Назначение и виды опалубки. Требования к опалубочным системам, основные положения расчёта опалубки

Трудоемкость устройства опалубки составляет до 40 % трудоемкости всего комплекса бетонных работ, а стоимость доходит до 10…20 % стоимости бетонируемой конструкции. Поэтому совершенствование опалубочных работ является одним из реальных путей повышения технико-экономической эффективности монолитных бетонных и железобетонных конструкций.

Опалубкой называют форму, которая обеспечивает проектные размеры бетонируемой конструкции.

Опалубка в общем случае состоит из опалубочных щитов (форм), обеспечивающих форму, размеры и качество поверхности конструкции; крепежных устройств, обеспечивающих проектное и неизменное положение опалубочных щитов друг относительно друга; поддерживающих лесов, обеспечивающих проектное положение опалубочных щитов в пространстве.

Бетонную смесь укладывают в установленную опалубку, уплотняют и выдерживают в статическом состоянии. В результате происходящих химических процессов бетонная смесь, твердея, превращается в бетон.

Опалубка, как правило, собирается из элементов, заготовленных на центральных или построечных подсобных предприятиях. При строительстве сооружений применяют также заранее изготовленные арматурно-опалубочные блоки, монтаж которых ведется с помощью кранов.

Работы по установке опалубки называются опалубочными. Работы по разборке опалубки, осуществляемые после того, как бетон набрал необходимую прочность, называются распалубочными.

Опалубка должна отвечать следующим требованиям:

- быть прочной, устойчивой, не изменять формы под воздействием нагрузок, возникающих в процессе производства работ;

- палуба (обшивка) опалубочного щита должна быть достаточно плотной, в ней не должно быть щелей, через которые может просочиться цементный раствор;

- обеспечивать высокое качество поверхностей, исключающее появление наплывов, раковин, искривлений и т. п.;

- быть технологичной, то есть должна устанавливаться и разбираться, не создавать затруднений при монтаже арматуры, а также при укладке и уплотнении бетонной смеси;

- обладать оборачиваемостью, то есть многократно использоваться (чем выше оборачиваемость опалубки, тем ниже ее стоимость, отнесенная к единице объема готовой конструкции);

- быть экономичной по применяемому материалу.

Основные технологические требования к опалубке – сопротивление расчетному давлению бетонной смеси должно быть не менее 8,0 кПа, прогиб щитов не выше 1/400 пролета при максимальных нагрузках, кроме того, для мелкощитовой опалубки масса 1 м² опалубки не должна превышать 30 кг.

По признаку повторности применения различают опалубку инвентарную (многократно используемую) и стационарную, используемую только для одного сооружения.

В основе эффективности любой опалубочной системы лежит возможность ее быстрой видоизменяемости в соответствии с требованиями строительного объекта. Легкость щитов и простота сборки опалубки позволяют значительно увеличить темп производства всего комплекса бетонных работ, сократить срок строительства.

Составные части опалубки и опалубочных систем следующие:

- опалубка – форма для изготовления монолитной бетонной конструкции;

- щит – формообразующий элемент опалубки, состоящий из каркаса и палубы;

- каркас (рама) щита – несущая конструкция щита опалубки, выполненная из металлического или деревянного профиля, изготовленного в кондукторе, гарантирующем точность наружных размеров изготовляемой конструкции;

- палуба щита – поверхность, непосредственно соприкасающаяся с бетоном;

- опалубочная панель – крупноразмерный элемент опалубки с плоской или криволинейной поверхностью, собираемый из нескольких щитов, соединенных между собой с помощью специальных узлов и креплений и предназначенный для создания необходимой поверхности в заданных размерах;

- блок опалубки – пространственный, замкнутый или незамкнутый элемент опалубки из нескольких щитов, предназначенный для опалубливания угловых участков бетонируемой конструкции, изготовленный целиком и состоящий из плоских и угловых панелей или щитов;

- опалубочная система – понятие, включающее опалубку и элементы (крепежные элементы, леса, поддерживающие подмости), обеспечивающие ее жесткость и устойчивость;

- элементы крепления – замки, применяемые для соединения и надежного крепления между собой примыкающих щитов опалубки, стяжки, соединяющие в опалубке противостоящие щиты и другие приспособления, соединяющие элементы опалубки в единую неизменяемую конструкцию;

- поддерживающие элементы – подкосы, стойки, рамы, распорки, опоры, леса, балки перекрытий и другие поддерживающие устройства, применяемые при установке и закреплении опалубки стен и перекрытий, фиксирующие опалубку в проектном положении и воспринимающие нагрузки при бетонировании.

Вспомогательные элементы опалубочных систем:

- навесные подмости – специальные подмости, навешиваемые на стены со стороны фасадов с помощью кронштейнов, закрепленных в отверстиях, оставленных при бетонировании стен;

- выкатные подмости предназначены для выкатывания по ним туннельной опалубки или опалубки перекрытий при их демонтаже;

- проемообразователи – специальная опалубка, предназначенная для формирования в монолитных конструкциях оконных, дверных и других проемов;

- цоколь – нижняя часть монолитной стены высотой 10...20 см, которую бетонируют одновременно с монолитным перекрытием. Назначение цоколя в обеспечении проектной толщины стены и фиксации опалубки относительно разбивочных (координационных) осей.

Для изготовления элементов опалубки используют самые разнообразные материалы. Поддерживающие элементы опалубки выполняют главным образом из стали и алюминиевых сплавов, что позволяет достичь их высокой оборачиваемости.

Опалубка (палуба) может быть деревянной, деревометаллической, металлической, железобетонной, армоцементной, из синтетических материалов (пластмассовая опалубка) и т.д.

