Технология производства железобетонных изделий

средственной зависимостью с интенсивностью вибровоздействия и давлением пригруза (усилием прессования; см.п. 7.3). Преимущественно жесткость бетонных смесей при частичной немедленной распалубке изделий на поддон соответствует диапазону в 10…20 с (марки Ж1…Ж2), возрастая при полной распалубке изделий до 30…40 с (марки Ж3…Ж4). Соответственно более интенсивным должно быть воздействие на формуемый бетон.

Существенную роль для качественного уплотнения жестких тяжелобетонных смесей играет рациональный зерновой состав заполнителя. Наиболее целесообразно использовать смеси мелкого (песка) и крупного (до 10…12 мм) щебня (предпочтительно – кубовидной формы) заполнителей, которая характеризуется величиной модуля крупности Мк ~ 4,5…4,7. При этом песок во всех случаях (включая наличие щебня) должен быть крупнозернистым (Мк > 2,5), многофракционным, с минимальными пустотностью и удельной поверхностью. Это предпосылка минимизации расхода цемента, т.е. объема цементного камня в затвердевшем бетоне. Как следствие, обеспечивается снижение пористости бетона, т.к. в тяжелом бетоне на заполнителях плотных горных пород пористость сосредоточена в объеме цементного камня (включая поры зон его контакта с поверхностью заполнителей).

Формование бетона изделий с немедленной распалубкой (преимущественно мелкоштучных: тротуарных (и иных) плит, бортового камня, стеновых камней и блоков и т.п.) осуществляют в вариантах вибропрессования и прессования, подробно рассмотренных в разделе 7. В современных условиях этот процесс осуществляют с использованием специализированных технологических линий, комплексно оснащенных оборудованием, которое обеспечивает выполнение всех операций цикла формования: от подачи поддонов до их пакетирования со свежеотформованными изделиями в устройстванакопители для последующей тепловой обработки (или «естественного» твердения).

Формующие устройства (отечественного и зарубежного производства) оснащаются различными формами-матрицами и соответствующими им пригрузами, что позволяет по мере надобности переходить на выпуск продукции разных конфигураций и типоразмеров (например, тротуарных плит разных видов), а также видов изделий (например, тротуарных плит и бортового камня).

Специализированные под 2-х слойное формование изделий устройства оборудуются соответствующей системой загрузки бетонной смеси (два загрузочных ящика). Эти устройства позволяют формовать изделия с фактурным (лицевым) цветным слоем бетона (тонким (≤ 10 мм) с целью экономики пигмента и белого цемента), а также с сочетанием основного слоя из бетона с крупным заполнителем и фактурного цементно-песчаного (цветного или рядового), т.е. мелкозернистого бетона, обеспечивая гладкую поверхность из-

251

делий. Следует отметить, что плотность (и непроницаемость), прочность и долговечность бетона с крупным заполнителем выше, чем у цементнопесчаного бетона, а расход цемента ниже (при прочих равных условиях). Однако лицевая поверхность изделий из бетона с крупным заполнителем более шероховата (за счет «выхода» зерен щебня на поверхность), что не является дефектом с позиций обеспечения физико-механических характеристик и мо- розо-, солестойкости бетона, но может войти в противоречие с действующими нормативами Беларуси по категории качества поверхности (по СТБ 10712007 Требуется категория А4 по ГОСТ 13015.0).

Учитывая это несоответствие данный стандарт предоставляет право заказчику (потребителю) и изготовителю на договорной основе в индивидуальном порядке изготавливать изделия с лицевой поверхностью по оговоренному трафарету (с отклонениями от требований к ней по СТБ 1071-2007).

Тепловую обработку изделий с немедленной распалубкой (особенно, тротуарных плит и бортового камня, к бетону которых предъявляют повышенные требования в части морозо-, солестойкости) рекомендуется осуществлять при температуре не более 40 0С, в среде с повышенной (≥ 90 %) относительной влажностью. Рекомендуемая скорость подъема температуры и ее снижение после прогрева не более 5 0С за час.

Наиболее рационален (и с позиций снижения затрат энергии, и с позиций обеспечения качества бетона и изделий) режим тепловой обработки по методу «горячего термоса (см. п. 8.4 энергосберегающие технологии).

