Како арматурата го подобрува траењето на бетонските конструкции?

Основната улога на арматурата во структурната чврстина и отпорноста на товар

Разбирање на соработката меѓу челичната арматура и бетонот

Обичниот бетон одлично функционира кога е компримиран, но се распаѓа кога се наоѓа под затегање — тука настапува армиранјето со челик. Интересно е дека двата материјали се шират и се повлекуваат во приближно иста мера, околу 12 милионити од степен по Целзиус, што помага да се спречи формирањето на пукнатини при промени на температурата. Ребрата на челичните прачки всушност подобро го држат бетонот, создавајќи посилна врска меѓу нив. Оваа комбинација им овозможува на армираниот бетон многу подобро да ја издржува деформацијата од свитување во споредба со обичниот бетон сам по себе, обично издржувајќи ги тие напрегања три до четири пати подолго пред да се распадне.

Механички својства кои допринесуваат за структурната долговечност

Повеќето арматури имаат граница на течење што варира од околу 420 до 550 MPa, што значи дека можат да се искриват или издолжат донекаде кога силите ќе ги надминат можностите на чист бетон самостојно. Способноста да се издолжува без прскање им овозможува на зградите и мостовите подобро да апсорбираат напрегање, често издржувајќи деформации од околу 4 проценти пред конечно да се распаднат, наместо едноставно да прекинат внезапно. Кога се комбинираат со обичен бетон кој носи компресивни сили помеѓу приближно 20 и 40 MPa, ова спојување создава конструкциии кои се доволно силни за да стоењат чврсто, но истовремено доволно флексибилни за да не се напукнат под притисок. Затоа многу градежни проекти траат повеќе генерации, и покрај разни временски услови и секојдневно трошење.

Податоци: Подобрувања на носечката способност со вклучување на арматура

Гредите од армиран бетон пренесуваат оптоварување од 60–80% повисоко во споредба со неармирани. Кај плочите, арматурата го подобрува отпорот на трескање за 70%, а распределбата на напрегањето четирипати. Колоните со спирална армatura постигнуваат двојно поголема носечка способност на аксијално оптоварување во споредба со неармирани верзии, како што е предвидено во стандардот ACI 318-23.

Случајна анализа: Изградба на високи згради со употреба на армиран бетон во сеизмични зони

Анализа од 2023 година на 25 небострели во сеизмични региони покажала дека јадрата со арматура дисипираат 45% повеќе енергија во текот на земјотреси. Конструкциите кои користат #11 (36 мм) арматура разместена на секои 150 мм имале помалку од 1% остатно деформирање при симулирани земјотреси со магнитуда 8,0, што ги надминува алтернативните системи за 35% по безбедносни маргини.

Подобрување на контролата на трескање, дуктилноста и отпорноста на удар со челична армatura

Механизми на отпорност на трескање кај конструкциите од армиран бетон

Армирањето од челик делува како затега, пренасочувајќи ги напонските концентрации кои доведуваат до пукање. Со преклопување на микропукнатини во текот на свртување на бетонот, арматурата ги задржува ширините на пукнатините под 0,3 мм — границата за ограничување на влажноста и одложување на почетокот на корозијата.

Дуктилност како заштита против крта киднешка на бетон

За разлика од обичниот бетон, кој неочекувано се распаѓа под напон на затегање, челичната арматура постепено се деформира, апсорбирајќи 200–400% повеќе енергија на деформација пред да се скрши. Овој дуктилен одговор дава видлив предупредување преку отстапување, намалувајќи за 72% ризикот од катастрофален колапс во симулации на земјотрес (Bandelt & Billington 2016).

Како челичното армирање ја зголемува апсорпцијата на енергија под динамички оптоварувања

Под удар или сеизмично оптоварување, челикот распрснува кинетичка енергија преку еластична-пластична деформација. Исследување од 2023 година објавено во Buildings покажало дека армираниот бетон апсорбира 35 J/cm³ ударна енергија — трипати повеќе од неармирани делови.

Стратегија: Оптимизација на поставувањето на арматурата за максимална отпорност на удар

Највисоката перформанса при удар се постигнува преку:

• Ортогонални мрежи од прачки со растојание од 150–200 мм
• Армирани лупинги по периметарот кај плочите и гредите
• Минимум 40 мм бетонско покривање за спречување на проширување на врската
  Оваа конфигурација ја зголемува отпорноста на удар за 40–60%, при тоа задржувајќи практични градежни процеси.

