Теоретические основы производства железобетонных изделий

По основному назначению различают следующие бетоны: конструкционные и специальные (жаростойкие, коррозионно-стойкие, декоративные, бетонополимеры, теплоизоляционные, радиационно-защитные, полимербетоны и др.) [15, с. 234].

Конструкционные бетоны - это бетоны несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений, определяющими требованиями к качеству которых являются требования по физико-механическим характеристикам. Конструкционные бетоны делят на обычные, гидротехнические, дорожные и др.

Обычным называют бетон, к которому не предъявляются особые требования.

К гидротехническим относят бетоны, применяемые для возведения гидротехнических сооружений (плотин, водорегулирующих, водозаборных и других сооружений).

Дорожным называют бетон, применяемый в покрытиях дорог, аэродромов и других подобных сооружений.

Жаростойкие бетоны применяют для изготовления конструкций, которые в условиях эксплуатации подвергаются постоянному или периодическому воздействию температур от 200 до 1800 °С.

Конструкционно-теплоизоляционные бетоны предназначены для железобетонных конструкций, к которым предъявляются требования как по несущей способности, так и по теплоизоляционным свойствам.

Коррозионностойкими называют бетоны, способные в условиях эксплуатации противостоять действию агрессивных сред.

В зависимости от средней плотности различают особо тяжелые, тяжелые, легкие и особо легкие бетоны [15, с. 235].

Особо тяжелые бетоны со средней плотностью более 2500 кг/м3 изготовляют на особо тяжелых заполнителях (магнетит, лимонит, барит, чугунная дробь, обрезки стали). Эти бетоны применяют для изготовления специальных конструкций, например при сооружении зданий атомных электростанций для защиты от радиоактивного излучения.

Тяжелые бетоны со средней плотностью 2000-2500 кг/м3 изготовляют на плотном песке и крупном заполнителе из плотных горных пород и используют во всех несущих конструкциях.

Легкие бетоны со средней плотностью 500-2000 кг/м3 выпускают на пористом крупном заполнителе и пористом или плотном мелком заполнителе. Их используют в основном для производства ограждающих или несущих конструкций.

Особо легкие бетоны (ячеистые) со средней плотностью менее 500 кг/м3 изготовляют на основе вяжущего вещества, кремнеземистого компонента и порообразователя. Они применяются в качестве теплоизоляционного материала в виде плит, скорлуп, стеновых изделий (мелких блоков и панелей).

По виду вяжущего бетоны подразделяют следующим образом: бетоны на цементных вяжущих; бетоны на известковых вяжущих; бетоны на гипсовых вяжущих; бетоны на шлаковых и бетоны на специальных вяжущих [15, с. 236].

По виду заполнителей различают: бетоны на плотных заполнителях; бетоны на пористых заполнителях; бетоны на специальных заполнителях.

По крупности зерен заполнителей различают бетоны мелкозернистые и крупнозернистые. Мелкозернистым считается бетон, в котором размеры зерен крупного заполнителя менее 10 мм.

В зависимости от характера структуры различают следующие виды бетонов:

- бетоны плотной (слитной) структуры, в которых пространство между зернами заполнителей полностью занято затвердевшим вяжущим веществом;

- крупнопористые бетоны (беспесчаные или малопесчаные), в которых значительная часть объема межзерновых пустот остается не занятой мелким заполнителем и затвердевшим вяжущим веществом;

- поризованные бетоны, в которых пространство между зернами заполнителей занято вяжущим веществом, поризованным пенообразующими или газообразующими добавками;

- ячеистые бетоны - бетоны с искусственно созданными ячейками-порами, состоящие из смеси вяжущего вещества, тонкодисперсного кремнеземистого компонента и порообразующей добавки.

По условиям твердения бетоны подразделяются на:

- бетоны естественного твердения, твердеющие при температуре 15-20 °С и атмосферном давлении;

- бетоны, подвергнутые с целью ускорения твердения тепловой обработке (70-90 °С) при атмосферном давлении;

- бетоны,   твердеющие   в   автоклавах   при   температуре 175-200 °С и давлении пара 0,9-1,6 МПа.

По функциональному назначению арматура подразделяется на рабочую, конструктивную (распределительную) и монтажную. Рабочая арматура воспринимает усилия, возникающие под действием нагрузок на конструкцию и ее собственной массы. Количество арматуры рассчитывают в соответствии с этими нагрузками. В зависимости от ориентации в железобетонной конструкции рабочая арматура может быть продольной или поперечной [13, с. 25].

Продольная рабочая арматура воспринимает усилия растяжения или сжатия, действующие по продольной оси элемента. Например, в изображенной на рисунке 2.1 балке, опирающейся по концам, продольная рабочая арматура выполнена из стержней 2, 3, 5, которые сопротивляются растягивающим усилиям в нижней зоне конструкции. Для восприятия усилий, действующих при изгибе под углом 45° к продольной оси балки, стержни 2 и 3 отгибают. В колоннах продольную арматуру устанавливают для повышения сопротивляемости усилиям сжатия.

 

Рисунок 2.1 – Армирование балки

1 - распределительная арматура; 2, 3, 5 - продольные рабочие арматурные стержни; 4-поперечная арматура (хомуты); 6 - монтажные петли

Примечание – Источник: [15, с. 327]

 

Поперечная арматура воспринимает усилия, действующие поперек оси балки. Такую арматуру выполняют в виде хомутов 4 либо расположенных поперечно отрезков стержней в сварных каркасах и сетках.

Конструктивная (распределительная) арматура 1 обеспечивает цельность конструкции, учитываемой при расчете прочности, а также в распределении действия сосредоточенных сил или ударной нагрузки на большую площадь. Стержни рабочей и распределительной арматуры сваривают либо связывают в единый пространственный каркас или плоские сетки. Иногда распределительную арматуру используют для того, чтобы придать арматурному каркасу необходимую жесткость.

Конструктивная арматура служит для восприятия таких усилий, на которые конструкцию не рассчитывают. В частности, сюда относятся усилия от усадки бетона, температурных деформаций. Конструктивную арматуру обязательно устанавливают в местах резкого изменения сечения конструкций, где происходит концентрация напряжений.

Монтажную арматуру устанавливают в зависимости от конструктивных и технологических требований, она не имеет непосредственного статического значения. Монтажная арматура необходима для создания из рабочих и конструктивных стержней жесткого транспортабельного каркаса. Рабочая и конструктивная арматура одновременно могут выполнять функции монтажной. По способу изготовления стальную арматуру железобетонных конструкций подразделяют на горячекатаную стержневую, холоднотянутую проволочную и проволочную обыкновенную катаную [15, с. 327].

Стержневую арматуру железобетонных конструкций изготовляют следующих видов: горячекатаную – диаметром 6-80 мм; термически или термомеханически упрочненную – диаметром 6-40 мм; упрочненную вытяжкой – диаметром 20-40 мм.

Стержневую горячекатаную арматуру в зависимости от механических характеристик подразделяют на шесть классов, условно обозначаемых A-I (A240), А-II (А300), А-III (А400), A-IV (A600), A-V (A800), А-VI (А1000). Арматуру класса A-I (A240) выпускают гладкого профиля, остальных классов – периодического. В арматурных стержнях класса А-II (А300) профиль образован двумя диаметрально расположенными продольными ребрами и многочисленными поперечными выступами, идущими по винтовым линиям с одинаковым заходом. В арматуре остальных классов поперечные выступы расположены «в елочку».

Термическому и термомеханическому упрочнению подвергают стержневую арматуру десяти классов; в ее обозначении упрочнение отмечается дополнительным индексом т: Ат400С, Ат500С, Ат600, Ат600С, Ат600К, Ат800, Ат800К, Ат1000, Ат1000К и Ат1200. Буква С указывает на возможность стыкования стержней сваркой, К - на повышенную стойкость арматуры против коррозионного растрескивания. Арматурную сталь изготовляют с периодическим профилем согласно ГОСТ 5781-82 или ГОСТ 10884-94 [12, с. 20].

Стержневую арматуру, упрочненную вытяжкой, производят на предприятиях строительной индустрии. Ее выпускают классов А-IIв и А-IIIв (что соответствует Ат400 и Ат500).

Характеристики стержневой арматурной стали приведены в приложении А.

Сортамент арматуры составлен по номинальным диаметрам стержней dH. Для стержней гладкого профиля (класса A-I (А240)) номинальный диаметр равен фактическому. В стержнях периодического профиля dH соответствуют диаметрам одинаковых с ними по площади поперечного сечения круглых гладких стержней. В условном обозначении арматуры указывают номер профиля, класс арматуры и номер стандарта, регламентирующего ее качество. Например, обозначение 16Ат600С ГОСТ 10884-94 следует расшифровывать так: 16 - номинальный диаметр арматуры, мм, Ат600С - арматура термически упрочненная свариваемая.

С повышением класса арматуры возрастает ее прочность, характеризуемая пределом текучести и временным сопротивлением разрыву. Одновременно уменьшается относительное удлинение после разрыва. Наибольшее удлинение наблюдается в арматуре класса A-I (A240) - не менее 25 %.

Класс прочности арматурной стали обозначается числом поперечных выступов и окраской концов стержней: Ат400 - 3 выступа (белый цвет), Ат500 - 1 (белый и синий цвет), Ат600 - 4 (желтый цвет), Ат800 - 5 (зеленый), Ат1000 - 6 (синий) и Ат1200 - 7 (черный цвет).

 

ГЛАВА 3 Технология производства железобетонных изделий

Основные операции при производстве железобетонных изделий: приготовление бетонной смеси, изготовление арматурных изделий, армирование и формование изделий и их ускоренное твердение (Приложение Б).

Бетонные смеси готовят в бетоносмесительных цехах. Для выпуска товарных бетонных смесей предназначены бетонные заводы и инвентарные бетоносмесительные установки. Производство бетонных смесей может быть организовано как в стационарных, так и в перебазируемых или мобильных установках. Последние применяют в основном в начальный период строительства объектов, при значительном удалении их от стационарных заводов.

Приготовление бетонной смеси осуществляют в бетоносмесителях периодического и непрерывного действия.

При перемешивании мелкие компоненты бетонной смеси входят в межзерновые пустоты более крупных (песок в пустоты крупного заполнителя, цементное тесто в пустоты песка), поэтому объем перемешанной бетонной смеси составляет лишь 0,6-0,7 от объема исходных сухих компонентов. Этот показатель, называемый коэффициентом выхода бетонной смеси β, рассчитывают по формуле:

 

β = V6c/(Vц+Vп+Vк),                                         (3.1)

 

где Vбс, Vц, Vп, Vк – объемы бетонной смеси, цемента, песка и крупного заполнителя соответственно.

Так, для бетона с коэффициентом выхода 0,65 за один замес в бетоносмесителе вместимостью 500 л получается 500 л х 0,65 = 325 л = 0,325 м3 бетонной смеси.

Время перемешивания зависит от подвижности бетонной смеси и вместимости бетоносмесителя. Чем меньше подвижность смеси и больше вместимость бетоносмесителя, тем больше времени необходимо для перемешивания. Например, для бетоносмесителя вместимостью 500 л оно составляет 1-2 мин, а для бетоносмесителя 2400 л - 2,5-3 мин и более [15, с. 251].

Поступающую на завод арматурную сталь (в бухтах или прутках) на специальных станках очищают от ржавчины, правят и режут на стержни заданной длины. Необходимую форму стержням придают на гибочных станках. Отдельные стержни и проволоку соединяют в сетки и каркасы контактной сваркой на сварочных станках-автоматах. Готовые сетки и каркасы передают в формовочный цех, где их укладывают в формы. Напрягаемую арматуру натягивают на анкеры форм с помощью домкратов или методом термического натяжения.

Формование изделий - один из важнейших технологических переделов. Он состоит из сборки форм, установки арматуры, укладки бетонной смеси в форму и уплотнения [15, с. 340].

Качество железобетонных изделий в значительной степени зависит от прочности и жесткости форм, которые должны обеспечить получение изделий точно заданных размеров с правильными очертаниями и с гладкой лицевой поверхностью. При массовом изготовлении применяют только металлические формы.

Перед укладкой арматуры и бетона формы очищают и покрывают смазочным материалом, препятствующим сцеплению бетона с металлом формы. Бетонная смесь из бетоносмесительного цеха поступает в приемный бункер бетоноукладчика, который подает ее в форму и разравнивает.

Качество и долговечность бетона во многом зависят от правильности укладки, а методы укладки и уплотнения определяются видом бетонной смеси (пластичная или жесткая, тяжелый или легкий бетон) и типом конструкции. Укладка должна обеспечивать максимальную плотность бетона (отсутствие пустот и однородность состава).

Литые и пластичные смеси уплотняют под действием силы тяжести или путем штыкования, жесткие смеси - вибрированием или другими способами.

Вибрирование - наиболее эффективный метод укладки, основанный на использовании тиксотропных свойств бетонной смеси [5, с. 390].

 При вибрировании частицам  бетонной смеси передаются быстрые колебательные движения от источника колебаний - вибратора. Применяют главным образом электромеханические вибраторы, основная часть которых - электродвигатель. На валу электродвигателя эксцентрично установлен груз - дебаланс, при вращении которого возникают колебательные импульсы.