Главная / Про Бетон / Бетон для железобетонных изделий и конструкций

Бетон для железобетонных изделий и конструкций

Железобетонные изделия (ЖБИ) широко используются во всех сферах строительства, от жилищного до инженерного. Для возведения сборных железобетонных конструкций применяются предварительно изготовленные ЖБИ, производство которых ведется литьевым способом в заводских условиях.

В данной статье рассмотрены бетонные и железобетонные изделия, их сфера применения, классификация, разновидности и маркировка. Также мы расскажем, как выполняется монтаж железобетонных конструкций с применением крановой техники.

Железобетонные изделия представляют собой сборные строительные элементы повышенной прочности, которая достигается за счет совместной работы металла и бетона. Бетон, как материал, отличается повышенным сопротивлением к сжимающим нагрузкам, однако он обладает сильной уязвимостью к нагрузкам на изгиб и растяжение, устойчивость к которым почти в 15 раз меньше, чем к сжимающей деформации.

Данные нагрузки принимает на себя и компенсирует стальная арматура, посредством которой выполняется усиление железобетонных конструкций. Металл имеет высокий предел прочности при растяжении, в результате чего изделия из железобетона, армированыне арматурой, одинаково устойчивы к нагрузкам разного характера.

Совместная работа стали и бетона достигается за счет прочного сцепления двух материалов между собой, при этом они имеют практически одинаковый коэффициент температурного расширения, что гарантирует монолитность железобетона. Дополнительным плюсом является то, что бетон защищает заложенную в него арматуру от коррозии.

Армирование бетонной конструкции

Все разновидности ЖБИ, в зависимости от способа армирования, классифицируются на два типа:

железобетонные конструкции с обычным армированиям;
предварительно напряженные железобетонные конструкции.

ЖБИ с обычным армированием усиливаются исключительно за счет арматуры. Однако данная технология усиления не обеспечивает трещиностойкость конструкций в фазе максимального растяжения бетона, поскольку его растяжимость составляет 2 мм/п.м, тогда как у стали — 5 мм/п.м. В дальнейшем в появившиеся трещины может попадать влага, что приведет к коррозии арматурного каркаса.

Чтобы железобетонные конструкции получили устойчивость к образованию трещин применяется технология преднапряжения арматуры. Ее суть заключается в том, что размещенная в опалубке арматура натягивается с помощью гидравлического домкрата (второй край стержней фиксируется на упоре), после чего опалубка заполняется бетоном, выжидается его частичное отвердевание и прутья отпускаются. В результате со стягиванием прутьев уплотняется сцепившийся с ними бетон, что повышает плотность, жесткость и деформационную устойчивость ЖБИ.

Преднапряжение арматуры при изготовлении свай

Железобетонные изделия преднарпяженного типа превосходят конструкции с обычным армированием по прочности, трещиностойкости и долговечности. Поэтому современная промышленность ориентирована на увеличение объемов их производства.

Технология производства, эксплуатации и требования к качеству ЖБИ приведены в нормативном стандарте СНиП №2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции», согласно которому классификация изделий выполняется по следующим факторам:

способ армирования;
тип и объемный вес бетона;
внутреннее строение (сплошные и пустотелые);
назначение.

Разновидности ЖБИ по типу армирования были рассмотрены в предыдущем разделе. В зависимости от объемного веса бетона все ЖБИ классифицируются на:

железобетонные конструкции из особотяжелых бетонов — вес более 2500 кг/м 3 ;
из тяжелых бетонов — вес 1800—2500 кг/м 3 ;
их легких бетонов ячеистого типа — вес 500-1800 кг/м 3 ;
железобетонные конструкции теплоизоляционного типа из особолегких бетонов — вес до 500 кг/м 3 .

ЖБИ одного вида нередко выпускаются в разной форме и типоразмерах, к примеру стеновые блоки угловые, U-образные и подоконные.Отметим, что бетонный раствор, которым выполняется бетонирование конструкций заводского производства, отличается от обычного товарного бетона меньшей фракцией щебня (3-10 мм), который обеспечивает равномерное заполнение литьевой формы.

Номенклатура ЖБИ включает более 20 различных позиций, рассмотрим условные обозначение основных из них:

балки — Б (подкрановые — БК, стропильные — БС, обвязочные — БО);
колонные — К;
лестничные ступени — ЛМ, площадки — ЛП;
опорные подушки — ОП;
перемычки — ПР;
ригели — Р;
сваи — С;
фундаментные блоки — ФБС;
шпалы — Ш;
фермы стропильные — ФС, подстропильные — ФП;
трубы безнапорные — ТФ, напорные — БТ.

По параметру функционального назначения бетонные и железобетонные конструкции делятся на 4 основные группы:

ЖБИ для жилищного строительства.
ЖБИ для промышленных зданий.
ЖБИ для инженерных сооружений.
ЖБИ общестроительного назначения.

В группу ЖБИ для строительства жилых зданий входят плиты перекрытий, сваи, стеновые панели, фундаментные блоки, лотки, перемычки и балки. Данный класс ЖБИ допускается изготавливать из бетонов марки М150 и выше, а для свай — не менее М200.

Широко распространено использование плит и блоков для сборных фундаментов. Плиты выпускаются в размерах от 120*80*40 см до 320*120*50 см, стандартный размер блоков — 300*60*60 см. Вес одного элемента сборных фундаментов, в соответствии с требованиями СНиП, не должен превышать 3 тонны.

