Výhody a nevýhody železobetonu

Železobeton je komplexní stavební materiál, který uměle vytvořil člověk na bázi betonu a oceli. Vynález, původně patentovaný v polovině devatenáctého století Francouzem Josephem Monierem, byl použit pouze při ruční výrobě nádob pro pokojové rostliny. Lidé však po čase dokázali ocenit všechny jeho přednosti a železobeton se dnes stal nejoblíbenějším stavebním materiálem v mnoha průmyslových odvětvích. Na základě složení betonové malty vznikají z oceli pevné a odolné vícepodlažní budovy, konstrukce, objekty i odolné a praktické železobetonové výrobky.

Tajemství popularity

Železobeton zaujímá vedoucí postavení na stavebním trhu mezi všemi materiály a je v dnešní době velmi žádaný. Tajemství jeho oblíbenosti spočívá v kombinaci řady ekonomických a technologických výhod, které jej odlišují od ostatních konkurenčních materiálů. Díky cenově dostupným nákladům na materiál je možné snížit náklady na výstavbu vícepodlažních budov a konstrukcí, mostů a kotvišť průmyslových zařízení. Zároveň železobetonové konstrukce poskytují potřebnou pevnost, trvanlivost a spolehlivost konstrukcí.

Výhody železobetonu

V současné době se železobeton používá jako samostatný materiál pro monolitické konstrukce, které se nalévají přímo na stavbu. Moduly a prvky, které jsou vyráběny ve výrobních závodech, působí jako unifikované železobetonové výrobky (RCP), které se vyznačují svými speciálními schopnostmi a vlastnostmi. Železobeton jako materiál má přitom řadu výhod, které určují ekonomickou efektivitu jeho praktického využití. Mezi nimi:

• vysoká úroveň požární odolnosti. Beton a ocel nejsou hořlavé materiály, a proto hotové stavby a konstrukce nepodléhají hoření a nepodporují šíření požáru;
• hotové řešení lze připravit nejen v podniku, ale také na staveništi, aniž by bylo zapotřebí velkého počtu pracovníků;
• železobeton má vysokou mechanickou pevnost a vysokou odolnost proti zatížení. Celistvost konstrukce je zajištěna výztuží, která váže roztok a zabraňuje vzniku destrukce;
• Materiál je odolný vůči oxidaci a korozi.
• životnost železobetonu je nejméně 70 let, což umožňuje výstavbu odolných budov a konstrukcí;
• vyztužený beton je inertní a nereaguje s jinými látkami, není náchylný k hnilobě a šíření plísní;
• materiál vyniká nízkou cenou;
• přítomnost různých typů výztuže pro zpevnění, typy řešení s různými vlastnostmi;
• monolitická betonáž pomocí ocelových konstrukcí umožňuje výstavbu konstrukcí složitých tvarů a provedení;
• sklon k sebezhutňování. Při vystavení vlhkosti může chemické složení betonového roztoku nejen zachovat své pevnostní vlastnosti, ale také je časem zvýšit;
• odolnost vůči všem typům dynamického a statického zatížení;
• vysoký stupeň hygieny materiálu;
• nízké náklady na údržbu během provozu. Oproti jiným druhům stavebních materiálů, a to dřevu, železu, je železobeton nenáročný a je nejodolnější vůči všem druhům nárazů;
• přítomnost široké škály plniv s různými frakcemi a vlastnostmi pro výrobu roztoků s požadovanými vlastnostmi;
• schopnost zadržovat záření a emise;
• dostupnost surovin.

