Тема 9. Технология сборных железобетонных изделий и конструкций

Железобетон — это комплексный строительный матери­ал, в котором со-единены в единое целое стальная арматура и бетон. Бетон в этом материале воспринимает сжимающие уси­лия, а арматура — растягивающие. Совместная работа бетона и арматуры обеспечивается:

- наличием прочного сцепления бетона с арматурой;

- близостью значений коэффициентов температурного рас­ширения стали и бе-тона, что сводит к минимуму напря­жения в зоне контакта этих материалов при колебаниях температуры;

- надежной защитой арматуры от коррозии.

По способу использования арматуры в конструкциях они под­разделяются на конструкции с обычным армированием и пред­варительно напряженные кон-струкции. В конструкциях с обыч­ной (ненапрягаемой) арматурой стальная арма-тура располагает­ся свободно в растянутой зоне конструкции. Такой способ ар-мирования не предотвращает полностью образования трещин в бетоне в растя-нутой зоне конструкции, так как растя­жимость бетона в 5-6 раз меньше растя-жимости стали. При этом недоиспользуется прочность арматуры в конструкции, а возмож­ное образование трещин может привести к коррозии стальной армату-ры под действием кислых газов или растворов кислот и других веществ, агрес-сивных по отношению к арматуре.

В предварительно напряженных конструкциях арматуру предваритель-но растягивают, закрепляют в таком положении, а затем бетонируют. После затвердевания бетона арматуру осво­бождают от закрепления. При этом она стремится сократить­ся, бетон оказывает сопротивление и в нем возникают сжима­ющие напряжения, происходит обжатие бетона в растянутой зоне конс-трукции.

Обжатие улучшает работу бетона на растяжение и изгиб, так как сжи-мающие усилия, возникающие в нем в процессе передачи напряжения арма-туры на бетон, при приложении внешней нагрузки компенсируются растяги-вающими. Пред­варительное натяжение при применении высокопрочной арма­туры и полном использовании ее несущей способности позво­ляет достигнуть экономии металла до 40%.

Железобетонные конструкции — один из основных видов современных строительных конструкций. Они подразделяются на монолитные, сборные и сборно-монолитные. Монолит­ные конструкции изготавливаются в опалубке на месте вы­полнения строительных работ, сборные — на заводах сборно­го же-лезобетона, откуда их доставляют на строительную пло­щадку для монтажа зданий и сооружений. Сборно-монолит­ный железобетон рационально сочета-ет эти две разновиднос­ти материала, которые в конструкции работают как единое целое. Такие конструкции используют в тяжелых условиях: при боль-ших динамических нагрузках, в районах с высокой сейсмичностью, в строи-тельстве гидростанций и т.д.

Сборные железобетонные изделия и конструкции.

Эффективность сборного железобетона обеспечи­вается унификацией из-делий массового производства, так как при выпуске большого объема одноти-пной продукции легче автоматизировать производство и совершенствовать техноло­гию, обеспечивая высокое качество продукции.

По назначению сборные железобетонные изделия можно условно под-разделить на группы: для жилых и общественных зданий, для промышленных зданий, для инженерных соору­жений и изделия общего назначения. При воз-ведении зданий применяют сборные железобетонные фундаментные плиты и блоки; внутренние и наружные стеновые панели; стеновые бло­ки; плиты пере-крытий сплошные, ребристые, многопустот­ные; плиты покрытий; колонны; ригели; лестничные площадки и марши; фермы, стропильные балки; объем-ные блоки и дру­гие изделия.

В транспортном строительстве используют мостовые кон­струкции, опо-ры контактных сетей, шпалы, аэродромные и дорожные плиты, тюбинги. Ши-рокое применение находят на­порные и безнапорные железобетонные трубы для водопро­водных и канализационных сетей. В гидротехническом строи­те-льстве используются сборные элементы плотин, облицовоч­ные плиты кана-лов.

Соединение сборных железобетонных элементов между собой произ-водится сваркой металлических закладных дета­лей, выступающих из тела бетона. Отделка заключается в обработке лицевых поверхностей изделий до окончательной готовности. Комплектация представляет собой объединение железобетонного изделия с другими элементами или устройствами для сокра-щения объе­ма работ при монтаже.