В многоэтажном строительстве практикуется использование сборных каркасов зданий. Каркасы состоят из колонн, балок покрытий, подстропильных балок, ригелей и прогонов. Для изготовления элементов каркаса используется бетон марки М200 и выше. После сборки несущие конструкции обшиваются стеновыми панелями.

Плиты перекрытий производятся в прямоугольной форме с круглыми либо овальными пустотами, на крупногабаритных конструкциях предусматриваются ребра жесткости. Плиты могут изготавливаться как из тяжелых бетонов, так и из бетона с пористыми заполнителями.

Проектирование железобетонных конструкций осуществляется с учетом характеристик бетона, используемого для их производства. Основным свойством бетона является прочность на сжатие, которая и определяет его марку. Данная характеристика указывается в маркировке ЖБИ литерой «М», всего существует 16 марок прочности от М50 до М800. Числовая номенклатура указывает, какую нагрузку (в килограммах) способен выдержать 1 см 2 бетона.

Также железобетонные и каменные конструкции имеют такие характеристики как устойчивость к растяжению (маркировка BT) и устойчивость на изгиб (BTb), которые определяются свойствами заложенного в ЖБИ армокаркаса. Требования к свойствам арматуры для армирования ЖБИ приведены в стандарте ГОСТ 5781-82 «Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций».

Также важной характеристикой, которую необходимо учитывать при выборе ЖБИ, является класс его морозостойкости. Именно данный параметр определяет долговечность конструкции, так как он указывает на максимальное число циклов замораживания/размораживания, которые может выдержать конкретная марка бетона. Морозостойкость указывается номенклатурой F, которая может варьироваться в пределах F15-F200.

Отметим и такой показатель как степень водонепроницаемости (W), от нее зависит максимальное давление воды, которое способно выдерживать железобетонное изделия сохраняя герметичность своих стенок.

При покупке ЖБИ необходимо руководствоваться вся вышеуказанными характеристиками и выбирать изделия, подходящие по характеристикам для эксплуатации в вашем регионе. Таким образом вы получите долговечный стройматериал и сэкономите деньги в будущем, поскольку ремонт железобетонных конструкций — занятие не дешевое.

Обращайте внимание на наличие явных дефектов — выступов арматуры из плоскости бетона, неправильного расположения монтажных петель, трещин на поверхности. Такие ЖБИ применять нельзя. В случае обнаружения сетки микротрещин на уже эксплуатируемой конструкции их можно заделать специальным ремонтным раствором либо смесь из цемента и ПВА клея. Крупные повреждения заделываются обычной цементно-песчаной смесью.

Для получения более детальной информации о ЖБИ рекомендуем изучить учебное пособие «Технология бетонных и железобетонных изделий» авторства Ю.М Баженова. В книге детально рассмотрено проектирование и расчет железобетонных конструкций, технология их производства и правила монтажа.

источник

Ни один вид современного строительства не обходится без применения изделий, изготовленных из армированного бетона. Их популярность постоянно растет. Продукция из бетона выпускается в необходимом конструктивном и архитектурном исполнении. При изготовлении применяется прочный бетон, отличающийся повышенной твердостью, обеспечивающий надежное сцепление со стальной арматурой. Долговечность конструкции из железобетона связана с повышенной плотностью состава, надежно защищающего силовой каркас от губительного воздействия коррозии.

Рассмотрим детально, каковы преимущества предлагаемой номенклатуры железобетонной продукции, какие нормативные акты регламентируют особенности изготовления, параметры, характеристики?

Выпускаемые, согласно требованиям ГОСТ, современные железобетонные изделия по эксплуатационным характеристикам превосходят большинство материалов, применяемых в строительстве. Они отличаются:

Абсолютно необходимые при любом строительстве, бетонные блоки, кольца и другая продукция отличается высоким качеством

устойчивостью к агрессивным природным факторам;
надежностью;
долговечностью;
огнестойкостью;
устойчивостью к сейсмическим нагрузкам;
уменьшенными эксплуатационными расходами.

Железобетон не нуждается в специальном обслуживании, уходе. Комплекс этих положительных свойств важен при строительстве эстакад, мостов, промышленных объектов, спортивных, торговых комплексов, других ответственных сооружений.

Совокупность этих плюсов обеспечивается производителями ЖБИ, при условии неукоснительного соблюдения требований действующих стандартов.

Государственные стандарты, сфера действия которых распространяется на железобетон, регулируют основные нормы, особенности производства, специфику приемки. Нормативные акты регламентируют:

Сегодня бетон необходим практически для всех строительных работ

Габариты, допуски размеров.
Прочностные параметры.
Методику контроля качества.
Особенности маркировки.
Требования по хранению, доставке.

На каждый из видов железобетонной продукции распространяются положения конкретного нормативного документа, который оговаривает комплекс обязательных требований, касающихся определенного типоразмера. Товар, выпускаемый и поставляемый согласно рекомендациям нормативных документов, является стандартизованным, соответствующим по безопасности, показателям надежности.

Типоразмеры и область, где применяются железобетонные изделия, различны:

плиты перекрытия, применяемые при строительстве зданий;
колонны, используемые для каркасов высотных построек;
сваи для фундаментов сооружений;
ригели, используемые, как опоры в каркасах зданий;
марши, площадки для лестниц;

Бетонная декоративная плитка в окружении газонной травы вполне может стать изюминкой дачного участка или придомовой территории

фундаментные железобетонные блоки для обустройства оснований, стен подвалов;
дорожные плиты из тяжёлых марок бетона для сборных покрытий, временных путей сообщения;
фермы для обустройства кровли;
перемычки для перекрытия проемов;
прочие бетонные и железобетонные виды изделий для бытового, хозяйственного назначения.