Естественное твердение изделий с немедленной распалубкой (без подвода тепла от искусственных источников) должно осуществляться в условиях гидроизоляции внешнего контура (например, полиэтиленовой пленкой или специальными съемными колпаками из той же пленки или иных поронепроницаемых материалов), при создании во внутреннем объеме среды с повышенной влажностью (эжекцией воды, путем увлажнения и т.п.).

Рационально в летний период работ использовать солнечную энергию и обеспечиваемый ей парниковый эффект, соблюдая условия гидроизоляции внешнего контура (см. п. 8.4).

11.2Особенности технологии формования изделий разных видов.

Тротуарные (и иные) плиты в современных условиях преимущественно формуют с частичной немедленной распалубкой «на поддон».

Известны менее распространенные технологии и технологические линии формования плит с полной немедленной распалубкой вибропрессованием и двухслойным фильтрационным вибропрессованием (см.п. 7.4).

Фактурные слои (из цветного бетона) преимущественно выполняют в варианте двухразовой загрузки форм-матриц – основным, а затем фактурным слоем, при последующем одновременном уплотнении. Раздельное (послой-

252

ное) уплотнение с использованием давления пригруза не рационально, т.к. в дальнейшем сопровождается отслоением фактурного слоя, в связи с ухудшением его сцепления с базовым слоем бетона по плоскости раздела.

Для оголения декоративного заполнителя фактурного слоя изделия шлифуют. В частности, при варианте изготовления декоративных плит (пола, облицовок) по технологии фильтрационного вибропрессования (п. 7.4).

Бортовые камни малых типоразмеров (для устройства пешеходных дорожек, тротуаров и т.п.) формуют «на поддон» в двух вариантах: плашмя и на ребро; в остальном их технология соответствует ранее рассмотренной.

Дорожные бортовые бетонные камни длиной до 1000 мм для устройства дорожных бордюров, изготавливаемые вибропрессованием, формуют как «на поддон», так и в варианте формования «на пол». В последнем случае используют специализированные формующие установки, которые передвигаются вдоль оси подготовленной соответствующим образом площадки (рационально – деревянного пола-настила из шпунтованной сплоченной доски, пропитанной водоотталкивающими составами), на которую формуют (преимущественно по три-четыре) изделия за один прием. На период твердения бетона изделия укрывают паронепроницаемым материалом (например, полиэтиленовой пленкой) или съемными колпаками.

Железобетонные бортовые дорожные камни больших типоразмеров (дорожный бордюр длиной до 3 м и более) изготавливают из пластичных бетонных смесей по традиционной технологии в многоместных формах с уплотнением бетона вибрированием.

Блоки стен подвалов с частичной немедленной распалубкой (размерами до 2400х600х600 мм) изготавливают в аналогичном дорожным бортовым камням варианте формования «на пол», на подготовленное основание – площадку. Формующее самоходное устройство перемещается по рельсовому пути. Оно оснащено приемным (одновременно – загрузочным) бункером из расчета формования за один прием до трех блоков. Вертикально перемещающаяся форма-матрица оснащена навесными вибраторами для уплотнения бетона. Заглаживание поверхности после формования и установка монтажных петель осуществляется до подъема формы-матрицы вручную операто- ром-формовщиком. Используются бетонные смеси жесткостью ~ 10…20 с (марки Ж1 и Ж2) с крупным заполнителем до 20 мм (допускается до 40 мм). Это позволяет формовать блоки без пригруза и, одновременно, обеспечивать сохранение их формы при съеме формы-матрицы вертикальным подъемом. Для облегчения съема стенки ее внутренних полостей выполнены с технологическим уклоном. Последующее твердение бетона осуществляется с укрытием изделий паронепроницаемым материалом или съемными колпаками.

253

11.3Особенности формования стеновых блоков.

Бетонные стеновые блоки (наибольший размер до 400…600 мм) изготавливают с использованием мелкозернистого (цементно-песчаного) тяжелого бетона и легкого бетона.

На территории Беларуси производство стеновых блоков из тяжелого бетона развитие не получило, т.к. даже их комплексный вариант (с заполнением пустот теплоизолирующим материалом, что существенно усложняет технологию производства) не конкурентноспособен по теплоизолирующей функции и стоимости с керамзитобетонными и газосиликатными блоками отечественных производств.

