Предварительно напряженный железобетон

1 Что такое предварительно напряженный железобетон и каковы его преимущества по сравнению с ненапряженным железобетоном? 

   Основной  строительный материал XX века, железобетон, во всем мире заслуженно пользуется вниманием  ученых отрасли. Создав искусственный  камень - бетон, свойства которого можно  регулировать по своему усмотрению, ученые нашли и способ борьбы с его  основным недостатком - низкой прочностью при растяжении. При металлической  арматуре бетон хоть и не разрушается  при растяжении, но трескается. Это  отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах железобетонных конструкций  и сооружений. Создание на стадии изготовления или строительства напряженного состояния в конструкции, когда  знак напряжения в бетоне противоположен знаку напряжения от эксплуатационной нагрузки, является одним из крупнейших достижений инженерной мысли в XX столетии.

   Некоторые виды предварительного напряжения по разным соображениям до сих пор находятся  под сомнением. Например, в Германии запрещена сегментная сборка железобетонных мостов с помощью натяжения арматуры, и только совсем недавно было разрешено  применять в мостовых конструкциях напрягаемую арматуру, расположенную  вне сечения.

   Развитие  предварительного напряжения оказало  серьезное влияние на прогресс в  области технологии высокопрочных  бетонов. В преднапряженных конструкциях появилась возможность максимально  эффективно использовать повышенную прочность  бетона при сжатии.

   Ярким примером строительных возможностей преднапряженного железобетона являются морские платформы  для добычи нефти. В мире таких  грандиозных сооружений возведено  более двух десятков.

   Традиционно обширной областью применения предварительно напряженного железобетона является мостостроение. В США, например, сооружено более 500 тысяч железобетонных мостов с  различными пролетами. За последнее  время там построено более  двух десятков вантовых мостов длиной 600-700 м с центральными пролетами  от 192 до 400 м. Из предварительно-напряженного железобетона сооружаются внеклассные  мосты, которые строятся по индивидуальным проектам. Мосты пролетом до 50 м возводятся в сборном варианте из железобетонных преднапряженных балок.

   По  виду армирования различают сборные  железобетонные изделия с обычным  армированием и предварительно напряженным.

   Армирование бетона стальными стержнями, сетками  и каркасами не предохраняет конструкции, работающие на изгиб или растяжение от образования трещин, так как  предельная растяжимость бетона в 5-6 раз  меньше, чем стали. Поэтому в обычном  железобетоне задолго до разрушения появляются трещины, и возникает  опасность коррозии арматуры под  воздействием влаги и газов. Это  часто не позволяет использовать полностью несущую способность  арматуры, делает не рациональным применение арматуры из высокопрочной проволоки.

   В предварительно напряженном железобетоне предварительно растягивают, а после  изготовления конструкций и затвердения  бетона ее освобождают от натяжения. При этом арматура сокращается и  вызывает сжатие бетона. В результате предварительная растяжимость бетона в конструкции под действием  эксплуатационной нагрузки как бы увеличивается, так как деформация от предварительного сжатия суммируется с деформациями растяжения. Предварительное напряжение арматуры не только предупреждает появление  трещин в бетоне растянутой зоны конструкции, но позволяет сократить расход арматуры, используя высокопрочные сталь  и бетон, снизить вес железобетонных конструкций, повысить стойкость к  образованию трещин и долговечность.

   Способы натяжения арматуры:

• Механический способ — натяжение, как правило, с использованием гидравлических или винтовых домкратов;
• Электротермический способ натяжения — натяжение с использованием электротока для разогрева арматуры, при котором арматура удлиняется до определенных значений;
• Электротермомеханический — способ, комбинирующий механический и электротермический.

