Железобетон – главный современный строительный материал
Изобретателем железобетона в 1867 году стал французский садовод Жозеф Монье. Его не устраивали деревянные кадки для растений, и Монье решил использовать бетонные. Однако последние надежд не оправдали, поскольку корни растений разрушали стенки.
Чтобы увеличить стойкость своих кадок, Монье стал использовать железные вкладыши. Это и есть первый, официально признанный образец железобетонной конструкции. Итак, давайте поговорим про старые и новые виды, а также свойства железобетона.
Понятие и историческая справка
Железобетон – композиционный материал, получаемый путем соединения стального каркаса и бетона. Такая комбинация позволяет использовать достоинства обоих материалов и компенсировать недостатки.
Бетон – искусственный камень отличается высокой стойкостью к сжатию, но низкой к растяжению, что объясняет относительную его хрупкость. Металл обладает прекрасной стойкостью к растяжению, но не отличается стойкостью к сжатию. Стальной каркас, залитый бетоном, обладает устойчивостью и к растяжению, и к сжатию.
Виды по технологии изготовления
Различают несколько видов изделия, что связано не столько со свойствами, сколько с технологией изготовления.
Монолитный – железобетон, получаемый непосредственно на строительной площадке. Типичный пример такой конструкции – фундамент, причем как дачного домика, так и высотного здания. В подготовленный котлован устанавливают опалубку, монтируют арматуру в соответствии с нагрузкой и заливают бетоном. Характеристики конструкции зависят от марки бетонной смеси и количества арматуры.
Сборный железобетон изготавливается на заводской площадке. Для этого арматуру закрепляют в специальной форме и туда же заливают бетон. Готовое изделие, уже достигшее нужной степени твердости, транспортируется на строительную площадку и собирается.
Сборно-монолитный железобетон означает, что сборные конструкции, изготавливаемые на заводе, играют роль несъемной опалубки. На практике так называют строительство, где часть конструкций производится монолитным способом, а часть – перекрытия, например, сборным.
Преимущества и недостатки
Прочность и стойкость к нагрузкам – главное достоинство материала. Монолитная или сборная конструкция намного превосходит каркасную и по прочности, и по надежности. Есть и другие достоинства.
Долговечность – соединение стали, и строительного камня создает крайне устойчивую конструкцию. Железобетонные строения относятся к самым долговечным.
Пожаростойкость – оба материала не горят и не поддерживают горения.
Химическая инертность – весьма немаловажное качество не только для промышленных объектов, но и для жилых. Не менее значима и биологическая стойкость: ни бетон, ни сталь, никогда не станут жертвами грызунов и большинства грибков.
Технологичность – железобетонной конструкции можно придать любую, физически возможную форму.
Низкая стоимость – и монолитные, и сборные конструкции имеют минимальную себестоимость.
Наличествуют и недостатки.
Невысокая прочность – показатель неудовлетворителен именно по сравнению с массой. Такая же конструкция, например, отлитая из металла, прочность имела бы намного выше.
Скорость изготовления – сборные элементы достигают твердости на заводе, монолитные – прямо на строительной площадке. И в том, и в другом случае процесс занимает немало времени.
Сказать, что железобетон – основа современного строительства, значит, ничуть не преувеличить положение вещей. Высотные здания и коттеджи, фундамент гаража и гидротехнические сооружения, бассейн и промышленный цех – везде в основе лежит железобетон.
Удельный вес бетона различных типов и марок (кг/м3)
Железобетон — универсальный строительный материал, который довольно широко используется в строительстве. Именно с помощью заливных или сборных железобетонных конструкций производится сооружение большинства современных зданий.
Процесс проектирования связан с расчетом и учетом огромного числа различных показателей. Один из наиболее важных параметров в процессе проектирования — это вес куба железобетона. Данное значение необходимо для производства расчетов нагрузки на фундамент строения, для определения трудоемкости строительных работ и времени эксплуатации строительной техники и транспортных средств.
Виды железобетона
Вес 1 м3 железобетона может быть различным в зависимости от того, какой из следующих типов раствора был применен:
Особо тяжелый – лимонитовый, магниевый и баритовый имеет вес более 2,5 тыс. кг в 1 м3;
Заливка тяжелого состава
Тяжелый – щебеночный или гравийный. Вес 1м3 железобетона данного типа составляет 1,8-2,5 тыс. кг;
Легкий, с такими наполнителями, как керамзит, перлит, арболит и т.д. Также к данному классу строительных растворов относят пенобетон и газобетон. Вес 1 куба такой смеси составляет 500-1800 кг;
Особо легкий – 500 кг за куб строительной массы.