Однесување на врската и дистрибуција на напонот меѓу арматурата и бетонот

Својства на врска-проширување меѓу челичната арматура и цементните материјали

Деформираните ребра на арматурните пречки всушност се впиваат во бетонот, создавајќи силни врски кои спречуваат лизгање кога се внесува тежина. Во споредба со глатките прачки, оние со ребра можат да издржат три до пет пати поголема сила затоа што се впиваат во бетонот околу нив. Настанувањето на овие врски останува стабилно дури и кога има движење од само 0,1 мм под прави услови на оптоварување. Ова има големо значење за зградите што треба да стојат при земјотреси, бидејќи помага да се задржи структурниот интегритет кога нештата се тресат.

Микроструктура на интерфејсот (ITZ) и нејзиниот влијание врз трајноста

Зоната на интерфејсна транзиција (ITZ), слој од 50 μm околу арматурата, ја одредува долготрајната трајност. Лошо исушената ITZ може да има 30% повисока порозност од масивниот бетон, што забрзува пенетрација на хлориди. Намалувањето на односот вода-цемент под 0,4 згуснува ITZ, подобрувајќи ја отпорноста на корозија за 40% во морски средини (Shang et al., 2023).

Фактори кои влијаат врз цврстината на врската

• Површинска текстура : Ребрести прачки зголемуваат способноста на врзување за 217% во однос на глатките прачки
• Квалитет на бетонот : Бетон со чврстина од 35 MPa нуди 2,3 пати поголема јачина на врзување од смесата со 20 MPa
• Лечење : Влажно леане во рок од 28 дена ја зголемува крутина на врската за 58%

Ефект на ограничување на стегнувањето и развојот на напон и деформација преку армирован челик

Арматурата го ограничува тенденцијата на бетонот да се проширува под притисок, овозможувајќи балансирана дистрибуција на напон. Кај свиткувачките елементи, оваа интеракција ја зголемува носечката способност за 300–400% во споредба со обичниот бетон. Според анализа од страна на FHWA од 2023 година, правилното поставување на арматурата ја намалува ширината на пукнатините за 85% кај мостовите под динамични оптоварувања.

Управување со свитнувањето и раните пукнатини преку соодветен дизајн на арматурата

Ефекти на челичната арматура врз пукнатините предизвикани од свитнување

Додека бетонот се врзнува, се скратува за 500–700 микрометри по метар (ACI 318-2022). Арматурата отстранува до 40% од оваа затегната деформација преку силите на залепување, одржувајќи ја ширината на пукнатините под 0,3 мм — точката каде што ризикот за трајност значително се зголемува. Ова ограничување го намалува појавувањето на пукнатини за 62% во споредба со непојачан бетон (Портланд цемент асоцијација, 2021).

Ограничување на волуменски промени преку вградена арматура

Мрежите од арматура балансираат спротивни материјални особености:

• Топлинско ширење : Челикот (12 μm/m°C) е близу до бетонот (10,5 μm/m°C) според ASTM C531
• Неусогласеност на модулот : Модулот на арматурата од 200 GPa ја отпорува еластичноста на бетонот од 25–40 GPa, преуредувајќи ја деформацијата

Користењето на пречници од ASTM A615 класа 60 со сооднос на армирање од 0,5% го намалува густината на пукнатини во рана фаза за 75% кај мостовските плочи (Извештај NCHRP 712).

Стратегија: Балансирање на густината на арматурата за минимизирање на пукнатините во рана фаза

Правилното разредување меѓу 100 и 200 милиметри, заедно со одржување на соодносите на армирање помеѓу 1,5% и 2,5%, помага да се држат непожелните пукнатини под 0,15 мм ширина кај бетонските плочи. Кога има премногу арматура над 3%, проблемите започнуваат да се појавуваат бидејќи напрегањето расте на одредени места. Спротивно на тоа, ако слеземе под 1% армирање, тогаш пукнатините бесконтролно се шират. Некои недавни теренски тестови ги испитале ѕидови со дебелина од 300 мм и откриле нешто интересно. Кај 2% густина на арматурата, овие ѕидови имале околу 0,35 пукнатини по квадратен метар. Но, кога се намалило на само 0,8% армирање, бројката скокнала на цело 2,1 пукнатина по квадратен метар според истражување објавено минатата година во списанието Journal of Materials in Civil Engineering. И не смее да се заборави длабочината на покривката. Доволна покривка меѓу 40 и 75 мм има двојна функција: штити од корозија преку одржување на алкалноста, но истовремено дозволува нормално ширење и повлекување на материјалите.

