Применение бетонов в сборных железобетонных конструкциях

Основное направление промышленности сборного железобетона - производство унифицированных конструкций и деталей для жилищ­ного и промышленног о строительства.

Для сборных железобетонных конструкций применяют все основ­ные виды бетона: тяжелый, легкий на пористых заполнителях и ячеи­стый. Бетоны часто применяют в сочетании с материалами специаль­ного назначения (теплоизоляционными, звукоизоляционными, гидро­изоляционными и антикоррозионными), которые значительно улуч­шают эксплуатационные качества сборных конструкций и повышают их долговечность.

Из сборного железобетона изготовляют все части здания: фунда­менты, стены подвалов, наружные и внутренние стены, элементы каркаса и покрытий, междуэтажные перекрытия, лестницы и др. (рис. 20.5).

Наружные стены крупнопанельных зданий могут быть однослой­ными из легкого бетона и трехслойными - из легкого или тяжелого бетона с внутренним теплоизоляционным слоем (из минераловатных плит, пеностекла и др.).

На междуэтажные перекрытия в крупнопанельных жилых домах расходуется значительная часть сборного железобетона (около 30%). Применение в междуэтажных перекрытиях легкого бетона снижает массу здания, при этом улучшается звукоизоляция.

Разработаны проекты промышленных зданий, возводимых из сборного железобетона. Тонкие предварительно напряженные пла­стины длиной 12-30 м, изготовляемые методом непрерывного арми­рования, используют в висячих большепролетных конструкциях зда­ний и сооружений. Пластины можно искривлять без трещин, создавая из них разнообразные покрытия.

Производство железобетонных и бетонных сборных кон­струкций может быть организовано двумя принципиально отлич­ными способами: поточным в перемещаемых формах или на переме­щаемых поддонах; стендовым в стационарных (неперемещаемых) формах.

При поточном способе все технологические операции (очистка и смазка форм, армирование, формование, твердение, распалубка) вы­полняются на специализированных постах, которые оборудованы стационарными машинами и установками, образующими поточную технологическую линию. Формы с изделиями последовательно пе­ремещаются по технологической линии от поста к посту.

Поточный способ изготовления сборных железобетонных конст­рукций может быть поточно-агрегатным и конвейерным.

Рис. 20.5. Некоторые виды сборных железобетонных изделий: а) стеновые панели с различной наружной облицовкой; б), в) панели пере­крытий с овальными и круглыми пустотами; г) элементы сборных фунда­ментов; 1 - фундаментный блок; 2 - блок стен подвала; д), е) лестничный марш и лестничная площадка

При поточно-агрегатном способе формы и формуемые изделия перемещают от поста к посту краном с интервалом времени, завися­щим от длительности операции на данном посту, которая может ко­лебаться от нескольких минут (например, смазка форм) до несколь­ких часов (твердение изделий в пропарочных камерах). Поточно- агрегатный способ использует на заводах средней мощности (с годо­вой производительностью около 60-100 тыс. м³ изделий), в особен­ности при выпуске изделий широкой номенклатуры.

Конвейерный способ применяют на заводах большой мощности при выпуске однотипных изделий. При этом способе технологиче­ская линия работает по принципу пульсирующего конвейера, т.е. формы с изделиями перемещаются от поста к посту через строго оп­ределенное время (например, через 15 мин), необходимое для вы­полнения самой длительной операции.

При стендовом способе производства в отличие от поточно- агрегатного и конвейерного сборные конструкции изготовляют в стационарных формах. Изделия в процессе их изготовления и до за­твердевания бетона остаются на месте, в то время как технологиче­ское оборудование для выполнения отдельных операций последова­тельно перемещается от одной формы к другой. Стендовый способ применяют при изготовлении изделий большого размера (ферм, ба­лок и т.п.) для промышленного, мостового и гидротехнического строительства. Для формования изделий сложной конфигурации (лестничных маршей, ребристых плит и т.п.) применяют матрицы, т.е. железобетонные формы, воспроизводящие отпечаток ребристой поверхности изделия.

При кассетном способе, являющемся разновидностью стендово­го, изделия изготовляют в вертикальных формах-кассетах, представ­ляющих ряд отсеков, образованных стальными стенками. В кассет­ной установке происходит формование изделий и их твердение. Кас­сетная установка имеет специальные устройства для обогрева изде­лий паром или электрическим током, что значительно ускоряет твердение бетона. Кассетный способ применяют для массового про­изводства плоских тонкостенных изделий (панели внутренних и на­ружных стен и т.п.).

