Бетон — это гетерогенный материал, имеющий разную прочность в разных направлениях. Он силен при сжатии, но по своей сути слаб при растяжении. Поведение бетона при растяжении напоминает поведение мела.
Когда вы прикладываете усилие сжатия к обоим концам мела, вы увидите, что он разрушается при более высоком приложенном усилии. Напротив, когда вы начинаете растягивать оба конца мела (усилие растяжения), он разрушается мгновенно, не прилагая слишком большого усилия.
Характеристики бетона при растяжении аналогичны характеристикам мела, и, несмотря на прочность при сжатии, оба материала не выдерживают растяжения при значительно меньшей величине приложенной нагрузки.
Экспериментально установлено, что прочность бетона на растяжение составляет приблизительно одну десятую от его прочности на сжатие. Следовательно, при нагрузке бетонный элемент имеет тенденцию разрушаться как раз тогда, когда напряжение в нем достигает модуля разрушения бетона (который приблизительно равен его пределу прочности при растяжении).
Чтобы компенсировать эту проблему, связанную с неспособностью бетона достичь полной способности к сжатию из-за раннего отказа при растяжении, можно добавить арматуру. Таким образом, железобетон представляет собой прочный и относительно пластичный композитный материал, включающий бетон и встроенную стальную арматуру (прутки, проволоку, сетку и т.д.), последняя используется для увеличения прочности бетона на растяжение.
История железобетона
В середине 19-го века Джозеф Монье предложил концепцию армирования бетона https://zhbi174.ru металлическими прутьями. С тех пор исследователи искали инновации в улучшении эксплуатационных характеристик бетона путем добавления различных материалов, направленных на армирование бетона со слабым натяжением.
Со временем, исследованиями и усовершенствованиями в технологии бетона было обнаружено, что все конструкции, подверженные изгибным нагрузкам, разрушатся, когда растянутая деталь достигнет модуля разрушения, и тогда весь элемент разрушится с хрупким разрушением. С этого момента была выявлена необходимость армирования бетона для несущих конструктивных элементов, и это было распространено на сложные конструкции и в дальнейшем привело к разработке предварительно напряженного бетона.
В современном строительстве все бетонные конструкции состоят из железобетона. Арматура обычно изготавливается в виде стальных стержней, которые по отдельности укладываются на некотором расстоянии или образуют сетку, а бетон заливается со всех сторон.
Железобетон исключительно хорошо выдерживает все виды нагрузок, а его механические характеристики намного лучше, чем у обычного цементного бетона (PCC). Поэтому в настоящее время он широко используется практически для всех бетонных строительных работ.
Что подразумевается под армированием в бетоне?
Армирование в бетоне означает использование или добавление стали. Сталь может быть в виде прутков, проволоки, волокон или сетки и действует как барьер для раннего растрескивания бетона при растяжении. Другими словами, предполагается, что стальная арматура воспринимает растягивающие напряжения, а бетон в целом воспринимает сжимающие напряжения.
Назначение обеспечения арматуры в бетонных элементах
Как уже обсуждалось, целью обеспечения стальной арматуры является добавление в бетон материала, достаточно прочного, чтобы противостоять растягивающим нагрузкам, и который помогает бетону улучшить свои характеристики при растяжении и достичь полной способности к сжатию. Идеальным материалом для армирования бетона является сталь.
Это связано с тем, что сталь является однородным и изотропным материалом. Она подает предупреждающий знак перед разрушением, а ее механические свойства намного лучше, чем у других материалов. Добавленный в бетон, он не только предотвращает раннее растрескивание, но и делает конструкцию или конструктивный элемент долговечным.