На фото- легкие блоки
Обратите внимание! Данные весовые показатели указывают только вес самого раствора без включения в значение массы арматурного каркаса.
Такой разброс массовых показателей вызван тем, что в различных смесях присутствуют различной плотности наполнители, вес которых и оказывает основополагающее влияние на данное значение.
Для примера рассмотрим некоторые коэффициенты плотности железобетона, при использовании заполнителей разного типа:
Керамзит в зависимости от типа песка может обладать различной массой одного куба:
0,8-1 тыс. кг при использовании перлитового песка;
0,8 – 1,2 тыс. кг при использовании кварцевого песка;
0,5-1,8 тыс. кг при использовании керамзитовой пыли в качестве наполнителя;
Туф будет весить 1,2 до 1,6 тыс. кг за один кубометр;
Один кубический метр пеносиликата весит от 0,3 до 1 тыс. кг;
Масса куба шунгизита составляет от 0,1 до 1,4 тыс. кг;
Пемза весит от 0,8 до 1,6 кг за кубометр.
Состав и свойства железобетона
Железобетон представляет собой композит, то есть материал, состоящий из бетона и стального каркаса. В результате такого соединения получается высокопрочное изделие, практически лишенное недостатков. Бетон устойчив на сжатие, но не на растяжение. Арматура, наоборот. При укреплении бетонных конструкций металлическим каркасом есть возможность получить материал, стойкий на сжатие и растяжение.
Основные требования к железобетону представлены в ГОСТ 13015–2012. Классификация ЖБИ (железобетонных изделий) широка, как и набор характеристик. Чтобы правильно выбрать нужный строительный материал, важно знать основные свойства. Параметрами выбора считаются:
При выборе строительного материала необходимо учитывать его параметры, такие как прочность и растяжение.
Средняя плотность. Представляет собой сумму массы металлического каркаса и бетона в 1 м3. с учетом способа кладки бетонной смеси (вибрирование или без него). Маркируется латинской буквой D с указанием величины — 2200, 2000 и т. п.
Прочность на осевое сжатие и растяжение. Определяется как давление на куб бетона с ребром в 15 см.
Влаго- и морозостойкость.
Классификация материала по основным параметрам
Вид
Объемный вес
Заполнитель
Особо тяжелый
≥ 2500 кг/м3
Магнетитовые, лимонитовые, баритовые и др. с повышенной удельной массой
Действительная плотность бетона армированного изделия определяется несколькими параметрами (состав и вид заполнителей, исходные характеристики цемента), а также от метода заливки. Например, виброуплотнение бетонного состава увеличивает массу готового продукта на 100 кг/м3.
Понятия плотности и веса: от чего зависят величины?
Плотность железобетонных изделий зависит от типа и фракции заполнителя, который использовался при замесе раствора.
Важнейшие качества — вес ЖБ и его плотность. При правильном расчете можно избежать чрезмерных нагрузок железобетонных материалов и увеличить срок эксплуатации. Bec м3 железобетона представляется собой величину, равную сумме массовых частей бетона и арматуры. Средняя плотность ЖБИ зависит от таких факторов:
тип и фракция наполнителя;
количество воды;
метод загустения;
вид армирующей стали.
ЖБИ укрепляются арматурой. При этом состав стали должен варьироваться в пределах 70 до 320 кг. На вес 1 м3 железобетона влияет схема армирования, количество и сечение стальных прутьев. Перед определением общих характеристик нужно узнать внутренний объем, занимаемый арматурой и рассчитать ее вес. Приблизительные данные представлены в таблице при стандартной плотности стали 7850 кг/м3:
Вид ЖБИ
Диаметр прута, см
Размер ячейки
Длина в м3 ЖБИ, м
Масса, кг
Отмостка
8
200
16
6,3
Бетонные дорожки
Горизонтальные плиты
12—16
180
16
14,2—25,2
Балки с опорой
Фундамент
Плиты перекрытия
16—18
130
49
77,3—97,8
Консольные балки
Колонны
14—18
130
49
59,2—97,8
Вертикальные стены
Плотность и удельный вес 1 м3 железобетона
Железобетон и изделия из него (ЖБИ) – особо прочный строительный материал. У него есть масса достоинств и только один недостаток – очень большой вес. С этим приходится мириться и на стадии проектирования или возведения объектов, и при разборке железобетонных конструкций в процессе демонтажа.