Для железобетонных конструкций используют преимуще­ственно тяже-лые и легкие бетоны. В конструкциях с ненапрягаемой арматурой применяют тяжелый бетон классов В10-В25, в предварительно напряженных конструк-ци-ях используют бо­лее прочный бетон классов В25-В40 и высокопрочный, клас­сов В50-В80. Из легких бетонов наибольшее распространение получил для прои-зводства ограждающих конструкций керамзитобетон клас­сов по прочности В2-В7,5 при средней плотности 600-900 кг/м³.

Для несущих конструкций используются легкие бетоны клас­сов В7,5-В40 при средней плотности 1300-1800 кг/м³.

Ячеистые бетоны находят применение в производстве ар­мированных панелей наружных стен, плит покрытий и др.

К бетону в железобетонных конструкциях предъявляют два дополнитель-ных требования: обеспечение сцепления с армату­рой и защита от коррозии. Сцепление бетона с арматурой зави­сит от прочности бетона и адгезионных свойств цементного кам­ня (адгезия — сцепление поверхностей разнородных материа­лов). Примерная величина прочности сцепления тяжелого це­ментного бетона с гладкой арматурой составляет 0,15-0,20 .

Прочность сцепления значительно возрастает при исполь­зовании арма-туры с периодическим профилем, так как при этом увеличивается поверх-ность контакта и дополнительно включается зацепление бетона между высту-пами на арматур­ном стержне.

Долговременная совместная работа бетона с арматурой воз­можна, если арматура не подвергается коррозионному разру­шению под действием внеш-ней среды. В цементных бетонах слитного строения на плотных и пористых заполнителях со­здается среда с высокой щелочностью, так называемая поро-вая жидкость бетона. В этих условиях на поверхности армату­ры образуется защитная пленка, которая препятствует разви­тию коррозии и обеспечивает со-хранность арматуры в бетоне. Для обеспечения защиты арматуры от коррозии в конструкци­ях всегда имеется защитный слой бетона толщиной 15-30 мм.

В ячеистых бетонах с высокой пористостью структуры ар­матуру необ-ходимо защищать специальными антикоррозион­ными покрытиями.

Арматуру для железобетонных конструкций изготовляют из углеродис-тых и низколегированных сталей в виде стерж­ней и проволоки гладкого и пе-риодического профиля. Основ­ным нормируемым показателем механических свойств стали является класс арматуры по прочности на растяжение. Арма­ту-рная сталь подразделяется на:

горячекатаную (А), диаметром 6-80 мм;

термомеханически упрочненную (Ат), диаметром 6-40 мм;

холоднотянутую (В и Вр), диаметром 3-12 мм.

Армирование железобетонных конструкций выполняется раз­личными ар-матурными элементами из ненапрягаемой армату­ры; отдельными стержнями прямыми и с отгибами, сетками, плоскими и пространственными каркасами. Кроме этого, в кон­струкциях устанавливаются закладные детали для соединения их при монтаже и петли для транспортировки и монтажа.

Для изготовления сеток и каркасов используют хорошо сва­риваемые го-рячекатаные стали с малым содержанием углеро­да и проволоку классов Вр 500 и Вр 600. Отдельные стержни, которые располагаются в растянутой зоне и воспринимают ра­стягивающие усилия, выполняют из арматурной стали клас­сов А600, Ат600, Ат 600С и др. (буква С в обозначении класса означает — сталь свариваемая).

Петли изготовляют из пластичных малоуглеродистых ста­лей классов А240, А300.

Арматурные элементы, применяемые в предварительно напряженных конструкциях, состоят из собственно арматуры и различных устройств для ее закрепления при натяжении. В качестве арматуры используют отдельные проволоки и стер­жни, а также несколько несколько проволок, собранных в так называемый проволочный пакет. Довольно часто используются арматурные канаты, которые свиваются из нескольких прово­лок. Устройства, которые ис-пользуют для закрепления арма­туры, располагаются по концам арматурного элемента и на­зываются анкерами и зажимами. Анкеры используются одно­кратно, зажимы применяют для временного закрепления ар­матуры и исполь-зуют многократно (рис. 9.1).

Рис. 9.1. Основные виды анкеров и зажимов: а, б, в— анкеры; г, д, е — за-жимы; а — опрессованная шайба; б — высаженная головка; в — приваренные коротыши; г — зажим НИИЖБа; д — клиновой зажим; е — цанговый зажим: 1 — арматурный стержень; 2 — шайба; 3 — высаженная головка; 4 — опорная шайба; 5 — короты­ши; 6— корпус зажима; 7— клин; 8 — плита; 9— канаты; 10— корпус цангового зажима; 11 — зажимные губки

Производство сборных и монолитных железобетонных изделий.

