9.3. Композиционные материалы в строительстве.

Типичным представителем строительных композитов является железобетон. В качестве матрицы в железобетоне выступает стальная арматура, в качестве заполнителя - бетон.

Армируют железобетонные конструкции стальной арматурой в виде стержней и проволоки. Стержневая арматура может быть горячекатаной, термически упрочненной и упрочненной в холодном состоянии. Арматурные стержни используют гладкого или периодического профилей. Периодический профиль арматуры получают при горячей прокатке или сплющиванием стержней в холодном состоянии на горячих станках. Для армирования могут применяться свариваемые стержни диаметром от 6 до 80 мм. Количество рабочей арматуры устанавливается расчетом.

В обычных случаях стальная арматура в железобетонных конструкциях свободно размещается в зонах повышенных растягивающих усилий, но в современном строительстве она, кроме того, подвергается предварительному натяжению путём приложения сил по её растяжению. Такие железобетонные конструкции становятся предварительно напряжёнными. В них стальная арматура, оставаясь в пределах упругих деформаций (85-90% предела текучести стали), стремится вернуться в своё недеформированное состояние после отпуска натяжных приспособлений. Это стремление выражается в обжатии зон бетона, в которых под воздействием внешних сил возникли растягивающие усилия. Обжатие упрочняет бетон на растяжение и изгиб, что благоприятствует упрочнению всей конструкции.

Это связано с тем, что сталь и бетон при изменении температуры в интервале от ОоС до 80оС имеют практически одинаковые коэффициенты линейного расширения и между бетоном и арматурой возникают в процессе отвердевания железобетона значительные силы сцепления, препятствующие скольжению арматуры в бетоне. Стальная арматура достаточно надёжно защищена бетоном от коррозии даже при возникновении трещин до 0,3 мм в растянутых зонах, так как вокруг арматуры щелочная среда создаёт защитную плёнку.

Предварительное натяжение арматуры осуществляют либо до бетонирования конструкции или изделия, либо после этого.

Для железобетона используют цементные растворы различных марок в зависимости от назначения изделий.

Железобетонные изделия и конструкции выполняют из монолитного, сборного и сборно-монолитного железобетона.

Монолитные изделия бетонируют в опалубке на месте строительных работ; сборные изготовляют на заводах сборного железобетона и в готовом виде доставляют на строительную площадку для монтажа при возведении зданий или сооружений.

Сборный железобетон одновременно выполняет и функции своеобразной опалубки для монолитного железобетона, который в свою очередь обеспечивает необходимую пространственную жёсткость. Такие конструкции особенно целесообразны для зданий и сооружений с тяжёлыми и динамическими нагрузками, в районах высокой сейсмичности, в тепло- и гидростанциях и т. п.

Для изготовления железобетона используют не только тяжёлый, но также лёгкие, в том числе ячеистые бетоны. Их основой могут быть портландцемент, известково-кремнеземистое вяжущее вещество (силикатные бетоны) и др. Соответствующие железобетонные изделия могут быть сплошными и пустотелыми, иметь различные типоразмеры.

По назначению железобетонные изделия и конструкции разделяют для жилых и общественных зданий; промышленных зданий; инженерных сооружений; изделия общего назначения. В строительных объектах широко используют железобетонные перекрытия, ограждающие (стеновые) и несущие перегородочные панели, ленточные марши и площадки, фундаментные плиты, блоки.

Санитарно-технические элементы для сети водопровода, канализации, отопления и вентиляции, мусоропроводов также при необходимости выполняют

на основе железобетона. Металлические трубы водопроводной и канализационной сети, трубы горячего водоснабжения замоноличивают (в процессе изготовления на заводе) в тело железобетонных блоков и панелей. Такие изделия и детали к ним, доставленные на строительную площадку, позволяют собрать канализационную или водопроводную сеть путем стыкования замоноличенных в них металлических труб.

К достижениям сборного железобетона в санитарной технике, значительно ускоряющим процесс монтажа зданий, относится применение готовых кабин санитарных узлов. Санитарно-технические кабины доставляют на строительную площадку в законченном виде и после установки включают в общую сеть канализации, горячего и холодного водоснабжения.

В промышленных большепролётных зданиях используют разнообразные своды-оболчки, в том числе двойной кривизны, винтовые (висячие) конструкции тонкостенных покрытий, цилиндрические и другие оболочки и пространственные перекрытия. Из сборного железобетона возводят и специальные сооружения: резервуары, водонапорные башни, бункера, силосы, дымовые трубы, напорные и безнапорные трубы, градирни и т.п. На атомных электростанциях устанавливают железобетонные ограждения против радиации.

Широкое применение железобетона обеспечивает экономию металла и древесины в строительстве, способствует повышению эффективности труда и темпов строительных работ. Этот материал продолжает оставаться основным для современного капитального строительства.

Заключение

Анализ прогнозируемых потребностей позволяет выделить следующие направления развития производства строитель­ных, конструкционных и специальных материалов.

1. Количественное увеличение масштабов производства и организация массового выпуска таких, относительно новых материалов и изделий, как асбоцементные детали, ячеистый бетон, быстротвердеющий, напрягающий и декоративный сор­та цемента, жаропрочное стекло и др.

2. Разработка и внедрение новых энергосберегающих техно­логий, например, производство цемента сухим способом, высо­котемпературная плавка стекломассы, двухстадийное формо­вание стеклянной ленты, получение порошков для керамичес­ких изделий из твердых растворов и т. д.

3. Создание новых материалов, отвечающих потребностям таких отраслей промышленности как радиоэлектроника, авиа­ционная, ракетная и космическая техника, атомная энергетика, химическое производство высокоактивных веществ, например, фтора, концентрированной перекиси водорода и подобных соеди­нений.

В этом направлении ведущая роль принадлежит керамике и композиционным материалам (композитам) на основе керами­ческих матриц. Перспективность керамики, как материала будущего, объясняется не только отмеченными выше доступ­ностью сырья и низкими затратами на производства, но, так­же, ее многофункциональностью, безопасностью в эксплуата­ции и экологическими преимуществами производства.