Како арматурата го подобрува траењето на бетонските конструкции?

Основната улога на арматурата во структурната чврстина и отпорноста на товар

Разбирање на синергијата меѓу челична арматура и бетон

Обичниот бетон работи одлично кога е компримиран, но се распаѓа кога е изложен на затегање — тука влегува во употреба челичното армирање. Интересно е дека двата материјали се шират и се повлекуваат приближно со иста брзина, околу 12 милионити на степен Целзиус, што помага да се спречи формирањето на пукнатини при промени на температурата. Ребрата на челичните прачки всушност посилно се впиваат во бетонот, создавајќи посилна врска помеѓу нив. Оваа комбинација им овозможува на армираните бетонски конструкции многу подобро да отстапуваат на свитување во споредба со обичниот бетон, обично издржувајќи ги тие напрегања три до четири пати подолго пред да дадат знакови на квант.

Механички својства кои придонесуваат за структурната долговечност

Повеќето арматурни прачки 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 лом дава можност на зградите и мостовите подобро да ја апсорбираат напрегнатоста, често издржувајќи деформации од околу 4 проценти пред конечно да се распаѓаат, наместо едноставно да се прекинат внезапно. Кога се комбинираат со обичен бетон кој носи сили на компресија во опсег од околу 20 до 40 MPa, ова спојување создава конструкции кои се доволно силни за да стојат чврсто, но истовремено доволно флексибилни за да не се напукнат под притисок. Затоа многу градежни проекти траат повеќе генерации, и покрај разновидните временски услови и секојдневното трошење.

Податоци: Подобрување на носечката способност со вклучување на арматурна прачка

Гредите од армиран бетон пренесуваат 60–80% поголеми оптоварувања во споредба со неармирани. Кај плочите, арматурата го подобрува отпорот на трескање за 70%, а распределбата на напрегањата 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: Градење на високи згради со армиран бетон во сеизмични зони

Анализа од 2023 година на 25 небострели во сеизмични региони покажала дека јадрата со арматура дисипираат 45% повеќе енергија за време 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

Армирачкото железо делува како затегната основа, пренасочувајќи ги концентрациите на напон кои доведуваат до пукање. Со преклопување на микропукнатини за време на свртувањето на бетонот, арматурата ги одржува ширините на пукнатините под 0,3 мм — границата за ограничување на влажноста и задршка на почетокот на корозијата.

Дуктилност како заштита против крта неисправност кај бетонот

За разлика од чист бетон, кој изневидно се распаѓа под затегање, армирачкото железо постепено се деформира, апсорбирајќи 200–400% повеќе енергија на деформација пред да се прекине. Овој дуктилен одговор обезбедува видливо предупредување преку отстапување, намалувајќи го ризикот од катастрофален колапс за 72% во сеизмички симулации (Bandelt & Billington 2016).

Како армирачкото железо ја зголемува апсорпцијата на енергија под динамички оптоварувања

Под удар или сеизмичко оптоварување, железото распрснува кинетичка енергија преку еластично-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 лупини 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 напрегањето 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 при движење од само 0,1 мм под прави услови на оптоварување. Ова има големо значење за зградите што треба да останат стабилни за време на земјотреси, бидејќи им помага на конструкциите да ја задржат својата целина кога нешто тресе.

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 јачината на врската

• Површинска текстура : Ребрести прuчиња зголемуваат капацитет на врска за 217% во однос на глатки прuчиња
• Квалитет на бетон : Бетон со чврстина од 35 MPa нуди 2,3 пати поголема јачина на врска во споредба со смеса од 20 MPa
• Лечење : Влажно леарење во рок од 28 дена ја зголемува крутина на врската за 58%

Ефект на ограничување на арматурата врз развојот на напон и деформација

Арматурата го ограничува тенденцијата на бетонот да се проширува под притисок, овозможувајќи балансирана дистрибуција на напон. Кај свиткувани елементи, оваа интеракција ја зголемува носечката способност за 300–400% во однос на обичен бетон. Според анализа од 2023 година на Федералната агенција за патишта (FHWA), правилно поставената арматура ги намалува ширините на трескањата за 85% кај мостовски плочи под динамични оптоварувања.