Kromě výše uvedeného mají hotové železobetonové výrobky určité výhody:

• budovy a konstrukce ze železobetonových výrobků mají vysokou seismickou odolnost;
• bohatý sortiment bloků, sestav, dílů, konstrukcí umožňuje stavbu provádět v kteroukoli roční dobu, bez ohledu na klimatické a teplotní podmínky, což pomáhá zkrátit dobu montáže;
• pohodlné bloky mají vysokou pevnost, spolehlivost a trvanlivost díky souladu s tovární výrobní technologií;
• vysoká odolnost proti praskání;
• schopnost ovládat všechny fáze práce;
• praktičnost a všestrannost. Bloky vám umožňují stavět jakékoli domy, budovy a stavby;

Nevýhody železobetonu

Nevýhody železobetonu a výrobků vytvořených na jeho základě zahrnují:

• těžká váha. Všechny železobetonové konstrukce se vyznačují vysokou hmotností, což zvyšuje požadavky na založení a náklady na jeho výstavbu;
• vysoká úroveň tepelné vodivosti, potřeba izolovat budovy ze železobetonu;
• náročný proces demontáže budov a konstrukcí vyrobených na bázi železobetonu;
• pracnost při stavbě bednění při stavbě monolitických konstrukcí;
• nutnost dodržet určité teplotní podmínky pro vytvrzení betonového roztoku;
• vysoká úroveň zvukové vodivosti materiálu a nutnost použití zvukové izolace;
• potřeba kvalifikovaného personálu a personálu pro přípravu řešení podle technologie a jeho praktické aplikace při monolitické výstavbě i při výrobě železobetonových výrobků;
• možnost praskání povrchů v důsledku smršťování základny;
• složitost prací spojených s nezbytným zpevňováním konstrukcí budov a konstrukcí ze železobetonu, jakož i jejich úpravami a změnami;
• potřeba přilákat speciální zvedací zařízení k provádění montážních a nakládacích a vykládacích operací při přepravě železobetonových výrobků.

Klasifikace železobetonových výrobků, typy konstrukcí a beton

V současné době jsou ve stavebnictví žádané různé druhy betonů, které se rozlišují podle řady vlastností a kritérií.

Druhy železobetonových výrobků

V závislosti na technologii použité při výrobě jsou železobetonové konstrukce rozděleny do následujících kategorií:

• monolitický železobeton – konstrukce postavené touto technologií se vyznačují tím, že řešení nabývá potřebného tvaru díky bednění. V tomto případě se formy vylévají přímo na staveniště v místě stavby objektu;
• prefabrikované konstrukce. Výroba těchto produktů se provádí ve výrobním závodě. Zároveň jsou dopravovány na místo instalace v hotové podobě;
• železobetonové výrobky prefabrikované monolitické konstrukce, které mají vlastnosti jak prefabrikovaných, tak monolitických typů výrobků.

Možnost použití některého z uvedených typů železobetonových výrobků stanovují specialisté projekční organizace individuálně na základě výpočtů a analýzy stavebních podmínek objektu.

Druhy betonu

Při výrobě železobetonových konstrukcí se používají různé typy betonových řešení, které se liší zahrnutím speciálních a vazebných složek do jejich složení. Mezi nimi:

• pórobeton – roztoky na bázi křemičitého kameniva a minerálních pojiv;
• lehký a těžký beton – silikátové roztoky vyrobené na bázi písku, cementu, vody a porézního kameniva s hrubou frakcí, dále cementu a vody s velkými a malými agregáty zvyšujícími hustotu;
• speciální typy řešení, které se liší specifikovanými vlastnostmi v oblasti požární odolnosti, chemické odolnosti, s výraznými dekorativními vlastnostmi atd.

Široký výběr přísad a materiálů umožňuje výrobcům poskytovat produkty s potřebnými kvalitami a výkonnostními charakteristikami.

Druhy struktur

Výrobky a konstrukce ze železobetonu se dělí podle typu výztuže použité ve výrobním procesu:

• nejodolnější a nejmasivnější nosné konstrukce a vestavěné díly jsou vyráběny s tuhou výztuží;
• pomocí pružné předpjaté a nepředpjaté výztuže

Aplikace

Jednou z globálních výhod železobetonu je jeho široký rozsah použití, který pokrývá různé oblasti stavebnictví. Mezi nimi:

