Железобетон как материал для мостов

Основные свойства бетона, применяемого в мостах: прочность, стойкость против внешних воздействий, сроки твердения, усадка и ползучесть, подвижность бетонной смеси при укладке.

Прочность бетона характеризуют маркой — нормативным сопротивлением сжатию образца размером 20Ч20Ч20 см в возрасте 28 суток. Для железобетонных мостовых конструкций применяют бетон марок 200, 250, 300, 400, 500, 600, 700 (см. табл.1). Допускается использование легкого бетона более низких марок 100 и 150. Сопротивления бетона другим воздействиям (скалыванию, растяжению и др.) в расчете принимают производными от марки. Сопротивление бетона растяжению (0,05−0,09 марки бетона) значительно меньше, чем сопротивление сжатию. Модуль упругости его зависит от марки и при небольших напряжениях изменяется от 250 000 до 400 000 кгс/см².

Таблица 1.

В несущих, особенно преднапряженных, конструкциях мостов целесообразно применять высокие марки бетона, для получения которых могут быть использованы следующие пути:

• · Применение цементов высоких марок (до 600−700);
• · Увеличение расхода цемента (неэкономичный путь, связанный с опасностью увеличения деформаций усадки и ползучести бетона и появления усадочных трещин);
• · Уменьшение водоцементного отношения и применение жестких смесей, дающих хорошие результаты. При этом необходимо обеспечивать удобоукладываемость бетона введением в него при приготовлении пластифицирующих добавок, применением специальных методов укладки бетона (вибропрессование и др.) или удалением излишков воды после укладки бетона (вибровакуумирование);
• · Повышение прочности заполнителей и их промывка для удаления глинистых и илистых частиц, улучшающая сцепление цементного камня и заполнителей;
• · Подбор заполнителей по гранулометрическому составу; при равномерном составе песка и щебня по крупности пространство между более крупными зернами заполняется более мелкими, причем содержание цементного камня в бетоне уменьшается, а прочность бетона увеличивается, так как цементный камень обладает меньшей прочностью, чем заполнители; кроме того, уменьшение содержания цементного камня снижает величину деформаций усадки и ползучести бетона.

Уменьшением водоцементного отношения и соответствующим подбором состава заполнителей можно весьма существенно повысить прочность бетона или снизить расход цемента при той же марке.

Для современных сборных и преднапряженных несущих конструкций мостов применяют бетон марки не ниже 300. Наиболее распространены марки 400 и 500. Бетон марки 200 находит применение в монолитных балочных и арочных мостах сравнительно небольших пролетов и в монолитных опорах. Для заполнения полостей опор употребляют бетон марки 150.

Стойкость бетона против внешних воздействий обеспечивают прежде всего созданием достаточной плотности. Для ограничения объема пустот и пор в бетоне содержание цемента в нем не должно быть слишком малым, а воды излишне большим. При укладке бетон следует уплотнять вибрированием или более совершенными методами. Образцы бетона испытывают на морозостойкость с определением марки, характеризующейся числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое образец выдерживает без существенного понижения прочности. Марку по морозостойкости назначают в проекте в зависимости от климатических условий в месте постройки моста, типа конструкции и ее расположения по отношению к уровням воды.

Для элементов конструкций, подверженных действию агрессивной среды, используют бетон со специальными добавками на сульфатостойких портландцементах или принимают конструктивные и другие меры по защите бетона.

Увеличение скорости твердения бетона в монолитных мостах желательно для сокращения сроков использования инвентарных поддерживающих конструкций (подмостей, кружал) и общих сроков строительства. Ускорение набора прочности бетона особенно важно на заводах и полигонах, выпускающих элементы сборных железобетонных конструкций, так как позволяет увеличить производительность технологических линий.

Обычные портландцемента марок 400−600 дают в возрасте 3 суток прочность около 50% от марки. Для дальнейшего ускорения твердения можно пропаривать или прогревать бетон после его укладки. При изготовлении блоков сборных железобетонных пролетных строений прочность бетона величиной 80% от марки получают после пропаривания в течение 2 суток.

Однако исследования показали, что при пропаривании и прогреве в бетоне возникают сложные поля напряжений, в результате действия которых во время изготовления или в первый период эксплуатации возникают трещины. Поэтому тепловую обработку изделий необходимо проводить осторожно, не применяя температуру выше 50−60° и принимая меры к тому, чтобы нагрев и особенно охлаждение конструкции были постепенными и равномерными. мост железобетон арматура Тонкомолотые быстротвердеющие цементы позволяют получить без пропаривания прочность 40−50% от марки уже через сутки, однако при использовании этих цементов может увеличиться усадка бетона и снизиться его морозостойкость.

Усадка — свойство бетона уменьшать свои размеры в процессе и твердения. Стесненная или неравномерная усадка способствует появлению в бетоне трещин от внешних сил и, если не принять специальных мер, иногда приводит к появлению трещин даже в незагруженных частях сооружения. Кроме появления трещин, усадка вызывает появление дополнительных усилий в статически неопределимых железобетонных конструкциях и падение усилий, создаваемых при изготовлении преднапряженных элементов. Усадка бетона — это длительный процесс, практически затухающий лишь через 1−2 года после бетонирования.

Уменьшения деформаций усадки можно добиться сокращением содержания воды и цемента в бетоне, обеспечивая требуемую марку бетона другими способами, приведенными выше. Кроме того, необходимо создать влажные условия хранения бетона в первый период его твердения. Деформации усадки зависят и от свойств цемента — существуют безусадочные и даже расширяющиеся цементы.

Ползучесть бетона (способность медленно деформироваться под нагрузкой) приводит к перераспределению внутренних усилий в конструкции и, в частности, к падению усилий преднапряжения, а также к деформациям конструкции. Уменьшение деформаций ползучести достигается теми же мерами, что и уменьшение деформации усадки.