Вес изделий из железобетона напрямую зависит от плотности самого материала. Поскольку бетон, основной их компонент, имеет свою классификацию по плотности, ЖБИ также принято делить на несколько видов:
1. Особо тяжелые – высокий удельный вес более 2500 кг/м3 им обеспечивают магнетитовые, лимонитовые, баритовые и прочие тяжелые заполнители. В гражданском строительстве не применяются.
2. Тяжелые – плотность от 2200 кг/м3 и выше имеют привычные нам составы с добавлением щебня или гравия.
3. Облегченные – как правило, это те же тяжелые бетоны с металлической арматурой, но со сквозными полостями, уменьшающими средний вес конструкции до 1800 кг на каждый 1 м3.
4. Легкие – удельный вес от 500 кг/м3 имеют ячеистые, керамзитовые, перлитовые и полистиролбетоны, которые тоже могут усиливаться арматурой.
Следует помнить, что фактическая плотность бетона в армированной конструкции будет зависеть не только от состава раствора, но и от способа его заливки. Уплотнение еще не застывшей смеси вибрационными машинами делает железобетон тяжелее примерно на 100 кг/м3.
Характеристики бетонов
Традиционные разновидности бетонов отличаются хорошими эксплуатационными свойствами и устойчивостью к большим нагрузкам. Однако они не способны выдержать растяжение, изгибы и прочие деформационные воздействия, что лишает их практической ценности при возведении тяжелых конструкций, таких как железнодорожные и автомобильные мосты, несущие балки и перекрытия. С целью повышения пригодности материала его подвергают армированию. Для этой цели используется арматура разного диаметра.
С помощью металлического армирования можно повысить прочностные свойства конструкции из бетона, сделать ее защищенной от растрескивания и продлить эксплуатационный срок в 2-3 раза. Классический способ армирования предусматривает установку железных прутьев в виде трехмерной сетки. Нередко на рынок выпускаются блоки с чередующимися тонкими и толстыми деталями.
Составить универсальное описание характеристик железобетона нельзя, поскольку каждый тип обладает разными параметрами. Однако такие свойства, как длительный срок службы и дешевизна присущи всем разновидностям.
Еще архитекторы ценят комфортный удельный вес железобетона и возможность придавать ему любую геометрию или архитектурную форму. К ключевым минусам железобетонных конструкций относят недостаточно высокую прочность при объемном весе железобетона.
Среди основных характеристик материала следует выделить:
Степень средней плотности — для расчета этого показателя учитывается масса железобетона в 1 м³. Еще обращается внимание на способ укладки материалы — с использованием вибрационного оборудования или без него. Для обозначения показателя используется буква D, после которой указывается цифра 2200, 2000 и т.д.
Степень прочности — в зависимости от этой характеристики железобетон разделяется на несколько классов, определяющих устойчивость к осевому сжатию при давлении на куб ребра в 1500 мм и осевому растяжению. Для установки классификации учитывается тип бетона (тяжелый, мелкозернистый, легкий).
Степень устойчивости к отрицательным температурам — ее определяют по числу циклов «замораживания и размораживания» при воздействии влаги. Допустимое снижение прочности при высокой морозостойкости не должно превышать 15%.
Водонепроницаемость — характеристика указывает на максимальное давление воды, при котором в поры материала не просачивается жидкость.
Особенности расчета плотности
Существует ряд формул и принципов, по которым рассчитывается плотность железобетонных конструкций.
Показатели определенной марки бетона
Чтобы определить степень плотности бетона, необязательно владеть сложными навыками или информацией.
Достаточно ознакомиться с маркой материала и его свойствами:
М200 — представители этой марки обладают плотностью 2390 кг/м³. В большинстве случаев такой материал используется для обустройства стяжки напольного покрытия, выполнения отмостки, тротуарных дорожек, оснований ленточного типа и лестниц.
М250 — фактическая плотность равна 2397 кг/м³. Бетон этой марки эффективен для возведения монолитных фундаментов, заборов и ненагружаемых перекрытий.
М300 — показатели плотности равны 2407 кг/м³. На его основе обустраиваются фундаменты, стеновые конструкции и плиты перекрытий.
М350 — 2412 кг/м³.
М400 — 2420 кг/м³.
Разновидности заполнителя
В зависимости от типа исходного сырья заполнители для бетонного состава бывают органическими, которые добываются из природных пород и отходов обогащения, промышленными и искусственными.
Существует несколько критериев, по которым разделяются заполнители:
Крупность и форма гранул.
Происхождение.
Зерновой состав.
Прочностные свойства.
Шероховатость.
Плотность.
