Železobeton je komplexní stavební materiál, který uměle vytvořil člověk na bázi betonu a oceli. Tento vynález, původně patentovaný v polovině devatenáctého století Francouzem Josephem Monnierem, byl použit pouze při ruční výrobě nádob pro domácí rostliny. Lidé však po čase dokázali ocenit všechny jeho přednosti a dnes se železobeton stal nejoblíbenějším stavebním materiálem v mnoha průmyslových odvětvích. Pevné a odolné vícepodlažní budovy, konstrukce, objekty, ale i odolné a praktické železobetonové výrobky vznikají na základě složení betonové malty z oceli.
Tajemství popularity
Železobeton zaujímá vedoucí postavení na stavebním trhu mezi všemi materiály a je dnes velmi žádaný. Tajemství jeho oblíbenosti spočívá v kombinaci řady ekonomických a technologických výhod, které jej odlišují od ostatních konkurenčních materiálů. Vzhledem k dostupným nákladům na materiál je možné snížit náklady na výstavbu vícepodlažních budov a konstrukcí, mostů, kotvišť průmyslových zařízení. Zároveň železobetonové konstrukce poskytují potřebnou pevnost, trvanlivost a spolehlivost konstrukcí.
Výhody železobetonu
V současné době se železobeton používá jako samostatný materiál pro monolitické konstrukce, které se nalévají přímo na stavbu. Moduly a prvky, které jsou vyráběny ve výrobních závodech, působí jako unifikované železobetonové výrobky (RCP), které se vyznačují speciálními schopnostmi a vlastnostmi. Železobeton má přitom jako materiál řadu výhod, které určují ekonomickou efektivitu jeho praktické aplikace. Mezi nimi:
- vysoká úroveň požární odolnosti. Beton a ocel nejsou hořlavé materiály, a proto hotové stavby a konstrukce nepodléhají hoření a nepodporují šíření požáru;
- hotovou maltu lze připravit nejen v podniku, ale také na staveništi, aniž by bylo zapotřebí velkého počtu pracovníků;
- železobeton má vysokou mechanickou pevnost, vysokou odolnost proti zatížení. Integrita konstrukce je zajištěna výztuží, pomocí které je roztok vázán, což zabraňuje vzhledu destrukce;
- materiál je odolný proti oxidaci a odolný proti korozi.
- životnost železobetonu je nejméně 70 let, což umožňuje výstavbu odolných budov a konstrukcí;
- vyztužený beton je inertní a nereaguje s jinými látkami, nepodléhá rozkladu a šíření plísní;
- materiál se vyznačuje nízkou cenou;
- přítomnost různých typů výztuže pro zpevnění, typy roztoků s různými vlastnostmi;
- monolitická betonáž s použitím ocelových konstrukcí umožňuje stavět konstrukce složitého tvaru a designu;
- sklon k sebezhutňování. Při vystavení vlhkosti na chemické složení může betonová malta nejen zachovat své pevnostní charakteristiky, ale také je časem zvýšit;
- odolnost vůči všem typům dynamického a statického zatížení;
- vysoký stupeň hygieny materiálu;
- nízké náklady na údržbu během provozu. Oproti jiným druhům stavebních materiálů, a to: dřevu, železu, železobetonu je nenáročný a nejodolnější vůči všem druhům nárazů;
- přítomnost široké škály kameniva s různými frakcemi a vlastnostmi pro výrobu malt s požadovanými vlastnostmi;
- schopnost zadržovat záření a záření;
- dostupnost surovin.