Сборные железобетонные конструкции изготовляют на заво­дах сборного железобетона. Производство сборного железобето­на складывается из следую-щих основных технологических про­цессов: приготовление бетонной смеси; из-готовление арматур­ных элементов; формование изделий, включая армирование; теп­ловая обработка отформованных изделий. Для некоторых видов изделий производится дополнительно отделка лицевых поверх­ностей (панели наружных стен, экраны балконов и лоджий и др.), укрупнительная сборка и комплектация строительных конструк­ций (комплексные плиты перекрытий и покрытий, на-ружные стеновые панели, санитарно-технические кабины и др.).

Изготовление арматурных элементов производится в ар­матурных це-хах, куда сталь больших диаметров поступает в виде прутков определенной длины, а при диаметрах 12 мм и менее — в мотках (бухтах). Поступившая сталь подвергается заготовительным операциям: правке, чистке, резке на стерж­ни определенной длины и, в некоторых случаях, гнутью для получения отгибов. Из заготовленных стержней методом свар­ки изготовляют сетки и каркасы. Для сварки используют в основном контактно-точечную электросварку на вы-сокопроиз­водительных сварочных машинах.

Армирование изделий и конструкций пространственными каркасами значительно сокращает трудоемкость и длитель­ность операции армирования при формовании. Пространствен­ные каркасы собираются из плоских сеток и каркасов, кото­рые изгибают под нужным углом. Между собой элементы про­странственного каркаса соединяются точечной сваркой. Для сварки каркасов квадратного и круглого сечения используют специальные каркаснонавивоч-ные машины.

При изготовлении предварительно напряженных изделий натяжение арматуры в большинстве случаев производят на упоры форм до бетонирова-ния. Для натяжения применяют механический, электротермический и элект-ротермомеханический способы. При механическом способе напрягаемая арма-ту­ра растягивается осевой нагрузкой с помощью гидродомкра­тов и в таком положении закрепляется в упорах фо.рмы.

Электротермический способ заключается в удлинении стер­жня при нагре-ве его электрическим током, после чего нагре­тый стержень закрепляется в фо-рме. При остывании стержень стремится укоротиться, но этому препятствует форма, и в ре­зультате в стержне создаются растягивающие напряжения.

Электротермомеханический способ сочетает в себе оба рас­смотренных: нагретая арматура натягивается механическим способом.

Формование изделий — важнейший технологический про­цесс, который включает следующие операции:

- установка в подготовленную форму ненапрягаемой арма­туры и натяжение на упоры формы напрягаемой армату­ры или закрепление в упорах формы нагре-той арматуры (для предварительно напряженных изделий);

- собственно формование — укладка и распределение бе­тонной смеси в форме, уплотнение бетонной смеси, за­глаживание открытой поверхности изделий;

- подготовка формы после тепловой обработки изделий;

- передача предварительного натяжения на бетон (для предварительно напря-женных изделий), извлечение из­ делия из формы (распалубка), чистка, смаз-ка и сборка формы.

Выбор способа формования во многом зависит от того, какие использу-ются формы — стационарные (неперемещаемые) или перемещаемые с помо-щью кранов, специальных тол­кателей и другими способами.

При изготовлении изделий в стационарных формах все опе­рации произ-водятся последовательно на одном рабочем мес­те. По этой технологии изго-товляют предварительно напря­женные конструкции сложного профиля, боль-ших размеров и массы (фермы, балки покрытий, крупногабаритные плиты покрытий и перекрытий и т.п.) и плоские панели перекрытий и внутренних стен в многоместных формах-кассетах. Для уплот­нения бетонных смесей в ста-ционарных формах используют навесные, глубинные и поверхностные виб-раторы.

При изготовлении изделий в передвижных формах опера­ции по устано-вке арматуры в форму, укладке и уплотнению бетонной смеси, подготовке формы выполняют на несколь­ких рабочих местах (постах). На каждом посту установлено оборудование, обеспечивающее выполнение определенной опе­ра-ции. Пост, на котором производится укладка и уплотнение бетонной смеси, оборудован бетоноукладчиком и вибропло­щадкой. Уложенная и равномерно распределенная по форме бетонная смесь уплотняется при помощи вибропло-щадки. Если изделие имеет большую открытую поверхность, например плит-ные конструкции, то производится обработка поверхнос­ти изделий навешен-ными на бетоноукладчик заглаживающи­ми устройствами (виброрейки, вибро-балки и др.). Заглажива­ние обеспечивает уплотнение бетона в поверхностном слое и получение гладкой и ровной поверхности.