   Предварительное напряжение может производиться  не только до, но и после схватывания  бетонной смеси. Чаще этот метод применяется  при строительстве мостов с большими пролётами, где один пролёт изготавливается  в несколько этапов (захваток). Материал из стали (трос или арматура) укладывается в форму для бетонирования в чехле (гофрированная тонкостенная металлическая или пластиковая труба). После изготовления монолитной конструкции трос (арматуру) специальными механизмами (домкратами) натягивают до определённой степени. После чего в чехол с тросом (арматурой) закачивается жидкий цементный (бетонный) раствор. Таким образом обеспечивается прочное соединение сегментов пролёта моста.

   Предварительное напряжение бетона в конструкции  демонстрирует новые возможности  и определяет перспективу развития железобетона в качестве материала  для возведения современных зданий и сооружений.

   В XXI столетии по всей стране должно развернуться массовое строительство автомобильных  дорог, что потребует возведения большого количества мостов малых, средних  и больших пролетов. Международный  опыт говорит, что автодорожные мосты  целесообразно строить из преднапряженного железобетона.

   В производстве конструкций для зданий различного назначения целесообразно  существенно увеличить долю механического  натяжения арматуры, расширить выпуск непрерывно армированных и самонапряженных  конструкций, увеличить применение зданий с натяжением арматуры в построечных  условиях.

   Для крупных инженерных сооружений следует  применять предварительно-напряженные  железобетонные конструкции с натяжением арматуры на бетон, а для напрягаемой  арматуры использовать канаты и высокопрочную  стержневую арматуру больших диаметров, производство которых должно быть освоено  металлургической промышленностью.

   Широкое использование преднапряженного железобетона открывает значительные возможности  для снижения расхода стали в  строительстве. Это может быть достигнуто главным образом за счет уменьшения металлоемкости ряда железобетонных несущих  и ограждающих конструкций, а  также путем замены металлических  конструкций железобетонными. 

   2 В каких трех сечениях изучается строение древесины и какие основные ее элементы можно различать в торцовом сечении с помощью лупы? 

   Древесиной  называют освобожденную от коры ткань  волокон, которая содержится в стволе дерева. Ствол дерева состоит из клеток, имеющих разное назначение в растущем дереве, а, следовательно, разную форму и величину. Макроструктуру ствола (видимую невооруженным глазом или через лупу) можно рассмотреть  на трех основных разрезах: торцевом срезе, тангенциальном и радиальном срезе.

   На  торцевом срезе видна кора, камбий и древесина. Кора состоит из наружной кожицы, пробкового слоя под ней  и внутреннего слоя — луба. Под  слоем луба у растущего дерева находится тонкий камбиальный слой, состоящий из живых клеток размножающихся делением. Древесина состоит из вытянутых  веретенообразных клеток – ячеек, стенки которых состоят в основном из целлюлозы. Эти пустотелые ячейки образуют волокна, воспринимающие механические нагрузки. Древесина ствола состоит  из ряда концентрических годовых  колец. В свою очередь каждое годовое  кольцо включает внутренний слой ранней (или весенней) древесины и внешний  слой поздней (или летний) древесины.

   На  поперечном разрезе ствола дерева видны  сердцевина, ядро и заболонь. Сердцевина – рыхлая первичная ткань, которая  состоит из тонкостенных клеток, имеет  малую прочность и легко загнивает.

   Ядро, или спелая древесина — внутренняя часть ствола дерева, состоящая из омертвевших клеток. Ядро выделяется темным цветом, так как стенки клеток древесины ядра постепенно изменяют свой состав: у хвойных пород они  пропитываются смолой, а у лиственных — дубильными веществами. Движение влаги по этим клеткам прекращается, поэтому древесина ядровой части  ствола обладает большой прочностью и стойкостью к загниванию по сравнению  с древесиной заболони.

   Заболонь  состоит из колец более молодой  древесины, окружающих ядро (или слепую древесину). По живым клеткам заболони растущего дерева перемещается влага  с растворенными в ней питательными веществами. Древесина заболони имеет  большую влажность, легко загнивает, вследствие значительной усушки усиливает  коробление пиломатериалов. 
 
 

   3 Технология изготовления минеральной ваты. 