Метод комплексного строительства домов осуществляется домо­строительными комбинатами (ДСК). Домостроительный комбинат выпускает по единому графику комплекты деталей и узлов дома, доставляет их к сборочной (строительной) площадке специализиро­ванным транспортом, минуя заводские и построечные склады; непо­средственно с транспортных средств производит сборку (монтаж) дома; выполняет силами специализированных бригад все отделоч­ные работы.

§ 4. Применение бетонов в монолитных железобетонных конструк­циях

Монолитный железобетон позволяет создавать разнообразные архитектурные формы и конструктивные решения зданий и соору­жений (рис. 20.6), не ограниченные сборными типоразмерами изде­лий.

Монолитные конструкции сооружают в основном из тяжелого бетона или легкого бетона на пористых заполнителях. Стены жилых зданий возводят и из ячеистого бетона. В защитных монолитных конструкциях применяют специальные бетоны: особо тяжелый, жа­ростойкий, кислотоупорный и др.

Арматуру, как правило, изготовляют в арматурно-сварочных цехах или на заводе в виде укрупненных элементов - сварных сеток и бло­ков-каркасов.

Предусматривается автоматизация приготовления бетонной смеси, комплексная механизация ее транспортировки и уплотнения. Бетон­ную смесь транспортируют так, чтобы она не расслаивалась и не из­меняла свой состав, вследствие попадания атмосферных осадков пли чрезмерного испарения воды при действии ветра и солнечных лучей.

Бетонную смесь перевозят автосамосвалами, при дальней же пере­возке используют автобетоносмесители. Сухие компоненты загружа­ют в барабан автобетоносмесителя на центральной дозировочной установке, а приготовляют бетонную смесь за 5-10 мин до пр^ы гия к месту работ. В автобетоносмесителях перевозят и готовые бегонные смеси, что позволяет сохранить их однородность, используя ловтор- ное перемешивание.

Транспортирование бетонных смесей на строительной площадке осуществляют кранами, транспортерами и по трубам с помощью бе­тононасосов или пневмонагнетателей. Пневматический способ отли­чается простотой и позволяет подавать бетонные смеси сжатым воз­духом по трубам на расстояние до 150м.

Бетонирование монолитных конструкций производят непрерывно или с перерывами, т.е. участками или блоками. Непрерывную уклад­ку бетона осуществляют в том случае, когда требуется повышенная монолитность и однородность бетона и поэтому нежелательно нали­чие рабочих швов. Это относится к предварительно напряженным железобетонным конструкциям, фундаментам, воспринимающим динамические усилия от оборудования и т.п. (рис. 20.6).

Массивные сооружения (плотины, шлюзы, массивные фундаменты и т.п.) разрезают рабочими швами на блоки. Объем блока устанавли­вают с учетом возникающих в бетоне температурных и усадочных напряжений.

Бетонную смесь подают гак, чтобы не было расслоения, поэтому бетонная смесь поступает к месту укладки по вертикальным " хобо­там", виброжелобам и наклонным лоткам, при этом высота свободно­го падения смеси не должна превышать 2 м.

Бетонную смесь укладывают слоями, толщину которых уста­навливают с учетом ее хорошего уплотнения вибраторами. При внутреннем вибрировании наибольшая толщина слоя составляет 1, 25 длины рабочей части вибраторов, при поверхностном вибри­ровании не превышает 12-25 см. Шаг перестановки внутренних виб­раторов не должен превышать полутора радиусов их действия.

Уход за бетоном начинают сразу после укладки и уплотнения бе­тонной смеси и продолжается в течение всего периода выдержива­ния бетона до достижения им проектной прочности. Качество бето­на зависит от ухода за ним, целью которого является создание и поддержание температуро-влажностных условий, благоприятных для гидратации цемента. В летнее время поверхность свежеуложен- ного бетона должна быть защищена от высыхания, а в первые часы твердения и от дождя. Для этого открытые горизонтальные поверх­ности по окончании бетонирования засыпают слоем влагоемкого материала-песка, опилок, шлака или покрывают мешковиной, плен­ками. В сухую погоду покрытие поддерживают во влажном состоя­нии до достижения бетоном не менее 70% проектной прочности. Вертикальные поверхности опалубки защищают от высыхания, пе­риодически увлажняют. После снятия опалубки вертикальные по­верхности бетонных сооружений поливают водой.

В районах с сухим жарким климатом предусматривают меро­приятия, сохраняющие влагу в бетонной смеси; применяют пленко­образующие составы, отражающие солнечные лучи, укрывают по­лимерными пленками, заливают горизонтальные поверхности во­дой и др.

