Теоретические основы производства железобетонных изделий

При вибрировании жесткая (или пластичная) бетонная смесь как бы превращается в тяжелую жидкость, которая плотно заполняет все части формы, а воздух, содержащийся в бетонной смеси, при этом поднимается вверх и уходит. Бетонная смесь приобретает плотную структуру. При недостаточном времени вибрирования бетонная смесь уплотняется не полностью, при слишком долгом - она может расслоиться.

Мелкозернистый бетон обычно укладывают методами торкретирования с помощью цемент-пушки или пневмобетонирования. В первом случае в цемент-пушку засыпают сухую смесь мелкозернистого бетона, которая сжатым воздухом подается по гибкому шлангу к месту укладки бетона. К выходному отверстию гибкого шланга по другому шлангу под давлением поступает в нужном количестве вода. При выходе из отверстия сопла сухая смесь смачивается водой и в готовом виде наносится на бетонируемую поверхность. При таком способе укладки получается мелкозернистый бетон высокой плотности, прочности, морозостойкости и водонепроницаемости.

Для ускорения твердения изделия подвергают тепловлажностной обработке. Сущность тепловлажностной обработки заключается в нагреве бетонной смеси до температуры 40-90 °С таким образом, чтобы она не теряла влагу. Применяют следующие виды тепловлажностной обработки: пропаривание при нормальном давлении и температуре 40-90 °С, контактный нагрев и электропрогрев до 100 °С. Пропаривание в автоклавах применяют для силикатобетонных изделий.

Наиболее распространено пропаривание при нормальном давлении в камерах непрерывного или периодического действия, где изделия нагревают насыщенным паром [15, с. 341].

Камеры непрерывного действия представляют собой туннель, в котором изделия в формах, установленных на вагонетках, проходят последовательно зоны подогрева, изотермической выдержки и охлаждения. Эти камеры (горизонтальные или вертикальные) используются главным образом при конвейерной технологии.

В камеры периодического действия изделия загружают краном и устанавливают в несколько рядов по высоте. Затем камеру закрывают крышкой и подают насыщенный пар. Из камер пропаривания периодического действия широкое применение имеют камеры ямного типа глубиной до 2 м. Наиболее рациональный размер камер пропаривания в плане должен соответствовать кратным размерам изделий, которые подаются в камеру в формах или на поддонах. Пар в камеру подают так, чтобы обеспечить скорость подъема температуры не более 20-35 °С в час до максимальной 70-85 °С. При этой температуре изделие прогревается на всю толщину и выдерживается в таком состоянии 6 - 8 ч. После изотермической выдержки начинают постепенное охлаждение изделия. Продолжительность пропаривания зависит от разновидности бетона, свойств цемента и составляет около 12-15 ч для пластичных и 4-8 ч - для жестких бетонных смесей. За это время бетон набирает отпускную (не менее 70 % марочной) или распалубочную прочность. Применение быстротвердеющих цементов, добавок ускорителей твердения и другие приемы позволяют сокращать продолжительность изотермической выдержки и уменьшать общее время пропаривания.

 

ГЛАВА 4 Оборудование, используемое в процессе производства железобетонных изделий

В качестве оборудования, используемого в процессе производства железобетонных изделий применяют бетоносмесители, вибраторы, цемент-пушки.

Приготовление бетонной смеси осуществляют в бетоносмесителях периодического и непрерывного действия. Бетоносмесители периодического действия бывают двух типов: свободного падения (гравитационные) и принудительного перемешивания [15, с. 250].

В бетоносмесителях свободного падения (загрузочная вместимость – 100-4500 л) материал перемешивается в медленно вращающихся вокруг горизонтальной или наклонной оси смесительных барабанах, оборудованных внутри короткими корытообразными лопастями (рисунок 4.1, а).

 

Рисунок 4.1 – Бетоносмесители: а – свободного падения; б – принудительного перемешивания

1 - смесительный барабан; 2 - привод вращения барабана; 3 - станина; 4 - загрузочная воронка;   5 - смесительные лопатки;   6 - выгрузочное отверстие

Примечание – Источник: [15, с. 250]

 

Лопасти захватывают материал, поднимают его и при переходе в верхнее положение сбрасывают. В результате многократного подъема и падения обеспечивается его перемешивание. В таких смесителях готовят пластичные бетонные смеси с крупным заполнителем из плотных пород.

Бетоносмесители принудительного перемешивания (рисунок 4.1,б) представляют собой стальные чаши, в которых смешивание компонентов производится вращающимися лопастями, насаженными на вертикальные валы. Продолжительность перемешивания в бетоносмесителях принудительного действия в 1,5-2 раза меньше, чем в гравитационных. Используют их для приготовления жестких бетонных смесей на мелких песках и с повышенным содержанием цемента и бетонных смесей на пористых заполнителях.

