Въпрос №1.1
Същност на стоманобетона, област на приложение,
предимства и недостатъци
1. Същност на стоманобетона
Стоманобетонът е изкуствен строителен материал, който е съчетание на два различни по
своите физико-механични и деформационни свойства материала – бетон и армировъчна стома-
на, които работят съвместно.
Бетонът е изкуствен каменен материал и има свойството да се съпротивлява много доб-
ре на натиск, но същевременно
притежава и съществения недостатък, че не може да поема го-
леми опънни напрежения поради малката си якост на опън. За сравнение бетон с клас на якост
В15 има изчислително съпротивление на натиск R
b
= 8,5 MPa, а изчислително съпротивление
на опън – R
bt
= 0,75 MPa. Отношението между якостите на бетона на натиск и опън за различ-
ните класове бетон варира в границите от 10/20.
От друга страна, стоманата има свойството да се съпротивлява много добре на опън, а
при нужда се използва и за поемане на натисковите усилия, тъй като и съпротивлението й на
натиск е
също голямо. За сравнение за армировъчна стомана от клас A-III изчислителните съп-
ротивления на натиск и на опън са R
s
= R
sc
= 375 MPa.
Ето защо икономически по изгодно е работещият на натиск бетон да се поставя предим-
но в области с натискови напрежения, а опънните напрежения в конструкциите да се предоста-
вят на стоманата. Така съчетания нов строителен материал се нарича стоманобетон.
Например в една проста греда опънните усилия са от долната страна
и армировката се
поставя отдолу, докато при една конзолна греда армировката трябва да бъде отгоре, тъй като
там са и напреженията на опън (виж фиг.1.1).
фиг. 1.1
В някои случаи, обаче на положените в бетона стоманени пръти се предоставя да поемат
и напрежения на натиск – например при колони.
От курса по Съпротивление на материалите е известно, че в елементите, подложени на
огъване се появяват нормални натискови и опънни напрежения. За поемане на опънните нап-
режения се поставят
стоманени пръти близо до опънатия ръб на елемента, където тези напре-
жения са най-големи.
В експлоатационно състояние на елемента на известни разстояния в опънната зона се
образуват нормални пукнатини с ограничена широчина. В тази зона бетонът се изключва от
работа, тъй като създадените опънни напрежения са по-големи от
опънната му якост.
Също така в елементите, подложени на огъване, се появяват не само нормални напре-
жения, но също и тангенциални и главни напрежения по нормални и наклонени сечения. Като
характерът и посоката им преди образуване на пукнатини в опънната зона се вижда най-добре
от техните траектории (фиг. 1.2)
фиг.1.2
Вложените стоманени пръти (позиция 1, 2 и 3) служат за поемане на главните опънни
напрежения. От фиг. 1.2 се вижда, че най-целесъобразно е част от стоманените пръти, поставе-
ни в опънната зона да се огънат по начин, позволяващ непосредствено поемане на главните
опънни напрежения (позиция 2 и 3). За поемането на тангенциалните и на главните
опънни
напрежения се поставят и стремена (позиция 5). Поставят се и монтажни пръти (позиция 4),
необходими за фиксиране проектното положение на стремената и образуване на общия арми-
ровъчен скелет.
Връзката между бетона и армировката се дължи на значителното сцепление (2,0 / 4,0
МРа) между двата материала, обусловено от слепващите и залепващите качества на цименто-
вия камък
. Бетонът не позволява на стоманените пръти да се изтръгнат при всички степени на
натоварване до самото разрушаване на стоманобетонните елементи, т.е. съседните частици на
бетона и на стоманата получават еднаква деформация –
?
s
=
?
b
. Връзката между бетона и арми-
ровката не се разрушава и при различни температурни условия поради почти еднаквите им ко-
ефициенти на температурно разширение (
?
t,s
= 0,000012 1/C°,
?
t,b
= 0,000014 1/C° при темпера-
тура до 100 °С). Тази малка разлика при температурни изменения до 50 °С предизвиква незна-
чителни вътрешни напрежения и не се получава намаляване на якостта на бетона.
