Файл: Литература Филиппов П. П. Как внешние сигналы передаются внутрь клетки.docx

3) В Париже оболочкой, представляющей в плане правильный треугольник со стороной 218 м, перекрыт выставочный павильон Дворца Техники. Оболочка опирается на три точки и перекрывает площадь 30000 м². Толщина ее всего 100 мм. Поперечное сечение волнистое. Высота гофра 600 мм.(рис. 5).

4) В Сиэтле построен ребристый железобетонный купол пролё­том 220 м.

5) В 1998 году в Чикаго закончилось строительство небо­скреба "Миглин Вайтер" (125 этажей, Н = 610 м) с железобетонным каркасом.

6) Скульптура Родина-Мать в г. Волгограде.

7) Из железобетона возводятся дымовые трубы высотой до 420 м.

В настоящее время железобетон является основным конструк­тивным материалом в строительстве, так как он обладает высокой прочностью, долговечностью, стойкостью к воздействию высоких температур и агрессивных сред, способностью твердеть и наращи­вать прочность под водой, допускает изготовление конструкций са­мой разнообразной формы и не требует практически эксплуатаци­онных расходов. Около 85% всех несущих строительных конструк­ций, многие из которых монтируют из сборных элементов, выпол­няют сейчас из железобетона.

Такое положение сохраниться, види­мо, и в обозримом будущем. Однако в последнее десятилетие про­изошла некоторая переоценка ценностей в отношении применения сборного и монолитного железобетона. В целом с учетом значитель­ного повышения удельного веса транспортных расходов необходи­мо добиваться взвешенного соотношения между сборным и моно­литным строительством за счет совершенствования технологии из­готовления конструкций из монолитного железобетона и развития сборно-монолитных конструктивных решений. Кроме того, моно­литное строительство требует меньших затрат на создание произ­водственной базы (на 40...45%).

Итогом обобщения научных исследований и опыта проектиро­вания явились действующие ныне нормы проектирования бетон­ных и железобетонных конструкций СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения».

---

Структура (строение) бетона

Виды бетона и предъявляемые к нему требования

ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОНА

ЛЕКЦИЯ 2.

1. Виды бетона и предъявляемые к нему требования.

2. Структура (строение) бетона.

3. Усадка бетона и начальные напряжения

4. Прочность бетона.

5. Классы и марки бетона

6. Деформативность бетона.

7. Модуль деформаций бетона

Бетон искусственный камневидный материал получаемый в результате твердения смеси, состоящей из вяжущего, воды и заполнителей.

Бетон как материал для железобетонных конструкций должен об­ладать определёнными, наперёд заданными физико-механическими свойствами: прочностными, деформативными и физическими свойствами.

хорошим сцеплением с ар­матурой, достаточной плотностью (непроницаемостью) для защиты арматуры от коррозии и др. Деформативность бетона не должна быть слишком большой.

Под прочностными свойствами бетона понимают нормативные и расчетные характеристики при сжатии и растяжении, сцепление бетона с арматурой.

Под деформативными свойствами понимают сжимаемость и растяжимость бетона под нагрузкой, ползучесть и усадку, набухание и температурные деформации.

К физическим свойствам относят водонепроницаемость, морозо- и жаростойкость, коррозионную стойкость, огнестойкость, тепло- и звукопроводность и т.п.

Для изготовления бетонных и железо­бетонных конструкций предусмотрены следующие виды бетонов:

- тяжёлый средней плотности свыше 2200 до 2500 кг/м³ (на плот­ных заполнителях);

- мелкозернистый средней плотности свыше 1800 кг/м³ (на мелких заполнителях);

- лёгкий плотной и поризованной структуры (на пористых запол­нителях);

- ячеистый автоклавного и неавтоклавного твердения и др.

В качестве плотных заполнителей применяют щебень из дроблё­ных горных пород (песчаника, гранита, диабаза и др.) и кварцевый песок. Пористые заполнители могут быть естественными (перлит, пемза, ракушечник) или искусственными (керамзит, шлак и т. п.). В зависимости от вида пористых заполнителей различают керамзитобетон, шлакобетон, перлитобетон и т. д.

---

В настоящее время в строительстве применяется много различных видов бетонов. Но для выполнения несущих конструкций зданий и сооружений наиболее широко используется тяжёлый бетон на це­ментном вяжущем и крупном плотном заполнителе из песчаника, гранита, диабаза и т. п. материалов со средней плотностью в преде­лах 2200 < ρ ≤ 2500кг/м³. Его свойства и рассматриваются ниже.

Структура бетона оказывает большое влияние на его прочность и деформативность. Чтобы уяснить это, вспомним схему физико-химического процесса получения бетона.

Для приготовления бетона берут в определённых пропорциях заполнители (песок, щебень или гравий), вяжущее (цемент) и воду. Кро­ме того, для придания бетону различных свойств (например, моро­зостойкости) дополнительно в небольших количествах могут вво­диться различные добавки. Смесь заполнителей и вяжущего заливают водой. После затворения этой смеси начинается химическое взаимо­действие между частицами цемента и водой (гидратация) в резуль­тате чего образуется цементное тесто. При перемешивании такой смеси цементное тесто обволакивает зёрна заполнителей и, постепен­но затвердевая, превращает всю массу в монолитное твёрдое тело, способное нести нагрузку.