Стеновые блоки из легкого бетона на керамзитовом заполнителе (песке и гравии) изготавляют полнотелыми, т.е. сплошного сечения (без пустот, или рядовые блоки), предназначенные для кладки внутренних стен и перегородок, а также многопустотными. Основное предназначение последних – возведение (устройство) наружных стен зданий различного назначения (самонесущих для многоэтажных и несущих, в варианте малоэтажного строительства).

На технологических линиях по изготовлению многопустотных стеновых блоков практикуется формование двух видов блока: типа «колпак» и со сквозными пустотами. В варианте «колпак» верхняя грань блока сплошная; пустоты «не доходят» до его поверхности. С этой целью пустотообразующие элементы в форме-матрице (в их сборе к моменту загрузки смеси) располагаются ниже ее верхней грани на расчетную толщину будущей «полки» изделия. В этом варианте блок характеризуется наличием сплошных стенок и верхней грани, что удобно для последующей работы при кладке стен из блоков этого типа. Одновременно верхняя полка (даже из легкого бетона) создает зону с меньшим сопротивлением теплопередаче, чем остальная площадь блока.

Вариант стеновых блоков со сквозными пустотами имеет две основные разновидности. В первом случае пустоты крупные: одна или несколько, которые затем либо на стадии производства блоков заполняются теплоизолирующим материалом, либо выполняется колодцеобразная кладка стен, с последующим заполнением пустот теплоизолирующим материалом в построечных условиях. Этот вариант (и его разновидности) имеет ограниченное применение, в основном для малоэтажного строительства.

Более широкое применение получил вариант формования стеновых многопустотных блоков со щелеобразными (объемно-плоскими пустотами), которые смешены друг относительно друга, чем уменьшается количество «мостиков холода» по поперечному сечению блока. Эти блоки, отформованные из поризованного (крупнопористого) легкого керамзитобетона, получили название «ТермоКомфорт», т.к. характеризуются высоким коэффициентом

254

сопротивления теплопередаче за счет рационально расположенных пустот (до 7…13 по сечению, в зависимости от ширины блока) и низкой теплопроводности бетона (≤ 0,14 Вт/м∙0С).

Искусственная поризация бетона достигается особенностями технологии его приготовления. В частности, керамзитовый заполнитель первоначально смешивается с частью воды затворения и увлажняется. Затем в бетоносмеситель (принудительного принципа действия) при непрерывном перемешивании подается цемент, который «адсорбируется» на поверхности зерен заполнителя и смачивается имеющейся на его поверхности водой. Образуется жесткая рыхло-сыпучая бетонная смесь, которую формуют при интенсивном вибрационном воздействии с одновременным прессующим давлением. При формовании такой сверхжесткой смеси тиксотропное разжижение цементного теста проявляется в основном только в тех его объемах, которые находятся в зонах взаимных контактов зерен заполнителя. То есть, в ограниченных объемах, благодаря чему в затвердевшем бетоне слитная структура цементного камня формируется только в зонах контакта между зеренами заполнителя. В межзерновом пространстве «скелета» из зерен заполнителя цементный камень отсутствует, а образующаяся при этом открытая, сообщающаяся пористость бетона обеспечивает ему хорошую паро-, газопроницаемость. После оштукатуривания (или иного варианта отделки) внутренней и внешней поверхностей эта пористость (заполненная воздухом), в сочетании с пористостью керамзитового заполнителя, обеспечивает бетону низкую теплопроводность.

255

ПРИЛОЖЕНИЕ

Технология и способы предварительного напряжения стальной арматуры и примеры расчета

256

1. Технология предварительного напряжения арматуры

Предварительно напряженными называют такие железобетонные конструкции, в которых в процессе изготовления искусственно созданы значительные сжимающие напряжения в бетоне путем натяжения высокопрочной арматуры. Начальные сжимающие напряжения создаются в тех зонах бетона, которые впоследствии под воздействием нагрузок испытывают растяжение. В отдельных случаях (например, при изготовлении преднапряженных плит на длинных стендах безопалубочного формования) по конструктивным соображениям напрягают арматурные элементы сжатой в процессе эксплуатации зоны бетона.

