju teorii konstrukcji z wykorzystaniem tego nowego materiału budowlanego przyczyniły się do rozwoju produkcji żelbetu. Postępowa metoda konstrukcji żelbetu pod względem stopnia upadku, która została opracowana przez radzieckich naukowców A. A. Gvozdev, la. V. Stoliarov, V. I. Murashev i inni na podstawie propozycji A. F. Loleit, zaczęli być używane w ZSRR w 1938 roku. Metoda ta została kompleksowo opracowana przy projektowaniu konstrukcji zbrojeniowo-betonowych dla Stanów ograniczających. Osiągnięcia radzieckiej szkoły teorii żelbetu zyskały powszechne uznanie i są stosowane w większości krajów. Dalsze udoskonalanie żelbetu i rozszerzanie sfer jego zastosowania wiąże się z prowadzeniem szerokiego zakresu badań naukowych. Przewiduje się znaczny wzrost poziomu technicznego żelbetu poprzez zmniejszenie jego ciężaru na objętość, zastosowanie betonu o wysokiej wytrzymałości i zbrojenia, rozwój metod konstrukcji żelbetu dla złożonych wpływów zewnętrznych oraz wzrost trwałości żelbetu pod wpływem medium korozyjnego.