Следовательно, бетон представляет собой неоднородный искус­ственный каменный материал. Следует обратить внимание на то, что даже сам затвердевший цементный раствор (цементный камень) имеет также неоднородную структуру и состоит из упругого кри­сталлического сростка, растущего с течением времени, и наполня­ющей его вязкой студенистой массы (геля), количество которой по­степенно уменьшается.

Таким образом, структуру бетона можно представить в виде про­странственной решетки из цементного камня (включающего кри­сталлический сросток, гель и большое количество пор и капилля­ров, содержащих воздух, водяной пар и воду), в котором хаотично расположены зёрна песка и щебня (рис. 2.1).



Рисунок 2.1 – Структура бетона: 1 — цементный камень; 2 — щебень; 3 — песок; 4 — поры, заполненные воздухом и водой

Процесс твердения бетона при благоприятных температурно-влажностных условиях может длиться годами и носит затухающий характер. Этот процесс является экзотермическим, т. е. он идёт с выделением большого количества тепла.

Существенно важным фактором, влияющим на структуру и прочность бетона, является водоцементное отношение 

---

W/С — отно­шение веса воды к весу цемента в единице объёма бетонной смеси. Для успешного протекания реакции схватывания цемента и тверде­ния цементного камня необходимо, чтобы W/C ≥ 0,2. Однако для достижения хорошей удобоукладываемости бетонной смеси прихо­дится принимать W/C = 0,35...0,7, т. е. вводить воду с избытком. Излишек воды в дальнейшем постепенно испаряется, и в цементном камне образуются многочисленные каналы (называемыми ещё пора­ми или капиллярами), заполненные химически несвязанной водой, водяным паром и воздухом, которые оказывают давление на стенки. Это снижает прочность бетона и увеличивает его деформативность.

Общий объём пор в затвердевшем цементном камне достаточно велик и составляет при обычных условиях твердения бетона пример­но 25...40% от его видимого объёма. Причём, размеры поперечного сечения пор весьма малы: 60...80% от общего количества всех пор имеют размеры поперечного сечения, не превышающие 0,001 мм. С уменьшением W/C пористость цементного камня уменьшается, а прочность бетона повышается. Кроме того, бетоны из жёстких смесей (W/C = 0,3...0,4) при прочих равных условиях обладают меньшей деформативностью, требуют меньшего расхода цемента.

Процессы постепенного уменьшения объёма геля, кристаллооб­разования, испарения избыточной воды, происходящие в бетоне в те­чение длительного времени, обусловливают ряд его специфических свойств: изменение его прочности во времени, усадку, ползучесть.

---

Усадка бетона и начальные напряжения

Бетон обладает свойством уменьшаться в объёме при твердении в обычной воздушной среде (усадка бетона) и увеличиваться в объёме при твердении в воде или очень влажной среде (набухание бетона).

Усадка бетона происходит в результате кристаллизации цементного кам­ня и интенсивного испарения воды с поверхностных слоев бетона. Она особенно интенсивно протекает в первые две недели тверде­ния бетона. Через год её можно считать практически закончившей­ся.

Как показывают опыты, величина усадки бетона зависит от це­лого ряда причин:

- количества и вида цемента (его минералогического состава) - чем больше расход цемента на единицу объёма бетона, тем (при прочих равных условиях) больше усадка; при этом бетоны, при­готовленные на высокоактивных и глинозёмистых цементах, да­ют большую усадку. Наименьшей усадкой обладают бетоны, при­готовленные на портландцементе;

- количества воды - чем больше W/C, тем больше усадка;

- крупности заполнителей и их вида - при мелкозернистых песках и пористом щебне усадка больше. Чем выше способность запол­нителей сопротивляться деформированию, т. е. чем выше их мо­дуль упругости, тем усадка меньше. При разной крупности зёрен заполнителей и меньшем объёме пустот меньше и усадка;

- от влажности окружающей среды - чем ниже влажность, тем больше усадка;

- различные гидравлические добавки и ускорители твердения (на­пример, хлористый кальций), как правило, увеличивают усадку;

- влияние пропаривания бетона на процесс усадки изучено пока недостаточно; однако имеются данные о том, что после пропари­вания усадка уменьшается примерно в 1,5 раза;

- при наличии заполнителей с глинистыми и пылевидными за­грязнениями усадочные деформации бетона могут увеличиться в несколько раз.

Средняя величина годичной усадки тяжёлого бетона средней прочности, приготовленного на портландцементе, при естественном твердении составляет e_sl = 3·10^-4 относительных единиц. Абсолют­ная величина деформации набухания примерно в 2...5 раз меньше усадки.

Деформацию усадки бетона можно представить как сумму де­формаций двух видов - собственно усадки и влажностной усадки.

---