Kromě výše uvedeného mají hotové železobetonové výrobky samostatné výhody:
- budovy a konstrukce ze železobetonových výrobků mají vysokou seismickou odolnost;
- bohatý sortiment bloků, sestav, dílů, konstrukcí umožňuje stavbu v kteroukoli roční dobu, bez ohledu na klimatické a teplotní podmínky, pomáhá zkrátit dobu montáže;
- pohodlné bloky mají vysokou pevnost, spolehlivost a trvanlivost díky dodržování výrobní technologie v továrně;
- vysoká odolnost proti praskání;
- schopnost ovládat všechny fáze práce;
- praktičnost a všestrannost. Bloky vám umožňují stavět jakékoli domy, budovy a stavby;
Nevýhody železobetonu
Nevýhody železobetonu a výrobků vytvořených na jeho základě zahrnují:
- velká váha. Všechny železobetonové konstrukce se vyznačují vysokou hmotností, což zvyšuje požadavky na založení a náklady na jeho výstavbu;
- vysoká úroveň tepelné vodivosti, potřeba izolace železobetonových budov;
- obtížný proces demontáže budov a konstrukcí vyrobených na bázi železobetonu;
- pracnost při výstavbě bednění při výstavbě monolitických konstrukcí;
- nutnost dodržovat určité teplotní podmínky pro tuhnutí betonového roztoku;
- vysoká úroveň zvukové vodivosti materiálu a nutnost použití zvukové izolace;
- potřeba kvalifikovaného personálu a personálu pro přípravu řešení podle technologie a jeho praktické aplikace při provádění monolitické výstavby, jakož i při výrobě železobetonových výrobků;
- možnost praskání povrchu v důsledku smršťování základny;
- složitost prací spojených s nezbytným zpevňováním konstrukcí budov a konstrukcí ze železobetonu, jakož i jejich úpravami a změnami;
- potřeba přilákat speciální zvedací zařízení pro instalaci a nakládání a vykládání během přepravy železobetonových výrobků.
Klasifikace železobetonových výrobků, typy konstrukcí a beton
V současné době jsou ve stavebnictví žádané různé druhy betonu, které se rozlišují podle řady vlastností a kritérií.
Odrůdy železobetonových výrobků
V závislosti na technice použité při výrobě jsou železobetonové konstrukce rozděleny do následujících kategorií:
- železobeton monolitického typu – konstrukce postavené touto technologií se vyznačují tím, že řešení nabývá potřebného tvaru díky bednění. V tomto případě se formy vylévají přímo na staveništi v místě stavby objektu;
- prefabrikované konstrukce. Výroba takových výrobků se provádí ve výrobním závodě. Zároveň jsou dopravovány na místo instalace v hotové podobě;
- železobetonové výrobky prefabrikovaného-monolitického provedení, které se vyznačují vlastnostmi jak prefabrikátů, tak monolitických typů výrobků.
Možnost použití některého z uvedených typů železobetonových výrobků stanovují odborníci projekční organizace individuálně na základě výpočtů a analýzy podmínek pro výstavbu zařízení.
Druhy betonu
Při výrobě železobetonových konstrukcí se používají různé typy betonových malt, které se liší zahrnutím speciálních a pojivových složek do jejich složení. Mezi nimi:
- pórobeton – roztoky na bázi křemičitého plniva a minerálních pojiv;
- lehké a těžké betony – silikátové malty vyrobené na bázi písku, cementu, vody a porézního kameniva s hrubou frakcí, dále cementu a vody s hrubým a jemným kamenivem, které zvyšují hustotu, resp.
- speciální typy malt, které se liší stanovenými vlastnostmi v oblasti požární odolnosti, chemické odolnosti, s výraznými dekorativními vlastnostmi atd.
Široký výběr aditiv a materiálů umožňuje výrobcům poskytovat produkty s potřebnými kvalitami a výkonnostními charakteristikami.