Деревянная опалубка изготавливается из древесины хвойных (сосна, ель, кедр) и лиственных пород (береза, ольха, бук, липа). Для опалубки применяется воздушно-сухая древесина с влажностью не более 25 %. Палубу щитов делают из водостойкой бакелизированной многослойной фанеры, гидрофобных или обычных древесно-стружечных плит, защищенных красками или лаками. Это повышает долговечность и экономичность опалубки, а также качество бетонируемых конструкций.

Металлическая опалубка изготовляется из стальных листов толщиной 2...6 мм, прокатных профилей с быстроразъемными соединениями. Для защиты от коррозии и уменьшения сцепления с бетоном внутренние поверхности металлических форм покрывают минеральным маслом или специальными эмульсиями, а наружные – окрашивают. Стальная опалубка обеспечивает гладкую поверхность бетонируемой конструкции, легкость распалубливания, жесткость, отсутствие деформаций, значительную оборачиваемость. Такую опалубку целесообразно использовать не менее чем при 50-кратной оборачиваемости. Недостатки металлической опалубки – высокая стоимость, значительная масса и высокая теплопроводность.

Пластик объединяет достоинства стали (прочность, многократная оборачиваемость, способность не видоизменяться при разнообразных температурно-влажностных режимах) и древесины (незначительная масса и легкость обработки). Исключаются и недостатки этих материалов – деформируемость древесины и коррозия стали. Малая жесткость, повышенная гибкость и относительно высокая стоимость пластиков делают их пока мало конкурентоспособными с другими материалами. Пластики в основном используют в качестве тонких защитных пленок, наносимых на поверхности палубы из древесины и металла.

Находят применение пластмассовые опалубки, особенно армированные стекловолокном. Они имеют высокую прочность при статической нагрузке, химически совместимы с бетоном. Опалубки из полимерных материалов отличаются небольшой массой, стабильностью формы и устойчивостью против коррозии. Возможные повреждения легко устраняют нанесением нового покрытия. Недостаток пластмассовых опалубок – их несущая способность резко снижается при термообработке бетона с повышением температуры до 60 °С.

Металлические сетки с ячейками до 5´5 мм применяют для изготовления сетчатых и вакуум-опалубок.

Комбинированная опалубка в различных частях своей конструкции состоит из разных материалов. Эффективным является использование в качестве палубы фанеры, дерева, пластика и других материалов, закрепленных на металлическом каркасе.

Железобетонная (армоцементная) опалубка делается в виде плоских или ребристых плит и применяется в качестве несъемной опалубки-облицовки.

Важной проблемой является уменьшение сцепления бетона с опалубкой. Это сцепление зависит от адгезии (прилипания) и когезии (прочности на растяжение пограничных слоев на контакте «опалубка – бетон») бетона, его усадки и характера формующей поверхности опалубки.

Адгезия заключается в том, что при укладке и виброуплотнении бетонная смесь приобретает свойства пластичности и поэтому сплошность контакта между ней и опалубкой возрастает.

Если палуба выполнена из слабосмачивающихся (гидрофобных) материалов, например пластиков, текстолита и т. п., и имеет гладкую поверхность, сцепление с опалубкой незначительно. Если палуба выполнена из сильносмачивающихся (гидрофильных) материалов, например, стали, дерева и т. п., имеет шероховатую поверхность или пористую структуру, сплошность и площадь контакта возрастают и, следовательно, увеличивается адгезия.

Если адгезия мала, а когезия велика, при распалубке отрыв происходит по плоскости контакта и формующая поверхность опалубки остается чистой, а лицевые поверхности забетонированной конструкции получаются хорошего качества.

Силы адгезии можно уменьшить, используя для формующих поверхностей опалубки гидрофобные материалы, нанося на поверхность палубы специальные смазки и противоадгезионные гидрофобизующие покрытия. Наиболее практичны комбинированные смазки в виде так называемых обратных эмульсий. В них помимо гидрофобизаторов и замедлителей схватывания вводят пластифицирующие добавки. Они пластифицируют бетон в зоне контакта с опалубкой и облегчают ее отрыв.

Опалубочные формы, крепления и поддерживающие их элементы (леса) рассчитывают на вертикальные и горизонтальные нагрузки.

К вертикальным нагрузкам относят: собственный вес форм и лесов; вес бетонной смеси, арматуры, людей и транспортных средств, перемещающихся по опалубке или настилам; нагрузку, возникающую при вибрировании смеси.

К горизонтальным нагрузкам относят боковое давление бетонной смеси; нагрузки от сотрясений, возникающих при выгрузке бетонной смеси в форму и от вибрирования смеси; нормативные ветровые нагрузки на леса и элементы форм. Помимо этого, учитывают горизонтальные динамические нагрузки, возникающие при сбрасывании бетонной смеси в опалубочные формы.

Расчет элементов опалубки на все нагрузки ведут по несущей способности и по деформациям. Прогиб щитов принимается не выше 1/400 пролета при максимальных нагрузках.

Боковое давление бетонной смеси на стенки форм принимают равным давлению тяжелой жидкости с удельным весом, эквивалентным объемному весу бетона; считается, что давление этой жидкости распространяется самое большее на глубину 0,75 м при внутреннем и на 1,0 м при наружном вибрировании.

Для расчета опалубочных форм и лесов нормативные данные по нагрузкам, коэффициентам надёжности по нагрузкам, сопротивлениям древесины при изгибе, растяжении вдоль волокон, сжатии, смятии вдоль и поперек волокон приведены в нормативной документации.