Железобетон

Железобетон – это композиционный материал, в котором бетон (матрица) и стальная арматура образуют единую систему. Бетон имеет высокую прочность на сжатие, но низкую прочность на растяжение и изгиб. В железобетоне арматуру располагают так, чтобы она воспринимала растягивающие напряжения, а сжимающие напряжения передавались на бетон. Это обеспечивает хорошую работу композиционного материала в изгибаемой конструкции. Совместной работе бетона и арматуры способствует то, что бетон хорошо сцепляется со стальной арматурой; сталь и бетон имеют близкие температурные коэффициенты линейного расширения; стальная арматура в цементном бетоне не подвергается коррозии.

По виду армирования различают изделия с обычным армированием и предварительно напряженные. При обычном армировании в растянутой зоне изгибаемой конструкции возникают трещины, так как предельная растяжимость бетона в 5-6 раз меньше, чем стали. Это не признак того, что конструкция исчерпала свою несущую способность, но при этом возникает опасность коррозии арматуры вследствие нарушения защитного слоя бетона, и долговечность конструкции резко снижается. В предварительно напряженном железобетоне арматуру предварительно напрягают (растягивают), а после твердения бетона освобождают от натяжения. Стремлению арматуры сократиться препятствует бетон, при этом в нем возникают сжимающие напряжения (предварительное обжатие), а в арматуре сохраняются предварительные растягивающие напряжения. Эти напряжения в дальнейшем будут суммироваться с соответствующими напряжениями от эксплуатационных нагрузок. Хотя предварительное напряжение железобетона требует применения высокопрочных стали и бетона, в целом эффективность этого композиционного материала существенно повышается вследствие возможности раскрытия потенциальных ресурсов бетона и стали и резкого увеличения трещиностойкости и долговечности железобетонных конструкций.

Дисперсноармированный (волокнистый) бетон. Для армирования этого бетона применяют различные металлические и неметаллические (стеклянные, базальтовые, асбестовые, углеродные, полимерные и др.) волокна. Стальными и неметаллическими волокнами армируют, как правило, мелкозернистые бетоны, иногда цементный камень. При использовании металлических фибр получают фибробетон. Материалы, армированные асбестовыми волокнами, называют асбестоцементом.

Дисперсное армирование бетона повышает его трещиностойкость, прочность на растяжение, ударную вязкость, сопротивление истиранию. Эффективность применения волокон в бетоне зависит от их содержания. Дисперсное армирование приостанавливает развитие волосяных трещин лишь при расстоянии между отдельными волокнами не более 10 мм, поэтому применение в бетоне крупного заполнителя снижает эффективность подобного армирования. Стальные фибры вводят в бетонную смесь в количестве 1 – 2,5 % объема бетона (3 – 9 % по массе), что обычно составляет 70 – 200 кг на 1 м³ бетона. При этом повышаются прочность бетона на растяжение (на 10-30 %), ударная прочность, износостойкость.