Железобетонные конструкции

Железобетон – композиционный материал, состоящий из бетона и стальной арматуры, работающих совместно. Прочность бетона при растяжении значительно (в 10…15 раз) меньше, чем при сжатии.

Затвердевая, бетон прочно сцепляется со стальной арматурой. При температурах до 100 °С бетон и стальная арматура обладают отно-сительно близкими коэффициентами линейного расширения: для бетона – (7…14) х10 ^-6, а для стали – 12х10^-6. С изменением температуры возникают незначительные внутренние напряжения в материале, чему способствует пониженная теплопроводность бетона, препятствующая резкому изменению температуры стали. Кроме того, щелочная среда бетона плотной структуры обеспечивает защиту стальной арматуры от коррозии.

Благодаря совместной работе в железобетоне удачно сочетаются свойства бетона и стальной арматуры: бетон воспринимает преимущественно сжимающие усилия, а арматура, в основном, - растягивающие. В некоторых железобетонных конструкциях арматура совместно с бетоном воспринимает и сжимающие усилия.

Для увеличения сцепления арматуры с бетоном на концах гладких стержней арматуры устраивают крюки, арматуре придают периодический профиль, осуществляют армирование сварными сетками и каркасами. В целях предохранения арматуры от коррозии и повышения сцепления с бетоном предусматривается защитный слой бетона на поверхности арматуры толщиной 20…30 мм. Железобетонные конструкции отличают сравнительно высокие огнестойкость и механическая прочность, возможность изготовления изделий различной формы, незначительные затраты на эксплуатацию.

Одним из существенных недостатков железобетона является возможность образования трещин вследствие усадки и при деформировании под нагрузкой. Стремление повысить трещиностойкость бетона привело к созданию предварительно напряженного железобетона. Его получают искусственным обжатием бетона в тех местах, где под действием нагрузки возникают растягивающие напряжения. Обжатие бетона достигается предварительным натяжением арматуры в пределах упругих деформаций. Упруго растянутая арматура, стремясь вернуться к первоначальному состоянию, увлекает за собой бетон, создавая в нем предварительное сжатие.

По методу изготовления различают сборные, монолитные и сборно-монолитные конструкции. К монолитным железобетонным конструкциям относят конструкции, изготавливаемые непосредственно на строительной площадке в проектном положении. Монолитные конструкции позволяют создавать сооружения повышенной жесткости, оптимальных размеров. Монолитные конструкции, выполненные индустриальными методами, экономичнее сборных.

Сборные железобетонные конструкции изготавливают в заводских условиях в виде отдельных элементов: фундаментных и стеновых блоков, свай, фундаментных балок, стеновых панелей, плит покрытия и перекрытия, балок, ригелей, прогонов. Перемычек,колонн, ферм, лестничных маршей, площадок и др. Готовые изделия поставляются на стройплощадку при достижении отпускной прочности и устанавливаются в проектное положение монтажными механизмами, после чего закладные детали сопрягаемых элементов соединяются сваркой, а стыки между элементами сборных конструкций замоноличиваются. Применение сборных конструкций базируется на типизации и унификации их размеров, позволяющих уменьшить число типоразмеров, что существенно облегчает процесс изготовления конструкций и их сборки. Производство сборного железобетона обычно дороже монолитного, его преимущество определяется значительным ускорением темпов строительства сооружений.

Технология производства монолитного железобетона включает:

- установку опалубки;

- размещение в ней арматуры;

- приготовление бетонной смеси;

- транспортировку смеси;

- укладку в опалубку и уплотнение бетонной смеси;

- твердение и уход за твердеющим бетоном.

Опалубку по виду материала подразделяют

- на металлическую;

- дощатую;

- фанерную;

- бетонную;

- пластмассовую;

- комбинированную.

Основное назначение опалубки – придать нужную форму бетонной смеси до ее затвердевания и упрочнения.

Конструкция опалубки должна удовлетворять требованиям прочности, жесткости, легкости сборки и демонтажа. Элементами конструкции опалубки являются несущие, поддерживающие и формообразующие элементы.

