Железобетон – главный современный строительный материал

Изобретателем железобетона в 1867 году стал французский садовод Жозеф Монье. Его не устраивали деревянные кадки для растений, и Монье решил использовать бетонные. Однако последние надежд не оправдали, поскольку корни растений разрушали стенки.

Чтобы увеличить стойкость своих кадок, Монье стал использовать железные вкладыши. Это и есть первый, официально признанный образец железобетонной конструкции. Итак, давайте поговорим про старые и новые виды, а также свойства железобетона.

Что такое железобетон?

Понятие и историческая справка

Железобетон – композиционный материал, получаемый путем соединения стального каркаса и бетона. Такая комбинация позволяет использовать достоинства обоих материалов и компенсировать недостатки.

Бетон – искусственный камень отличается высокой стойкостью к сжатию, но низкой к растяжению, что объясняет относительную его хрупкость. Металл обладает прекрасной стойкостью к растяжению, но не отличается стойкостью к сжатию. Стальной каркас, залитый бетоном, обладает устойчивостью и к растяжению, и к сжатию.

Об истории изобретения железобетона в познавательном видеосюжете:

Виды по технологии изготовления

Различают несколько видов изделия, что связано не столько со свойствами, сколько с технологией изготовления.

• Монолитный – железобетон, получаемый непосредственно на строительной площадке. Типичный пример такой конструкции – фундамент, причем как дачного домика, так и высотного здания. В подготовленный котлован устанавливают опалубку, монтируют арматуру в соответствии с нагрузкой и заливают бетоном. Характеристики конструкции зависят от марки бетонной смеси и количества арматуры.
• Сборный железобетон изготавливается на заводской площадке. Для этого арматуру закрепляют в специальной форме и туда же заливают бетон. Готовое изделие, уже достигшее нужной степени твердости, транспортируется на строительную площадку и собирается.
• Сборно-монолитный железобетон означает, что сборные конструкции, изготавливаемые на заводе, играют роль несъемной опалубки. На практике так называют строительство, где часть конструкций производится монолитным способом, а часть – перекрытия, например, сборным.

Преимущества и недостатки

Прочность и стойкость к нагрузкам – главное достоинство материала. Монолитная или сборная конструкция намного превосходит каркасную и по прочности, и по надежности. Есть и другие достоинства.

• Долговечность – соединение стали, и строительного камня создает крайне устойчивую конструкцию. Железобетонные строения относятся к самым долговечным.
• Пожаростойкость – оба материала не горят и не поддерживают горения.
• Химическая инертность – весьма немаловажное качество не только для промышленных объектов, но и для жилых. Не менее значима и биологическая стойкость: ни бетон, ни сталь, никогда не станут жертвами грызунов и большинства грибков.
• Технологичность – железобетонной конструкции можно придать любую, физически возможную форму.
• Низкая стоимость – и монолитные, и сборные конструкции имеют минимальную себестоимость.
• Наличествуют и недостатки.
• Невысокая прочность – показатель неудовлетворителен именно по сравнению с массой. Такая же конструкция, например, отлитая из металла, прочность имела бы намного выше.
• Скорость изготовления – сборные элементы достигают твердости на заводе, монолитные – прямо на строительной площадке. И в том, и в другом случае процесс занимает немало времени.

Сказать, что железобетон – основа современного строительства, значит, ничуть не преувеличить положение вещей. Высотные здания и коттеджи, фундамент гаража и гидротехнические сооружения, бассейн и промышленный цех – везде в основе лежит железобетон.

Следующее видео содержит примеры расчета монолитного железобетона и построение в КП модели будущего изделия из него:

Состав и свойства

Железобетон состоит из железа и бетона. Однако эти две его составляющиеся распределены неравномерно.

Главным образом каркас должен размещаться на участках, подвергаемых максимальному растяжению. Соответственно, перед изготовлением какой-либо продукции – фундамент, свая, плита, колонна, необходимо рассчитать нагрузку на будущую конструкцию и ее распределение.