Области применения
Класс железобетона, марку бетона и степень армирования выбирают в соответствии с техническими задачами и экономическими соображениями. Очевидно, что для легкой одноэтажной постройки не нужно использовать тяжелый бетон, а для высотного здания не подойдет ячеистый.
В 7,5 – применяется в основном в подготовительных работах, может использоваться при укладке тротуаров.
В 12,5 – популярный вариант для стяжки полов. Также применяется для заливки фундамента под ограждение. Марка бетона – М150, обойдется в 2750–3030 р.
В 15 – рекомендован для сжатых стержневых элементов, что означает самое широкое использование в базовом строительстве, а также при сооружении фундаментов для малоэтажных объектов – дачи, гаража. Соответствует классу бетон марки М 200. Стоимость материала – 2900–3250 р. за куб.м.
Для элементов, испытывающих значительное сжатие – колонны, арки, перекрытия, колодезные элементы и прочее, используется железобетон класса В 20–В 30. Последний – марка М300, относится к самым популярным видам тяжелых бетонов, так как быстро твердеет, стоек к истиранию и схватывается даже при повышенной влажности. Стоимость колеблется в зависимости от марки и наполнителя от 3000 до 3500 р.
В 35 – наиболее востребованный материал при строительстве многоэтажных зданий и любых других конструкций, где требуется стойкость к высоким нагрузкам. Цена за 1 куб.м. составляет 3200–3450 р.
Для изготовления напряженного бетона выбирают материал класса В 20– В40. Это наиболее прочный вариант и в строительстве жилых зданий, как правило, не используется. Обычное его применение – гидротехнические сооружения. Бетон марки М 550, соответствующий классу В 40, обойдется в 4000 р.
Существуют ограничения по применению смесей для железобетонных конструкций. Так, запрещается использовать для изготовления средний или тяжелый бетон, если по прочности на сжатие класс его не достигает В 7,5. Также не допускается легкий или пористый бетон, если по сжатию он не достигает класса В 3,5.
Отличие расчетной и практической плотности
Точные показатели плотности постройки из железобетона отличаются от расчетных параметров, поскольку возведенный объект обладает множеством пустот и зазоров, которые нельзя предвидеть на этапе проектирования. Любой бетонный монолит подвергается проблеме закупоривания воздуха, однако его количество можно сократить путем виброуплотнения бетона в опалубке или заготовке.
Допустимый объем воздуха, который не повлияет на прочностные свойства и плотность блока, не должен превышать 1% от общего объема. Отклонение от этой нормы повлечет за собой быструю деформацию элементов из железобетона, развитие трещин и деформаций, способствующих необратимому разрушению.
Для грамотного определения удельной массы армированного бетона коэффициенты бетона и арматуры нужно совместить. Полученный результат делится на полный объем конструкции. С помощью простой математической формулы можно лишить себя необходимости проводить сложные расчеты и задействовать компьютерные программы.
Влияние арматуры на массу
Вес м3 железобетона — это величина равная сумме массовых долей бетонного раствора и металлического арматурного каркаса. Масса стали также будет оказывать серьезное влияние на удельный вес армированного бетона.
Для того чтобы монолитная конструкция обладала прекрасными показателями прочности применяются различные виды арматурных прутов.
Обратите внимание! Класс арматуры AII I является наиболее часто применяемым на практике. Плотность такой стали равна 7 850 кг за 1 кубический метр, что в разы выше, чем удельный вес любого из видов бетонного раствора.
В зависимости от расчетов, применяемых при проектировании, и необходимого уровня прочности сооружаемой конструкции используется различное количество прутов для армирования с различным диаметром сечения.
Содержание стали в бетонном растре — это показатель, который должен варьироваться от 70 до 320 кг.
Обратите внимание! Производя расчет прочности конструкции, следует учитывать объем раствора, который вытеснит сталь, применяемую для сооружения каркаса. Таким образом, необходимо будет из общего объема вычесть этот вытесненный объем и прибавить сталь. Полученный показатель и будет являться расчетной объемной плотностью строительного материала.
Расчет монолитных железобетонных конструкций
Самым важным параметром монолитной железобетонной конструкции является величина расчетной нагрузки – речь идет о максимальном значении веса, который в состоянии выдержать плиты (ее собственная масса не считается). Величина определяется в соответствии с: толщиной перекрытия или стены, классом прочности бетона, включением в конструкцию арматурного каркаса.
Так, если пустотная монолитная плита может выдерживать нагрузку, равную 800 кг/м2, то сплошная аналогичная плита из напряженного бетона демонстрирует показатель в 1250 кг/м2. Расчеты проводятся до начала строительства, предполагают тщательные вычисления и учет всех параметров: общие нагрузки, сопротивление деформациям, степень разрушений оснований и т.д.