• použití železobetonu pro výstavbu vícepodlažních obytných budov, komplexů, provozoven, obchodních center;
• výstavba zemědělských zařízení;
• uplatnění ve vodním stavitelství při projektování vysoce nárazových objektů přehrad a vodních elektráren, budov a základů pro jaderné reaktory, tepelné elektrárny;
• výstavba zařízení dopravní infrastruktury: kotviště, nadjezdy, náspy, mosty, podzemní tunely, nadjezdy, podchody, zařízení železniční a dálniční infrastruktury, základny a povrchy silnic, letiště, výroba železobetonových pražců, podpěry trolejových sítí;
• výstavba inženýrských staveb, včetně vodárenských věží, různých nádrží, potrubí atd. atd.;
• použití v energetice k úpravě základů, stavění budov, k výrobě podpěr pro pokládání elektrického vedení, upevnění a upevnění venkovních svítidel;
• výstavba budov a staveb pro dopravní, občanské, zemědělské a průmyslové účely;
• provádění průmyslových staveb ve strojírenství, stavbě lodí, hornictví, hutnictví, chemickém a jiném průmyslu pro stavbu objektů, základů, upevnění podzemních děl atd.;
• použití betonových roztoků pro výrobu sarkofágů v ropném průmyslu;
• použití železobetonu pro výstavbu nízkopodlažních nemovitostí, návrh venkovských domů a objektů krajinného designu.

Závěry

Navzdory přítomnosti řady nevýhod byly a zůstávají železobetonové výrobky pro moderní stavebnictví slibné. Vysoké technické a ekonomické ukazatele železobetonu umožňují nejen udržet vedoucí postavení materiálu na trhu, ale také rozšířit rozsah jeho použití. Naprostá většina moderních architektonických projektů zahrnuje železobetonové prvky a v některých případech jsou primárně založeny na pevnosti železobetonu. Vysoká obliba monolitických konstrukcí a železobetonových výrobků s sebou nese rozšiřování sortimentu v tomto segmentu.

Železobeton, stavební materiál skládající se z betonu a oceli, které fungují pod zatížením jako jeden systém. Kombinace dvou materiálů v železobetonu, které se liší strukturou a fyzikálně mechanickými vlastnostmi, zajišťuje, že beton, který je slabý v tahu, je vyztužen ocelovou výztuží, která stejně dobře odolává tahu i tlaku, čímž kompenzuje nedostatky betonu jako betonu. konstrukční materiál.

Únosnost železobetonu závisí na množství výztuže. Vyztužení 1–2 % plochy průřezu ohýbacího prvku umožňuje zvýšit jeho nosnost přibližně 20krát ve srovnání s čistým betonem. Přítomnost výztuže v železobetonových stlačených sloupech (regálech) umožňuje zmenšit jejich příčné rozměry.

Jako výztuž se kromě oceli používají nekovové materiály (kompozit, dřevo atd.).

Interakce betonu a výztuže v železobetonu

Společná práce betonu a betonářské oceli v železobetonu je zajištěna:

• spolehlivá adheze výztuže k betonu po jejím vytvrzení, v důsledku čehož jsou oba materiály deformovány dohromady;
• koeficienty lineárních teplotních deformací se blíží hodnotě (pro beton 0,7·10 – 5 – 1,5·10 –5 °C –1, pro ocel 1,2·10 –5 °C –1 ), která eliminuje dodatečné napětí v kontaktní zóně mezi betonem a výztuží při změně teploty z –40 na 50 °C;
• přítomnost ochranné vrstvy betonu pro armovací ocel, která také chrání výztuž před korozí, vystavením vysokým teplotám atd.

Základem pro společnou práci betonu a výztuže je přítomnost adheze mezi nimi. Velikost adheze na povrchu výztuže závisí na následujících faktorech: mechanické spojení periodického profilu výztuže s betonem (70–80 % celkových smykových sil); přilnavost výztuže k betonu. Pro zvýšení přilnavosti hladké výztuže k betonu jsou v některých případech na koncích tyčí instalovány ohyby a háky. Předpjatá výztuž je zajištěna pomocí speciálních kotevních zařízení.

