kompozytowy materiał budowlany Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Żelbet (żelazobeton[1], żelbeton[1][2]) – kompozyt strukturalny składający się z betonu wzmocnionego stalowymi prętami zbrojeniowymi lub jednym elementem stalowym zwanym wkładką stalową[3]. Żelbet formuje się w elementy konstrukcyjne lub całe obiekty monolityczne za pomocą form drewnianych (szalowanie), stalowych lub plastikowych. Nazywany jest czasem wynalazkiem XIX wieku[4].
Częściowo wykonany żelbetowy element konstrukcyjny, widoczna wewnętrzna struktura wzmacniająca w postaci prętów zbrojeniowych
Nazwa tego materiału stanowi zlepek słów „żelazo” i „beton” z których jest wykonany. Najczęściej stosowane są nazwy „żelazobeton” lub w skrócie „żelbet”[6][7][8][9][10][11][12], rzadziej „żelbeton”[13][2]. Niekiedy wskazuje się, że ostatnia z nazw jest nieprawidłowa[14][15].
Kolumna żelbetowa: szkielet z prętów w trakcie budowy oraz ukończona konstrukcja po wypełnieniu betonemPrzykład zastosowania żelbetu w budownictwie obronnym – polski ciężki schron bojowy „Sęp” zbudowany w 1939 roku i wchodzący w skład Ośrodka Oporu JastarniaPlaża żelbetowa w Monako
Beton jest materiałem przenoszącym duże naprężenia ściskające, jednak jego wytrzymałość na rozciąganie jest bardzo mała. Stal w elemencie żelbetowym przenosi głównie naprężenia rozciągające, choć często stosuje się również zbrojenie ściskane. Połączenie stali i betonu pozwala budować konstrukcje różnego typu. Do zbrojenia stosuje się wkładki w postaci prętów, lin, strun, kabli i siatek. Można spotkać także konstrukcje ze „sztywnym zbrojeniem”, tzn. takie, w których elementy stalowe o dużych przekrojach (np. dwuteowniki, ceowniki) są wykorzystane jako rdzeń, np. w słupie żelbetowym.
Właściwa współpraca betonu i stali w konstrukcji możliwa jest dzięki przyczepności betonu do stali (w celu jej zwiększenia stosuje się pręty żebrowane) oraz zbliżonej rozszerzalności termicznej obu materiałów.
Do zalet żelbetu, jako materiału konstrukcyjnego, należą: ogniotrwałość, odporność na znaczne obciążenia statyczne i dynamiczne, swoboda w kształtowaniu elementów, duża odporność na korozję (przy zachowaniu właściwej otuliny wkładek stalowych i poprawnym zagęszczeniu układanej mieszanki betonowej). Odporność na wpływy atmosferyczne można podnieść, wykonując stosunkowo tanie zabezpieczenie powłokowe. Zabezpieczenia te stosuje się przede wszystkim w konstrukcjach mostów, wiaduktów i stropów dachowych.
W pracy zginanej belki żelbetowej pod stopniowo zwiększanym obciążeniem można wyróżnić 3 fazy:
1 faza, kiedy naprężenia w betonie nie przekraczają jeszcze jego wytrzymałości na rozciąganie. W tej fazie przekrój pracuje jak pełny przekrój betonowy wraz ze zbrojeniem.
2 faza zaczyna się po przekroczeniu wytrzymałości betonu na rozciąganie. W tej fazie pojawiają się rysy w strefie rozciąganej i w przekroju zarysowanym naprężenia rozciągające przenosi wyłącznie zbrojenie.
3 faza pracy przekroju następuje w momencie uplastycznienia zbrojenia rozciąganego, trwa aż do momentu przekroczenia wytrzymałości betonu na ściskanie (w wadliwie zaprojektowanym przekroju zniszczenie betonu nastąpi przed uplastycznieniem stali, czyli w fazie II).
Zarysowanie elementu żelbetowego jest naturalne i niemożliwe do wyeliminowania, normy[17][18] nakazują jednak ograniczenie rozstawu i szerokości rozwarcia rys.