Если заливается фундамент, то его площадь высчитывают по формуле S > γn F/γc Ro, где:
γn – обозначает коэффициент надежности (1.2)
F – это нагрузка: вес здания, полезная нагрузка (техника, мебель, люди, отделка), для обычного жилого дома составляет 150 кг/м2
γc – коэффициент условий в соответствии с типом грунта: для пластичной глины равен 1.0, для крупного песка 1.2
Ro – условный уровень сопротивления грунта, берется из таблицы сопротивлений (там учитываются тип здания и грунта)
После определения величины выбирают значения ширины и длины в соответствии с конфигурацией здания. Глубина основания определяется по справочнику СНИП и таким ключевым параметрам: глубина фактического промерзания (произведение глубины для той или иной местности по нормативам и коэффициента отопления, для зданий отапливаемых коэффициент меньше 1, для неотапливаемых 1.1), уровень залегания грунтовых вод (выше/ниже точки промерзания на 2 метра), тип грунта.
Зная указанные данные, можно определить нужное количество арматуры, бетона и возвести прочную монолитную железобетонную конструкцию.
Как рассчитать вес куба железобетона
Если количество арматуры и плотность известны, рассчитать массу 1 м3 ж/б изделия просто – это разница между общим объемом и объемом арматуры, умноженная на удельную массу всех стройматериалов.
Сводная таблица характеристик железобетона
Реальный пример:
Ленточное бетонное основание на бетоне M 300, армированное прутьями Ø 16 мм. Объем арматуры: ∏ х r2 – L, или 3,14 – (0,008) х 2 х 16 = 0,003 м3. Оставшиеся 0,997 м3 объема – бетон. В этом случае вес арматуры будет равен 0,003 х 7850 = 23,6 кг, масса бетона равна 0,997 х 2400 = 2392,8 кг. После сложения получается результат, равный 23,6 + 2392,8 = 2416 кг/м3. Обычно показатели переводят в тонны, поэтому плотность ж/б изделия будет равна 2,416 т/м3.
В реальных расчетах применяются коэффициенты плотности ж/б материала, которые зависят от заполнителей:
Керамзитовый заполнитель может иметь вес 1-м м3 в пределах 0,8-1,0 т при добавлении перлита;
0,8-1,2 т при добавлении песка кварцевого;
0,8-1,5 т при добавлении керамзитовой пыли;
Вес туфа – 1,2-1,6 т для одного кубометра;
Вес пеносиликата – 0,3-1,0 тонны в кубометре;
Масса шунгизита – 0,1-1,4 тонны в кубометре;
Масса пемзы – 0,8 дo 1,6 т/м3.
Расчет плотности бетона в компьютерной программе
При сносе или при разборке сооружения с целью повторного использования узлов также необходимо оперировать удельной массой ЖБИ, чтобы знать, какие объемы материалов нужно будет убирать. Так как такие операции довольно сложные технически, их проводят специалисты с выездом на место сноса для оценки объемов работы. Примерные расчеты можно сделать своими силами, зная общие характеристики объекта и строительных материалов, из которых он построен.
Объемная масса ж/б при разборке принимается равной 2500 кг/м3, и это значение нужно умножить на результаты реальных замеров объекта. Это и будет объем строительного мусора, который необходимо убрать со стройплощадки.
Документы для приемки
Возведение железобетонных монолитов входит в перечень строительных работ и принимается в соответствии с определенными требованиями. С учетом того, что конструкция должна будет выдерживать серьезные нагрузки и несоответствие каких-то параметров установленным может повлечь обрушение зданий, все должно осуществляться в строгом соответствии с правилами и значениями ГОСТ и СНИП.
До заливки зданий из монолитного железобетона обязательно реализуют лабораторный анализ приготовленного бетонного раствора с указанием в акте показателей водонепроницаемости, морозостойкости, средней прочности, выведенной из серии образцов для контроля. Проверяют и стальную арматуру. После выдается акт освидетельствования и приемки, которые выполняются при сдаче готовых промежуточных этапов (не всего здания, этажа или стены).
В акте по приемке монолитного железобетона указывают:
Номера рабочих чертежей и осуществленных работ из журналов строительства и авторского надзора
Результаты лабораторных исследований
Акты приемки предварительных работ (в случае, если они проводились)
Геометрические размеры конструкции, данные об отклонениях от плановых
Соответствие конструкции СНИП и рабочему проекту
Непосредственно освидетельствование с указанием возможных дефектов, оценкой состояния поверхности и т.д.
