Железобетон, конструктивное соединенue цементного бетона с железом (или сталью), в котором оба материала участвуют в восприятии усилий, действующих на сооружение, и работают как одно целое.
Арматура
Железные стержни, вводимые в бетон, называются «арматурой». Целесообразность введения железа в бетонное тело, подверженное изгибу, обусловливается тем обстоятельством, что бетон в десять раз прочнее на сжатие, чем на растяжение, и разрушение растягиваемых частей бетонного элемента наступило бы под действием нагрузки в десять раз меньшей, чем та нагрузка, от которой начали бы разрушаться сжатые его части. Поэтому применение не армированного бетона выгодно лишь в частях, подверженных чистому сжатию (папр. колонны), и крайне невыгодно в частях, подверженных изгибу, где в каждом сечении элемента имеются и сжатые и вытянутые волокна.
Количество вводимого железа незначительно и составляет 0,5—3,0% от площади поперечного сечения изгибаемого элемента. Введение железа в бетонную массу не представляет никаких затруднений, так как бетон в необработанном виде представляет собой пластичную массу, состоящую из гравия (щебня) и песка (балласт), цемента (вяжущее вещество) и воды, легко набивается в формы (опалубка), в которых предварительно заложено железо, обволакивает его со всех сторон, и железо оказывается включенным в бетонную массу. По затвердении бетона деревянные формы удаляются, и железобетонный элемент готов к восприятию усилий.
Коэффициентом температурного расширения
Возможность совместной работы железа и бетона обусловливается большой силой сцепления между железом и затвердевшим бетоном, а также почти одинаковым коэффициентом температурного расширения (около 0,000012 на 1°С). Последнее обстоятельство имеет весьма большое значение, т. к. при различии этих коэффициентов железо могло бы скользить в бетоне, нарушая сцепление или по крайней мере вызывая добавочные усилии в железобетонном теле. В качество арматуры чаще всего применяются круглые стержни, реже употребляются квадратное и полосовое железо, а также некоторые специальные сорта железа, рассчитанные на увеличение сцепления железа с бетоном.
В редких случаях в качестве арматуры применяются железные балки и клепаные фермы (чаще всего в мостостроении), образующие «жесткую» арматуру. Стержни арматуры для лучшего закрепления в бетонной массе снабжаются на концах крюками разнообразной формы. Иногда железо вводится также и в сжатые части бетонного тела, чем повышается прочность бетона на сжатие и повышаются его упругие свойства. Основная, т. н. «рабочая», арматура состоит из 4 прутьев круглого железа. Количество стержней и их диаметр определяются специальным расчетом—в зависимости от пролета балки L и нагрузки на балку, возрастая при увеличении этих факторов.
На величину армирования влияет высота балки h. Ширина элемента b определяется соображениями удобства размещения арматуры и хорошего облегания железа бетоном, a так же в зависимости от величины т. н. «скалывающих» напряжений, играющих в железобетоне немалую роль. Для восприятия этих напряжений служат так же «хомуты» и отогнутые стержни. Хомуты делаются из железа меньших диаметров, и служат так же для воспрепятствования вырыванию рабочей арматуры из тела балки при изгибе. Рабочее железо размещается по возможности ближе к наружным граням балки, в волокнах которых имеют место наибольшие напряжения. В этом случае удается наилучшим образом использовать железо, напрягая ого до предела.
Защитный слой бетона
Однако все железо заключено в теле балки и предохраняется от ржавления защитным слоем бетона в 1—2 см. Существует очень большое количество форм железобетонных конструкций, из которых основные:
- Плита.
- Балка.
- Ребристая плита.
- Рамы, арки и колонны.
В настоящее время детально разработана теория ЖБ. Произведено большое количество опытов с железобетонными элементами в целях выявлении их работы и наилучшего их армирования. Изобретателем железобетона считается Иосиф Моньо (Joseph Monier), парижский садовник, применивший железобетон для изготовления цветочных кадок (1801), а также для устройства бассейнов, сводов и балок.