Виды арматуры

По назначению

По назначению арматуру разделит на следующие группы:

• рабочая арматура;
• воспринимающая нагрузку, то есть, подвергающаяся наибольшему растяжению;
• распределительная, позволяющая передать часть нагрузки равномерно по всей арматуре.

Кроме того, устройство каркаса должно учитывать температурные, усадочные, транспортные и другие нагрузки.

По технологии изготовления

По технологии изготовления используют следующую классификацию:

• стержневая – к ней относится арматура любого диаметра и вида – собственно стержень, прутки, мотки, которую допускается подвергать упрочнению в холодном или нагретом состоянии. Изготавливается горячей прокаткой;
• арматурная проволока – производится волочением в холодном состоянии. Используется для нее низкоуглеродистая сталь – B-1, или прочная высокоуглеродистая класса В-П. Последнюю обычно применяют для получения блоков напряженного бетона. Оба вида арматуры могут быть гладкими или рифлеными.

Также может использоваться и канатная проволока, свитая из 2 или 3 прядей.

Особая категория

В особую категорию стоит выделить сборные конструкции из напряженного бетона. Понятно, что для максимально качественного взаимодействия материалов друг с другом сталь должна быть плотно охвачена бетоном. Это достигается за счет уплотнения смеси при заливке.

Но ведь коэффициент растяжения у стали и камня разный, и при возникновении нагрузки, сталь, растягиваясь, волей-неволей растягивает и бетон. Камень при этом трескается. Явление это закономерное, и если трещины не превосходят стандартные размеры, недостатком не считаются.

Однако стойкость к растяжению можно повысить, если устанавливать арматуру растянутую. Для этого в форму стержни и прутки закладываются под соответствующей нагрузкой – механической, электротермической, электромеханической. Когда бетон отвердеет, нагрузка снимается.

Сталь при этом в некоторой степени сжимается, сжимая заодно и схватившийся бетон. В результате, когда конструкция попадает под настоящую расчетную нагрузку, уже адаптированный бетон не трескается. Такой материал используют на объектах, где от железобетона требуется особо высокая прочность на сжатие и стойкость.

Виды бетона

Химические и многие физические характеристики железобетона определяет марка используемой смеси. Для заливки применяют практически все существующие виды.

По нормативной плотности

По нормативной плотности выделяют следующий железобетон.

• Особо тяжелый бетон с плотностью более 2500 кг/куб м. Как правило, используется для фундамента, опорных колонн, стенок бункеров и так далее.
• Тяжелый с плотностью 2200 кг/куб.м. Это обычный материал для несущих стен в промышленных постройках, многоэтажных зданиях и так далее.
• Бетон с плотностью выше 1800 кг/куб. м., но ниже 2200 кг/куб. м. называют мелкозернистым или облегченным.
• Легкий бетон обладает плотностью не более 800 кг/ куб. м. и сверхлегкий – менее 600 кг/куб м. Сюда относятся смеси с легкими наполнителями – опилкобетон, например, а также пористые материалы.

По типу заполнителя

По типу заполнителя выделяют самые разные виды:

• с плотными заполнителями, например, морозостойкий бетон;
• с пористыми;
• с жаростойкими – металлургический шлак, например;
• специальные, для повышения биологической стойкости и прочее.

По величине зерна

По величине зерна выделяют такие виды:

• крупнозернистый с крупным наполнителем;
• крупнозернистый с мелким наполнителем – плотность такого всегда выше;
• мелкозернистая смесь с мелким заполнителем.

По условиям твердения

Различают материал и по условиям твердения.

• Бетон естественного твердения – это, как правило, монолитный. В частном строительстве он встречается чаще всего.
• Материал, твердеющий в условиях термовлажной обработки – сборные конструкции, изготавливаемые в заводских условиях, где срок твердения сокращен до минимума.
• Бетон, получаемый в автоклавах.