Для бетонирования в зимних условиях в нашей стране разрабо­таны специальные способы, направленные на то, чтобы обеспечить нормальный режим твердения бетона: закрывают опалубку утепли­телем - " метод термоса", что сохраняет тепло, выделяемое при гид­ратации цемента, подогревают заполнитель и воду, применяют раз­личный прогрев бетонной смеси, вводят добавки хлористых солей натрия и кальция и др.

Сборно-монолитные конструкции представляют собой зара­нее изготовленные сборные элементы и дополнительно уложенные на месте строительства монолитный бетон (бетон омоноличивания) и арматуру. После приобретения монолитным бетоном прочности такая конструкция работает как единое целое, в случае обеспечения надежного сцепления нового и старого бетона (рис. 20.7).

Конструктивное сочетание сборных элементов и монолитного бе­тона во многих случаях является экономически выгодным, так как

Рис. 20.7. Сборно-монолитное перекрытие: 1 - сборные элементы (старый бетон); 2 - монолитный бетон (новый бетон)

сборно-монолитные конструкции, объединяя достоинства тех и дру­гих, лишены некоторых их недостатков. Для возведения сборно- монолитных конструкций в отличие от монолитных не требуется специальной опалубки, подмостей и лесов. Поэтому монолитный бетон сборно-монолитных конструкций дешевле бетона монолитных конструкций, а также пропаренного бетона сборных элементов. В сборных элементах сборно-монолитных конструкций весьма эффек­тивно применение предварительно напряженной высокопрочной ар­матуры. Установкой дополнительной арматуры в опорных участках монолитного бетона легко обеспечивается неразрезность соединений элементов.

§ 5. Каменные конструкции

В настоящее время для каменных конструкций применяют глав­ным образом искусственные каменные материалы: кирпич керами­ческий и силикатный, блоки, камни из тяжелого и легкого, ячеистого бетона, в отдельных случаях применяют и природный камень. Со­единяются они строительными растворами. Выбор каменных мате­риалов определяется экономическими соображениями, что связано с капитальностью здания, прочностью, теплотехническими требова­ниями и др. Наиболее распространенными каменными конструкция­ми являются фундаменты (см. рис. 20.5, г), наружные и внутренние стены.

Обыкновенный, утолщенный и модульный полнотелый кирпич пластического прессования применяется при возведении наружных и внутренних стен, полов, цоколей и фундаментов. Полнотелый кирпич полусухого прессования, пустотелые кирпич и камни не применяются для устройства фундаментов и цоколей ниже уровня гидроизоляции.

Своеобразие структуры и механизма формирования керамическо­го черепка полусухого прессования обуславливает его пониженное сопротивление изгибу, повышенную водо- и газонепроницаемость.

Рис. 20.8. Виды кладки: а)сплошная; б)облегченная; в)облегченная кирпично-колодцевая; д)облегченная кирпично-колодцевая блочная

В зависимости от используемого материала кладку стен разли­чают: кирпичную, сплошную и облегченную, мелкоблочную (рис. 20.8). Толщина сплошных стен принимается кратной размерам кирпича: 0, 5; 1, 0: 1, 5; 2, 0; 2, 5; 3, 0 кирпича.

Прочность каменной кладки зависит от прочности и деформа- тивности камня и раствора; размеров камней и их формы; удобоук- ладываемости (подвижности) раствора; степени заполнения им вер­тикальных швов; сцепления раствора с камнем; качества кладки, обусловленного квалификацией каменщика, и другими факторами.

Даже в центрально-сжатой кладке каждый кирпич опирается на
раствор не всей поверхностью, а ее отдельными участками (рис. 20.9). Это объясняется тем, что поверхность кирпича не является ровной, а раствор по длине шва имеет неодинаковую плотность и толщину. В результате давление неравномерно распределяется по нижней и верхней поверхности кирпича, вызывая в нем напряжения изгиба, скалывания, внецентренного сжатия. Оптимальная толщина шва принимается 12 мм.

Вследствие возникающего в кладке сложного напряженного со­стояния прочность ее существенно меньше сопротивления камня сжатию. Например, прочность кирпичной кладки на слабых раство­рах составляет лишь 10... 15% прочности кирпича, а при прочных растворах — 30...40% этого значения. Высокого качества кладки с равномерным и плотным заполнением швов раствором можно дос­тичь применением вибрирования кладки. В этом случае прочность может быть повышена в 1, 5...2 раза по сравнению с обычной кладкой.

струкции; усиление посредством заключения кладки в железобетон­ную или металлическую обойму из уголков.

Повышение несущей способности сжатой кладки, усиленной сет­чатым армированием, происходит вследствие того, что арматурные стержни, включаясь в работу на растяжение, препятствуют расшире­нию кладки в поперечном направлении. В центрально-сжатой кладке сетчатое армирование используется более эффективно, чем продоль­ная арматура, взятая в том же количестве.

