Бетон та залізобетон в архітектурі

Нині  бетон і залізобетон є основними  будівельними матеріалами і, як показують довгострокові прогнози, бетонні та залізобетонні конструкції збережуть своє домінуюче значення і в майбутньому. В загальній вартості матеріальних ресурсів вартість бетонних і залізобетонних конструкцій становить близько 25 %, в той час як стальних конструкцій — близько 4 %, а продукції лісової та деревообробної промисловості — 13,5 %.

Залізобетон – це композиційний будівельний  матеріал, в якому поєднуються  бетон і сталева арматура, забезпечується спільна робота бетону й сталі, що істотно різняться своїми фізико-механічними властивостями. Бетон добре робить опір стискувальним навантаженням, проте має низьку міцність при розтягу, яка становить 1/10…1/12 міцності на стиск. А сталь має дуже високу міцність при розтягу, тому в залізобетоні сталеву арматуру розподіляють так, щоб вона сприймала розтягувальні зусилля, а стискувальні передавалися на бетон. Можливість спільної роботи сталевої арматури та бетону зумовлюється міцним счепленням між ними й майже однаковими коефіцієнтами лінійного розширення при зміні температури в інтервалі від 0 до 80 гр.  
Бетон захищає сталь, що міститься в ньому, від корозії. Найдоцільніше використовувати залізобетон для будівельних виробів і конструкцій, що зазнають вигину: сталь сприймає розтягувальні напруження, а бетон – стискувальні, що забезпечує в цілому високу міцність матеріалу.  
Використання залізобетону в промислових масштабах почалося наприкінці XIX ст. Завдяки хорошим механічним властивостям, довговічності, вогнестійкості, гігієнічності, технологічності, доступної сировинної бази, можливості економії металу в ряді конструкцій, незначним експлуатаційним витратам, можливості створення на основі залізобетону різноманітних архітектурних форм залізобетон є основним конструкційним матеріалом сучасного індустріального будівництва.  
Залізобетонні конструкції за способом виготовлення поділяють на монолітні та збірні.  
Монолітні конструкції зводять безпосередньо на будівельному майданчику. Монолітній залізобетон використовують, коли треба підвищити архітектурну виразність будівель і споруд, при нестандартності та малій повторюваності елементів і при особливо великих навантаженнях. Досвід монолітного домобудування виявив техніко – економічні переваги цього методу будівництва порівняно з цегельним, великоблоковим і навіть і навіть великопанельним. Проте при виготовленні монолітного залізобетону затрачується велика кількість ручної праці, збільшуються строки будівництва, ускладнюється бетонування в зимовий час.  
Збірні залізобетонні вироби та конструкції виготовляють на механізованих та автоматизованих підприємствах. Перевага збірного залізобетону порівняно з монолітним – в істотному підвищенні продуктивності праці та поліпшені якості будівництва за рахунок випуску на спеціалізованих підприємствах великорозмірних елементів підвищеної заводської готовності, в скороченні строків будівництва. Крім того, скорочуються витрати лісоматеріалів, спрощується виконання робіт у зимовий час.  
Проте збірні залізобетонні вироби мають значну масу та розміри, що потребує потужного спеціалізованого підіймально-транспортного обладнання. Основними напрямами розвитку збірного залізобетону є укрупнення конструктивних елементів, зниження матеріало- та металомісткості, підвищення ступеня заводської готовності.  
Збірні залізобетонні вироби класифікують за видом армування, щільністю, видом бетону, внутрішньою будовою та призначенням. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.2 Як виготовляють  залізобетонні конструкції (ЗБК)

Плити перекриття (пустотні і ребристі),перемички, елементи загороджень, підвалів фундаментів,плити  транспортного покриття, деталі колодязів і стовпи освітлення – все це конструкції із залізобетону. Очевидно, що кожна залізобетонна конструкція   має характерну для неї рецептуру бетону і технологію виготовлення.

Плити перекриття і перемички, які працюють на вигин, виготовляють із попередньо напруженого залізобетону. У підготовлену форму на спеціальні опори установлюють арматурні стержні, натягують їх (механічно, за допомогою домкратів, або термомеханічно, засобом розігріву електричним струмом) і закріплюють у натягнутому положенні на борноснатці форми.

На властивості  бетону має значний вплив ущільнення бетонної суміші. Не доущільнення призводить до зменшення міцності та довговічності бетону, погіршує інші властивості. Найпоширенішим способом ущільнення є вібрування. На заводах збірного залізобетону вироби формують на спеціальних вібромайданчиках, монолітний бетон в конструкціях ущільнюють глибинними і поверхневими вібраторами. Під час вібрування часточки бетонної суміші механічно коливаються, завдяки чому зв’язки між окремими часточками постійно порушуються, сили тертя і зчеплення зменшуються. Бетонна суміш набуває властивостей важкої рідини і під впливом сили тяжіння розпливається, заповнюючи форму, й ущільнюється.