Несмотря на множество отдельных нормативных документов, распространяющихся на различные виды железобетона, они попадают под действие положений межгосударственного стандарта 13015 – 2012.

Сведения, указанные в ГОСТ, используют организации-изготовители, а также заказчики и проектировщики.

Область действия государственного стандарта 13015, разработанного в 2012 г., распространяется на изделия из армированного и обычного бетона, применяемые в строительстве. Под положения попадают типы бетонов, указанных в государственном стандарте 25192.

В документе систематизированы следующие данные:

Технические требования.
Характеристики.
Особенности контроля.
Специфика маркировки.
Правила доставки.
Обеспечения сохранности.

Высокое качество бетона позволяет продукции не бояться воздействия окружающей среды

В зависимости от условий, где эксплуатируется продукция из бетона, документ регламентирует характеристики, подлежащие контролю, а также обязательному соблюдению в процессе производства и эксплуатации.

Для продукции из бетона, не имеющей узкого применения, ГОСТ устанавливает требования к:

особенностям конструкции;
габаритам и допускам;
значениям расчетных усилий;
типу декоративной отделки;
особенностям структуры, характерной для ячеистых композитов;
марке и классу прочности;
расположению и размерам арматуры;
величине защитного слоя;
особенностям сварки каркаса усиления.

Если эксплуатация осуществляется в особых условиях, связанных с интенсивным перемещением транспорта, агрессивной средой, воздействием повышенной и пониженной температуры, то дополнительно регламентируются:

Решение о пригодности продукции к поставкам и (или) использованию принимается с учетом результатов входного и операционного контроля, а также приемосдаточных и периодических испытаний

В соответствующих нормативных документах рабочей документации предприятий-изготовителей указываются следующие параметры:

прочность;
устойчивость к возникновению трещин;
жесткость;
звукоизоляционные характеристики;
коэффициент теплопередачи;
характеристики антикоррозионных покрытий;
категория огнестойкости;
размеры арматуры.

В соответствии с требованиями стандарта, бетонные смеси для производства подготавливаются в соответствии с рекомендациями ГОСТ.

Бетоны изделий должны быть изготовлены с применением заполнителей и вяжущих, удовлетворяющих требованиям ГОСТ

Значения геометрических размеров, параметры допусков на железобетонные виды изделий, в соответствии с положениями нормативного документа, жестко регламентированы стандартом. Не допускаются отклонения размеров по габаритам, превышение параметров перпендикулярности, плоскостности, прямолинейности. Существует восемь категорий точности, определяемых в соответствии с контролируемыми параметрами для каждого вида продукции.

Внешний вид немаловажен. Этому параметру рассматриваемый документ уделяет особое внимание.

В зависимости от способа формирования бетонной поверхности в приложении регламентированы категории внешних плоскостей бетонной продукции. Их всего 7 – от А1 до А7. Например, поверхность, на которую будет наноситься декоративное покрытие, принадлежит к категории А3, а черновая поверхность, к которой не предъявляются специальные требования по чистоте – A6. Размеры раковин, наплывов, сколов указаны в зависимости от класса чистоты.

Для всех видов товара, произведенного из бетона, согласно ГОСТ, не допускаются трещины, за исключением железобетонных конструкций, находящихся под напряжением. Максимальный размер технологической трещины не должен превышать:

Бетонные поверхности изделий конкретных видов должны соответствовать требованиям, установленным в стандарте или рабочей документации на эти изделия

Документ не допускает следующие виды дефектов:

Наплывы раствора на монтажных скобах, стальной арматуре, закладных элементах, страховочных проушинах.
Жировые пятна, ржавчину.
Обнажение силовой арматуры, выступающее за лицевую поверхность более чем на 1 сантиметр.

Состав бетонной смеси, эксплуатационные параметры, характеристики дифференцируется по ГОСТ для следующих типов бетонов:

тяжёлых и мелкофракционных;
ячеистых;
силикатных;
химически стойких;
жаропрочных;
легких.

Состав бетона определяет его прочностные характеристики, поэтому документ четко прописывает классы применяемого бетона, определяющие прочность, его морозостойкость, устойчивость к истиранию, способность воспринимать сжимающие нагрузки.

В бетоне изделий, поставляемых потребителю, трещины не допускаются

В зависимости от степени напряжения элементов усиления, армированные изделия должны обладать прочностью не ниже В15. Значение прочности определяется, согласно документу, расчетным путем. Оно учитывает:

Технологию изготовления.
Условия транспортировки.
Специфику монтажа.
Особенности хранения.

Все виды товара отправляются потребителю после того, как бетон достигнет регламентированной прочности.

Влажность бетонного массива, в зависимости от области применения, различна. Она составляет:

13-15% – для легкого бетона, используемого при строительстве жилых помещений, производственных объектов;
25% – для ячеистого композита;
35% для составов, включающих золу, другие наполнители.

Документ регламентирует 4 класса устойчивости бетона к абразивному воздействию. Значения находятся в интервале от 0,7 до 1,9 г/см².

Прочностные характеристики бетонных изделий, их ресурс эксплуатации связаны с соответствием требованиям ГОСТ закладных элементов, арматуры, каркасов усиления.

Значение нормируемой отпускной прочности бетона конкретных изделий следует устанавливать на основе расчета с учетом технологии их изготовления, условий их транспортирования, хранения и монтажа

Для внешней арматуры, такелажных скоб обязательно должно наноситься антикоррозионное защитное покрытие, вид и способы нанесения которого определяет поставщик.

