Теоретические основы производства железобетонных изделий

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Железобетоном называют строительный материал, в котором бетон и стальная арматура работают как единое целое. Совместная работа двух крайне отличающихся по механическим свойствам материалов обусловлена следующими факторами. Сталь и бетон имеют практически одинаковые температурные коэффициенты линейного расширения, что обеспечивает полную монолитность железобетона и долговечную эксплуатацию железобетонных конструкций в жестких режимах работы. Бетон при твердении прочно сцепляется со стальной арматурой и защищает ее от коррозии. Бетон, как искусственный камень, хорошо сопротивляется сжимающим нагрузкам, но плохо противодействует растягивающим напряжениям. Прочность бетона на сжатие примерно в 10 - 18 раз больше, чем на растяжение. Сталь, обладая очень высоким пределом прочности при растяжении, способна воспринимать растягивающие напряжения, возникающие в железобетонной конструкции. Наиболее целесообразно сочетается работа двух совмещенных материалов с различными свойствами (бетона и стали) в строительных изделиях, подверженных изгибу. Стальную арматуру располагают таким образом, чтобы она воспринимала растягивающие усилия, а сжимающие напряжение возникали в бетоне. Железобетонное изделие в целом хорошо сопротивляется изгибающим нагрузкам, т.е. сочетается работа бетона и стали в одном материале.

Появление железобетона как строительного материала связано с именем французского садовника Ж. Монье, который в 1849 г. изготовил большие кадки для апельсиновых деревьев, заложив в цементный раствор сетку из тонких железных прутьев. Позже, в 1867 г., Монье запатентовал свое изобретение во Франции. Это удачное сочетание двух различных материалов явилось величайшим открытием века, сыгравшим важную роль в развитии строительной техники.

В строительной технике заметную роль железобетон начал играть в конце XIX в. — его почти одновременно начали широко применять в России, в странах Западной Европы и Америке. В 1901-1902 гг. на железнодорожной линии Витебск-Жлобин было построено 27 железобетонных мостов и путепроводов. В конце 20-х - в начале 30-х годов XX в. появились первые здания, выполненные из сборных железобетонных изделий. Одним из значительных этапов развития железобетона стало изготовление предварительно напряженных изделий и конструкций, в которых оба компонента этого композиционного материала работают наилучшим образом: бетон всегда сжат, а стальная арматура растянута. Большой вклад в развитие производства железобетона внесли русские ученые Н.А. Белелюбский, И.Г. Малюга, СИ. Дружинин, Н.К. Лахтин, Я.В. Столяров, К.В. Михайлов и др.

Массовый выпуск сборных железобетонных изделий в Республике Беларусь начался с 1954 г. В настоящее время построены и действуют специализированные заводы по производству сборных железобетонных изделий и конструкций широкой номенклатуры.

Цель курсовой работы – рассмотреть и описать технологию производства железобетонных изделий.

 Для достижения поставленной  цели необходимо выполнить следующие  задачи:

- изучить теоретические основы производства железобетонных изделий;

- рассмотреть сырьё, используемое в процессе производства железобетонных изделий и требования, предъявляемые к его качеству;

- описать оборудование, используемое в процессе производства железобетонных изделий;

- рассмотреть требования, предъявляемые к качеству железобетонных изделий и методы его контроля; а также стандарты на железобетонные изделия, нормируемые показатели качества в соответствии с требованиями  стандартов.

Предметом исследования курсовой работы является технологический процесс изготовления железобетонных изделий.

Для детального изучения темы курсовой работы использованы следующие методы исследования: наблюдение, описание, сравнение, анализ.

Материалом для написания курсовой работы послужила учебная литература, в которой описывается технология производства железобетонных изделий.

ГЛАВА 1 Теоретические основы производства железобетонных изделий

Железобетонные конструкции и изделия по способу изготовления разделяют на монолитные и сборные, по способу армирования и состоянию арматуры - на обычные и предварительно напряженные [1, с. 204].

Монолитные железобетонные конструкции изготовляют непосредственно на месте строительства. Для этого подготавливают опалубку из металла, древесины или других материалов, которая соответствует будущей форме сооружения. В зависимости от конфигурации бетонируемой конструкции используют различные виды опалубки: стационарную, скользящую, разборно-переставную, перемещаемую и др. Затем укрепляют арматуру, производят подачу, укладку и уплотнение бетонной смеси. После твердения и достижения бетоном необходимой проектной прочности производят распалубливание конструкции [1, с. 205].

