Хороший, внимательный взгляд на предварительный этап

Dec 18, 2023

При взгляде на обычную подъездную дорожку или тротуар может показаться, что бетону суждено треснуть. Но если бетон так склонен к растрескиванию, как мы сможем использовать его в столь многих объектах, подвергающихся высоким нагрузкам, таких как мосты и небоскребы? Этот вопрос возник, когда я исследовал термит, напечатанный на 3D-принтере, для статьи. Термит часто используется при сварке железнодорожных путей, и я привел видео, на котором свариваются свежие пути с бетонными шпалами. Я знал, что мне нужно выяснить, как можно сделать бетон, способный выдерживать давление грузовых поездов.

Бетон сам по себе хрупкий и совершенно бесполезен. Но это не значит, что он не силен. Хотя бетон имеет хорошую прочность на сжатие, прочность на растяжение довольно низкая. Примерно в конце 1800-х годов кто-то решил укрепить бетонные пролеты стальной арматурой, более известной как арматура. Сталь может растягиваться, добавление стальных стержней придает бетону некоторую прочность на растяжение, а также прочность на сжатие. Арматура также позволяет использовать более тонкие плиты и другие элементы.

Армированный бетон или арматурная сетка хороши для таких вещей, как блоки для парковок и дороги, но он все равно выходит из строя раньше, чем должен. Фактически, обычно он должен расколоться, прежде чем арматурный стержень сможет набрать хоть какую-то прочность на растяжение.

В бетонных конструкциях с высокими нагрузками, таких как мосты и небоскребы, чрезвычайно важно избегать прогиба — именно тогда бетонный элемент изгибается и изгибается под нагрузкой. Прогиб, помимо других проблем, может привести к тому, что современные стеклянные оболочки оторвутся от небоскребов.

По прочному, жесткому мосту гораздо приятнее ходить, ездить на автомобиле и ездить на велосипеде, чем по мосту, который раскачивается на ветру. Но как сделать жесткий мост? Одним из решений является приложение напряжений к бетону еще до того, как он выдержит нагрузку легковых и грузовых автомобилей или регулярное движение грузовых поездов.

Предварительно напряженный бетон подобен бетону, армированному арматурой, но с добавленной силой растяжения. Добавляя напряжение к бетону перед его вводом в эксплуатацию, прогибы будут уменьшены или, возможно, полностью устранены. С добавлением прочности на растяжение в игру может вступить большая часть собственной прочности бетона.

Предварительно напряженный бетон изготавливается путем пропускания арматуры через бетонный элемент или рядом с ним, а затем натягивания арматуры из точек крепления для увеличения напряжения. Эти сухожилия обычно изготавливаются из высокопрочной стали, углеродного волокна или арамидного волокна, которое используется в противопульных тканях. Они расположены либо в мононитевой, либо в многонитевой конфигурации и действуют как резиновые ленты.

Результатом предварительного напряжения бетона является то, что будущие силы сжатия заставят военнослужащего действовать как супербетон, а будущие силы растяжения заставят его действовать как сталь высокого напряжения. Другими словами, предварительно напряженный бетон гораздо лучше выдерживает давление и даже скручивание, чем обычный бетон. По сути, его можно программировать, поскольку он подвергается предварительному напряжению расчетным образом, имитирующему нагрузки, которые он будет выдерживать после ввода в эксплуатацию.

«Предварительное напряжение» означает, что оно происходит до того, как конкретный элемент будет введен в эксплуатацию. Само натяжение можно производить либо до заливки бетона, либо после его схватывания. Существуют различные причины для использования того или иного метода, но с точки зрения результатов они примерно одинаковы.

Это старейший метод предварительного напряжения бетона, он появился в конце 1800-х годов. Предварительное напряжение обычно используется при изготовлении балок, плит перекрытия, балконов, резервуаров для воды и бетонных труб. Перед заливкой бетона арматуры закрепляются между концевыми креплениями независимо от того, окажутся ли арматуры внутри бетона или непосредственно рядом с ним.

По мере затвердевания бетон прилипает к сухожилиям, и напряжение от сухожилий передается на затвердевший бетон. После того, как они отвинчены, стержни остаются натянутыми и удерживаются на месте бетоном. Предварительное натяжение часто выполняется перед началом строительства, а готовые детали доставляются на строительную площадку. Таким образом, можно одновременно изготавливать несколько изделий в большой форме, называемой литейной станиной. Они состоят из сухожилий длиной в несколько элементов, которые затем разрезаются после затвердевания бетона.