Предел прочности бетона при растяжении, как отмечалось, примерно в 8-20 раз ниже предела прочности при сжатии, поэтому в бетон вводят стальную арматуру для восприятия растягивающих усилии. Сочетание бетона со стальной арматурой позволило получить качественно новый строительный материал-железобетон, в котором сжимающие усилия воспринимаются бетоном, а растягивающие- арматурой. Возможность сочетания бетона со стальной арматурой и совместная их работа в конструкции обуславливается следующим:
1)Сталь и бетон при изменении температуры в интервале от 0 до +80 С имеет практически одинаковые коэффициенты температурного расширения.
2)Между бетоном и арматурой возникает значительные силы сцепления, препятствующие скольжению арматуры в бетоне, при этом стальная арматура надежно защищается бетоном от коррозии.
В настоящие время сборные железобетонные изделия широко применяют при монтаже типовых промышленных и гражданских зданий, для строительства крупных сооружений. Так, например, уникальный двухъярусный мост для движения городского транспорта через Москву-реку построен из сборных железобетонных элементов. Широкое применение сборного железобетона в строительстве дает экономию металла и леса, обеспечивает повышение производительности труда и темпов индустриализации строительства, снижает трудовые затраты и стоимость строительных работ, значительно упрощает строительные работы в зимние время и позволяет повысить качество строительства. К числу недостатков сборного железобетона следует отнести высокую объемную массу элементов, что сказывается на увеличении транспортных расходов, сложность заделки стыков и швов м/у отдельными элементами.
В обычно армированном железобетоне под действием внешних нагрузок в растянутой зоне возможно образование микротрещин вследствие малой предельной растяжимости бетона. Так, например, если бетон при предельной нагрузке растягивается на 1-2 мм. на 1 м., то сталь растягивается в 5-6 раз больше. При этом в железобетоне микротрещины появляются задолго до разрушения конструкции, что дает нецелесообразным применение высокопрочной арматуры. Этот недостаток железобетона ограничивает его применение в ряде конструкций, где совершенно недопустимо появление трещин вследствие проникания в бетон агрессивной среды (трубы, резервуары конструкций, работающих в агрессивных средах, и т.п.). Однако избежать появления микротрещин при эксплуатационных нагрузках можно путем предварительного обжатия бетона в зоне, подверженной растяжению. Такой обжатие бетона, достигаемое предварительным натжением арматуры, способствовало появлению и развитию более совершенного материала- предварительно напряженно- армированного железобетона. Предварительное напряжение бетона не только ликвидирует опасность образования и раскрытия микротрещин, но и позволяет значительно экономить металл, составляющие материалы, снизить массу конструкций и стоимость строительства.
Сущность предварительного напряжения бетона состоит в том, что, используя силы упругого последствия натянутой арматуры ( при условии её прочного закрепления бетоне), достигают обжатия бетона в той зоне, где эксплуатационная нагрузка может вызвать растягивающие усилия. Благодаря этому в растянутой зоне изделия вначале должны быть преодолены предварительно созданные сжимающие усилия, прежде чем бетон начнет работать на растяжения. Т.о., в предварительно напряженном бетоне или совсем не возникает растягивающие усилия, или они настолько малы, что не превышают прочности бетона при растяжении. Различают в основном два вида натяжения арматуры: до бетонирования и после бетонирования конструкции. в первом случае арматура предварительно натягивается и концы ее прочно закрепляются в бортах формы изделия. После укладки бетонной смеси и достижения бетоном определенной прочности концы арматуры освобождаются. Арматура вследствие упругости, стремясь вернуться в прежнее ненапряженное состояние и имея прочное сцепление с бетоном, обжимает его. При натяжении после бетонирования конструкции арматура располагается в каналах, специально оставленных в бетоне с помощью пустотообразователей, и после достижения бетоном необходимой прочности она натягивается; концы ее заанкериваются (закрепляются), а каналы замоноличиваются цементным раствором. В данном случае усилия натяжения арматуры передаются на бетон через анкерные устройства на концах конструкции; т.о., одновременно с натяжением арматуры обжимается бетон. В настоящее время применяют главным образом натяжения арматуры до бетонирования.
Стальная арматура для предварительно напряженного железобетона должна обладать способностью выдерживать высокие растягивающие напряжения без явления ползучести, т. е. без вытягивания под длительно приложенной нагрузкой. Любое ощутимое вытягивание стали под нагрузкой уменьшит величину предварительного напряжения, и в результате этого балка будет вести себя, как балка с обычной арматурой. В таком состоянии она будет значительно слабее и не сможет выдерживать нагрузок, на которые была первоначально рассчитана. Обычная мягкая сталь не отвечает требованиям предварительно напряженного железобетона, поэтому для него используется специальная высокопрочная проволока, которая в противоположность мягкой стали имеет незначительную текучесть. При постоянном напряжении ползучесть ее близка к ползучести бетона. Потеря напряжения вследствие ползучести стали относительно невелика. Иногда для предварительно напряженного железобетона применяются арматурные стержни из специальной стали, сходные по размерам с арматурой для обычного железобетона.