Ze względu na sposób współpracy wkładek stalowych z betonem rozróżnia się:
żelbet – szkielet z prętów stalowych (zbrojenie) układa się w deskowaniu (szalunku) na miejscu wbudowania elementu (na budowie) lub w formie (w wytwórni prefabrykatów) i zalewa mieszanką betonową. Po uzyskaniu przez beton wymaganej wytrzymałości otrzymuje się element, w którym stal przenosi naprężenia rozciągające, a beton ściskające. Współpraca tych materiałów opiera się na przyczepności betonu do stali i zbliżonej wartości współczynników rozszerzalności termicznej;
siatkobeton – zbrojenie ma postać siatek – tkanych lub zgrzewanych, o kwadratowych oczkach o wymiarach 6–12mm. Charakteryzuje się zwiększoną odpornością na obciążenie dynamiczne, dużą jednorodnością, zwiększonym wydłużeniem względnym i wytrzymałością na rozciąganie, dobrą szczelnością i odpornością na powstawanie rys;
beton sprężony – zbrojenie wykonuje się ze stali o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie (stale wysokogatunkowe). Do elementu betonowego wprowadza się sztucznie wywoływane naprężania ściskające. Wprowadzone naprężenia w betonie są przeciwne do naprężeń powstających od naprężeń użytkowych. Dzięki temu część tych naprężeń równoważy się wzajemnie. Ze względu na sposób wprowadzenia naprężeń sprężających rozróżnia się:
strunobeton – struny (pojedyncze druty lub ich wiązki złożone z kilku strun) napręża się w formie i stabilizuje na naciągu. Po zalaniu formowanego elementu i uzyskaniu przez beton przynajmniej 70% wymaganej wytrzymałości naciąg jest zwalniany. Stal wprowadza do betonu naprężenia ściskające – w ten sposób uzyskujemy beton sprężony;
kablobeton – w deskowaniu (formie) układa się kanały wzdłuż tras przebiegu kabli sprężających. Deskowanie wypełnia się mieszanką betonową. Po uzyskaniu przez beton min. 70% wartości wymaganej wytrzymałości wprowadza się kable do kanałów i naciąga się je. Kable są mocowane na końcach, a kanały wypełniane zawiesiną – zaczynem cementowo-wodnym. Po związaniu zaczynu otrzymuje się element monolityczny, w którym beton i stal współpracują ze sobą. Elementy kablobetonowe można sprężać w miejscu ich wbudowania;
fibrobeton (drutobeton, włóknobeton) – beton zbrojony krótkimi kawałkami cienkich drutów stalowych lub z tworzyw sztucznych rozmieszczonych równomiernie w masie betonowej.
Historia żelbetu rozpoczęła się w XIX w. Jako pierwszy, beton ze zbrojeniem, połączył Joseph-Louis Lambot, który w roku 1848 z tego materiału zbudował barkę zaprezentowaną na wystawie w Paryżu w 1855 r. W 1867 francuski ogrodnik Joseph Monier wykonał z betonu zbrojonego siatką doniczki na kwiaty. Gdy zauważył, że nie popękały na mrozie, pomysł opatentował. Koncepcję zbrojenia betonu uzasadnił naukowo w 1892 roku francuski inżynierFrancois Hennebique, w 1894 powstał w oparciu o jego teorię i jego projekt pierwszy żelbetowy most w Viggen w Szwajcarii, w tym samym roku wybudowano najstarszy most żelbetowy w północnej Polsce na Kanale Elbląskim, na drodze Drulity – Lepno. Elementy sprężone jako pierwszy zastosował w 1920 roku Eugène Freyssinet.
W Polsce pionierem zastosowania żelbetu w budownictwie był polski wynalazca oraz inżynier Marian Lutosławski, który w 1902 roku w Warszawie założył biuro projektowo-konstrukcyjne. Jako pierwszy w kraju opracował naukowo i praktycznie zagadnienia konstrukcji żelbetowej, a także był pionierem zastosowania tych technologii w praktyce[19]. Zaprojektował stropy żelbetowe pierwszego domu zbudowanego z użyciem tej techniki przy ul. Solec w Warszawie oraz elementy konstrukcji nośnej w kościele św. Zbawiciela w Wilnie. W latach 1908–1909 zaprojektował i zbudował dwa pierwsze żelbetowe mosty w Lublinie[20][21].
CharlesCh.JencksCharlesCh., Le Corbusier and the tragic view of architecture, Cambridge, USA: Harvard University Press, 1973, ISBN0-674-51860-8, OCLC848352. Brak numerów stron w książce
BogdanB.KlukowskiBogdanB. (red.), Lutosławscy w kulturze polskiej, Drozdowo: Towarzystwo Przyjaciół Muzeum Przyrody, 1998, ISBN83-910590-0-6, OCLC43215883.
MarianM.LutosławskiMarianM., Warunki techniczne do projektowania i wykonania robót żelbetowych w budownictwie szkieletowem miejskiem, Warszawa 1914.
.jpg)