Zvláštností železobetonu v konstrukcích je možnost tvorby trhlin v tahové zóně při působení vnějších zatížení. Šířka jejich otevření během provozu je 0,1–0,4 mm, nenarušuje běžný provoz železobetonových konstrukcí a nezpůsobuje korozi výztuže. Pro zvýšení tuhosti a odolnosti železobetonu proti vzniku trhlin nebo pro úplné odstranění trhlin (v závislosti na provozních podmínkách) je železobeton vystaven tlaku předběžným (před působením vnějšího zatížení) tahem výztuže. Takový železobeton se nazývá předpjatý, z čehož vzniká tkzv. předpjaté konstrukce.

Přítomnost výztuže v železobetonu významně ovlivňuje účinky smršťování a dotvarování betonu. Adhezní síly výztuže k betonu způsobují, že výztuž omezuje smršťovací deformace betonu, což vede ke vzniku počátečních napětí v železobetonu: tahu v betonu a tlaku ve výztuži. S rostoucím procentem výztuže klesají tlaková napětí ve výztuži a zvyšují se tahová napětí v betonu a objevují se smršťovací trhliny. Smršťování přispívá k časnému vzniku trhlin v železobetonových prvcích, které jsou vystaveny napětí pod vlivem vnějšího zatížení.

Dotvarování betonu se projevuje působením konstantního zatížení v průběhu času, což vede k přerozdělení sil: beton je částečně odlehčen a výztuž je navíc zatížena. Negativním vlivem dotvarování je zvýšení průhybů ohybových prvků, ztráta předpětí u předpjatých konstrukcí a snížení únosnosti tlačených (pružných) prvků.

Materiály pro výrobu železobetonu

V železobetonových konstrukcích se používá především těžký a lehký beton. Použití posledně jmenovaného umožňuje snížit vlastní hmotnost, tepelnou a zvukovou vodivost železobetonových výrobků.

V konstrukcích z běžného (nepředpjatého) železobetonu doporučují stavební pravidla použití betonu s třídou pevnosti v tlaku minimálně B15. Výztuž se provádí pružnou prutovou výztuží o průměru menším než 40 mm, třídy A240, A300, A400, A500, B500. Výztuž má podobu plochých sítí nebo prostorových rámů. Někdy se používá tuhá výztuž z válcované profilové oceli (úhelníky, žlaby, I-nosníky).

Výroba předpjatého železobetonu spočívá v použití těžkého betonu pevnostních tříd v tlaku od B20 do B60 (B80) a vysokopevnostní předpínací výztuže tříd A540, A600, A800, A1000, BP1200, BP1300, BP1400, BP1500 a K1400, K1500, KXNUMX. (lana). Materiál vyrobený ze speciálních betonových směsí s rozptýlenou výztuží s drobnými kovovými prvky se nazývá ocelovláknitý beton.

Statické hodnocení železobetonu

Železobeton je hlavním a univerzálním stavebním materiálem, ze kterého je vyrobeno asi 85 % všech stavebních konstrukcí. Tak rozšířené použití železobetonu je dáno především prakticky nevyčerpatelnými zásobami surovin pro pojiva a plniva do betonu a také možností měnit složení železobetonu tak, aby se získal materiál s požadovanými fyzikálními a mechanickými vlastnostmi. Výhody železobetonu jsou: dobrá odolnost proti dynamickému a vibračnímu zatížení, vysoká životnost, ekonomický provoz, požární odolnost (až 500–600 °C), odolnost proti atmosférickým vlivům, možnost výroby konstrukcí libovolné konfigurace, schopnost zadržet radioaktivní záření. Mezi nevýhody železobetonu patří: vysoká vlastní hmotnost, vysoká tepelná a zvuková vodivost, nízká odolnost proti trhlinám (s výjimkou předpjatého železobetonu) a v důsledku toho možnost koroze výztuže.