Суть использования предварительно напряженного железобетона заключается в экономическом эффекте, который достигается применением высокопрочной арматуры с обеспечением высокой трещиностойкости конструкций и, как следствие, их повышенной жесткостью и сопротивлением динамическим нагрузкам, что сопровождается ростом коррозионной стойкости и долговечности конструкций. В исключительном случае (для стендов безопалубочного формования «пласта» изделий, нарезаемых затем по требуемой длине), напряжение арматуры сжатой зоны бетона предотвращает спонтанное образование трещин в этой зоне при передаче усилия от рабочей арматуры на затвердевший бетон.

Впредварительно напряженном элементе под нагрузкой бетон испытывает растягивающие напряжения только после погашения начальных сжимающих напряжений.

Врезультате предварительно напряженные железобетонные элементы работают под нагрузкой без трещин или с ограниченным по ширине их раскрытием и прогибом по сравнению с конструкциями без предварительного напряжения. В этом их отличие от конструкций без предварительного напряжения, с вытекающими отсюда особенностями их расчета, конструирования и изготовления.

Впроизводстве предварительно напряженных элементов возможны два способа создания предварительного напряжения: натяжение арматуры на упоры; натяжение на бетон.

При натяжении на упоры арматуру заводят в форму до бетонирования элемента, натягивают механическим, электротермическим или злектротермомеханнческим способом до заданного контролируемого напряжения, а после приобретения бетоном необходимой прочности перед обжатием отпускают с упоров. Арматура восстанавливает упругие деформации в условиях сцепления с бетоном (анкерения) и обжимает окружающий бетон.

При натяжении на бетон сначала изготовляют бетонный или армированный элемент, затем при достижении бетоном необходимой прочности создают в нем предварительное сжимающее напряжение, для чего напрягаемую арматуру заводят в каналы или в пазы, оставляемые при бетонировании элемента, и натягивают его на бетон. При этом способе напряжение в арматуре

257

контролируют после окончания обжатия бетона. Каналы в бетоне, превышающие диаметр арматуры на 5... 15 мм, создают укладкой извлекаемых впоследствии пустообразователей (стальных спиралей, резиновых трубок и т.п.) или оставляемых в бетоне гофрированных стальных трубок. Сцепление арматуры с бетоном (если оно используется) создается после обжатия инъецированием - нагнетанием в каналы цементного теста или раствора под давлением. Если напрягаемую арматуру располагают с внешней стороны элемента (кольцевая арматура труб, резервуаров и т.п.), то навивку ее с одновременным обжатием бетона выполняют специальными навивочными машинами. В этом случае на поверхность элемента после натяжения арматуры наносят защитный слой бетона.

Натяжение на упоры, как более производительное при серийном изготовлении изделий, является основным способом в заводском производстве. Натяжение на бетон применяется, главным образом, для крупноразмерных конструкций и при соединении их во время монтажа.

1.1.Область применения и основные положения

Изготовление предварительно напряженных железобетонных конструкций должно осуществляться по рабочим чертежам конструкций, соответствующим действующей нормативно-технической документации.

Выбор технологической схемы изготовления предварительно напряженных конструкций рекомендуется осуществлять в каждом случае с учетом конкретных условий, типа конструкций, характеристик и свойств материалов, наличия оборудования и обосновывать технико-экономическими расчетами.

При организации производства предварительно напряженных железобетонных конструкций следует проверить соответствие принятых в проекте данных фактическим условиям изготовления - способу натяжения арматуры, деформации форм или поддонов, податливости анкерных устройств. Если технология и оборудование не отвечают требованиям проекта, то способ изготовления и оснастку следует привести в соответствие с данными рабочих чертежей или совместно с проектной организацией скорректировать рабочие чертежи конструкции с учетом специфики ее изготовления на данном предприятии.

При изготовлении предварительно напряженных железобетонных конструкций необходимо обеспечить их свободное деформирование при передаче усилия предварительного напряжения на бетон, для чего изделие должно быть освобождено от элементов форм и других деталей оснастки, препятствующих его деформации.

Необходимо также принять меры для обеспечения свободных деформаций изделия от воздействия температуры и усадки бетона.