Для изготовления монолитного железобетона применяют различные конструкции опалубок: мелкощитовую, крупнощитовую, инвентарную разборно-переставную, блочную, скользящую и т.п. Мелкощитовая опалубка состоит из элементов массой не более 50 кг и площадью щитов не более 1 м², что позволяет устанавливать и разбирать их вручную. Крупнощитовая опалубка состоит из крупноразмерных щитов площадью от 5 до 70 и более м². В собранном виде опалубку монтируют и переставляют монтажным краном. Инвентарная разборно-переставная опалубка состоит из комплекта мелких элементов нескольких типов, позволяющих собирать формы различных типоразмеров с принятым модулем. Крупноблочная представляет собой опалубку из четырех стен, объединенных в единый блок, целиком снимаемый монтажным краном. Скользящую опалубку применяют для бетонирования стен высотных зданий и сооружений и поднимаемую по мере бетонирования гидродомкратами. Опалубка-облицовка – это несъемная опалубка, она выполняет две функции – функцию опалубки при бетонировании и функцию облицовки в период эксплуатации. Опалубка облицовка должна надежно сцепляться с бетоном и в дальнейшем работать с ним совместно. Сцепление обеспечивается шероховатостью активной поверхности, наличием петель-выпусков.

Железобетонные конструкцииармируют как отдельными сетками, так и пространственными каркасами. Арматурные сетки состоят из продольной и поперечной арматуры. Их изготавливают с применением сварки. Для армирования тонкостенных армоцементных конструкций применяют тканые сетки с ячейками 5…20 мм из проволочной арматуры диаметром 0,7…1,6 мм. Пространственные каркасы изготавливают сгибом плоских сеток и соединением плоских арматурных изделий в местах сопряжения.

Технология изготовления арматурных изделий предусматривает правку, чистку, резку, гибку стержней, сварку сеток и каркасов, гибку сеток и каркасов, сборку пространственных каркасов. При установке арматурных изделий в опалубку строповать их следует в строго определенных точках в соответствии с проектом производства работ. При армировании необходимо с помощью специальных прокладок обеспечить проектную величину защитного слоя бетона.

Метод транспортирования бетонной смеси к месту укладки выбирают в зависимости от расстояния, вида бетонируемого сооружения, свойств бетонной смеси, наличия транспортных средств.

При малых расстояниях бетонную смесь перемещают на транспортерах или по трубопроводам. Широко практикуется перевозка бетонной смеси автотранспортом: автосамосвалами, автобетоновозами и автобетоносмесителями.

Автобетоносмесители целесообразно применять при дальности транспортирования на большие расстояния: до 70 и более км. Они позволяют приготавливать бетонную смесь в процессе транспортировки.

Сухие компоненты бетонной смеси загружают в автобетоносмеситель. Перед прибытием на объект в сухую смесь добавляют воду и барабан смесителя приводится во вращение. На стройплощадке свежеприготовленную бетонную смесь разгружают непосредственно в конструкцию или перегружают в промежуточные емкости – бадьи или контейнеры, которые кранами перемещают для выгрузки в блок бетонирования.

Бетонную смесь уплотняют в монолитных конструкциях трамбованием, вибрированием, вакууммированием. Наиболее распространено уплотнение бетонной смеси в опалубке с помощью навесных, поверхностных или глубинных вибраторов. Поверхностные вибраторы при уплотнении перемещаются по поверхности бетонного блока. Толщина слоя бетона, уплотняемого поверхностными вибраторами, составляет 0,25…0,30 м. Навесные вибраторы укрепляют на опалубке, через которую они передают колебания на бетонную смесь. Глубинные вибраторы погружают в бетонную смесь. При этом толщина уплотняемого слоя бетонной смеси принимается равной 1,25 длины рабочей части вибратора. Для обеспечения сцепления смежных слоев бетона глубинный вибратор частично заглубляют в ранее уложенный слой. Шаг перестановки глубинного вибратора не должен превышать 1,5 радиуса его действия.

Не всегда возможно непрерывное бетонирование конструкций. Поэтому образование рабочих швов практически неизбежно. Рабочим швом называют поверхность стыка между затвердевшим и свежеуложенным бетоном. Сцепление свежеуложенного бетона со старым значительно ниже, чем в монолите. Поэтому рабочие швы следует располагать в местах минимальных напряжений. Для образования рабочих швов в плитах устанавливают плоские щиты или щиты с уступами. Уступ удлиняет поперечную линию шва, способствуя повышению прочности и водонепроницаемости. Вертикальные рабочие швы в стенах устраивают шпоночного или гребенчатого типа. Для повышения сил сцепления бетона в рабочем шве поверхность ранее уложенного затвердевшего бетона очищается от цементной пленки и высолов. Гладкую поверхность шва насекают отбойным молотком, зубилами с последующей промывкой и продувкой сжатым воздухом. Перед укладкой нового бетона поверхность рабочего шва увлажняют.