Управување со свлечување и рано формирање на трескања преку соодветен дизајн на арматурата

Ефекти на челичната армировка врз трескање предизвикано од свлечување

Додека бетонот се чврсти, тој се свртува за 500–700 микрометри по метар (ACI 318-2022). Арматурата компензира 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 особини:

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

Користењето на пречници од ASTM A615 класа 60 со сооднос на армирање од 0,5% го намалува густината на раните пукнатини 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 меѓу 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 се зголемува на одредени места. Од друга страна, 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 до 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 заштитниот слој. Доволна покривка меѓу 40 и 75 мм има двојна функција: штити од корозија преку одржување на алкалноста, но истовремено дозволува нормално ширење и свртување на материјалите.

Отпорност на корозија и долгорочна трајност на решенијата за обложена арматура

Типови на корозивно отпорни преклопни слоеви: Епоксид, галванизиран и нерѓосувачки челик

Постојат три главни прекривки кои во основа им помагаат на арматурата да трае подолго: 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 монтирањето за да не ја оштете или расцепат прекривката. Методот на варење со цинк функционира со тоа што цинкот всушност се жртвува за да го заштити челикот под него. Ова обично добро функционира кај конструкциите покрај бреговите или други места каде постојано има изложување на солена воздух. Нерѓосувачкиот челик содржи комбинации од хром и никел за кои сите знаеме, што им овозможува многу подобра заштита од корозија. Иако може да издржи на сурови океански услови децении, според некои извештаи дури и повеќе од 70 години, ценовникот определено е повисок од другите опции. Многу поддржачи го испажуваат овој долготраен бенефит со првични трошоци при доносење одлука.

Целост на прекривката и нејзиниот влијание врз долготрајноста

Ефикасноста на прекривките всушност се состои во одржувањето на заштитниот слој неповреден, без никакви оштетувања. Мали црти на епоксидните прекривки можеби не изгледаат многу сериозно, но тие всушност можат да го забрзаат корозијата за некаде меѓу 30 до 40 проценти кога средината има високо ниво на хлориди. Гледајќи ги различните материјали, галванизираниот цинк обично исцрпува околу 1 до 2 микрометри годишно во нормални временски услови. Нерђосувачкиот челик е малку подобар бидејќи неговата површина формира заштитна фолија која обично се поправа со текот на времето, иако ова престанува да работи ако материјалот е изложен на многу кисели или алкални супстанци. Исто така, не треба да ја заборавиме и проблематиката со складирањето. Ако арматурата со прекривка не се складира правилно или не се третира 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 прекривка во морски средини

Полевите податоци потврдуваат значителни добивки од преклоците. Едно истражување врз органски преклопи покажа дека арматурата со епоксиден преклоп го продолжува векот на траење за 15–20 години во морски услови, во споредба со необраѓан челик. Галванизираната арматура се корозира 25–35% побавно во приливните зони, додека кај нерѓосувачкиот челик се забележува занемарливо пронегирање на рѓата по 50 години под вода.

Стратегија: Методи за набљудување и ублажување на корозијата во зони склони кон корозија

Превентивните стратегии вклучуваат електрохемиско тестирање (мапирање на полупотенцијал) и периодично барање на јадра за проценка на состојбата на преклопот. Во зони со висок ризик како што се мостовите, системите со жртвен аноден преклоп ги одводат струите на корозија од арматурата. За постоечки конструкции, мигрирачките инхибитори на корозија ја намалуваат мобилноста на хлоридите за 60–80%, што го подобрува долготрајниот перформанс на преклопената арматура.

ЧПЗ

• Која е основната улога на арматурата во изградбата?
  Арматурата најчесто 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 им овозможува да ја апсорбираат и распростираат напрегнатоста, намалувајќи га шансите за структурни катастрофи со текот на времето.
• Кои се честите прекривки кои се користат за арматура и зошто се важни?
  Чести прекривки вклучуваат епоксидна смола, цинкарана и нерѓосувачки челик, кои штитат од корозија и ја продолжуваат трајноста 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 прекривки, правилно складирање и електрохемиско тестирање се ефективни стратегии за подобрување на отпорноста на арматурата кон корозија.