Бетон имеет неоднородный состав, что одновременно является и достоинством, и недостатком материала. В целом его стойкость к сжатию становится выше, при как можно более однородном составе.

И бетон, и арматура подбирают для каждого объекта с учетом всех возможных нагрузок.

А теперь поговорим про объемный и удельный вес (кг/м3) бетона и железобетона, его плотность,

Характеристики

Говорить о свойствах железобетона в целом практически невозможно: очень разные технические характеристики у этого материала. В целом всем видам свойственны высокая долговечность и низкая стоимость.

Без сомнений, очень привлекательна для архитекторов способность жидкого бетона принимать любую форму – это позволяет разнообразить строительные работы.

К главному недостатку любой железобетонной конструкции относят невысокую прочность при изрядной массе. В крупных наземных сооружениях большую часть нагрузки составляет масса самого железобетона.

К главным критериям выбора относят следующие характеристики.

• Средняя плотность – рассчитывается как сумма массы каркаса и бетона в 1 куб. м. При этом учитывается, каким способом был уложен бетон – с вибрированием или без вибрирования. Маркируется буквой D, после которой указывается плотность – 2200, 2000 и так далее.
• Прочность – классы бетона определяются по прочности на осевое сжатие – давление на куб с размером ребра в 150 мм, и на осевое растяжение. Классификация разная для тяжелых, мелкозернистых и легких бетонов.

Для тяжелых, например, соотношения выглядят следующим образом.

Таблица соотношения прочности бетонов

• Морозостойкость – определяется по количеству циклов замораживания и оттаивания при насыщении водой. Условие: снижение прочности при этом должно быть не более, чем на 15%. Для бетонов разной плотности показатели различны.
  • Классы для тяжелых бетонов: F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500.
  • Классы по морозостойкости легких бетонов: F25, F35, F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500.
  • Ячеистые и пористые бетоны выделяют в отдельную категорию: F15, F25, F35, F50, F75, F100.

• Водонепроницаемость – это показатель максимального давления воды, при котором сквозь образец не просачивается вода. Классы бетона по этому признаку следующие: W2, W4, W6, W8, W10, W12.

О том, какие изделия производят из бетона и железобетона, а также об областях применения материала читайте ниже.

Области применения

Класс железобетона, марку бетона и степень армирования выбирают в соответствии с техническими задачами и экономическими соображениями. Очевидно, что для легкой одноэтажной постройки не нужно использовать тяжелый бетон, а для высотного здания не подойдет ячеистый.

• В 7,5 – применяется в основном в подготовительных работах, может использоваться при укладке тротуаров.
• В 12,5 – популярный вариант для стяжки полов. Также применяется для заливки фундамента под ограждение. Марка бетона – М150, обойдется в 2750–3030 р.
• В 15 – рекомендован для сжатых стержневых элементов, что означает самое широкое использование в базовом строительстве, а также при сооружении фундаментов для малоэтажных объектов – дачи, гаража. Соответствует классу бетон марки М 200. Стоимость материала – 2900–3250 р. за куб.м.
• Для элементов, испытывающих значительное сжатие – колонны, арки, перекрытия, колодезные элементы и прочее, используется железобетон класса В 20–В 30. Последний – марка М300, относится к самым популярным видам тяжелых бетонов, так как быстро твердеет, стоек к истиранию и схватывается даже при повышенной влажности. Стоимость колеблется в зависимости от марки и наполнителя от 3000 до 3500 р.
• В 35 – наиболее востребованный материал при строительстве многоэтажных зданий и любых других конструкций, где требуется стойкость к высоким нагрузкам. Цена за 1 куб.м. составляет 3200–3450 р.
• Для изготовления напряженного бетона выбирают материал класса В 20– В40. Это наиболее прочный вариант и в строительстве жилых зданий, как правило, не используется. Обычное его применение – гидротехнические сооружения. Бетон марки М 550, соответствующий классу В 40, обойдется в 4000 р.

Про применение железобетона в изготовлении колец для колодцев расскажет следующий видеосюжет: