Изготовление железобетонных конструкций

Изготовление сборных или монолитных железобетонных конст­рукций включает следующие основные операции: армирование, при­готовление бетонной смеси, укладка бетонной смеси и ее уплотне­ние, твердение.

Армирование

Армирование железобетонных конструкций осуществляют отдель­ными стержнями, сетками, пространственными каркасами, проволо­кой. Стержневую горячекатаную арматуру изготовляют гладкой (класс A-I) или периодического профиля (классов А-И, A-III, A-IV и A-V) (рис. 20.1). Лучшими характеристиками обладает горячекатаная арматура периодического профиля классов Ат-IV, At-V и Ат-VI, под­вергнутая термическому упрочнению. При обозначении класса такой арматурной стали к индексу " А" добавляют индекс " т", стали для кон­струкций, используемых в районах Севера - " с", например Ат-Шс. Сталь с повышенной стойкостью против коррозионного растрескива-

О

эхо

Рис. 20.1. Виды арматуры: а) гладкая стержневая; б) гладкая проволочная; в) горячекатаная пе­риодического профиля; г), д) пряди из проволоки; е) холодносплющен- ная; ж) сварная сетка

ния обозначают A-IVK-AVIK, термически обработанную сваривае­мую сталь - АШС, AIVC. Арматурная холоднотянутая проволока также может изготовляться гладкой (классов B-I и B-II) либо перио­дического профиля (классов Вр-I и Вр-П).' Высокопрочная проволока класса B-II намного превосходит обыкновенную класса B-I по меха­ническим свойствам. В последнее время в железобетонных конструк­циях в качестве ненапрягаемой арматуры предпочтение отдают стержневой арматурной стали классов А-Ш и Ат-IVC, а также арма­турной проволоке Вр-I. К эффективным видам напрягаемой арматуры относятся стержневая арматурная сталь классов A-V, A-VI, Ат-V и At-VI, высокопрочная проволока и получаемые из нее арматурные канаты.

Наиболее употребительные виды арматурных сталей и их ос­новные характеристики приведены в табл. 20.1.

Приготовление бетонной смеси

Бетонные смеси приготовляют в бетоносмесительных цехах пред­приятий сборного железобетона или на автоматизированных бетон­ных заводах.

Приготовление бетонной смеси должно обеспечить получение од­нородной массы. Оно состоит из точного дозирования и смешивания исходных материалов. Составляющие материала дозируют по массе (исключение допускается для воды). Применяют дозаторы с автома­тическим и ручным управлением - последние для малых бетоносме­сительных установок. В автоматических дозаторах с центрального пульта управления осуществляется установка аппаратуры на требуе­мую массу. Допускаются отклонения при дозировании цемента и воды ±1%, для заполнителей - ±2% (по массе).

Бетоносмесительные машины циклического действия подразделя­ют на гравитационные и с принудительным смешиванием. Для полу­чения подвижных бетонных смесей применяют гравитационные бе­тоносмесители, работающие по принципу свободного падения пере­мешиваемого материала. При вращении барабана смесителя (рис. 20.2) внутренние лопасти захватывают бетонную смесь, поднимают ее, затем бетонная смесь свободно падает с некоторой высоты и при этом перемешивается. Время перемешивания, необходимое для по­лучения однородной бетонной смеси, зависит от емкости барабана и подвижности смеси и составляет: для смесителей емкостью до 500 дм³

■ 2 /3

Рис. 20.2. Схема конусного ба­
программе, базирующейся на информации о качестве сырья и ходе технологического процесса.

Бетонный завод должен выдать на каждую партию бетонной смеси паспорт, в котором указывается марка бетона, удобоукладываемость бетонной смеси и др.

Формование и уплотнение бетонной

смеси

В результате уплотнения бетонная смесь заполняет форму или опалубку, причем уплотненная бетонная смесь должна иметь одно­родное строение и минимальный объем воздушных пустот; после уплотнения остается не более 2-3% воздуха (т.е. 20-30 дм^[8] на I м³ бетона).

Для получения плотного бетона необходимо, чтобы | с удобоукладываемость бетон- |

ной смеси соответствовала I g

я? I 30

принятому способу и интен- g g

сивности уплотнения. При з

сильном механическом уп- ^ * _п, _{пл п}, _па

^{J и} о, J 0, 4 0, 6 0, 8 1, 0

ЛОТНеиии (рис. 20.3) жесткие Водоцемеюпное отношение В/Ц

бетонные смеси укладывают­ся плотно. В результате по- Рис.20.3. Влияние интенсивности

вышается прочность бетона уплотнения на прочность бетона:

, I - сильное уплотнение; 2 - слабое уп-

(при сохранении одинакового ^{3 3}

_ч лотнение

расхода цемента).

Основным способом уплотнения бетонных смесей является виб­рирование. При вибрировании частые колебания, создаваемые виб­ратором, вызывают колебательные движения частиц бетонной смеси. Силы внутреннего трения и сцепления между частицами уменьшают­ся, зерна заполнителей укладываются компактно, промежутки между ними заполняются цементным тестом, а пузырьки воздуха вытесня­ются наружу.

Плотность укладки бетонной смеси контролируют по величине коэффициента уплотнения, который равен отношению фактиче­ской плотности свежеуплотненного бетона к его расчетной плотно­сти. Уплотнение считается " полным" при коэффициенте уплотнения 0, 98-1.

Для каждой бетонной смеси имеется своя оптимальная интен­сивность вибрирования, которая достигается правильным сочетанием амплитуды и частоты колебаний.

На заводах сборных железобетонных изделий жесткие бетонные смеси эффективно уплотнять на стационарных низкочастотных резо­нансных виброплощадках с амплитудой 0, 7 мм и частотой 25-30 Гц; к тому же уровень шума при работе низкочастотных виброплощадок сравнительно невысок. Для виброуплотнения подвижных и мелко­зернистых бетонных смесей оптимальные амплитуды уменьшаются до 0, 15-0, 4 мм; соответственно необходимой интенсивности увеличи­вается частота колебаний до 50-150 Гц.

При принятых параметрах вынужденных колебаний для каждой бетонной смеси имеется своя критическая продолжительность вибро­уплотнения.

В зависимости от рода привода и движущей энергии различают электромеханические, электромагнитные и пневматические вибра­торы.

Применяют главным образом вибраторы, приводимые в действие электродвигателем; колебания создаются механическим путем в ре­зультате вращения неуравновешенных грузов (эксцентриков или де- балансов), которые могут быть расположены непосредственно на оси ротора двигателя либо соединены с ним при помощи гибкого вала. Рабочая часть вибратора выполняется в виде площадки (вибропло­щадки, переносные поверхностные вибраторы), или наконечника (штыка, булавы и т.п.).

Для формования сборных железобетонных изделий широко ис­пользуют стационарные виброплощадки различной грузоподъем­ности.

Переносные вибраторы применяют при изготовлении изделий (в особенности крупноразмерных) на стендах, а также для уплотнения монолитного бетона на строительной площадке.

Переносной поверхностный вибратор (рис.20.4) применяют при бетонировании плоских конструкций (плит, полов, дорожных покры­тий), а глубинные вибраторы и с гибким валом - при изготовлении сборных железобетонных конструкций в неподвижных формах и бе­тонировании монолитных конструкций.

Для уплотнения бетонных смесей, укладываемых в массивные (например, гидротехнические) сооружения, применяют перемещае­мые краном пакеты внутренних вибраторов. Они позволяют устра-

tis

в)

Рис. 20.4. Переносные вибраторы: а) поверхностный, б) глубинный; в) с гибким валом

нить ручной труд, применять малоподвижные бетонные смеси (с осадкой конуса 0-2 см) и сильно увеличивать толщину слоя бетони­рования. Этот способ уплотнения используют также для укладки камнебетона.

На практике часто используют комбинированные способы уп­лотнения бетонной смеси. Так, при формовании железобетонных из­делий из жестких бетонных смесей применяют вибрирование под на­грузкой. При величине прессующего давления поверхности изделия 0, 05-0, 15 МПа можно способом вибропрессования плотно уложить особо жесткие бетонные смеси с количеством воды затворения 120- 130 кг/м³ и В/Ц = 0, 3-0, 35.

Виброштампование часто применяют для формования короб­чатых и ребристых плит, лестничных маршей со ступеньками и дру­гих профилированных изделий. Бетонная смесь, уложенная в форму, формуется и уплотняется при помощи погружаемого в нее виброш­тампа.

Вибропрокат осуществляется на специальных вибропрокатных станах. Этим способом изготовляют изделия из тяжелого и легкого бетонов (например, вибропрокатные керамзитобетонные панели).

При центробежном способе формования для уплотнения бетон­ной смеси используют центробежную силу, возникающую при вра­
щении формы с уложенной в нее бетонной смесью. Скорость враще­ния формы 400-900 об/мин. При этом бетонная смесь равномерно распределяется по стенкам формы и хорошо уплотняется. Часть воды затворения (20-30%) отжимается к внутренней поверхности изделия и тем самым понижается величина В/Ц. Это способствует уменьшению пористости и водопроницаемости бетона. Центробежное формование применяют для изготовления полых изделий: железобетонных труб, полых колонн, опор и др.

Вибровакуумирование позволяет извлечь из свежеуложенной бе­тонной смеси 10-20% от общего количества воды затворения и полу­чить более плотный бетон. Вакуумирование осуществляют специаль­ным оборудованием (вакуум-щитами, вакуум-вкладышами и т.п.). Основной его частью является вакуум-полость, в которой создается разрежение. Вакуум-щиты укладывают своей рабочей поверхностью, снабженной фильтровальной тканью, на бетон. Фильтр предотвраща­ет отсос частиц цемента в процессе вакуумирования.

Твердение бетона

Различают естественное и искусственное твердение бетона. Есте­ственное твердение можно ускорить, применяя быстротвердеющие цементы, жесткие бетонные смеси, добавки-ускорители твердения. Искусственное твердение - так называемая температурно- влажностная обработка, применяемая в заводских условиях.

