Gelžbetonis

Gelžbetonis – betonas, armuotas plienine armatūra. Betonas ir plienas nuo temperatūros beveik vienodai plečiasi ir traukiasi, gana gerai sukimba, todėl beveik vienodai deformuojasi. Betonas ir armatūra yra skirtingų mechaninių savybių – betono stipris gniuždant 10-20 kartų didesnis už jo stiprį tempiant, o armatūra yra ypač stipri tempiama, todėl gelžbetonis konstruojamas taip, kad apkrovų ir kitų išorinių poveikių sukeltas vidines tempimo jėgas (įrąžas) atlaikytų armatūra.

Konstrukcija

Būtina, kad betonas ir armatūra gerai sukibdami sudarytų vientisą sistemą. Sukibimas būna geresnis, kai armatūros paviršius rumbuotas, tinklai ir strypynai suvirinti ir armatūros strypų galuose privirinti inkarai. Armatūrą nuo korozijos saugo aplink jos strypus susidariusi cementinio akmens plėvelė ir konstrukcinis, dažniausiai 1-3,5 cm betono sluoksnis, kuris turi būti ne plonesnis už darbinės armatūros strypų storį ir tuo storesnis, kuo mažesnis betono tankis, agresyvesnė aplinka – yra garų, dūmų, rūgščių.
Betonas kietėdamas traukiasi, o gelžbetonio armatūra tam priešinasi, todėl betone atsiranda tempimo įtempiai. Tempiamoji gelžbetonio zona dažniausiai supleišėja. Neagresyvioje aplinkoje mažesni negu 0,3 mm pločio betono plyšiai nemažina nei gelžbetonio stiprumo, nei jo ilgaamžiškumo. Smarkiai tempiamose vietose betone, dažniausiai anksčiau, negu nutrūksta armatūra, atsiranda platesnių kaip 0,3 mm plyšių. Tokia gelžbetonio konstrukcija tampa netinkama naudoti. Betonas ne taip pleišėja ir geriau panaudojamas armatūros stiprumas, kai ji iš anksto įtempiama mechaniniu (hidrauliniais kėlikliais, specialiomis mašinomis), elektriniu (įkaitinama leidžiant per ją elektros srovę), cheminiu (naudojant plėtrųjį betoną, kuris kietėdamas plečiasi ir įtempia armatūrą) būdu ir apspaudžia sukietėjusį betoną. Betone sukeliami išankstiniai įtempiai, kurie yra priešingos krypties negu tie, kurie atsiranda nuo apkrovų ir kt. poveikių eksploatuojant gelžbetoninę konstrukciją. Įtemptasis gelžbetonis mažiau pleišėja, yra standesnis ir jam reikia mažiau armatūros.
Gelžbetonio stiprumas ir patikimumas ima sparčiai mažėti aukštesnėje kaip 200 °C temperatūroje. Tokioje temperatūroje eksploatuojamas gelžbetonis apsaugomas karščiui atspariomis medžiagomis arba naudojamas kaitrai atsparus betonas, kartais ir speciali armatūra. Labai agresyvioje aplinkoje gelžbetonis gali suirti dėl betono ir armatūros korozijos. Tokiu atveju naudojamas labai tankus specialus betonas, pagamintas su sulfatams atspariu cementu, skystuoju stiklu, dažnai ir su specialių medžiagų įmaišomis, specialaus plieno arba stiklaplasčio armatūra. Gelžbetonis yra stiprus, jo stiprumą mažai veikia atsitiktinės perkrovos ir kiti aplinkos veiksniai, standus, tvirtas, nedega, nebrangus ir higieniškas, bet gana laidus šilumai ir garsui.

