Основным недостатком бетона является плохое сопротивление изгибу, растяжению и прочим механическим влияниям. Он хорошо справляется лишь со сжатием. Показатель прочности бетона на растяжение приблизительно равен l/o...l/s показателю его прочности на сжатие. Исходя из этого, его применение в ряде строительных конструкций, таких как плиты перекрытий, дверные прогоны, балки, затруднительно. Причиной тому является наличие в сечениях указанных бетонных конструкций сжимающих и растягивающих напряжений. Для того чтобы нивелировать указанные недостатки достаточно поместить в растянутую зону стальную арматуру. В результате этого несущая способность конструкции возрастет в 10-20 раз. Сталь является более прочным материалом, по сравнению с бетоном, при этом она прочна и на растяжение и на сжатие. Поэтому армировать нужно элементы конструкции, работающие на сжатие. К примеру, это могут быть колонны.
Железобетоном является комплексный строительный материал, процесс производства которого заключается в создании конгломерата бетона и стальной арматуры при помощи взаимного сцепления. В таком материале совместно работают бетон и арматура под нагрузкой как единое целое.
Это становиться возможным благодаря прочному сцеплению бетона с арматурой и близости их температурных коэффициентов расширения. В то же время, бетон с достаточным содержанием цемента способен защитить стальную арматуру от ржавчины и коррозии, а также от воздействия пламени при пожаре. Все это делает железобетонные конструкции долговечными.
Бетонные конструкции на данный момент являются основным строительным материалом для возведения строений жилого и промышленного назначения. При помощи железобетона можно выполнить различные строительные конструкции и изделия. Классификацию бетонных блоков проводят исходя их способа производства, вида используемого в процессе производства бетона, вида напряженного состояния.
Бетонные конструкции, исходя из способов производства, классифицируют на монолитные, сборные и сборно-монолитные конструкции. Монолитные конструкции получают непосредственно на месте строительства, путем укладки бетонной смеси в опалубку. Сборные бетонные конструкции производят в виде элементов особо крупных размеров на специализированных заводах, транспортируют на строительный участок и осуществляют монтаж в сооружение. Сборно-монолитные бетонные конструкции представляют собой симбиоз сборных элементов с монолитным бетоном.
По критерию используемого при производстве конструкций бетона, различают конструкции из тяжелого и легкого бетона с применением пористых заполнителей. Также, производят конструкции из ячеистого бетона и бетона специального назначения.
В зависимости от вида напряженного состояния бетонные конструкции бывают обычными или предварительно напряженными.
До начала применения бетонные конструкции не испытывают ощутимых напряжений. Под воздействием нагрузок от внешних сил в растянутой зоне бетона железобетонных конструкций появляются трещины, поскольку сталь удлиняется гораздо больше, чем бетон. Все растягивающее напряжение берет на себя стальная арматура, которая и обеспечивает при этом ожидаемую несущую способность конструкции. Поэтому, в принципе, допускается некоторое раскрытие трещин в бетоне, которое не превышает нормативно установленные величины, не препятствующие нормальной эксплуатации конструкций. В бетонных конструкциях, которые не подлежат особой нагрузке, используют в качестве арматуры сталь небольшой или средней прочности.
В бетонных конструкциях с целью достижения хорошего сцепления арматуры с бетоном каждый стальной стержень располагается на определенном расстоянии друг от друга и обязательно окружается бетоном.
Очень часто особенности применений определенных зданий определяют необходимость предотвращения образования трещин. Это резервуары для хранения жидкостей и газов, части сооружений, подверженных негативному влиянию внешней среды. Доказано, что экономически целесообразно в бетонных конструкциях использовать сталь повышенной прочности. Для сокращения расхода стали и увеличения несущей способности изделий, применяют метод предварительного напряжения железобетона.
Предварительно напряженными являются бетонные конструкции, в которых бетон подвергнут интенсивному обжатию. Поэтому в предварительно напряженных конструкциях растягивающие напряжения не происходят, а если и появляются, то не образующие трещин. Таким образом, предварительное напряжение бетона позволяет минимизировать раскрытие трещин в конструкциях.
Сжимающие напряжения в бетонных конструкциях получают при помощи натяжения арматуры. Для этого берут прочную арматуру в виде стержней, проволоки, канатов или пучков. Процесс предусматривает растягивание арматуры, после чего укладывают бетон, который во время затвердевания прочно сцепляется с арматурой. После того, как бетон достигнет проектной прочности, снимают нагрузку. Результатом проведенной процедуры является прочное обжатие арматурой бетона.
Существует два способа получения предварительного напряжения: натяжение арматуры на упоры и натяжение на бетон. Первый способ предусматривает закрепления одного конца арматуры в упоре, а другой натягивают домкратом до желаемого напряжения. После этого происходит процесс бетонирования. После приобретения бетоном заданной прочности снимают упор с арматуры.
Арматуру стержневую можно натягивать на упоры при помощи электротермического способа. Для этого нужно нагреть стержни до температуры 300-500 °С электрическим током, завести в форму и надежно закрепить в упорах. Процесс остывания стержня вызывает появление в нем необходимого натяжения.
Способ натяжения на бетон требует изготовления бетонной или слабоармированной бетонной конструкции, имеющей специальные каналы или пазы для напрягаемой арматуры. После получения полной прочности бетоном, в каналы и пазы конструкции вводят арматуру и натягивают на бетон конструкции . Потом требуется ввести под давлением цементный раствор в каналы. Затвердевший раствор создаст нужное сцепление арматуры с массивом бетона в конструкции.
Защитный слой бетона получают путем размещения арматуры на определенном расстоянии от поверхности конструкций. Он предохраняет саму арматуру от негативного воздействия внешней среды и высоких температур. Толщину защитного слоя бетона определяется исходя из вида и диаметра используемой арматуры, размера сечения готовой конструкции и условий эксплуатации. Для бетонных конструкций с ненапрягаемой арматурой конструкций, подверженных попеременному увлажнению, сушке и карбонизации, толщина защитного слоя должна составлять 30 мм, а для напрягаемой арматуры - 35 мм; для бетонных конструкций, подверженных увлажнению и сушке – 40 мм, если присутствует еще и воздействие хлоридов, толщина минимальная толщина защитного слоя должна составлять 50 мм.
Железобетонные изделия и конструкции имеют улучшенные показатели несущей способности в сравнении с бетонными. Кроме этого, они также более устойчивы к различным воздействиям внешней среды. Наилучшими характеристиками обладают предварительно напряженные конструкции, они более устойчивы к образованию трещин, коррозии, имеют более высокий уровень сопротивления динамическим .
Более 85 % всех бетонных конструкций, используемых в строительстве помещений жилого и промышленного назначения, составляют стандартные конструкции, при разработке и производстве которых учитывается требование заводской технологичности готовых изделий. Их различают согласно способа производства, виду бетона и вид напряженного состояния.