Монолитные конструкции обладают высокой жесткостью, архитектурные формы зданий и сооружений из монолитного железобетона разнообразны, отличаются индивидуальностью и своеобразной пластикой. Однако при бетонировании монолитных конструкций в зимнее время возникают значительные трудности, затрачиваются материалы на изготовление опалубки и большое количество ручного труда при возведении монолитных конструкций. Сборные железобетонные изделия и конструкции изготовляют на специализированных заводах, где производят сборные материалы для всех видов строительства. Сборные изделия доставляются на строительство в готовом виде, строительная площадка превращается в монтажную, значительно сокращается трудоемкость бетонных и железобетонных работ, ускоряются темпы и снижается стоимость строительства. По сравнению с монолитными железобетонными конструкциями сборные отличаются высоким качеством и долговечностью; их использование позволяет сократить расход стали и бетона, исключить нерациональное использование древесины для устройства подмостей, опалубки, перенести основную часть работ по возведению зданий и сооружений на завод с высокомеханизированным технологическим процессом, упростить производство работ в зимний период; создаются широкие возможности для индустриализации строительства. Недостатком сборных железобетонных изделий являются их значительный вес и размеры, что требует специализированного транспорта при их перевозке и грузоподъемных средств при монтаже [2, с. 105].

 Благодаря применению  сборного железобетона возведение  жилых и промышленных зданий перешло на строительство по типовым проектам из конструкций заводского изготовления. Промышленность сборного железобетона превратилась в технически оснащенную отрасль строительной индустрии. Сборный железобетон является ведущим конструкционным материалом в индустриальном строительстве.

В обычном железобетоне арматура находится в нормальном состоянии, она не растянута и не сжата. Изделие может выдерживать значительные нагрузки. Однако обычный способ армирования не предохраняет растянутую зону конструкции от образования трещин, так как бетон обладает незначительной растяжимостью (1...2 мм на 1 м), тогда как сталь при таких же нагрузках растягивается в 5...6 раз больше бетона. Из-за появления трещин увеличивается прогиб железобетонного элемента, возникает опасность проникновения к арматуре влаги и газов, которые вызывают коррозию арматуры. Чтобы избежать образования трещин, несущая способность арматуры используется не полностью, что делает нерациональным применение высокопрочной арматуры.

В предварительно напряженном железобетоне бетон предварительно сжат. В сжатом бетоне трещины появляются только в том случае, если растягивающие напряжения превысят напряжения предварительного сжатия. Бетон сжимают предварительным напряжением (растяжением) арматуры. Различают два метода предварительного натяжения арматуры: натяжение арматуры до бетонирования и натяжение арматуры после бетонирования [1, с. 206].

По первому методу арматуру предварительно растягивают при помощи домкрата и закрепляют концы на упоры, затем укладывают и уплотняют бетонную смесь. После твердения бетона концы арматурных стержней освобождают от упоров, арматура стремится вернуться в первоначальное состояние и сжимает бетон. Таким образом, в растянутой зоне бетон будет предварительно сжат, в результате чего предельная растяжимость бетона в конструкции как бы увеличивается, бетон хорошо воспринимает растягивающие усилия, образование трещин в растянутой зоне исключается. При натяжении арматуры по второму методу ее располагают в каналах бетонной конструкции после того, как бетон приобрел заданную прочность. Арматуру растягивают и анкерными устройствами закрепляют на торцах конструкции (натяжение на «бетон»). Каналы заполняют специальным цементным раствором (инъекционным) для защиты арматуры от коррозии, который после затвердевания сцепляется с арматурой. Применение предварительно напряженного железобетона позволяет снизить массу конструкций, увеличить их жесткость, сократить расход арматуры и предупредить появление трещин в растянутой зоне, а значит, повысить долговечность конструкций. Применение железобетонных изделий и конструкций с предварительным напряжением постоянно расширяется.

В настоящее время сборные бетонные и железобетонные изделия изготовляют для всех основных частей современных зданий и сооружений: фундаментные плиты и блоки, элементы каркаса зданий и междуэтажных перекрытий, стеновые панели и блоки, лестничные марши и площадки, элементы для специальных видов строительства (подземного, дорожного, гидротехнического, мостостроения) и т.д.