Для изготовления труб и опор линий электропередач при­меняют центри-фугирование. При центрифугировании исполь­зуют бетонные смеси с осадкой конуса 5-9 см и расходом це­мента 350-450 кг/м³. За счет отжатия части воды из бетонной смеси в процессе формования получают плотный и прочный бетон из подвижных смесей.

Для формования многопустотных панелей используются в сочетании с виброплощадками формовочные установки с вы­движными вибровкладышами, внутри которых укреплены вы­сокочастотные вибраторы. Уплотнение смеси и создание пус­тот в изделии производится вибровкладышами (внутреннее виб-роуплотнение), для лучшего уплотнения верхнего слоя бе­тона применяют пригрузы. Сразу после формования вибро­вкладыши извлекают, пригруз сни-мают. Для формования мно­гопустотных изделий используют жесткие смеси.

В заводских условиях для ускорения твердения бетона наи­более широко применяют тепловлажностную обработку (пропаривание) в пропарочных ка-мерах периодического и непрерывного действия при нормальном давлении. Изделия в каме­рах прогревают паром до температуры 60-90 °С. Подъем тем­пе-ратуры производят постепенно, чтобы не повредить струк­туру бетона. При этой температуре изделия выдерживают не­сколько часов для набора требуе-мой прочности, затем темпе­ратуру медленно понижают. Общая продолжите-льность теп­ловой обработки тяжелого бетона составляет 7 и более часов и за-висит от прочности бетона, характеристик изделий, свойств цемента и др.

Тепловую обработку бетона можно производить непосред­ственно в фор-мах, имеющих специальные полости (термофор­мы), в которые подается пар. Находит применение также элек­тротермообработка, основанная на преобразо-вании электричес­кой энергии в тепловую.

Монолитный железобетон в ряде областей строительства обеспечивает высокий технический и экономический эффект. Монолитные железобетонные конструкции используются в подземных частях зданий и сооружений, для фу-ндаментов под технологическое оборудование, в конструкциях массивных стен, в гидротехническом и дорожном строительстве. В по­следнее время мо-нолитный бетон находит все большее при­менение в домостроении.

При изготовлении монолитных конструкций все техноло­гические опе-рации — монтаж опалубки; установка арматуры; укладка, распределение и уп-лотнение бетонной смеси в опа­лубке; уход за твердеющим бетоном выполня-ются на месте возведения конструкций. Опалубка изготовляется из метал­ли-ческих листов, досок, фанеры с полимерным покрытием. Наиболее часто ис-пользуется инвентарная (используемая мно­гократно) опалубка, которая по ко-нструкции подразделяется: на унифицированную сборно-переставную, соби-раемую из от­дельных щитов; горизонтально перемещаемую для бетониро­ва-ния протяженных конструкций и скользящую. Скользящая опалубка исполь-зуется для послойного бетонирования верти­кальных элементов. Она подни-мается домкратами вверх по мере бетонирования.

Приготавливают бетонные смеси на стационарных или пе­редвижных бе-тоносмесительных установках, а также в авто­бетоносмесителях, загружаемых сухими бетонными смесями.

Производство смесей комплексно механизировано и автома­тизировано, что обеспечивает их высокое качество. Доставка бетонной смеси к месту укла-дки производится преимуществен­но автомобильным транспортом: бетоново-зами, специально оборудованными автосамосвалами и автобетоносмесителя-ми. Арматура для конструкций изготавливается на специали­зированных пред-приятиях и доставляется на строительную пло­щадку в виде готовых элемен-тов.

Подачу бетонной смеси в опалубку с установленной арма­турой произво-дят несколькими способами: в бадьях с помо­щью крана, путем непосредст-венной выгрузки из автотранс­порта по наклонным лоткам, ленточными кон-вейерами, бето­нонасосами и специализированными бетоноукладчиками.

Для уплотнения смеси в массивных конструкциях исполь­зуют глубин-ные вибраторы. Поверхностные вибраторы при­меняют для уплотнения плос-ких конструкций толщиной до 20-25 см (перекрытия, покрытия дорог и т.п.).

Твердение бетона происходит в естественных условиях, поэтому необ-ходимо учитывать влияние погодных условий. В зимнее время наиболее рас-пространенным безобогревным методом ухода за бетоном является «метод термоса». В жар­кое время года осуществляются мероприятия по уходу за бе­тоном, обеспечивающие надлежащий влажностный режим твердения.