Строительный материал бетон на основе цемента, каким мы его знаем сегодня, существует только последние 200 лет. Связанные материалы, с другой стороны, существуют гораздо дольше. Еще до начала нашей эры была описана смесь порошка, встречающегося в определенных регионах (мы теперь называем это пуццолановой землей), извести и каменных кусков. Теперь мы назвали бы эту смесь бетоном. По ссылке вас ждет бетон В15 М200, цена за м3 вас приятно удивит.
В этом смысле у бетона гораздо более длинная история, восходящая к римским временам. Известные постройки того времени, некоторые из которых пережили века, включают амфитеатры, акведуки, храмы и дороги.
В Нидерландах мы видим все более широкое использование бетона с 19 века. Первоначально применение ограничивалось конструкциями, на которые действуют только сжимающие силы. Бетон имеет довольно высокую прочность на сжатие, но очень низкую прочность на растяжение.
Железобетон
«Открытие» железобетона приписывают французскому садовнику Жозефу Монье. В 1867 году он получил патент на изготовление ящиков для цветов из бетона, армированного круглым железом.
За счет установки арматуры в бетон в тех местах конструкции, где возникают растягивающие усилия, число применений быстро растет.
Там, где бетон быстро разрушается под действием растягивающих напряжений, сталь может выдерживать очень высокие растягивающие напряжения. Железобетон создается путем включения арматурных стержней в тех местах, где в бетонной конструкции могут возникать растягивающие напряжения.
Сотрудничество между сталью и бетоном можно считать почти идеальным «браком» по нескольким причинам:
- Бетон очень хорошо сцепляется со сталью: поэтому напряжения идеально передаются.
- В хорошем бетоне сталь хорошо защищена от ржавчины: при высоком pH на стали образуется так называемый «пассивный слой», который делает коррозию стали невозможной.
- Бетон и сталь имеют почти одинаковый коэффициент расширения: изменения температуры не вызывают напряжения между материалами.
Сотрудничество между бетоном и сталью
Пояснение к рисунку: в момент возникновения в конструкции растягивающих напряжений, превышающих предел прочности бетона на растяжение, бетон растрескивается. В этот момент растягивающие напряжения берут на себя сталь, так что трещина не может дальше расти.
При проектировании бетонных конструкций инженер-строитель может ограничить ширину трещины до (безопасного) минимума на основе свойств бетона, а также количества и распределения арматурной стали.
Предварительно напряженный бетон
В начале 20 века последовало развитие предварительно напряженного бетона. Применяя «предварительно напряженную» арматуру, можно сохранять сжимающие усилия во всем поперечном сечении бетона в конструкции даже под нагрузкой. См. рамку «Предварительно напряженный бетон».
Это позволяет создавать более тонкие конструкции и большие пролеты.
РАМА: предварительно напряженный бетон
В предварительно напряженном бетоне сотрудничество между бетоном и сталью идет на шаг дальше, чем в железобетоне. Тросы, пряди, провода или стержни из специальной высококачественной стали устанавливаются здесь в местах, где могут возникнуть растягивающие напряжения, так что в этих местах уже заранее приложены сжимающие напряжения. Это делается путем предварительного натяжения этих тросов или стержней (путем их «растягивания»). Отсюда и термин «предварительно напряженный бетон с предварительно растянутой сталью».
Многие сборные элементы (например, сваи, элементы перекрытий и мостовые балки) изготавливаются таким образом из предварительно растянутой стали. Пряди или стержни натянуты между концевыми анкерами. Затем предварительно натянутую арматуру заливают бетоном. Как только бетон набирает достаточную прочность, концевой анкер «освобождается», в результате чего сталь укорачивается; бетон предотвращает это за счет адгезии, которая оказывает давление на бетон.
Эксплуатация предварительно напряженного бетона
Предварительно напряженный бетон может быть изготовлен и другим способом. Затем в конструкции предусмотрены каналы, куда позже вводятся тросы или пряди. После того, как бетон наберет достаточную прочность, пряди можно натянуть домкратами. Это называется «предварительно напряженный бетон с растянутой сталью». Этот метод часто используется для больших монолитных пролетов, таких как мосты и виадуки.
