Конструкции из сборного железобетона и предварительно напряженные железобетонные конструкции получили массовое применение в строительной сфере. Это позволяет расширять архитектурно-планировочные характеристики и функциональность. Преднапряжение препятствует трещиностойкости, снижает показатели деформаций.
Что из себя представляет преднапряженное ЖБИ?
В целях борьбы с низкой прочностью при растяжении искусственного бетонного камня создают напряжение на этапе производства в бетоне противоположной к эксплуатационным характеристикам, что позволяет эффективно применять свойства бетона при его сжатии. Арматурную сталь в железобетонном изделии растягивают, а по полному затвердевании залитого бетонного раствора ее избавляют от натяжения. Стальные прутья сжимаются и оказывают непосредственное влияние на слой бетона. Предварительное напряжение увеличивает предел растяжимости бетона за счет суммирования 2-х деформаций: растяжения и предсжатия.
Преднапряженный железобетон не подвержен растрескиванию бетонного слоя зоне конструкции с растяжением, а также при его применении сокращается количество используемой арматуры. Если при этом применять высокопрочный металл и бетон, можно добиться снижения весовых показателей железобетонных конструкций, увеличить их срок эксплуатации. Основные характеристики для этого вида ЖБИ установлены ГОСТом 26633–91, а значения и размеры арматуры установлены СП 52—101—2003.
Посмотреть «ГОСТ 26633-91-3» или cкачать в PDF (470.9 KB)
Посмотреть «СП 52-101-2003» или cкачать в PDF (11.7 MB)
Преимущества и недостатки
Среди основных преимуществ выделяют следующие:
- Высокие показатели растяжения и трещиностойкости, предохранение металла от образования коррозии. Это свойство необходимо для конструкции находящихся в постоянном контакте с водой, например, плотин, труб.
- Уменьшение сечений и веса таких элементов до 30%, как следствие, меньший расход материала.
- Лучшее сопротивление динамическим нагрузкам. Задействуют для строений, в которых типичные ЖБИ применять не рационально, например, за счет облегченной массы и объема, упрощения в сборке (подкрановые балки, плиты).
- Сборно-монолитные блоки конструкции. С помощью таких блоков достигается более длительная эксплуатация. При возведении таких конструкций все отдельные части соединяют так, что в процессе эксплуатации они объединяются в целое и выполняют свои функции в одном направлении.
- Уменьшение расхода арматуры до 40% вследствие более качественному применению свойств металла, помещенного в напряженное состояние.
Предварительно напряженный железобетон имеет и свои минусы:
- Трудоемкость процесса изготовления.
- Трудно проводимый контроль по проверке армирования изготовленного элемента.
- Значительный вес ЖБИ. Только применяя легкие заполнители или пустотные конструкции с тонкими стенами достигают значительного уменьшения массы.
- Необходимость привлечения высококвалифицированных специалистов.
Процесс производства
Существует несколько способов натяжения арматуры:
- механический (домкраты винтового или гидравлического типа);
- электротермический (стального пруток удлиняется до нужных значений с применением электротока;
- электротермомеханический (комбинация первого и второго метода).
Напряженный бетон изготавливается с помощью прокладки металлических составляющих с высокой прочностью на растяжение, растягивая ее специальным аппаратом и сверху производят заливку бетона. Когда смесь затвердевает напряженность стальной проволоки переходит к бетону вокруг арматуры, что частично или целиком позволяет убрать напряжение от эксплуатационной нагрузки конструкции.
Инструменты и материалы
К материалам ЖБИ с преднапряжением применяют требования согласно существующим нормативным документам:
- ГОСТ 5781–82;
- СП 52—102—2004.
Посмотреть «ГОСТ 5781-82» или cкачать в PDF (462.7 KB)
Армируют ЖБИ конструкции преднапряженного типа следующими материалами:
- арматура периодического профиля класса А-Шв горячекатаная с вытяжкой в ее холодном состоянии;
- листовая сталь горячего катания класса Ат-V;
- арматурные проволочные пряди из свитых проволок.
Для осуществления процесса необходимо подготовить следующие материалы и инструменты:
- прутки (монтажные, распределительные);
- вязальная проволока;
- инструмент для нарезания прутков;
- щиты для опалубки при заливки бетонной смесью.
Преднапряжение и этапы работ
Обжатие может происходить 2 методами: с натяжением стали на упоры и на бетон. При первом методе арматура растягивается на торцах и бетонируется, после освобождая элемент. Второй метод заключается в изготовлении формы с пазами. После заливки и набирания прочности вводится арматура в подготовленные пазы натягивая и заанкеривая ее. Далее заполняют каналы смесью. Этот процесс могут проводить специальные навивочные строительные аппараты.
Арматурное напряжение производится механически, электротермически, комбинированно и физико-химически.
Применение бетона в предварительно напряженном состоянии
Преднапряженный бетон используется в разных отраслях строительства для сооружения:
- высотных башен (в т. ч. телевизионных);
- большепролетных перекрытия без существенного увеличения расхода бетона и арматуры периодического профиля и жилые здания;
- резервуаров в форме яйца для очистных городских сооружений (применяется техника за рубежом с использованием монолитного преднапряженного железобетона);
- водных плотин;
- корпусов атомных реакторов 1-го поколения и герметичного ограждения атомных электростанций;
- мостов.
Из такого бетона создают стены, панели ограждения, лестничные марши, основу фундаментов, колонны, столбы линий электропередач, каркасы подземных тоннелей и прочее. Напрягающий цемент для производства изделий из железобетона обеспечит дополнительную водонепроницаемость и прочность конструкции.