Druhy struktur
Výrobky a konstrukce ze železobetonu se dělí podle typu výztuže použité ve výrobním procesu:
- s tuhou výztuží jsou vyrobeny nejodolnější a nejmasivnější nosné konstrukce a zapuštěné díly;
- pomocí pružné předpjaté i nepředpjaté výztuže
Aplikace
Jednou z globálních výhod železobetonu je jeho široký rozsah použití, který pokrývá různé oblasti stavebnictví. Mezi nimi:
- použití železobetonu pro výstavbu vícepodlažních obytných budov, komplexů, provozoven, obchodních center;
- výstavba zemědělských zařízení;
- uplatnění v hydrotechnickém stavitelství při projektování vysoce hodnotných zařízení přehrad a přehrad vodních elektráren, budov a základů pro jaderné reaktory, tepelné elektrárny;
- výstavba zařízení dopravní infrastruktury: kotviště, nadjezdy, náspy, mosty, podzemní tunely, nadjezdy, podchody, zařízení železniční a dálniční infrastruktury, vozovky a vozovky, přistávací plochy, výroba železobetonových pražců, podpěry kontaktních sítí;
- výstavba inženýrských staveb, včetně vodárenských věží, různých nádrží, potrubí atd. atd.;
- použití v oblasti energetiky pro uspořádání základů, budov objektů, pro výrobu podpěr pro pokládku elektrického vedení, upevnění a upevnění venkovních svítidel;
- výstavba budov a staveb pro dopravní, občanské, zemědělské a průmyslové účely;
- provádění průmyslových staveb ve strojírenství, stavbě lodí, hornictví, hutnictví, chemickém a jiném průmyslu pro výstavbu zařízení, základů, upevnění podzemních děl atd.;
- použití betonových roztoků pro výrobu sarkofágů v ropném průmyslu;
- použití železobetonu pro výstavbu nízkopodlažních nemovitostí, výstavbu venkovských domů, objekty krajinného designu.
Závěry
Přes přítomnost řady nedostatků byly a jsou železobetonové výrobky perspektivní pro moderní stavebnictví. Vysoké technické a ekonomické ukazatele železobetonu umožňují nejen udržet vedoucí pozici materiálu na trhu, ale také rozšířit rozsah jeho použití. Naprostá většina moderních architektonických projektů zahrnuje železobetonové prvky a v některých případech jsou založeny převážně na pevnosti železobetonu. Vysoká obliba monolitických konstrukcí a železobetonových výrobků s sebou nese rozšiřování sortimentu v tomto segmentu.
Mezi výhody železobetonu patří požární odolnost, vysoké mechanické vlastnosti, výrazná seismická odolnost, trvanlivost, relativní rychlost výstavby, nízké náklady na opravy, přizpůsobivost každému tvaru a hygiena.
- Železobeton jako stavební materiál má vysokou požární odolnost.
Ocelové prvky, které se nacházejí i v železobetonových konstrukcích, nejsou požárně odolným materiálem a vlivem požárního zatížení se silně deformují, což může ovlivnit stabilitu a pevnost železobetonových konstrukcí a dalších stavebních prvků.
Z praktického hlediska je beton žáruvzdorný materiál. Největší vliv na stupeň jeho požární odolnosti má kamenivo; nejlepší jsou v tomto ohledu čedič, diabas a zejména šamotové a vysokopecní strusky.
Jako dobrý tepelný izolant chrání beton ocelové prvky (výztuž) před rychlým zahřátím na kritické teploty. Je známo, že při vnější požární expozici s teplotou kolem tisíce stupňů je výztuž schopna zahřát se až na 550 stupňů během hodiny při tloušťce ochranné vrstvy 25 mm. Tloušťka vrstvy 50 mm chrání betonářskou ocel po dobu 2 hodin.
Praxe ukázala, že správně navržená a uspokojivě postavená železobetonová konstrukce se při požáru obvykle nezřítí. Při požárech s vysokými teplotami dochází k dehydrataci betonu, což dramaticky zvyšuje jeho tepelný odpor.
Bylo zjištěno, že ochranná vrstva výztuže o tloušťce 15–20 mm poskytuje dostatečnou ochranu stropu v případě požárů střední intenzity. Ochranná vrstva 30-40 mm poskytuje zvýšenou úroveň požární odolnosti nosné konstrukce.