Після, конструкцію у формах відправляють на теплову обробку у спеціальні камери. Мета теплової обробки – прискорення твердіння бетону, і через 8-12 годин пропарювання при температурі середовища 80-90°C конструкція набирає 65-75% своєї маркової міцності, еквівалентної 28 добам твердіння в природних умовах. Після того, як конструкція затверділа, напружені арматурні стержні звільнюють від кріплення на стінках форми. Стержні частково стискуються по довжині, і напруга від них передається бетону в конструкції . 

ЗБК циліндричної форми (стійки, кільця і т.д.) виготовляють методом центрифугування. Передусім у пів форму, розміщеної на стенді центрифуги,  укладаються арматурні стержні), на які навивається металева проволока – формується каркас залізобетонної конструкції. За допомогою ложкового бетонороздатчика  по всій довжині пів форми розподіляється бетонна суміш, одну пів форму накривають зверху другою і вмикають центрифугу. На першому етапі, бетонна суміш, за рахунок центробігових  сил, розподіляється у зовнішній загородженій поверхні циліндричної форми. На другому етапі, за рахунок зміненої частоти обігу центрифуги, відбувається ущільнення бетонної суміші і формування залізобетонної конструкції. Далі конструкції відправляють на теплову обробку. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.3 Що не можна робити при монтажі ЗБК

Будь-яка  будівельна конструкція, у тому числі  і ЗБК, розраховано на певні навантаження, перевищення яких небажано або недопустимо. Для ЗБК, які працюють на вигин, будівельними нормами і правилами встановлені нормативно-допустимі навантаження. Величина цих навантажень забезпечує доволі і доволі значимий запас надійності і, при коректному монтажі конструкції, руйнування залізобетонної конструкції практично виключно.

Кожна будівельна конструкція (у тому числі  і плити перекриття) розраховані  на визначені схеми монтажу. Ці схеми знайомі будівельникам, а їх порушення може призвести до небажаних для всіх наслідків. Дуже часто виникає необхідність зробити отвір у панелі перекриття, а якщо при його формуванні буде порушена цілісність арматурного каркасу панелі або, не менш важливо, будуть розрізані арматурні стержні,які забезпечують несучу здатність цієї панелі, то позитивний ефект «перенапруження» будуть практично повністю усунуті. Подібна ушкоджена панель не буде відповідати шкалі нормативно допустимих навантажень.

Якщо  ж отвір у панелі все-таки потрібен, тоді необхідно передбачити консольне  закріплення розрізаних панелей  на проміжну опору (наприклад, на внутрішню несучу стіну або перемичку) і виконати обв’язку із металевого профілю по периметру вирізаної частини плити із закріпленням (різьбою або сваркою) на цьому профілі кінців арматурних стержнів.    
 
 
 
 
 
 
 

2.4 Про доставку і  збереження ЗБК

Вже згадувалось, що заводські залізобетонні конструкції  мають високу степінь надійності і лише від самих споживачів залежить, чи знизиться ця надійність у майбутньому. ЗБВ, до того, як попадуть у конструкцію і займуть призначене їм місце, можуть бути піддані  дії надлишкових механічних навантажень або опинитися в умовах підвищеної вологості. Крім цього, бетон піддається біологічній корозії (появі плісені, грибка та ін.), що необхідно враховувати при його збереженні.

Ушкодження  ЗБВ можуть бути як при їх транспортуванні (доставці), так і при їх складуванні (проміжному збереженні). Волога звичайно потрапляє у виріб при контакті із землею (капілярний підсос) або атмосферними опадами, що може призвести як до погіршення механічних характеристик ЗБВ, так і до розвитку на ньому корозійної мікрофлори.

Найбільш  розповсюджений вид пошкоджень –  механічні. Наприклад, при транспортуванні плит перекриття (які поклали ,як слід, на дерев’яні бруски-прокладки) поверх них були поставлені бетонні блоки. У результаті, вироби прибули на об’єкт деформованими: із розкриттям тріщин шириною більше 1 мм по нижній частині, з відколами бетону і оголеною арматурою. Якщо це сталося по вині поставщика, оді подібні ЗБВ повинні бути заміненими. Але поставщики, як правило, виконують умови перевозки і подібних ситуацій практично не виникають. Але коли залізобетонні вироби поступають на місце проміжного складування, коли за них вже заплачені гроші і ЗБВ замовник прийняв, хазяїн повинен вже сам піклуватися про приналежних йому залізобетонних виробів. Навіть якщо ЗБВ придбали з метою використання на протязі тижнів або місяців, для них необхідно забезпечити  визначені «комфортні» умови збереження.