Координаты расположения арматурных элементов, монтажных скоб, закладных деталей должны соответствовать требованиям стандартов, распространяющихся на конкретные виды железобетонных изделий.

Ответственным параметром является соблюдение размера защитного слоя, который представляет собой расстояние от поверхности арматуры до внешней плоскости.

Минимально допускаемая толщина защитного слоя составляет:

Для помещений закрытого типа со стандартной влажностью – 15 мм.
При эксплуатации с повышенной влажностью в закрытых помещениях – 20 мм.
При эксплуатации материала на открытом воздухе 25 мм.
Для фундаментных блоков, расположенных в грунтах 35 мм.

Значения допусков толщины защитного слоя изменяются в зависимости от геометрических размеров.

Исходя из особенностей армирования железобетонной конструкции, используется стальная арматура различных классов. Для пространственных каркасов и сварных сеток не ниже В500. Стандарт допускает использование гладкой арматуры класса А240, применяемой для поперечного усиления. С целью улучшения прочностных характеристик рекомендуется использовать упрочненную стальную арматуру классов А600-А1000.

Необходимо помнить, что для каждой отдельной детали будущего здания потребуется специальная марка стройматериала

Принимая решение о способе усиления, марке стали, необходимо учитывать температурный режим эксплуатации конструкции, способ ее нагружения.

Стандарт запрещает использование стали Ст3пс, если установка бетонных конструкций осуществляется при температуре окружающей среды ниже минус 40 градусов Цельсия.

Железобетонные изделия, согласно стандарту, должны приниматься представителями предприятия, ответственными за технический контроль. Испытаниям подлежит партия одного типа, изготовленная из одного состава, выпущенная по общей технологии.

Результаты контроля и приемки должны документироваться на следующих стадиях:

в процессе входной проверки;
при выполнении каждой из операций;
после изготовления товара перед его отправкой для реализации.

Физические характеристики.
Механические показатели.
Свойства готовой продукции.

Изготовитель должен проверить качество выпускаемых им изделий и при их продаже (поставке) предоставить покупателю информацию о выполнении этой проверки

Для осуществления контроля параметров используется выборка группы продукции, взятая из общей партии. Товар, допущенный службой технического контроля к реализации, сопровождается сертификатом качества со штампом. В нем указывается:

название продукции;
предприятие-производитель;
марка бетона;
класс прочности;
номер партии;
дата изготовления;
обозначения нормативного документа, в соответствии с которым изделие произведено.

Грамотно нанесенная маркировка позволяет потребителю четко идентифицировать железобетонные изделия. Стандарт обязывает наносить маркировку, которая содержит следующую информацию:

Обозначение товара.
Дату выпуска.
Товарный знак изготовителя.
Отметку о приемке службой технического контроля.
Вес (для продукции массой более 800 килограмм).

Стандарт требует маркировать координаты центра тяжести, обозначать точки строповки и верх.

Маркировка может производиться при формовке, а также с применением краски, нанесенной с помощью штампа или трафарета.

От особенностей хранения, правильного складирования, аккуратности доставки зависит возможность их применения на строительной площадке. Рассматриваемый документ запрещает волоком передвигать изделия, осуществлять разгрузку со свободным падением, складировать без прокладок, перекатывать.

Высота штабелирования, размеры прокладок указаны в стандартах на каждый вид продукции.

Транспортироваться должна продукция, прочность которой достигла эксплуатационных характеристик. Главное при хранении и транспортировании – соблюдение техники безопасности.

Таковы главные моменты и основные положения действующего стандарта, содержащего комплекс требований к бетонным и железобетонным изделиям. Соблюдение его пунктов обязательно для предприятий-производителей железобетонных изделий. Выполнение положений ГОСТ гарантирует выпуск качественной продукции, ее безопасное применение при выполнении строительных мероприятий.

источник

Бетон – искусственный каменный материал, полученный в результате уплотнения и твердения подобранной пластичной смеси, состоящей из минерального вяжущего, добавок, воды и заполнителей.

Изученные в предыдущей главе минеральные вяжущие являются в сочетании с водой основными компонентами любого вида бетона, так как обеспечивают заданную пластичность (формуемость) бетонной смеси, необходимую для получения изделий и конструкций определенной формы и размера, а также прочность и долговечность самой бетонной конструкции.

Получение бетонных и железобетонных изделий и конструкций включает следующие технологические этапы: входной контроль качества всех используемых материалов (минерального вяжущего, заполнителей, добавок, воды, арматуры и т.д.); расчет состава бетонной смеси и его лабораторную проверку; приготовление заданной бетонной смеси; транспортировку ее к месту изготовления конструкции; укладку в форму (опалубку) и уплотнение; твердение бетона; раскрытие формы (снятие опалубки); отправку готового изделия на строительную площадку или склад готовой продукции.

Расчет состава бетонной смеси проводят по ГОСТ 27006 с использованием графиков и таблиц на основании следующих данных: условий эксплуатации будущей конструкции, с учетом которых подбирают необходимые исходные материалы; показателей их качества; проектируемой марки бетона; пластичности бетонной смеси, которую выбирают в зависимости от размеров бетонируемой конструкции; густоты армирования; способа уплотнения бетонной смеси. Правильность расчетов проверяют в лабораторных условиях путем изготовления опытных образцов из рассчитанного состава и контроля их прочности.