Для получения 70% прочности надо было бы выдерживать изделия в формах в нормальных условиях не менее 7 сут, что потребовало бы громадного количества форм, большого увеличения производствен­ных площадей. Поэтому одной из главных задач в технологии бетона является усовершенствование -существующих и разработка новых методов ускорения твердения бетона.

Широко применяют методы тепловой обработки бетона, которые дают возможность повысить температуру бетона при обязательном сохранении его влажности. В результате увеличивается скорость хи­мических реакций взаимодействия цемента с водой и значительно повышается начальная (суточная) прочность бетона.

На заводах сборного железобетона чаще всего применяют прогрев изделий при атмосферном давлении в паровоздушной среде с темпе­ратурой 80-85°С или выдерживание в среде насыщенного пара при 100°С. Стремятся применять насыщенный пар, чтобы исключить вы­сыхание бетона и создать условия, благоприятствующие гидратации цемента.

Пронаривание при нормальном давлении осуществляют в про­парочных камерах периодического или непрерывного действия. В первом случае отформованные изделия, находящиеся в формах или поддонах, загружают в камеру с крышкой, которая имеет водяной затвор, препятствующий потере пара. В камеру подают пар, и темпе­ратура постепенно (со скоростью 15-20°С/ч) повышается до макси­мальной (80-100°С). При этом изделия прогреваются на всю толщи­ну. Затем дается изотермическая выдержка, после которой изделия медленно охлаждаются. Постепенный подъем температуры и посте­пенное охлаждение обеспечивают более полную гидратацию цемен­та и предотвращают появление трещин в изделиях. Продолжитель­ность пропаривания зависит от химико-минералогической характе­ристики цемента и состава бетона: для изделий из подвижных бе­тонных смесей - 4-8 ч. Режим пропаривания устанавливают после опытной проверки.

Прочность пропаренного бетона (т.е. примерно через 1 сут после изготовления) составляет около 65-75% от марки. Следовательно, пропаривание при нормальном давлении ускоряет твердение бетона примерно в 7-8 раз.

Различают туннельные (горизонтальные) и вертикальные камеры тепловой обработки непрерывного действия. Формы-вагонетки с от­формованными изделиями в этих камерах последовательно проходят три зоны: подогрева, изотермической выдержки и охлаждения. В этих камерах процесс тепловой обработки изделий осуществляется с ис­пользованием принципа противотока. Пар поступает в верхнюю зону камеры (зону изотермического прогрева) через перфорированную трубу. Холодные изделия движутся вверх навстречу все более горячей паровоздушной среде. После прохождения зоны изотермического прогрева изделия опускаются вниз и постепенно охлаждаются.

Для изделий из ячеистых бетонов весьма эффективно запарива­ние в автоклаве (см. рис. 9.3), осуществляемое насыщенным паром высокого давления (0, 8-1, 3 МПа) с температурой 175-200°С.

При электропрогреве в качестве источника тепла используют электрическую энергию. Для прогрева бетона применяют трехфаз­ный переменный ток нормальной частоты (50 Гц). Постоянный ток не пригоден, так как он вызывает разложение (электролиз) воды. Рас­пределение тока в уложенном бетоне осуществляется через металли-

16 - 9453 ческие электроды, располагаемые или на поверхности бетона (пла­стинчатые, полосовые), или внутри него (внутренние стержневые и струнные).

Значительный эффект дает применение кратковременного (в тече­ние 5-10 мин) электроразогрева бетонной смеси до температуры 80- 90°С в специальных бункерах током напряжения 380 В. Предвари­тельно разогретую смесь укладывают в формы и уплотняют. Выделе­ние тепла при гидратации цемента способствует поддержанию повы­шенной температуры твердеющего бетона и ускорению его тверде­ния.

Способ предварительного электропрогрева смеси успешно приме­няют при зимних бетонных работах.

Обработка лучистой энергией эффективна для тонкостенных по­лых изделий. Излучатели инфракрасных лучей в виде нагревательных устройств, обогреваемых электрическим током или газом, помещают в пустоты изделий. Стенки изделия поглощают лучистую энергию, которая аккумулируется в бетоне в виде тепла.

Добавки (хлористого кальция, хлористого натрия, кальциниро­ванной соды, растворимого стекла) ускоряют процессы твердения цемента. Дозировка хлористого кальция составляет 1-2% от массы цемента (считая на безводную соль). Увеличение добавки хлористого кальция может привести к коррозии стальной арматуры, а также к появлению высолов на поверхности бетона. Добавка хлористого кальция в 2-4 раза увеличивает начальную прочность бетона (в воз­расте до 3 сут), а прочность бетона в возрасте 28 сут остается при­мерно той же, что и без добавки. При введении хлористого кальция надо учитывать, что он оказывает пластифицирующее действие на бетонную смесь и дает возможность на 5-6% уменьшить количество воды затворения, а соответственно и расход цемента при изготовле­нии бетона.

Комплексное использование методов ускорения твердения бетона дает наибольший технико-экономический эффект.