Майданчик для їх складування повинен бути вирівняним; між залізобетонними виробами і ґрунтом не повинно бути контакту; бажано присутність навісу або плівки, яка укриває виріб. плити перекриття бажано зберігати горизонтально (у «робочому положенні»), прокладаючи їх між собою дерев’яними брусками для провітрювання і для зняття виникаючих напружень.     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.5 Про явні і неявні дефекти, властивості і класи залізобетону

Інколи  в отриману партію потрапляють ЗБВ з явними дефектами. Деякі з цих дефектів легко можна усунути і не можуть вплинути на якість залізобетонних виробів, деякі – не можна усунути і носять «летальний» характер. Інколи дефекти мають фабричне походження, інколи вони виникають при само вивозі ЗБВ і у результаті їх транспортуванні.

Якщо  ЗБВ зовнішньо не зруйновано, а  присутні лише невеликі сколки, тоді достатньо  нескладно усуваються шляхом їх доробки  цементно-пісочним розчином або спеціальними ремонтними сумішами. Якщо ж дефект серйозний (зміщення арматурного каркасу, невірна манкіровка  закладних деталей і монтажних петель, тонкий захисний шар бетону), тоді подібні залізобетонні вироби належать поверненню виробнику і з послідуючою заміною. Але, як правило,подібні дефекти ЗБВ виявляють ще на стадії прийому технічним контролем і якщо вони і виходять за межі заводу, тоді як некондиційні. Деякі заводські дефекти (наприклад, сітка поверхневих тонких тріщин на плиті перекриття) не носять «летального» характеру і не впливають на надійність і несучу здатність ЗБВ. Подібні дефекти усувають у процесі монтажу залізобетонних виробів.   

Про властивості  і класи бетону.

По міцності бетони розділяють на особливо важкі, важкі (міцність D = 1800..2500 кг/м), легкі і особливо легкі. За розмірами заповнювача важкі бетони розділяють на бетони на крупних заповнювачах і дрібнозернисті бетони. Плити перекриття, плит транспортного покриття, перемички, елементи загороджень, підвалів і фундаментів, деталі колодязів і стовпи освітлення виготовляють на основі важкого бетону. 

Класи бетону по міцності на стиск (В), осьове розтягнення (Bt), розтягнення на вигін (Btb) характеризуються відповідній міцності бетонів базового розміру у встановленому проектному віці ( як правило – 28 діб)

Марка бетону за середньою міцністю (D) визначається по фактичним показникам ваги бетону у сухому вигляді в одиниці об’єму зразків (кг/м³).

Марка бетону по морозостійкості (F) визначається кількістю поперемінних циклів замороження і відтаванні у різноманітних середовищах, які видержують контрольні зразки без зниження міцності на стиск більш регламентної .

Марка бетону за водостійкістю (W) визначається величиною тиску води, при якому  не спостерігається її просочування через контрольні зразки.

Нормативні  показники якості бетону повинні  бути забезпечені підбором його складу, виконанням технологічних режимів приготування, ущільнення бетонних сумішей, твердіння бетонних виробів і контролюватися на виробництві. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                РОЗДІЛ III

                           БЕТОН І ЗАЛІЗОБЕТОН В АРХІТЕКТУРІ

3.1 Визначення бетону  і залізобетону

Бетон – це один із найбільш розповсюджених і важливих будівельних матеріалів, який отримується шляхом твердіння  суміші в’яжучої речовини, води,заповнювачів і добавок.

Бетон широко використовується у громадському і індустріальному будівництві. У випадку піднесенні споруди із бетону, його види і марки визначаються  на стадії створення проекту. Для різноманітних елементів будівельної конструкції використовують різні види і марки бетонів. Необхідно визначити, для якого конкретно елементу конструкції (фундамент, несучі стіни, внутрішні перегородки, підлоги) вибирається марка бетону.

 Основною характеристикою бетону являється міцність на стиск, яка визначає марку бетону. За видом в’яжучої речовини бетони бувають:

цементні;

силікатні;

полімер бетони та ін..

За об’ємною вагою бетони діляться на:

важкі – об’ємна вага вища 1800 кг/м³, використовуються в індустріальному будівництві;

легкі - об’ємна вага не перевищує 1800 кг/м³.

Вартість бетону залежить від: