Сцепление арматуры с бетоном

Бетон уже много лет используется в строительной отрасли в качестве основного материала

Бетон уже много лет используется в строительной отрасли в качестве основного материала. Он широко используется в строительстве гражданских и промышленных зданий, объектов инфраструктуры, опор, автомагистралей и пр. Кроме своих многочисленных преимуществ, бетон, является относительно хрупким материалом. Он требует обязательного усиления металлическими стержнями, способными поддержать его пластичность. Сцепление арматуры с бетоном обеспечивает повышенную прочность конструкционным элементам, а также возможность передавать и распределять напряжения от внешних сил между материалами с разными характеристиками.

Что такое адгезия

Сцепление арматуры с бетоном или адгезия – это способность двух разнородных материалов, например металлический стержень и бетон, образовывать прочное соединение на молекулярном уровне. По сути, адгезия является усилием, необходимым для того, чтобы оторвать арматуру от бетонной основы. Единицей измерения сцепления является МПа. Так при создании черновой стяжки на полу адгезия металлического стержня к бетону составляет в среднем 2.5 МПа. 

Качество зацепления в соединении арматура-бетон зависит от нескольких параметров, таких как:

• характеристики бетона - прочность на сжатие, армирующее покрытие и коэффициент сжатия;

• характеристики стального стержня - прочность на растяжение, диаметр, тип профиля.

Другие факторы также могут вызывать различия в характеристиках адгезии, такие как условия окружающей среды, коррозия, тип нагрузки и скорость отвердения бетона. 

Как это работает

Сцепление арматуры с бетоном обеспечивается за счет создания сложного напряженно-деформированного состояния основного материала в зоне, контакта с металлическими стержнями. Такое состояние приводит к распределению напряжений вдоль оси арматуры. В результате этого продольные силы, действующие на арматуру, обретают различные значения и становятся переменными по всей длине стержня. 

Последние исследования показали, что главным фактором, определяющим степень сцепления бетона с арматурой, является форма профиля стержней (гладкий, винтовой, периодический). Арматура с изменяющимся профилем, по сравнению с гладкими стержнями, обладает:

• повышенной прочностью;

• лучшей гибкость, пластичностью и способностью перераспределять нагрузки;

• повышенными противоморозными характеристиками и способностью сопротивляться нагреву;

• большей устойчивости к коррозии;

• улучшенной адгезией к бетону за счет большей площади сцепления.

Поэтому производители металлопроката разрабатывают новые виды профильной арматуры с 4-х и 6-ти кратным рифлением.

Испытания сцепления

Для определения степени адгезии соединений бетон-арматура предусмотрены различные лабораторные тесты. К ним относятся:

• испытание на выдергивание (выталкивание). Тест при выдергивании стержня определяет, какие усилия с арматуры на бетон передаются через касательные напряжения сцепления. Нагрузки распределяются по длине стержня неравномерно, максимальные значения силы действуют в зоне торца и не зависят от способа заделки арматуры в бетоне;

• испытание на изгиб балки. Оценка адгезии проводится методом испытания железобетонных балок и создания изгибающих нагрузок до появления участков нарушенного сцепления арматуры с бетоном;

• испытание на ограниченные стержни. Тестирование стального гибкого стержня в бетоне основано на определение продольной устойчивости соединения при осевом сжатии.

Так как тест на выдергивание проще всего провести в лабораторных условиях, его наиболее широко используют в определении прочности железобетонных конструкций.