Отпорност на корозија и долгорочна трајност на решенијата со прекривни претки

Типови прекривни слоеви отпорни на корозија: Епоксид, галванизиран и нерѓосувачки челик

Постојат три основни прекривки кои помогнуваат арматурата подолго да трае: епоксидна, галванизирана и од нерѓосувачки челик. Епоксидната прекривка создава заштитен слој против штетите од вода и сол, иако работниците треба да бидат доста внимателни при монтажата за да не ја оштете или расцепат прекривката. Методот на варење со цинк функционира така што цинкот всушност се жртвува за да го заштити челикот под него. Ова обично добро функционира кај конструкциите покрај бреговите или други локации каде постојано има изложеност на солена воздух. Нерѓосувачкиот челик содржи комбинации од хром и никел познати ни на сите, обезбедувајќи многу подобра заштита против корозија. Иако може да издрами децении во сурови океански услови, според некои извештаи дури и повеќе од 70 години, цената сигурно е знатно повисока од другите опции. Многу подизачи ја исправаат оваа долгорочна предност со првичните трошоци при правењето на својата селекција.

Интегритет на прекривката и нејзиниот влијание врз долгорочната трајност

Ефикасноста на преклоците всушност се состои во одржувањето на заштитниот слој неповреден, без никакви оштетувања. Мали црти на епоксидните преклопи можеби не изгледаат многу сериозно, но тие всушност можат да го забрзаат корозивниот процес за 30 до 40 проценти кога средината има високо ниво на хлориди. Гледајќи ги различните материјали, галванизираниот цинк обично се троши околу 1 до 2 микрометри годишно во нормални временски услови. Нерѓосувачкиот челик е малку подобар бидејќи неговата површина формира заштитна фолија која обично се поправа со текот на времето, иако овој механизам престанува да работи ако материјалот е изложен на многу силни киселини или алкални супстанции. Исто така, не треба да ја заборавиме и проблематиката со складирањето. Ако арматурата со преклоп не се складира правилно или не се исушува соодветно, зборуваме за губење на скоро половина од нејзината способност да отстапува корозија, уште пред да биде ставена во употреба.

Податоци: Проширено време на траење на арматурата со преклоп во морски средини

Полевите податоци потврдуваат значителни добивки од преклоците. Едно истражување врз органски преклопи покажа дека арматурата прекриена со епоксид има подолг век на траење за 15–20 години во морски услови, во споредба со некрпена челик. Галванизираната арматура се корозира 25–35% побавно во приливните зони, додека кај нерѓосувачкиот челик не се забележува забележлива пенетрација на рѓата по 50 години под вода.

Стратегија: Мониторинг и техники за ублажување на корозијата во зони склони кон корозија

Превентивните стратегии вклучуваат електрохемиско тестирање (мапирање на полупотенцијал) и периодично броење јадра за проценка на состојбата на преклопот. Во високо-рисични области како што се мостовите, системите со жртвен аноден пренасочуваат корозивни струи од арматурата. За постоечките конструкции, мигрирачките инхибитори на корозија го намалуваат движењето на хлоридите за 60–80%, подобрувајќи га долготрајниот перформанс на прекриената арматура.

ЧПЗ

• Која е основната улога на арматурата во изградбата?
  Арматурата најмногу ја зголемува носечката способност на бетонот на затегање, овозможувајќи му да издржи сили на свиткување и издолжување.
• Како арматурата придонесува за долготрајноста на конструкцијата?
  Дуктилноста на арматурата овозможува таа да ја апсорбира и распределува напрегнатоста, намалувајќи га шансите за структурни катастрофи со текот на времето.
• Кои се честите прекријачи кои се користат за арматура и зошто се важни?
  Чести прекријачи вклучуваат епоксид, цинкан (галиванизиран) и нерѓосувачки челик, кои штитат од корозија и ја продолжуваат животната трајност на арматурата.
• Како арматурата влијае на контролата на пукнатините во бетонските конструкции?
  Арматурата премостува микропукнатини, ограничувајќи ги нивните широчини и одложувајќи го почетокот на корозијата.
• Кои стратегии подобруваат отпорноста на арматурата кон корозија?
  Користењето на прекријачи, правилно складирање и електрохемиско тестирање се ефективни стратегии за подобрување на отпорноста на арматурата кон корозија.