Żelbet

Przekrój przez żelbet – widoczny pręt stalowy w otaczającym betonie

Żelbet (stalbet, stalobeton, żelazobeton; niewłaściwie: żelbeton) – element konstrukcyjny powstały przez połączenie betonu z wkładkami stalowymi. Połączenie tych dwóch elementów jest powszechnie stosowane w budownictwie. Beton jest materiałem przenoszącym naprężenia ściskające, jednak jego wytrzymałość na naprężenia rozciągające jest bardzo mała. Stal w elemencie żelbetowym przenosi głownie naprężenia rozciągające, choć często stosuje się 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 kompozytowym.

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 i wiaduktów.

Podział

Ze względu na sposób współpracy wkładek stalowych z betonem rozróżnia się:

• żelbet – szkielet z prętów stalowych układa się w deskowaniu (szalunku) na miejscu wbudowania elementu (na budowie) lub 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.

BGPŁ – była fabryka Scheiblera to jeden z pierwszych budynków żelbetowych w Europie

• beton sprężony – zbrojenie wykonuje się z stali o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie (stale wysokogatunkowe). Do elementu betonowego wprowadza się wstępne naprężania ściskające przez rozciągnięcie zbrojenia przed zabetonowaniem. Wprowadzone naprężenia są przeciwne do naprężeń powstających od naprężeń użytkowych. Zatem część obciążeń równoważy naprężenia wstępne. 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.
• drutobeton – beton zbrojony krótkimi kawałkami cienkich drutów stalowych rozmieszczonych równomiernie w masie.

Historia

Historia żelbetu rozpoczyna się w XIX w. Jako pierwszy beton połączył ze zbrojeniem Joseph-Louis Lambot, który z tego materiału zbudował barkę w 1848 zaprezentowaną na wystawie w Paryżu w 1855. 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 francuski inżynier Francois Hennebique, w 1894 powstał w oparciu o jego teorię i jego projekt pierwszy żelbetowy most w Viggen w Szwajcarii i drugi, w 1898, w Chaterallerault we Francji. Elementy sprężone jako pierwszy zastosował w 1920 Eugene Leon Freyssinet.

Zasada działania żelbetu

W pracy zginanej belki żelbetowej pod stopniowo zwiększanym obciążeniem można wyróżnić 3 fazy.

• 1 faza - kiedy naprężenia w betonie nie przekraczają wytrzymałości na rozciąganie. W tej fazie przekrój pracuje jak przekrój betonowy bez zbrojenia.
• 2 faza zaczyna się po przekroczeniu wytrzymałości betonu na rozciąganie. W tej fazie pojawiają się rysy w strefie rozciąganej, co pozwala pracować prętom stalowym.
• 3 faza to faza zniszczenia elementu, kiedy obciążenie przekracza wytrzymałość.

Należy zwrócić uwagę na fakt, że zarysowanie elementu żelbetowego jest naturalne i niemożliwe do wyeliminowania, normy nakazują jednak ograniczenie rozstawu i szerokości rozwarcia rys.

Zastosowanie

Żelbet jest uniwersalnym materiałem budowlanym stosowanym do budowy wszystkich elementów konstrukcyjnych - fundamentów, ścian, płyt, powłok, ścian oporowych i innych. Wiele budynków jest wykonywanych jako monolity żelbetowe.

Przypisy

<references>