Бетоносмеситель непрерывного действия корытообразной формы имеет рабочий орган – вал с лопастями, который одновременно перемешивает и перемещает бетонную смесь от загрузочного отверстия к выгрузочному. Его производительность больше, чем бетоносмесителей периодического действия, однако точность дозирования компонентов меньше и переход от одной марки бетона к другой сложнее. Поэтому их используют лишь на строительных объектах с большим объемом строительных работ (например, на строительстве гидроэлектростанций, автомобильных дорог). Бетоносмесители могут быть передвижные, установленные на автомашинах, и стационарные.

Автобетоносмеситель представляет собой комбинированный агрегат, включающий бетоносмесительную и транспортную машины. На базе автомобиля МАЗ или КамАЗ монтируют бетоносмеситель гравитационного действия с наклонной осью вращения барабана. Загрузку компонентов и выгрузку бетонной смеси производят через заднее торцевое отверстие. Объем приготовляемой смеси – 4 м3 и более, подвижность смеси при выгрузке – не менее 5 см. [15, с. 251].

 Дальность перевозки зависит  от качества автодороги, температуры и подвижности бетонной смеси.

 Например, максимальная продолжительность транспортирования затворенной тяжелой бетонной смеси марок П3-П4 по дороге с асфальтобетонным покрытием в автобетоносмесителе составляет 90 мин, автосамосвалом - 30 мин; то же по грунтовой дороге – соответственно 30 и 20 мин.

При укладке бетонной смеси вибрированием применяют главным образом электромеханические вибраторы, основная часть которых – электродвигатель. На валу электродвигателя эксцентрично установлен груз – дебаланс, при вращении которого возникают колебательные импульсы.

В зависимости от вида и формы бетонируемой конструкции применяют различные типы вибраторов. При бетонировании конструкций большой площади и небольшой толщины (до 200-300 мм), например бетонных покрытий дорог, полов промышленных предприятий и других, используют поверхностные вибраторы (рисунок 4.2,а), массивных элементов значительной толщины – глубинные вибраторы (рисунок 4.2,б) с наконечниками различной формы и размеров.

 

Рисунок 4.2 – Вибраторы: а – поверхностный; б – глубинный;

в – навесной; г – стационарная виброплощадка

Примечание – Источник: [15, с. 253]

 

Часто применяют одновременно несколько вибраторов, которые собирают в пакеты. Тонкостенные бетонные конструкции, насыщенные арматурой (колонны, несущие стены), уплотняют наружными вибраторами, прикрепляемыми к поверхности опалубки (рисунок 4.2,в). В заводских условиях при изготовлении бетонных камней, крупных блоков, панелей и других изделий пользуются виброплощадками (рисунок 4.2,г), на которые устанавливают формы с бетонной смесью.

 

ГЛАВА 5 Требования, предъявляемые к качеству железобетонных изделий и методы его контроля

 

После извлечения из форм изделия проходят технический контроль на соответствие требованиям ГОСТа или ТУ. Качество железобетонных изделий контролируют работники ОТК завода, проверяя внешний вид, форму и размеры изделий, фактическую прочность. От каждой партии изделий отбирают образцы и испытывают на прочность.

Основными показателями качества железобетонных изделий являются прочность на сжатие и растяжение, морозостойкость и водонепроницаемость [3, с. 147].

Прочность бетона в проектном возрасте характеризуют классами прочности на сжатие и осевое растяжение. Отличительная особенность бетонных работ - значительная неоднородность получаемого бетона. Чем выше культура строительства, лучше качество приготовления и укладки бетона в конструкции, тем меньше колебания прочности. Следовательно, важно не только получить бетон заданной средней прочности, но и обеспечить ее во всем объеме изготовляемых конструкций.

Показателем, который учитывает возможные колебания качества, является класс бетона. Класс бетона – численная характеристика какого-либо его свойства, принимаемая с гарантированной обеспеченностью (обычно 0,95). Это значит, что установленное классом свойство, например прочность бетона, достигается не менее чем в 95 случаях из 100.

Понятие «класс бетона» позволяет назначать прочность с учетом ее фактической или возможной вариации. Чем меньше изменчивость прочности, тем выше класс бетона при одной и той же его средней прочности [15, с. 255].

СНБ 5.03.01-02 устанавливает следующие классы тяжелого бетона по прочности на сжатие: В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В65; В70; В75 и В80 [11].