От същевременно значение за дълговечността на стоманобетонните конструкции е
свойството на бетона при достатъчно количество цимент (минимум 250 – 270 kg/m
3
) и доста-
тъчно бетонно покритие (не по-малко от 1-3 cm) да предпазва стоманата от корозия. Нещо по-
вече, от опит е установено, че пръти забетонирани с повърхностна ръжда, след години при из-
важдането им от бетона са почистени напълно от ръждата.
2. Видове стоманобетон. Предимства и недостатъци. Области на приложение.
Видове стоманобетон. Класификацията на отделните видове бетон може да бъде нап-
равена по различни фактори:
• в зависимост от вида на бетона:
- от обикновен бетон (с обемно тегло
?
b
= 25 kN/m
3
). Това е масовия бетон в строи-
телството;
- от лек бетон (с обемно тегло
?
b
= 6/18 kN/m
3
) – използва се предимно керамзито-
бетон с обикновена стомана за армировка;
- от тежък бетон (с обемно тегло
?
b
> 25 kN/m
3
).
• в зависимост от наличието или не на предварително напрегната армировка:
- обикновен ненапрегнат стоманобетон;
- предварително напрегнат стоманобетон – той се получава от обикновен или лек
бетон с армировка от високоякостна стомана, която предварително по изкуствен начин се нап-
ряга на опън и чрез съответното й закотвяне се създават натискови
или предимно натискови
напрежения в бетона с оглед елиминиране на опънните напрежения от външния експлоатацио-
нен товар. При този начин на армиране е възможно преодоляването на значително по-големи
подпорни разстояния от възможните при армиране без напрягане.
• в зависимост от начина на строителство:
- от монолитен стоманобетон – изливат се
на самия строеж в предварително напра-
вени кофражни форми, подпрени със скеле. Следователно връзката между отделните конструк-
тивни елементи се получава монолитна, което е едно от най-ценните предимства на тези конст-
рукции;
- от сглобяем стоманобетон – отделните елементи се изливат отделно на строител-
ната площадка или в завода, след което
се транспортират и монтират, като допълнително се
свързват на самия строеж.
Предимства и недостатъци. Стоманобетонът притежава редица предимства, но за съ-
жаление и ред недостатъци:
• Предимства:
- икономичност – в сравнение със стоманените конструкции се постига икономия
на стомана 30-50% при обикновените стоманобетонни конструкции и до 80% при предвари-
телно напрегнатите, а
спрямо бетонните конструкции се постига икономия на бетон и се полу-
чава по-малка конструктивна височина;
- дълготрайност – нарастващата с течение на времето якост на бетона и сигурната
защита чрез циментовия камък срещу корозия на стоманата осигуряват практически неограни-
чен живот на стоманобетонните конструкции. Поради това и експлоатационните разходи за
поддържане са незначителни;
- формообразуване – стоманобетонът създава богата възможност за образуване на
различни конструктивно целесъобразни и архитектурно изразителни обеми и повърхнини;
- земетръсоустойчивост – пространствената свързаност и монолитност на стомано-
бетонните монолитни конструкции и възможностите им за преразпределяне на усилията са
особено благоприятни при въздействие на сеизмични сили.
- хигиеничност – стоманобетонът не
благоприятства развитието на микроорганиз-
ми и от санитарна гледна точка превъзхожда другите материали
- огнеустойчивост – бетонното покритие на армировката е достатъчно за да я пред-
пази от недопустимо високи температури по време на пожар. Мазилката увеличава допълни-
телно сигурността на стоманобетонните конструкции срещу пожар. Големи и продължителни
пожари обаче представляват
сериозна опасност за здравината на стоманобетонната конструк-
ция.
- лесна поддръжка – разходите по поддържането и ремонта на стоманобетонните
конструкции са незначителни или почти никакви.
• Недостатъци:
- голямо собствено тегло – то ограничава целесъобразното приложение на стома-
нобетонните конструкции при големи отвори;
- влияние на климатичните фактори – при бетониране зимно време има
опасност от
замръзване на бетона. За целта е необходимо приемането на специални мерки против замръз-
ването, а при по-ниски температури бетонирането става невъзможно. Този недостатък се отст-
389