При освоении на каждом предприятии выпуска новых конструкций первые из них надлежит испытать до разрушения в соответствии с требованиями ГОСТ 8829 «Конструкции и изделия бетонные и железобетонные сборные. Методы испытаний нагружением и оценка прочности, жесткости, трещино-

258

стойкости».

Изготовление предварительно напряженных железобетонных конструкций должно сопровождаться систематическим контролем качества заполнителей, цемента, арматуры, бетонной смеси, величины предварительного напряжения, прочности бетона при передаче усилия обжатия на конструкцию и в 28-дневном возрасте, базовых размеров изделий.

Изготовление предварительно напряженных железобетонных конструкций с натяжением арматуры на упоры производится по следующим схемам:

1)в перемещаемых силовых формах по агрегатно-поточной технологии или на конвейерах;

2)на коротких и длинных стендах в обычных (несиловых) формах или в варианте безопалубочного формования на поддон;

3)в стационарных силовых формах (т.е. формах, воспринимающих усилие натяжения арматуры в период изготовления конструкций и твердения бетона до приобретения им прочности, достаточной для восприятия усилия обжатия конструкций).

Натяжение высокопрочной стержневой горячекатаной (упрочненной вытяжкой) и термомеханически упрочненной арматуры классов S540 (А400в;А- IIIв), S800 (A800;A-V), S1200 (A1200;A-VII) диаметром 8...22 мм рекоменду-

ется осуществлять электротермическим способом, а диаметром 25...40 мм - механическим.

Натяжение высокопрочной арматурной проволоки классов S1400 (Вр-II

иВ-II), канатов классов К-7 и К-19 и стержневой термомеханически упрочненной арматуры классов S1200 (A1200;A-VII), а также преднапряжение арматуры изделий, относящихся к I категории трещиностойкости, рекомендуется осуществлять механическим способом.

Механический способ натяжения стержневой арматуры диаметром 8...22 мм указанных классов может применяться при наличии соответствующего оборудования и при условии обеспечения требуемой производительности технологических линий.

При непрерывном армировании изделий высокопрочной проволокой или канатами рекомендуется применять электротермомеханический способ натяжения.

Допускается использовать электротермический способ для натяжения стержневой термомеханически упрочненной стали классов S1200 (A1200;A- VII) при условии соблюдения требований п. 4.1, п/п 4 настоящего пособия.

Электротермический способ также может быть допущен для натяжения высокопрочной проволоки класса Вр-II при условии соблюдения требований п. 4.1, п/п 4 настоящего пособия.

При изготовлении конструкций на длинных и коротких стендах следует преимущественно применять арматурные канаты классов К-7 и К-19, унифицированные пакеты высокопрочной проволоки класса Вр-II с натяжением механическим способом.

Выбор напрягаемой арматуры и способа натяжения при изготовлении

259

предварительно напряженных железобетонных конструкций в стационарных силовых формах зависит от требований проекта, наличия оборудования для натяжения, длины изделия и вида применяемой на данном предприятии напрягаемой стали и определяется технико-экономическим расчетом.

Стержневую арматуру классов S800 (A800;A-V), S1200 (A1200;A -VII)

рекомендуется применять для изделий длиной до 12 м; для изделий большей длины применяется проволочная и канатная арматура классов S1400 (Вр-II), К-7 й К-19, а также свариваемая или с винтовым профилем стержневая арма-

тура классов S800 (A800;A-V), S1200 (A1200;A-VII).

1.2.Арматурные стали

Вкачестве напрягаемой арматуры предварительно напряженных конструкций следует применять стержневую арматуру классов S540, S800 и S1200, проволочную и канатную арматуру класса S1400. По способу производства арматура может быть горячекатаной (в том числе упрочненной вытяжкой), термомеханически упрочненной, холоднодеформированной. Требования к механическим свойствам арматуры регламентируются соответствующими стандартами.

Расчетные и нормативные сопротивления арматурной стали видов и марок, перечисленных в табл. 1 и 2, а также условия их применения в железобетонных конструкциях следует принимать согласно СНБ 5.03.01-02 «Бетонные и железобетонные конструкции».

Таблица 1 – Характеристики напрягаемой арматуры

260