В зависимости от назначения разнообразные сборные железобетонные изделия подразделяют на группы: для жилых и гражданских зданий, для промышленных зданий, для инженерных сооружений и сооружений различного назначения [6, с. 145].

Современные предприятия сборного железобетона изготовляют изделия следующими способами по трем схемам производства: в стационарных неперемещающихся формах – стендовый и кассетный способы: в формах, перемещающихся по отдельным технологическим постам, – поточно-агрегатный и конвейерный способы; методом непрерывного формования – вибропрокат изделий на стане [1, с. 207].

При стендовом способе изделия изготовляют в неподвижных формах (на стенде). Механизмы (бетоноукладчики, вибраторы и др.) поочередно подают к стенду для выполнения необходимых операций. Изделие, находясь в стационарной форме в течение всего производственного цикла (до момента затвердевания бетона), остается на месте. В то же время технологическое оборудование для выполнения отдельных операций по укладке арматуры, бетонной смеси и уплотнению перемещается последовательно от одной формы к другой. Этим способом изготовляют, как правило, крупногабаритные изделия (фермы, колонны, балки) на полигонах [15, с. 342].

При кассетном способе формование и твердение изделий происходит в неподвижной вертикальной форме-кассете, которая представляет собой ряд отсеков, образованных стальными перегородками. Количество одновременно формуемых изделий соответствует числу отсеков в кассете. На кассетной установке осуществляется полный цикл производства изделий — укладка арматуры, укладка и уплотнение бетонной смеси и твердение бетона. Для ускорения твердения бетона в кассете установлены специальные паровые рубашки (с температурой около 100 °С) или предусматривается электрообогрев изделий.

Наиболее эффективен этот способ для производства тонкостенных изделий (стеновые панели, панели перекрытий, балконные плиты), санитарно-технических кабин и т.п. [14, с. 248].

При агрегатно-поточном способе формы с изделиями перемещаются от одного технологического агрегата к другому краном, а при конвейерном - на вагонетках, движущихся по рельсовому пути. Все операции по изготовлению изделия (распалубка, чистка и смазка форм, укладка арматуры и бетонной смеси, твердение) выполняются на специализированных постах, образующих определенную поточную технологическую линию.

Основное преимущество агрегатно-поточного способа производства заключается в универсальности основного технологического оборудования. Так, при незначительной затрате средств на изготовление новых форм можно быстро переходить на выпуск другого вида изделий. Этот способ производства железобетона получил в Республике Беларусь наибольшее распространение [15, с. 343].

Конвейерный способ производства представляет собой более совершенную поточную технологию и позволяет максимально механизировать и автоматизировать основные операции. Технологическая линия работает по принципу замкнутого пульсирующего конвейера. Тепловлажностную обработку изделий в этом случае осуществляют в камерах непрерывного действия. Конвейерный способ –высокопроизводительный, но на каждой нитке конвейера можно выпускать изделие только одного типоразмера.

При вибропрокатном способе процессы получения железобетонного изделия происходят на одной установке непрерывного действия – вибропрокатном стане. Вибропрокатный стан – это конвейер из стальной обрезиненной формующей ленты, движущейся вдоль постов укладки арматуры и бетона, виброуплотнения бетона и контактной тепловой обработки. Вибропрокатным способом получают плиты перекрытий, легкобетонные панели наружных стен, перегородочные панели. Этот способ – самый производительный, но переход с выпуска одного вида изделий на другой затруднен, так как связан с полной переоснасткой стана.

ГЛАВА 2 Сырьё, используемое в процессе производства. Требования, предъявляемые к его качеству

В процессе производства железобетонных изделий используется бетон и арматура.

Бетон создан специально для нужд строительства и производится только для строительных целей. И состав его тоже исключительно прост: цемент, вода, мелкий и крупный заполнитель типа песка, гравия или щебня. Вместо цемента может быть использовано другое вяжущее. Вода вступает в химическую реакцию с цементом, в результате которой вязкопластичная вначале масса постепенно превращается в прочный цементный камень. Он и связывает в единую систему (конгломерат) заполнители. При необходимости в состав бетона вводят добавки различного назначения [10, с. 263].

Бетоном называют искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания правильно подобранной, тщательно перемешанной и уплотненной смеси вяжущего вещества, воды, заполнителей и в необходимых случаях - специальных добавок.

Классифицируют бетоны по следующим основным признакам: назначению, средней плотности, виду вяжущего, виду заполнителей, структуре и условиям твердения.