По способу изготовления конструкции подразделяют на монолитные и сборные. При бетонировании монолитных конструкций – фундаментов, гидротехнических сооружений, покрытий дорог бетонную смесь приготавливают в заводских условиях и транспортируют на строительную площадку, где производятся остальные технологические операции. Сборные конструкции получают на специализированных заводах (ЖБИ, ЖБК, КСМ). В зависимости от формы и размеров они могут быть линейными– колонны, ригели, сваи; плоскостными – плиты покрытия, панели стен, перегородок; блочными – фундаменты, стены подвалов; пространственными – санитарные кабины, элементы шахт лифтов, силосов, колодцев (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Сборные железобетонные конструкции:

1 – колонна; 2 – наружная панель; 3 – внутренняя панель;

4 – лестничный марш; 5 – плита перекрытия многопустотная

При сохранении общей последовательности технологии получения сборного железобетона в зависимости от номенклатуры выпускаемых изделий применяют различные технологические линии, учитывающие специфику производимых конструкций. При выборе той или другой линии учитывают вид и марку бетона, форму, размеры и массу изделия, сложность выполнения, вид армирования, насыщенность арматурой и закладными деталями. Эта информация необходима для максимальной совместимости операций в процессе производства изделий. Наиболее широкое распространение получили следующие способы производства: поточно-агрегатный, конвейерный и стационарный, который подразделяют на стендовый, кассетный и блочный [1].

Поточно-агрегатный способ предусматривает изготовление изделий в формах, перемещаемых по отдельным технологическим постам с помощью подъемного крана. Этот способ предпочтителен при мелкосерийном производстве конструкций длиной до 12 м, шириной до 3 м и высотой до 1 м, сложных по технологии выполнения – многослойных стеновых панелей, плит покрытия.

Конвейерный способ обеспечивает высокую механизацию и производительность труда, так как изделия изготавливают методом непрерывного формования. Сама технологическая линия представляет собой движущуюся металлическую ленту, на которой от одного технологического поста к другому перемещается форма с бетонной смесью. Скорость движения ленты определяется самым длительным процессом – тепловой обработкой и составляет около 25 м/ч. Рациональная область применения этой технологической линии – изготовление простейших плоских изделий одного вида: панелей перекрытий, покрытий и внутренних перегородок, аэродромных и дорожных плит.

При стендовом способе изделия формуют и оставляют твердеть в стационарных неперемещаемых формах. Его целесообразно использовать для изготовления таких крупноразмерных конструкций, как фермы, преднапряженные длинноразмерные балки.

По кассетной технологии изготавливают плиты перекрытий, панели внутренних стен и перегородок. В качестве стационарных форм используют вертикальные кассеты, состоящие из нескольких заполняемых бетонной смесью отсеков, ограниченных стальными стенками с расположенными на них навесными вибраторами для равномерного уплотнения бетонной смеси и паровыми рубашками, обеспечивающими прогрев бетонных изделий. Основным преимуществом этого метода является резкое сокращение производственных площадей. Следующий способ предусматривает производство сложных объемных элементов. При формовании объемных блоков (санитарно-технических кабин, шахт лифтов) на установке типа «колпак» вначале монтируют арматурный каркас, затем закрепляют щиты формы и бетонируют стены и потолок блока. Прогрев изделий осуществляют на месте с помощью нагрева сердечника. Для съема готового изделия сердечник опускают вниз (рис. 6.2).

При изготовлении конструкций, условия эксплуатации которых связаны с действием больших растягивающих и изгибающих нагрузок, для повышения трещиностойкости бетона используют преднапряженную арматуру.

Рис. 6.2. Схема формования объемных блоков:

а – установка арматуры; б – сборка формы перед бетонированием;

в – бетонирование стен блока; г – съем готового блока

В этом случае бетон искусственно обжимается контактирующей с ним предварительно растянутой арматурой и работает на растяжение только тогда, когда растягивающие напряжения превосходят по величине сжимающие. Одним из создателей преднапряженного бетона был советский ученый исследователь В. Михайлов. Различают два основных способа натяжения арматуры: до бетонирования конструкции и после бетонирования. В первом случае арматуру предварительно растягивают с помощью домкратов или электротермическим способом и концы закрепляют в форме. После укладки, уплотнения бетонной смеси и набора бетоном определенной прочности концы арматуры обрезают. Арматура, стремясь вернуться в первоначальное ненапряженное состояние, обжимает контактирующий с ней бетон, переводя его в сжатое состояние. В конструкциях с натяжением арматуры после бетонирования арматуру располагают в специальных каналах, образованных в бетоне трубами-пустотообразова-телями, вставляемыми в форму до бетонирования и извлекаемыми из бетона после достижения им определенной прочности. Затем производят натяжение арматуры, закрепление ее концов и заливку каналов цементно-песчаным раствором. Освобождение арматуры выполняют после набора раствором определенной прочности. Для преднапряженных конструкций применяют бетон высоких марок и высокопрочную арматурную сталь в виде отдельных струн или канатов из высокопрочной проволоки, а также стержней больших диаметров периодического профиля.

Преднапряженные конструкции эффективнее обычных, так как более полное использование несущей способности арматуры и бетона позволяет значительно снизить массу изделий, их материалоемкость, повысить трещиностойкость и долговечность. Номенклатура изделий, которые целесообразно изготавливать с предварительным натяжением арматуры, – это покрытия зданий, пролетные строения и опоры мостов, железобетонные сваи и трубы, шпалы, опоры ЛЭП, телебашни, плавучие доки, защитные оболочки.

