Преимущества строительства из предварительно напряжённого бетона

В 1943 году выдающийся французский архитектор и мастер Эжен Фрейсине изобрел преднапряженный бетон, открыв новую эру в области инженерных сооружений в мире. Компания, названная его именем, сегодня имеет филиалы более чем в 50 странах.

В СССР в 1940-х годах большой вклад в технологию строительства из железобетона с преднапряженной арматурой внёс В.Михайлов, разработавший технологию производства крепёжных опор в шахтах и успешно внедривший её на ряде предприятий Донбасса, а впоследствии и в строительстве метрополитена.

Предварительное напряжение применялось в различных строительных конструкциях, причем не только железобетонных, но также стальных и каменных. В настоящее время последние две
технологии встречаются крайне редко, поэтому термин «преднапряженные конструкции» применяется преимущественно к железобетонным конструкциям.

Работы по улучшению прочностных параметров материалов проводились независимо разными инженерами, отсюда множество применений и множество различных технологических способов осуществления сжатия.

Преднапряженный бетон прекрасная альтернатива традиционным строительным технологиям, которая широко применяется при строительстве домов, крупных промышленных объектов и мостовых сооружений.

Разновидности предварительно напряженного бетона

Преднапряженный бетон можно разделить на два основных типа.

Предварительно напряженный бетон производится с укладкой стальных проволок или струн, которые помещаются в формы, натягиваются «на упор» домкратами или лебёдками, а затем заливаются бетоном. Как только бетон схватится, натянутые струны разрезаются, сохраняя напряжение конструкции.

Постнапряженный бетон предполагает прокладку тросов, стержней, канатов в оболочках, уже залитых бетоном. Постнапряжение происходит после того, как бетон достигнет необходимой прочности, благодаря натяжению тросов.

Способ преднапряжения имеет следующие преимущества:

• меньшие требования к качеству концевых креплений проволок;
• напряжение от проволок передаётся к бетону по всей длине, обеспечивая равномерность;
• при обрыве одной или нескольких струн окажет лишь локальное влияние на прочность, не приводя к разрушению всей детали;
• улучшенная стойкость к перегреву, меньшая склонность к растрескиванию.

Плюсы постнапряжённого бетона:

• меньшая толщина изделий, так как жилы обладают достаточной защитой от коррозии, и могут помещаться ближе к поверхности бетона;
• возможность замены пришедших в негодность тросов, а также индивидуальной регулировки их натяжения;
• большая гибкость всей конструкции, перед разрушением несвязанные с бетоном тросы позволят некоторую пластическую деформацию;
• уменьшение времени монтажа, за счет предварительного изготовления тросов вместе с концевыми креплениями.

По направлению напряжённости бетон бывает одноосно-напряжённым, когда операции по предварительному напряжению производят только над продольной арматурой. Это самый распространённый способ, он успешно применяется при производстве плит перекрытия, балок, испытывающих осевое растяжение.

Если конструкция испытывает давление на изгиб в двух направлениях, применяют двухосное напряжение – для поперечной и продольной арматуры одновременно. Примером могут служить упирающиеся краями плиты, напорные трубы, пролёты мостов. Реже применяется способ с размещением напрягаемой арматуры по диагонали.

Трёхосное напряжение применяют в ЖБИ, используемых в условиях разнонаправленной нагрузки: в многоэтажных домах, атомных реакторах, станинах промышленных агрегатов.

Требования к монтажу стальной арматуры

После протяжки тросов в оболочки, по нормативам требуется «затирка» - заполнение пустот антикоррозионными составами под давлением. В случае с постнатяжением (несвязанной арматурой) требуется также исключить возможность её истирания о стенки канала. Для этого используется покрытие смазкой или воском, на всю длину троса или стержня одевается цельная пластиковая втулка или оболочка, края которой закрепляются на  каждом из концов.

В случае, если натяжение тросов предполагается периодически регулировать (в несущих балках мостов, высотных домов), необходимо индивидуальное покрытие смазкой каждой пряди, наряду с общим промасливанием арматуры.

В любых конструкциях с напряжением очень важной является защита концевых креплений, как от коррозии, так и от механических повреждений.

Ошибки выполнения монтажа преднапряжённых конструкций

Основной ошибкой, приводящей непосредственно к выходу конструкции из строя, является отсутствие должной защиты стали от коррозии. Неправильное покрытие арматуры , неплотности бетонной поверхности или местные дефекты (сколы, царапины) могут привести к проникновению в арматуру химических соединений , ускоряющих коррозию . Здания, в которых стальные элементы потеряли способность выдерживать нагрузки из-за коррозии, внезапно рухнули без каких-либо предварительных признаков повреждений. Примером катастроф такого типа стал обвал моста Инис-и-Гвас на юго-западе Уэльса в 1985 году.

Преимущества ЖБИ с предварительным напряжением

Благодаря предварительно напряженному бетону можно создавать конструкции, отличающиеся большими пролетами, гибкостью и легкостью. Кроме того, предварительно напряженный бетон помогает уменьшить прогибы изгибающихся элементов. За счет повышения прочности детали, её можно делать меньшего сечения, с сохранением способности выдерживать нагрузку, то есть добиться экономии материала. Все это, в свою очередь, приводит к снижению затрат на строительство, что убеждает все больше инвесторов использовать эту технологию.

Здесь следует добавить, что более низкая цена не обязательно означает более низкое качество. Наоборот – способность переносить большие нагрузки и высокая устойчивость к внешним факторам делают предварительно напряженный бетон сильным конкурентом плотноребристых или монолитных технологий. Дополнительным аргументом в пользу выбора этой технологии является скорость и удобство сборки готовых элементов, а также их легкость. Поэтому можно смело сказать, что предварительно напряженный бетон – это высокофункциональный и безопасный продукт (он производится только на специализированных заводах с постоянным контролем качества).