Můžete poukázat na následky požárů v Petrohradě – v roce 1909 v továrně na farmaceutické zboží a v roce 1913 ve skladovacích budovách.
Přes dobu působení vysokých teplot (5-7 hodin) nedošlo k žádným kolapsům železobetonových podlah a poškození bylo převážně povrchové.
Při velmi dlouhotrvajících požárech však může v důsledku dosažení relativně vysoké teploty výztuží (i 350-500 °) dojít i k destrukci železobetonové budovy.
Příkladem je budova skladu v Rize, která sloužila ke skladování lnu a byla zničena v důsledku dlouhého požáru.
- Odolnost železobetonu proti atmosférickým a chemickým vlivům obecně stejné jako běžný beton. Pokud jde o odolnost proti mechanickému namáhání, výrazně převyšuje odolnost běžného betonu a závisí jak na kvalitě samotného betonu, tak na množství, síle a umístění výztuže v něm obsažené.
Díky přítomnosti výztuže, která dobře spolupracuje s betonem, se železobeton vyznačuje dobrými elastickými vlastnostmi a odolává dynamickému zatížení a nárazům lépe než běžný nevyztužený beton.
Četné experimenty a pozorování například prokázaly, že vibrace vybuzené rychloběžnými stroji s rotujícími částmi nemají škodlivý vliv na železobetonové konstrukce správně navržené pro dynamické síly.
Při zarážení železobetonových pilot se jejich tělo také nezhroutí. Zkušenosti z druhé světové války ukazují, že železobetonové rámové budovy a konstrukce jsou nejodolnější vůči ostřelování a výbuchům bomb ve srovnání s budovami z jiných materiálů.
Vyztužený beton s vysokou pevností a pružností ve srovnání s nevyztuženým betonem má tedy značnou odolnost proti statickému i dynamickému zatížení.
- Důležitou výhodou železobetonových konstrukcí je jejich seismická odolnost.díky jejich pevnosti a vysoké tuhosti. To se potvrdilo při zemětřesení o velké síle v San Franciscu (USA), Messině (Itálie), v Japonsku a na dalších místech, kdy se železobetonové konstrukce ukázaly jako nejodolnější ve srovnání s ostatními.
- Více než 60 let existence železobetonových konstrukcí, navržených a postavených na základě vědeckých údajů může sloužit jako dostatečný důkaz trvanlivosti železobetonu. Tato výhoda železobetonu se vysvětluje tím, že výztužné pruty jsou spolehlivě chráněny vrstvou betonu, přičemž pevnostní parametry betonu se v průběhu času zvyšují.
Absence koroze výztuže se vysvětluje jednak tím, že hustá betonová skořepina chrání výztužné tyče před přístupem vzduchu, a jednak chemickým působením cementové malty: cementu, když je smíchán s vodou v důsledku hydrolyticky oddělujícího se vápna, poskytuje silně alkalickou reakci a ocel má vlastnost odolávat oxidaci v přítomnosti alkálií.
Četné studie starých železobetonových konstrukcí prokázaly, že výztuž v nich zůstala nezměněna.
Například u desek, které ležely ve vodě déle než 6 let, byly vyčnívající konce tyčí o průměru 7-8 mm zcela zrezivělé, zatímco části umístěné uvnitř desek neměly žádné stopy koroze.
Tato kvalita železobetonu – ochrana výztuže před korozí – je v mnoha případech jeho důležitou výhodou oproti ocelovým konstrukcím. To platí zejména pro budovy vystavené kouři obsahujícímu sloučeniny síry.
- Porovnání železobetonových konstrukcí (z prefabrikátů) s ocelovými z hlediska času je vidět, že čas potřebný na výrobu prefabrikovaných betonových konstrukcí v závodě (moderní výrobní technologií, zejména metodou vibračního válcování) a na jejich instalaci může být v mnoha případech kratší než čas strávený výrobou a montáží. ocelových konstrukcí. K tomu je třeba dodat, že na železobeton jsou potřeba pouze běžné stavební materiály. Štěrk nebo drcený kámen a písek (tvořící objemově většinu betonu) jsou ve většině případů místní materiály a dodávka cementu a oceli (ve formě tyčí) nemůže způsobit velké potíže.