В мировой практике из преднапряженного монолитного железобетона возводят промышленные, гражданские и жилые здания, плотины и энергетические комплексы. Примером такого строительства может служить московская телебашня высотой 537 м, где преднапряженный железобетон является основным материалом до отметки 380 м, а также самая высокая телебашня (555 м) в Торонто.

При строительстве большепролетных вантовых мостов напрягаемую арматуру располагают в каналах без заполнения их раствором или бетоном, т.е. исключается сцепление этих двух составляющих железобетона. В этом случае арматуру защищают от коррозии или специальными оболочками, или антикоррозионными составами. Мировой рекорд для таких конструкций принадлежит мосту «Нормандия», где пролет достигает 864 м. Незаменим этот материал и для корпусов реакторов и защитных оболочек атомных электростанций. Именно отсутствие такой оболочки явилось одной из причин чернобыльской катастрофы.

Преднапряженный железобетон можно также получить за счет применения напрягающего цемента специально подобранного состава. Сжимающие напряжения в бетоне возникают в результате образования крупнокристаллических продуктов гидратации цемента, приводящих к значительному расширению цементного камня. Так как это расширение происходит в ограниченном формой замкнутом объеме, бетону передаются сжимающие усилия, что повышает его трещиностойкость в процессе эксплуатации.

Бетонную смесь получают на централизованных бетоносмесительных узлах (заводах) в виде пластичного материала, обладающего связанностью и однородностью, или из сухой смеси компонентов. В первом случае бетонная смесь готова для изготовления конструкций (БСГ), во втором – ее использование возможно после дополнительного введения воды и тщательного перемешивания составляющих непосредственно на строительной площадке (БСС). Это удобно при дальнем расположении строительного объекта от бетонного завода.

Приготовление бетонной смеси включает подготовку материалов, их дозирование и перемешивание. Большинство операций по подготовке заполнителей: дробление, удаление загрязняющих примесей, разделение по фракциям и другие подобные операции осуществляют на предприятиях по производству нерудных материалов. Подогрев заполнителей при зимнем бетонировании проводят на складах или в бункерах на заводе при помощи паровых труб либо непосредственным пропусканием пара, горячего воздуха через заполнитель. Водный раствор добавок нужной концентрации готовят в специальной емкости, снабженной системой трубопроводов для подачи сжатого воздуха и пара для улучшения перемешивания.

Подготовленные материалы взвешивают на специальном оборудовании – дозаторах (весовых и объемных): цемент, воду, добавки – с точностью до 1 %; заполнители – до 2 % и подают в бетоносмеситель. Принцип действия этого агрегата зависит от свойств бетонной смеси. Для получения пластичных смесей на плотных заполнителях применяют смесители свободного падения, в которых перемешивание происходит за счет вращения барабана и многократного подъема и сбрасывания материалов с некоторой высоты. Смеси жесткие и на пористых заполнителях получают в смесителях принудительного действия. Более энергичное перемешивание в течение 2 – 5 минут достигается путем использования вращающихся лопастей.

Качество бетонной смеси оценивают по ее связности, однородности и удобоукладываемости – формуемости. Эти свойства зависят от вязкости и количества цементного теста, обволакивающего заполнитель и заполняющего пустоты между ним. Количество цементного теста должно быть достаточным для того, чтобы эта многокомпонентная система приобрела связность, т.е. превратилась в структурированную однородную систему с определенными физическими и механическими свойствами. Увеличение содержания цементного теста сверх оптимального в бетонной смеси и, следовательно, цементного камня в бетоне относительно пористого материала по сравнению с плотным заполнителем (рис. 6.3) приводит к снижению ряда эксплуатационных свойств. Повышаются усадка и ползучесть бетона, избыточное тепловыделение при гидратации приводит к появлению трещин и снижению прочности, морозостойкости (рис. 6.4), водонепроницаемости [1].

Рис. 6.3. Зависимость общей (сплошные линии) и капиллярной

(пунктирные линии) пористости цементного камня

от содержания цементного теста [1]

Рис. 6.4. Эталонная кривая зависимости морозостойкости бетона

от капиллярной пористости [1]

Чтобы бетонная смесь стала подвижной и легко заполняла определенный объем, необходимо не только заполнить пустоты, но и раздвинуть зерна заполнителя прослойками из цементного теста. Чем больше раздвижка, тем легче скольжение заполнителя по отношению друг к другу и, следовательно, выше пластичность смеси. В зависимости от свойств (плотный или пористый) и соотношения между мелким и крупным заполнителями минимальное содержание цементного теста в бетонной смеси, обеспечивающее ее нерасслаиваемость и качественное уплотнение, составляет 170 – 200 л в жесткой смеси и до 220 – 270 л в подвижной и литой.

Рассмотрим, как влияют свойства компонентов на подвижность бетонной смеси при неизменном расходе воды. Чем тоньше помол цемента и чем больше он содержит молотых добавок – трепела, диатомита, опоки (пуццолановый портландцемент), тем жестче бетонная смесь. Это связано с увеличением суммарной площади поверхности частиц, которая для получения пластичной смеси должна быть покрыта тонким слоем воды.

Подвижность существенно зависит также от формы, размера и чистоты поверхности заполнителей. Пылевидные примеси, адсорбируя на своей поверхности часть воды затворения, повышают водопотребность бетонной смеси, снижая ее подвижность. Большое влияние оказывает также соотношение между песком и щебнем. Так подвижность повышается при увеличении доли крупного заполнителя и использовании гравия окатанной формы.