 Класс бетона по прочности на сжатие обозначают латинской буквой В1, справа от которой приписывают его предел прочности в МПа. Так, у бетона класса В15 предел прочности при сжатии - не ниже 15 МПа с гарантированной обеспеченностью 0,95.

В необходимых случаях устанавливают также классы бетона по прочности на осевое растяжение, обозначаемый индексом Вi, и на растяжение при изгибе – Вib.

На растяжение бетон работает намного хуже, чем на сжатие: предел прочности при растяжении в 10-20 раз меньше предела прочности при сжатии. Для повышения несущей способности, в особенности при изгибе и растяжении, бетон сочетают со стальной арматурой, изготовляя железобетонные конструкции.

В соответствии со стандартом СЭВ 1406-78, класс - основной показатель прочности бетона. Для изделий и конструкций, запроектированных без учета требований этого стандарта, прочность бетона характеризуют маркой. Марка бетона — это численная характеристика какого-либо его свойства, рассчитываемая как среднее значение результатов испытания образцов. При определении марок по прочности, морозостойкости, водонепроницаемости принимают нижнее предельное значение свойств, а марку по средней плотности определяют по верхнему предельному значению. В отличие от класса марка бетона не учитывает колебаний прочности во всем объеме бетонируемой конструкции.

Марка по прочности на сжатие - наиболее распространенная характеристика бетона. Марку определяют испытанием на осевое сжатие бетонных образцов-кубов размерами 15x15x15 см в установленном проектном возрасте (обычно 28 сут.). Полученный при испытании предел прочности при сжатии как среднее арифметическое значение по двум наибольшим (в серии из трех образцов), выраженный в кгс/см, является численной характеристикой марки.

Установлены следующие марки тяжелого бетона по прочности на сжатие: М50; М75; М100; М150; М200; М250; М300; М350; М400; М450; М500; М550; М600; М700; М800; М900 и M1000 [11]. В обозначении используют индекс «М». Например, марка бетона М200 означает, что его предел прочности при сжатии - не менее 200 кгс/см2.

Бетон для изготовления изгибаемых железобетонных конструкций дополнительно характеризуют марками по прочности на растяжение при изгибе: Рib5; Рib 10 и далее через 5 кгс/см2 до Plb90; Plb100.

Соотношение между классами и марками бетона неоднозначно и зависит от однородности бетона, оцениваемой с помощью коэффициента вариации. Чем меньше коэффициент вариации, тем однороднее бетон. Класс бетона одной и той же марки существенно увеличивается, если снижают коэффициент вариации. Например, при марке по прочности на сжатие М300 и коэффициенте вариации 18 % получают бетон класса В15, а при коэффициенте вариации 5 % - класса В20, т. е. на целую ступень выше. Это подчеркивает необходимость тщательного выполнения всех технологических рекомендаций, повышения технического уровня и культуры производства бетонных работ.

Марка бетона по морозостойкости определяется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания испытываемых в возрасте 28 сут. в насыщенном водой состоянии образцов, при котором допускается снижение прочности бетона на сжатие не более чем на 15 %.

Марку по морозостойкости назначают и контролируют для бетона гидротехнических сооружений, мостовых и дорожных покрытий и др. Установлены следующие марки тяжелого бетона по морозостойкости в циклах: F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500, F600, F800, F1000 [11].

Для приготовления морозостойких бетонов рекомендуется применять портландцемент и его разновидности: пластифицированный, гидрофобный, быстротвердеющий и сульфатостойкий. Допустимое количество трехкальциевого алюмината С3А в клинкере для портландцемента в зависимости от марки бетона по морозостойкости должно составлять, %: для бетона марки F300 и выше - не более 5 %, для F200 - не более 7 %, для F100 -не более 10 %.

В цемент не рекомендуется вводить активные минеральные добавки, которые повышают водопотребность вяжущего в бетоне. Для сокращения водопотребности бетонной смеси и уменьшения доли микропор в бетоне следует использовать добавки поверхностно-активных веществ, оказывающих воздухововлекающее, микрогазообразующее, гидрофобизирующее или пластифицирующее действие на бетонную смесь.

Для гидротехнических сооружений с нормируемой морозостойкостью F200 и выше объем вовлеченного воздуха при максимальной крупности заполнителя 20 мм и В/Ц = 0,4-0,5 должен быть 2-4 % [15, с. 260].

Морозостойкий бетон может быть получен при обеспечении точной дозировки составляющих материалов, тщательного перемешивания, уплотнения и надлежащего ухода за твердеющим бетоном. При этом необходимо следить, чтобы не возникали деструктивные процессы при тепловой обработке бетона, которые связаны с тепловым расширением составляющих, а также воды и воздуха в свежеуложенном бетоне.