Бетон және темiрбетон конструкциялық материалдар

Қатқан, күштi көтере алатын бетон өзiнiң құрылымы бойынша негiзгi бөлiгi-ұсақ шағыл тастан, қиыршық тастан және цемент ерiтiндiсiнен (цемент, құм және судан) тұратын бiркелкi емес материал.

Цемент тасында (судың цементпен қосындысы) химиялық процестер ұзақ уақыт жүредi. Сондықтан бетон қатқан сайын берiктiгi артады, көлемi кiшiрейедi (ауада кiшiрейедi, шөгедi), ал ылғал ауада iсiнедi. Мұның бәрi бетонның құрамына (ондағы цемент құрамына) байланысты. Сөйтiп, бетонның құрылымы оның берiктiк және деформативтiк қасиеттерiне өте үлкен әсер етедi. Мұны түсiну үшiн, бетонның физикалық-химиялық түзiлу процесiн қарастырайық.

Цемент пен толтырғыш тастардың қоспасына су қосқанда, химиялық реакция (гидротация) басталады, соның нәтижесiнде сiлiкпе зат – гель пайда болады, қосылымның кей бөлiгi химиялық реакцияға түспейдi, кристалл ретiнде бөлiнедi. Араласу процесiнде гель толтырғыш тастардың түйiрлерiн бiрiктiрiп, уақыт өткен сайын iрi кристалл бөлшектерге айналдырады. Гель қатайып, цемент тасына айналады да, бiртұтас қатты бетон пайда болады.

Сөйтiп, бетон құрылымы бiркелкi емес, цемент тастарынан тұратын кеңiстiк тор, ол құм мен iрiлiгi әртүрлi ұсақ шағыл тастан құралады, бұл толтырғыш түйiрлердің арасында қуыстар (микропоры, капилляры) болады. Ол қуыстар химиялық жолмен байланыспаған судан, су буынан және ауадан тұрады.

Физикалық жағынан қарағанда бетон дегенiмiз құрылымы бiркелкi емес, үш түрлi күйде - қатты, сұйық және газ түрiнде болатын капиллярлы-саңылаулы (қуысты) материал.

Бетонның сығылуға берiктiгi, созылуға қарағанда, 15-20 есе үлкен. Осыған байланысты иiлуге немесе созылуға жұмыс iстейтiн бетон конструкциялар өте үлкен көлемдi және ауыр салмақты болып, практикалық жағынан қолдануға тиiмсiз болар едi. Керiсiнше, болат созылуға да, сығылуға да жақсы жұмыс жасайды. Осындай қасиеттерiн пайдалана отырып, бетон iшiне болат арматура орналастыру арқылы жаңа темiрбетон конструкциясын жасауға мүмкiндiк туды.

Темiрбетон - бетон және арматурадан тұратын, бетонның сығылған және созылған бөлiгiне арматура тиiмдi орналасқан, өзара ілінісуіне байланысты сыртқы күш әсерiне бірігіп жұмыс iстейтiн, кешенді құрылыстық материал. Бұл материал қасиеті бойынша өзінің құрамдас бөліктерінен ерекшеленеді.

Темiрбетон конструкцияларды жасаудағы негiзгi мақсат бетонды сығылуға, арматураны созылуға жұмыс iстеуге пайдалану. Бетон және темiрбетон конструкциялар жұмысындағы айырмашылықтарды олардың жүктеме астындағы жұмысын салыстыруға болатын төмендегі суреттен байқауға болады (1-сурет).

Бетон арқалық сығылған бөліктегі кернеудің әлдеқайда аз мәнінде, ал созылған бөліктегі кернеу өзінің ең үлкен шектік мәніне сай келетін сыртқы көлденең күште қирайды. Темірбетон арқалықта сығылған бөліктегі кернеу өзінің шектік мәніне жеткенше, яғни қирау сығылу бөлігінен басталғанша, арматура орналасқан созылған бөлікте жарықтар пайда болып, созылу күштерін тек қана арматура қабылдайды.

Бетон арқалыққа тең қималы темірбетон арқалық ол көтеретін күштен 10 есе көп күшті көтереді. Темірбетон арқалықтағы арматураның шектеліп қолданылуы - оның бетонмен біріккен жұмысының әсерінен, яғни, ондағы деформациялардың бетонның шектік деформацияларынан асып кетуі мүмкін еместігінен.

Бетон мен болат арматураның бірігіп жұмыс істеуінің негізі – табиғи қасиеттерінің тиімді үйлесуі. Олардың температураға дейінгі сызықтық ұлғаю коэффициенттерінің мәндері бір-біріне жақын, бетон үшін , арматура үшін .

Темірбетонның негізгі жетістіктеріне оның отқа қарсы тұрақтылығы, мәңгілігі, жоғары механикалық беріктігі, әртүрлі әсерлерге үлкен кедергісі, түрлі тиімді конструкциялар жасау мүмкіндігі, тұтыну шығынының аздығы, жергілікті материалдарды қолдану мүмкіндігі жатады.

Темірбетонның негізгі кемшіліктері: үлкен тығыздығы, жоғары жылу және дыбыс өткізгіштігі, жөндеу қиындығы, керекті беріктігіне жеткенше уақыттың керектігі, қата бастағанда және күш әсер еткенде жарықтың пайда болуы.

Арматуралық болат шығынын азайту және жарыққа төзімділікті арттыру мақсатымен қазіргі уақытта құрылыста алдын-ала кернеуленген темірбетон қолданылады.