Твердение бетона в условиях строительной площадки подвержено влиянию атмосферы: перепадам температуры и влажности. Особенно чувствителен к условиям твердения свежеуложенный бетон. Обезвоживание бетона в ранние сроки неблагоприятно отражается на процессах гидратации цемента, может замедлить процесс твердения бетона и привести к недобору прочности.

Мероприятия, направленные на создание благоприятных условий твердения бетона, называют уходом за твердеющим бетоном. Поверхность свежеуложенной бетонной смеси защищают от высыхания, укрывая полимерными пленками, влажным песком или опилками, поливают водой. В условиях понижения температуры твердения бетона замедляется или прекращается рост прочности бетона. Для обеспечения роста прочности в состав бетонных смесей вводят противоморозные добавки, используют обогрев бетона и утепление опалубки теплоизоляционными материалами (метод термоса).

После достижения бетоном распалубочной прочности, указанной в проекте, опалубку разбирают.

Технология сборного железобетона включает следующие процессы:

изготовление арматурных изделий,

- чистку и смазку форм,

- установку в формах арматуры,

- приготовление бетонной смеси;

- транспортировку смеси;

- укладку и уплотнение бетонной смеси,

- ускоренное твердение изделий.

Различают стендовую, поточно-агрегатную и конвейерную организацию производства сборного железобетона.

Стендовая технология предусматривает производство сборных железобетонных изделий в неперемещаемых формах на специально оборудованных площадках – стендах. Стенд представляет собой площадку с ровной поверхностью, оснащенную обогревательным оборудованием для ускоренного твердения железобетонных изделий – трубопроводами для парового теплоносителя или электронагревателями. На стенд устанавливают опалубку, наполняют ее арматурой, укладывают и уплотняют бетон, после чего изделие на стенде подвергают ускоренному твердению прогревом. Специализированные бригады рабочих перемещаются от одного изделия к другому после выполнения своих технологических операций.

Стендовую технологию применяют для изготовления массивных, длинномерных изделий, например, арок, балок, перемещение которых в процессе изготовления затруднено. Достоинством стендового способа являются незначительные капиталовложения, что позволяет организовать производство в кратчайшие сроки. В связи с этим стендовый способ широко применяют в полигонных условиях. Недостатком стендового способа является низкая механизация процесса, и, как следствие, высокая трудоемкость изготовления изделий.

Разновидностью стендового способа является кассетное формование изделий. При кассетном способе изделия изготавливают в вертикальных формах – кассетах, представляющих собой ряд вертикальных отсеков. Кассета оснащается паровой рубашкой для ускоренного твердения бетона. В каждом отсеке формуется одно изделие. Кассетная технология повышает объем производства сборного железобетона с единицы площади цеха. Недостатком кассетного способа является необходимость применения литых смесей, что требует повышенного расхода цемента.

При поточно-агрегатном способе весь технологический процесс изготовления железобетонных конструкций расчленен на 2…3 технологических поста, на каждом из которых работает специализированное звено рабочих. От одного технологического поста к другому изделие перемещают в форме – инвентарной опалубке, состоящей из поддона и бортоснастки, внутрицеховым мостовым краном. При поточно-агрегатном способе обычно установку арматуры в форму, укладку и уплотнение бетонной смеси ведут на одном технологическом посту. Твердение изделий происходит на другом технологическом посту - в пропарочных камерах. Распалубку изделий, чистку и смазку форм выполняют на третьем посту. Поточно-агрегатный способ широко распространен на отечественных предприятиях, так как позволяет выпускать широкую номенклатуру железобетонных изделий и легко переходить на выпуск новых типов изделий.

Конвейерный способ характеризуется максимальным членением технологического процесса по специализированным постам. Каждая операция выполняется на отдельном специализированном посту. От поста к посту с определенным ритмом изделия перемещаются на поддонах вагонеток. Членение технологического процесса по операциям позволяет механизировать и автоматизировать технологический процесс. На конвейере изготавливают однотипные изделия. Недостатком этого способа является трудоемкость перехода на выпуск новых типов изделий.

Наиболее производительным является выпуск изделий методом непрерывного проката. В последние годы он все шире входит в практику предприятий, занимающихся выпуском пустотного настила. Изделие формуется в виде непрерывной ленты в процессе его движения со скоростью 25 м/ч.

4. СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