С повышением содержания воды пластичность смеси значительно повышается [1]. Каждая бетонная смесь обладает определенной водоудерживающей способностью, устанавливаемой опытным путем. При большом содержании воды (рис. 6.5) вязкость цементного теста становится недостаточной для удерживания заполнителя во взвешенном состоянии и равномерного его распределения по всему объему. Плотный тяжелый заполнитель под действием собственной массы оседает, происходит расслоение бетонной смеси. Избыточная вода, как наиболее легкий компонент, обтекая зерна заполнителя, отжимается вверх. Образуются капиллярные ходы, снижающие морозостойкость и водонепроницаемость бетона, которые в результате последующей гидратации несколько повышаются (рис. 6.6). Вода скапливается также под зернами крупного заполнителя, образуя полости, ухудшающие строение и свойства бетона. Особенно интенсивно этот процесс протекает при уплотнении. Наблюдаемое расслоение нарушает не только однородность бетонной смеси, но и бетона в конструкциях при его твердении. Поэтому водоотделение строго ограничено и может составлять в зависимости от удобоукладываемости смеси от 0,1 до 0,8 %. Исключить расслоение можно за счет снижения расхода воды, увеличения расхода цемента, введением добавок пластификаторов и суперпластификаторов, увеличением содержания мелкого заполнителя и применением специальных добавок, повышающих вязкость цементного теста (например, высокогидрофильной бентонитовой глины) [26].

Рис. 6.5. Водоотделение в цементном тесте в зависимости от относительного водосодержания [1]

Рис. 6.6. Изменение водонепроницаемости бетона во времени [1]

На практике самой важной характеристикой бетонной смеси является ее удобоукладываемость – способность равномерно занимать определенный объем под действием собственной силы тяжести, если смесь высокопластична, или приложения нагрузки, например, вибрации при жесткой бетонной смеси. Для оценки удобоукладываемости в зависимости от ее пластичности используют следующие показатели: подвижность и жесткость. Подвижность определяют для пластичных бетонных смесей, замеряя осадку в сантиметрах отформованного из бетонной смеси усеченного стандартного конуса. Этот показатель является статической характеристикой структурной прочности бетонной смеси, т.к. ее осадка происходит под действием собственной массы. В зависимости от осадки конуса (ОК) различают низкопластичные смеси (П₁, П₂) с ОК 1 –4 и 5 – 9 см соответственно, пластичные (П₃, П₄) с ОК 10 – 15 и 16 – 20 см и литые (П₅) с ОК более 20 см. При наличии жестких смесей с ОК менее 1 см применяют другой показатель – жесткость. Это динамическая характеристика вязкости бетонной смеси, т.к. ее определяют с применением вибрации. На практике жесткость оценивают или с использованием упрощенной методики проф. Б.Г. Скрамтаева по времени вибрации в секундах, достаточном для заполнения отформованным усеченным бетонным конусом формы – куба определенного размера, или применяя специальный прибор. К сверхжестким относят смеси при времени вибрации от 100 и более до 41 с (СЖ 3, 2, 1) жестким от 40 до 5 с (Ж 4, 3, 2, 1) (СТБ 1035-96).

Показатели подвижности и жесткости назначают с учетом насыщенности арматуры, модуля поверхности бетонируемой конструкции и горизонтального или вертикального расположения формы при уплотнении. Повысить пластичность бетонной смеси можно за счет увеличения водоцементного отношения, введения добавки пластификатора и суперпластификатора, увеличения расхода цемента и снижения расхода мелкого заполнителя. Из вышеизложенного следует, что свойства бетонной смеси зависят от количества и свойств составляющих компонентов.

После приготовления бетонную смесь транспортируют к месту укладки. На территории завода для этой цели используют ленточные конвейеры, а также общие способы доставки, пригодные как для получения монолитного, так и сборного железобетона: автосамосвалы, автобетоносмесители, автобетоновозы. Одним из прогрессивных методов подачи бетонной смеси на строительные площадки, в цеха и полигоны завода является трубопроводный транспорт. Он удобен для подачи больших объемов бетонной смеси в конструкции, к которым затруднен либо невозможен подъезд автотранспорта, при подземном строительстве, где исключена подача смеси строительными кранами. Еще одним преимуществом трубопроводного транспорта является возможность непрерывной подачи бетонной смеси к месту производства работ, которая осуществляется пневматическим способом либо гидравлическим – бетононасосами.

Перед подачей бетонной смеси форму подготавливают: очищают, смазывают, укладывают согласно проекту арматуру и закладные детали. При формовке бетонных и железобетонных изделий и конструкций используют свойство бетонной смеси – тиксотропность. Это способность многокомпонентного пластичного состава понижать вязкость под действием нагрузки (вибрации) в результате нарушения сцепления между частицами и восстанавливать структурную целостность и прочность при снятии механического воздействия. Таким образом, бетонная смесь обладает, с одной стороны, свойствами жидкости, способной занимать определенный объем, с другой, – твердого тела, обладающего структурной прочностью.

На заводах сборного железобетона изделия обычно формуют на специальных виброплощадках. Для уплотнения сверхжестких смесей применяют вибрирование с пригрузом: вибропрессование, виброштампование, для литых – вибровакуумирование, основанное на частичном удалении воды за счет создаваемой разности давления на верхней и нижней поверхностях бетонируемой конструкции. В последнее время получили распространение ударный и безвибрационные способы уплотнения, которые обеспечивают экономию энергии, уменьшают опасность вибрационного воздействия на рабочих. При ударном способе изготовления изделий формы с пластичной бетонной смесью многократно поднимают и опускают с небольшой высоты. При этом происходит постепенное уплотнение и равномерное распределение бетонной смеси по всему объему. Из безвибрационных наиболее известны наливной, набивной и метод центрифугирования.