Oblast použití železobetonu

• při výstavbě obytných, veřejných, průmyslových a zemědělských budov a staveb;
• ve vodním stavitelství (přehrady, hráze, hráze a mola) a dopravním stavitelství (silnice, letiště, mostní konstrukce, tunely, propustky);
• pro inženýrské stavby pro různé účely a konstrukční prvky (čističky odpadních vod, nádrže na vodu, plyn a ropu, reaktorové nádoby a kontejnmentové pláště jaderných elektráren, sklady radioaktivního odpadu, vodárenské věže, televizní věže, komíny, piloty, štětovnice, pražce atd.).

Železobeton je nepostradatelný při stavbě základů jakýchkoli systémů, včetně gravitačních a rámových základů pro výškové stavby.

Mezi nejvýznamnější stavby postavené z železobetonu (ve 20. století a na počátku 21. století) patří:

• mrakodrap Petronas (Kuala Lumpur, 1997) s monolitickým železobetonovým rámem, celková výška 452 m;
• mrakodrap “Burdž Chalífa” (Dubaj, 2010), celková výška 828 m, výška 163patrové železobetonové konstrukce bez ocelové věže – 605 m;
• nejvyšší televizní věže jsou v Torontu (celková výška 553,3 m) a Ostankinu ​​v Moskvě (celková výška 540 m, předpjatá železobetonová část 385,5 m);
• největší přehrada – hydroelektrický komplex Sanxia (Yichang, provincie Hubei, Čína, 2007), celková výška 181 m;
• ropná vrtná plošina „Troll“ (Norsko) na železobetonovém gravitačním základu, celková výška 472 m, podvodní část 303 m, 245 tis. m 3 železobetonu;
• největší světové jaderné elektrárny – Záporoží, Balakovo, Olkiluoto (Finsko);
• železobetonový most „Vasco da Gama“ (Lisabon, Portugalsko, 1998), celková délka 17,2 km;
• železobetonový lanový silniční most přes Skarnsundský průliv (Norsko, 1991) celková délka 1,01 km, hlavní rozpětí 530 m;
• Největší ruský železobetonový silniční most přes Volhu, spojující města Saratov a Engels (1965), celková délka 2,8 km, má rozpětí 166 m.

Cesar Pelli. Mrakodrap Petronas, Kuala Lumpur. Cesar Pelli. Mrakodrap Petronas, Kuala Lumpur.

Historická esej

Železobeton jako nový konstrukční materiál se objevil v polovině 19. století. ve Francii. V roce 1848 vyrobil J. L. Lambeau „železobetonový“ člun (cena na Světové výstavě v Paříži, 1855). V roce 1849 uplatnil versailleský zahradník J. Monier myšlenku železobetonu ve vyztužených cementárnách. „Monnierův systém“ byl patentován v roce 1867 (patentován v Rusku v roce 1880). Železobeton začal hrát významnou roli ve stavebnictví až koncem 19. století. díky výzkumu W. Wilkinsona (Velká Británie), F. Coignera (Francie), Hyatta (USA), G. A. Weisse a M. Koenena (Německo). V roce 1917 E. Freycinet (Francie) patentoval vibrační hutnění betonu a v roce 1929 předpínání železobetonu.

V Rusku začal průzkum a vývoj železobetonu v 1890. letech XNUMX. století. pod vlivem zahraničních zkušeností a domácí praxe. První zkoušky železobetonových konstrukcí byly provedeny pod vedením profesora N.A. Belelyubského. Rozhodující příspěvek k teorii železobetonu měl A.F.Loleit, který inicioval výpočet pevnosti železobetonových konstrukcí na základě destruktivních sil. Další industrializaci železobetonu usnadnil vývoj A. A. Gvozdeva, Ya V. Stolyarova, V. I. Murasheva a dalších Rozšíření oblastí použití železobetonu je spojeno se zdokonalováním betonových směsí a betonářských ocelí, optimalizací. průřez železobetonových konstrukcí, zvýšení jejich kvality a spolehlivosti.

Ageev Alexey Vladimirovič, Ageev Vladimir Dmitrievich. První publikace: Velká ruská encyklopedie, 2008.

Publikováno 11. dubna 2023 v 17:57 (GMT+3). Poslední aktualizace 16. ledna 2024 v 17:57 (GMT+3). Kontaktujte redakci