- Náklady na opravy železobetonových a kamenných konstrukcí jsou výrazně nižšínež náklady na opravy ocelových konstrukcí.
- Adaptabilita železobetonu (monolitického) vyznačující se svou přizpůsobivostí jakémukoli architektonickému řešení a komplexní konfigurací řešení prostorového plánování
- Z hygienického hlediska mají železobetonové konstrukce výhodu oproti kamenným a dřevěným., z důvodu sníženého obsahu štěrbin a otvorů – zvýšený zdroj prachu, hmyzu atd. Tato výhoda předurčuje použití železobetonových konstrukcí pro stavbu předškolních, školních, zdravotnických a jiných veřejných budov ve srovnání s kamennými konstrukcemi.
Mezi hlavní nevýhody konvenčního (těžkého) železobetonu patří:
- vysoká hustota, vyjádřená velkou vlastní hmotností železobetonových konstrukcí;
- relativně vysoké charakteristiky tepelné vodivosti, stejně jako vodivost zvuku, která v případě potřeby určuje další opatření (izolace);
- obtížnost určení přesného umístění a počtu výztužných prvků po dokončení betonových prací;
- srovnatelná složitost práce vyžadující kvalifikované pracovníky a speciální technický dozor;
- zvýšení nákladů na práci v zimě při použití monolitického železobetonu;
- relativní složitost zpevňování a oprav stávajících konstrukcí, jakož i zvýšená pracnost při děrování otvorů, zatloukání hřebíků, háků atd.;
- možnost prasklin, odlupování atd.
Zastavme se krátce u posledního nedostatku
Trhliny mohou být způsobeny podmínkami tvrdnutí betonu – jeho smrštěním nebo přepětím materiálu (přetížení, usazování spor).
Trhliny způsobené smršťováním betonu jsou ve většině případů povrchové a neohrožují pevnost konstrukce.
Přepěťové trhliny se nejčastěji objevují v natažených částech, méně často ve stlačených. Trhliny v natažené zóně (ohybových konstrukcí), okem nepostřehnutelné, se při provozním zatížení objevují i u bezvadně provedených železobetonových konstrukcí; jejich vznik je způsoben nízkou roztažností betonu, který není schopen sledovat výrazná prodloužení výztuže při vysokých provozních napětích.
Dlouholetá praxe železobetonových konstrukcí ukazuje, že tyto trhliny nejsou nebezpečné a nenarušují celkovou pevnost železobetonu.
Trhliny v tlačených částech obvykle naznačují nesoulad mezi rozměry průřezu a tlakovými silami a trhliny u podpor nosníků indikují nedostatečnost výztuže proti působení příčných sil; ty první jsou nebezpečné pro pevnost konstrukce, ty druhé lze povolit, ale pokud se znatelně otevřou, je třeba je utěsnit.
Odlupování betonu může být způsobeno rezivěním výztuže a také nedostatečným mechanickým zhutněním betonu. Ve stlačených částech je možné odlupování betonu kvůli vybočení tyčí se slabými příčnými spoji, v natažených částech – kvůli porušení adheze výztuže k betonu.
V historii železobetonového stavitelství jsou známy případy zřícení jednotlivých částí až úplné destrukce konstrukcí. Tyto případy však nelze přičítat obecným nevýhodám železobetonu. Při zjišťování příčin destrukce byly vždy nalezeny chyby, nejčastěji ve výrobě díla, někdy i ve výpočtech a pracovních výkresech.
Jak vyplývá z výše uvedeného, výhody železobetonu výrazně převyšují jeho nevýhody, což předurčuje jeho široké využití v mnoha oblastech stavebnictví.