При наливном способе используют высокоподвижные литые бетонные смеси, которые равномерно распределяются при заливке их в форму. Для исключения возможного расслаивания в них вводят тонкомолотые минеральные добавки или добавки пластификаторов и суперпластификаторов при сохранении водоцементного отношения.

Набивным способом в зависимости от последовательности приготовления смеси получают шприц-бетон и торкрет-бетон. И тот, и другой подают в форму или на защищаемую поверхность под давлением сжатого воздуха. Отличие состоит в том, что в первом случае сухую смесь из песка и цемента смешивают с водой непосредственно при выходе из сопла, во втором – относительно пластичный состав готовят заранее и подают под давлением в форму. Для изготовления полых изделий – труб, колонн применяют центробежный способ формовки, основанный на равномерном распределении по поверхности формы и уплотнении подаваемой бетонной смеси под действием центробежной силы, возникающей при вращении.

При изготовлении монолитных конструкций вначале устанавливают опалубку и арматуру. Опалубка может быть из досок, фанеры или металлических листов. Для повышения стойкости деревянную опалубку защищают слоем из полиэтилена или армированного стекловолокном пластика. Иногда в качестве опалубки используют железобетонные плиты, которые являются частью будущей сборно-монолитной конструкции. Арматуру устанавливают в соответствии с проектом в виде арматурных стержней или каркасов. Для особо ответственных конструкций используют так называемую жесткую арматуру в виде двутавров, швеллеров и проката специальных профилей. Бетонирование больших монолитных сооружений или конструкций ведут отдельными блоками, устраивая между ними рабочие швы. Блок бетонируют непрерывно, поэтому каждая последующая порция бетонной смеси должна быть уложена и уплотнена глубинными и поверхностными вибраторами до схватывания предыдущей.

Большое внимание, которое сейчас уделяют производству высокопрочных морозостойких тротуарных, дорожных и облицовочных бетонных плит, бордюрных камней, брусчатки заставило вернуться к технологии бетона сухого формования, которая была изначально предложена советским инженером И.В. Вольфом еще в 1937 г. и в дальнейшем дополнялась и развивалась учеными многих стран. Особенностью этой технологии является уплотнение сухой бетонной смеси в форме или опалубке с последующим влагонасыщением водой, паром или растворами различных химических добавок. Таким образом получают изделия с прочностью на сжатие до 80 МПа, водопоглощением менее 2 %, истираемостью менее 0,5 г/см 2 и маркой по морозостойкости F 1000 и более. Высокие показатели качества достигаются за счет плотной упаковки сухих компонентов бетонной смеси в единице объема и подвода минимального количества воды, необходимой для заполнения оставшихся пустот и обеспечения реакции гидратации цемента. При такой технологии исключается необходимость введения повышенного количества воды для обеспечения удобоукладываемости смеси, которая затем вызывает формирование дефектной пористой структуры бетона.

Самый сложный процесс в этой технологии – влагонасыщение. Ученые разных стран предлагали многочисленные способы введения воды, основанные на явлении капиллярного подсоса, нагнетания пара под давлением или использования снега и гранул льда. В Беларуси этими работами руководит проф. Н.Н. Ахвердов. По предложенной им технологии изделия получают повторным вибрированием смеси, влагонасыщенной паром под давлением. Эффективна эта технология и при зимнем бетонировании монолитных крупноразмерных конструкций. Для их изготовления в опалубку вместе с арматурой устанавливают съемные перфорированные металлические трубы. Затем послойно укладывают, уплотняют сухую бетонную смесь, подаваемую по гибкому рукаву, и подают по трубам водяной пар. Конденсируясь пар насыщает смесь влагой и разогревает ее за 20 – 30 секунд до температуры 60 – 80 о С, что обеспечивает набор прочности за 24 часа от 70 до 90 % марочной.

Теоретические разработки в области структурообразования цементосодержащих композиционных материалов, по мнению Ю.М. Баженова, дают предпосылки для создания новых технологий получения как узкоспециальных материалов, так и изделий, конструкций широкого массового применения. В первом случае технология основана на использовании однородно распределенных по объему таких ультрамалых частиц, как активный кремнезем, микроволокна, позволяющем при В/Ц = 0,06 – 0,2 получать высокопрочные материалы на уровне 250 – 650 МПа.

Второе направление предусматривает применение высококачественных цементов, полученных совместным помолом с комплексной добавкой на основе суперпластификаторов (ВНВ), позволяющих получить при В/Ц = 0,1 – 0,18 особо плотную структуру цементного камня с прочностью на изгиб 40 – 150 МПа и сжатие 100 – 300 МПа. Для повышения прочности на сжатие до 800 МПа перспективно сочетание нескольких технологических приемов, например, введение фибронаполнителей, активного микрокремнезема и химических добавок суперпластификаторов. Для массового строительства все в большем объеме используют мелкозернистые бетонные смеси, модифицированные многофункциональными добавками.

Важнейшей технологической особенностью бетонной смеси любого состава является ее способность постоянно изменять свои свойства под влиянием физико-химических процессов взаимодействия цемента и воды, которые сопровождаются потерей подвижности и образованием прочного искусственного камня.

источник

09 Июл 2019 admin 13