Panaudojimas

Gelžbetonis – viena populiariausių statybinių medžiagų. Iš gelžbetonio galima statyti įvairių architektūrinių formų konstrukcijas ir statinius. Konstrukcijų iš gelžbetonio patikimumas, sauga ir tinkamumas eksploatuoti apskaičiuojamas dažniausiai tikimybiniais metodais. Gelžbetonio konstrukcijos būna monolitinės (vientisosios), surenkamosios ir mišriosios. Gaminant monolitines gelžbetonio konstrukcijas armatūriniai strypai ar strypynai sudedami į klojinius ir užbetonuojami. Monolitinės gelžbetonio konstrukcijos yra įvairaus didumo (dažniausiai masyvios) ir formų, raiškesnės, dažnai ir pigesnės už surenkamąsias. Surenkamosios gelžbetonio konstrukcijos dažniau naudojamos neaukštiems karkasiniams pastatams. Tai kolonos, sienų ir perdangų plokštės, rėmsijės, sijos, santvaros, laiptų ir kt. elementai. Jų elementai gaminami mechanizuotose gamyklose arba statybviečių specialiose aikštelėse.
Montuojant statinius iš surenkamųjų gelžbetonio konstrukcijų jų elementų metalinės įdėtinės detalės arba iškišti armatūros galai suvirinami, sandūros užbetonuojamos. Kartais ant sumontuotų surenkamųjų elementų užliejama monolitinio betono – tokia mišri gelžbetonio konstrukcija tampa standesnė ir stipresnė.

Istorija

Nors betonas žinomas nuo 5600 m. pr. m. e., gelžbetonis pradėtas naudoti XIX a. viduryje Vakarų Europoje. 1849 m. Žanas Lambo (Prancūzija) iš gelžbetonio pastatė laivelį. 1861 m. Prancūzijos sodininkas Žozefas Monjė pagamino gelžbetonio puodų augalams, vėliau išbetonavo perdangų; 1867 m. jis gelžbetonį užpatentavo. Remdamasis bandymais gelžbetonio konstrukcijų skaičiavimo principus 1886 m. sukūrė Matias Koenenas (Vokietija). Gelžbetonio teorijos pagrindus XIX a. pab. – XX a. pr. remdamiesi eksperimentiniais ir teoriniais tyrimais kūrė Fransua Henebikas (Prancūzija), Emilis Moršas (Vokietija).
Gelžbetonio tyrimo bei projektavimo naujoves sistemina ir propaguoja tarptautinės organizacijos: Europos betono komitetas, Įtemptojo gelžbetonio federacija. Svarbiausios gelžbetonio tyrimo organizacijos yra Amerikos betono institutas (Detroitas), Centrinė tiltų ir kelių tyrimo laboratorija (Paryžius), Betono ir gelžbetonio institutas (Maskva).

Gelžbetonis Lietuvoje

Lietuvoje gelžbetonis imta naudoti XIX a. pab. Iš jo statyti Kauno VIII, IX, X fortai, Kauno soboro kupolas. Daugiau iš gelžbetonio imta statyti XX a. trečiame-ketvirtame dešimtmetyje. Įtemptąjį gelžbetonį pradėta naudoti po Antrojo pasaulinio karo. XX a. šeštame-devintame dešimtmetyje gelžbetonis tapo viena svarbiausių konstrukcinių medžiagų. Iš jo, daugiausia surenkamojo, buvo statomi inžineriniai statiniai – tiltai, dūmtraukiai, bokštai, užtvankos, visuomeniniai, gyvenamieji ir pramoniniai pastatai, jų elementai. XXI a. pr. daugiau imta naudoti monolitinį gelžbetonį.
XX a. trečiame-ketvirtame dešimtmetyje gelžbetonį tyrė, konstrukcijas projektavo ir statė Pranas Markūnas, Juozas Gabrys, Jonas Kuodis, nuo XX a. vidurio Viktoras Ražaitis, Anatolijus Rozenbliumas, Jokūbas Kivilša, Antanas Kudzys, Zenonas Kamaitis, Česlovas Gerliakas ir kiti.