   Минеральная вата состоит из тонких стекловидных волокон диаметром 5-15мкм, получаемых из легкоплавких горных пород (мергелей, доломитов, базальта и др.), металлургических и топливных шлаков, золы ТЭС. Расплав  обычно получают в вагранке либо в  другом печном агрегате. Волокна образуются при воздействии подаваемого  под давлением пара или воздуха  непрерывно вытекающую из вагранки струю  расплава либо путём подачи пара на валки или диск центрифуги. Полученное минеральное волокно собирается в камере волокноосаждения на непрерывно движущейся сетке. В эту камеру вводят органические или минеральные связующие  вещества. На основе минеральной ваты выпускают штучные, рулонные, шнуровые изделия и сыпучие (рыхлые, волокнистые) материалы. 

   4 Назовите основные звукоизоляционные материалы. 

   Звукоизоляционные материалы применяют в основном для ослабления звука, хотя нередко (например, в междуэтажном перекрытии) эти же материалы помогают изоляции воздушного шума. Звукоизоляционные  материалы применяют в виде слоев, полосовых или штучных прокладок. Звукоизоляция перекрытия значительно  улучшается при устройстве звукоизоляции  по типу «плавающего» пола. Плавающий  пол отделяется от несущей конструкции  перекрытия и стен прокладками из звукоизоляционного материала, не имея с ними жестких контактов. С помощью  упругих прокладок из звукоизоляционных  материалов звук изолируют по внутренним стенам и перегородкам. Прокладки  устанавливают в местах примыкания и сопряжения ограждающих конструкций  и перекрытий.

   В основном это пористо-волокнистые, резиновые и резиноподобные материалы  с губчатой структурой. Прокладки  с губчатой структурой — это упругие  материалы с малым модулем  упругости, имеющие большую сквозную пористость. Их изготовляют из пористой резины, эластичных полимеров: полиуретановых смол (поролонов), полихлорвинила обычного (ПВХ) и эластичного (ПВХЭ).

   Звукоизоляционные двухслойные мягкие покрытия полов  значительно улучшают изоляционные свойства перекрытий, в особенности  линолеум на подоснове из пенополиуретана  или ворсовая нейлоновая ткань на губчатой резине.

   Из  материалов с волокнистой структурой наибольшее значение имеют минераловатные плиты, изготовляемые из минерального, стеклянного или асбестового  волокна.

   Стекловолокнистые материалы изготовляют из непрерывного стеклянного волокна, имеющего диаметр 10-30 мкм (стеклянная вата, стекловолокнистые маты и полосы), которые прошиваются или проклеиваются. Из штапельного стеклянного волокна длиной 20-40 см и толщиной 8-20 мкм получают плиты на полимерных связующих. Повышение тонкости стеклянного волокна увеличивает звукоизоляционные свойства материалов.

   Минераловатные материалы изготовляют в виде мягких и полужестких плит плотностью 50-150 кг/м3, используя связующее на основе полимеров.

   Асбестовые  материалы выпускают в виде матов из асбестового волокна с добавкой вяжущего (например, цемента, жидкого стекла). Толщина асбестовых плит 15-400мм, а асбестовых матов до 80 мм. Для звукоизоляции применяют древесноволокнистые плиты плотностью 150-250 кг/м3. 

   5 Чем отличаются строительные растворы от бетонов?  

   Строительный  раствор — это искусственный  материал, полученный в результате растворной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, мелкого заполнителя  и добавок, улучшающей свойства смеси  и растворов. В отличие от бетонов  крупный заполнитель отсутствует, так как раствор применяют  в виде тонких слоев (швов каменной кладки, штукатурка и т.п.). Одним  из важных свойств строительных растворов  является хорошее сцепление с  основанием.

   Бетон — это также искусственный  материал, получаемый в результате тщательно перемешанной и уплотненной  смеси из вяжущего вещества, воды, мелкого  и крупного заполнителя, взятых в  определенных пропорциях. Бетон —  это один из основных строительных материалов. Из него изготовляют сборные  конструкции, изделия и монолитные сооружения различной формы и  назначения.