Сцепление арматуры с бетоном

Бетон и металлические стержни при их соединении, начинают работать вместе, добавляя друг другу механические и физические свойства.

Это успешное взаимодействие возможно, из-за появления между ними силы сцепления. Связь возникает по всей площади их соприкосновения, а после появления нагрузок не дает арматуре сдвигаться. Так железобетон получает свое фундаментальное свойство, за что он и ценится как строительный материал.

От чего зависит прочность сцепления?

Эта величина зависит от сопротивляемости цементного камня выдергиванию из него стержня, также на нее влияют факторы:

• проскальзыванию арматуры препятствует ее периодический профиль, продольные ребра и выступы. Их связь с бетоном создает в нем сопротивление, которое при нагрузках не дает стержню двигаться.
• Механические свойства арматурной стали, высота профильного ребра и ее диаметр.
• Склеивание цементного раствора и поверхности металла.
• Существенно влияют свойства и качество бетонной смеси, возраст, М цемента, заполнители и их % составления. Значение имеет низкое водоцементное отношение.
• Приготовление и заливка б/смеси по нормам стандартной технологии, с уплотнением и соблюдением влажного режима для ее схватывания.

Ранее считалось, что на поверхности соприкосновения прута и цементной смеси, при ее усадке и схватывании, образуются силы трения. Но недавние опыты привели к заключительному выводу, что в действительности такие силы отсутствуют. Еще выяснилось, что обжим прута при схватывании смеси негативно влияет на его сопротивляемость выдергиванию.

В какой степени влияет адгезия на прочность связи? При адгезии в местах соединения начинают работать силы притяжения и взаимосвязи на молекулярном уровне. Но при возникновении даже небольших усилий, силы адгезии разрушаются, поэтому их влияние не будет значимым.

Результаты испытаний над образцами показывают, что в основном прочность сцепления зависит от состояния поверхности арматуры. Чем более гладкая, даже полированная поверхность, тем быстрее выдергивается стрежень. Первостепенную роль для величины сцепления выполняет периодический профиль (ребра жесткости и выступы). Профилированная поверхность сопротивляется сдвигам сильнее в 3 раза, чем гладкий пруток.

Зависимость длины заделки от напряжения и диаметра сечения

Возникающее сцепление рассредотачивает нагрузки между стальными прутами и цементным камнем, это особенно нужно, когда в нем начинаются деформации неупругого характера и появляются трещины. Распределение напряжений помогает избежать избыточного расширения трещин.

Напряжения Tbd вдоль стержня располагаются неравномерно. Их максимальные значения Tmax образуются через небольшой интервал от конца, на это указывает эпюра напряжений испытуемого образца, и они не зависят от длины заделки Lan. Их величина может быть больше прочности цементного камня в несколько раз, поэтому в торцах необходимо контролировать плотность укладки бетона к арматуре.

Величину сцепления выражают через отношение среднего напряжения к площади поверхности заделки формулой:Tbd m=NdLan.

Для гладкой арматуры средние значения Tbd m от 2,5 до 4 МПа, а для профилированной до 7 МПа.

Если длину заделки выразить через напряжение N=d2/4, то получим ее выражение:

Ian=N/Tbmd=d/4Tbm.

Прямая пропорциональность формулы показывает, что с увеличением диаметра сечения и напряжения, нужно увеличивать протяженность заделки. При увеличении Tbm прочности бетона можно уменьшить длину заделки, или для ее уменьшения можно применить периодический профиль.

Экспериментальным путем определили, что для прочной связи протяженность заделки при гладких поверхностях прута 30-40 диаметров, а для профилированных 15-20 диаметров.

Также обнаружили разную реакцию опытного образца на продавливание и выдергивание. При продавливании сила взаимосвязи больше, потому что сжатый стержень начинает расширяться поперек и возникает добавочное сопротивление бетона.

Поэтому продольное растягивание стержней предполагает большую длину их заделки, а также ограниченный размер диаметра.

Анкера

Для гладких прутков, без профиля, в торцах необходима анкеровка. На конце балки, где эпюра напряжений показывает максимальные значения, превышающие прочность цементного камня, монтируется анкер. Для гладких прутьев это будет загнутый крюк, петля, поперечный отрезок.

Для сварной сетки из прутьев без профиля функцию анкеров будут выполнять ее крайние поперечные связи.

Профилированная арматура не нуждается в крюках, но у нее может быть отгиб (лапка.)

Длина анкера рассчитываются, и она не менее 15 d анкеруемого прута или 200 мм.

Недостаточное сцепление

При недостаточной связи металла и цементного камня их взаимодействие резко сокращается. Металл уже не может передавать упругие свойства, делая цементный камень жестким, и возникают трещины. В арматуре появляются удлинения, которых не было бы при достаточном сцеплении. Трещины увеличиваются, быстро раскрываются и наступает аварийное состояние конструкции.