Сетки изготовляют из стали классов A-I или Вр-I диаметром 3...8 мм, причем при наличии пересечении арматуры в швах диаметр стержней должен быть не более б мм. Это ограничение связано с тем, что толщина шва в кладке должна быть не более 10... 12 мм, но при этом превышать толщину сетки не менее чем на 4 мм. Расстояние ме­жду стержнями (С/, С₂) должно быть не более 12 и не менее 3 см.

Рис. 20.10. Сетчатое арми­рование каменных конст­рукций: 1 - прямоугольная арматурная сетка; 2 - выпуск арматурной сетки для контроля ее укладки

§ 6. Вторичное использование материала каменных, бетонных и железобетонных конструкций

Использование при новом строительстве материалов других, раз­рушаемых сооружений известно давно. Например, мраморная обли­цовка пирамиды Хеопса в Египте была снята и пошла на строитель­ство мечети Мухаммеда Али в Каире в начале XIX века. Для строи­тельства собора Святого Петра в Риме выламывался камень из древнего Колизея. При строительстве нового здания Государствен­ной библиотеки, первых станций московского метрополитена при­менялся мрамор взорванного храма Христа Спасителя, который сейчас воссоздан. Однако в данном случае имеется в виду использо­вание материала зданий, отслуживших свой срок, или некондици­онных конструкций. При замене жилого фонда старых серий домов

(например, «пятиэтажек») на новые, при отходах на предприятиях- изготовителях сборного железобетона, в случае стихийных бедствий и чрезвычайных обстоятельств образуются огромные объемы бетона и железобетона (бетонного лома), а также кирпича и камня. Кирпич используется в качестве щебня, естественный камень также может быть переработан на щебень или использован по прежнему назначе­нию. Первый опыт в этом был получен после второй мировой войны при разборке разрушенных зданий.

В странах ЕЭС, США и Японии по прогнозам к 2000 г. объем бе­тонного лома достигнет 360 млн. т в год. В США более десяти лет ежегодно перерабатывают свыше 20 млн. т. По данным ряда амери­канских фирм, при получении щебня из бетона расход топлива в 8 раз меньше, чем при его добыче в природных условиях, а себестои­мость бетона на вторичном щебне снижается до 25%.

Вместе с тем имеются данные, что дробленый заполнитель ха­рактеризуется более низкой прочностью по сравнению с природ­ным, на зернах щебня остается растворная составляющая и поэтому бетон на его основе имеет более низкую прочность на сжатие. Но накопленный опыт показывает, что за счет применения рациональ­ных технологий переработки бетонного лома и использования со­временного оборудования, позволяющего подвергать его специаль­ной обработке, заполнитель из дробленого бетона может быть кон­курентоспособен с природным щебнем.

Переработка бетона и железобетона организуется на специализи­рованных технологических линиях для получения товарного щебня и высвобождения арматурной стали. Основными установками при этом служат дробильные агрегаты различного типа.

В целом применение бетонного лома решает большую экономи­ческую и экологическую задачу.

Вопросы для самоконтроля

1. Как влияет виброуплотнение на структуру бетонной смеси?

2. Выберите способы ускорения твердения бетона и железобе­тонных изделий, не ухудшающие структуру бетона и его качество (прочность, морозостойкость и др.).

3. Железобетон как композиционный материал, назначение (функция) и взаимодействие бетона (матрицы) и арматуры; защит­ная роль бетона по отношению к стальной арматуре.

4. Железобетон как универсальный материал (укажите типы изде­лий и конструкций), его конкурентоспособность при сравнении с металлическими и деревянными конструкциями.

5. Укажите специфику применения бетона в сборных, монолитных и сборно-монолитных железобетонных конструкциях.

Дополнительная литература

1. Ресурсо- и энергосберегающие конструкции и технологии. Ма­териалы конференции по бетону и железобетону. - Казань, 1988.

2. Баженов Ю.М., Комар А.Г. Технология бетонных и железобе­тонных изделий. - М., 1994.

3. Гусев Б.В., Загурский В.А. Вторичное использование бетонов. - М., 1988.

4. Попов Н.Н., Чарыев М. Железобетонные и каменные конструк­ции. - М., 1996.

Глава XXI. ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ § 1. Общие сведения

Материалы из древесины применялись в строительстве с глубо­кой древности. Еще в 12-13 веках русскими зодчими были созданы замечательные сооружения из древесины: мосты, крепостные соору­жения, храмы и дворцы, великолепные по архитектурной вырази­тельности. Некоторые из них сохранились до сих пор как памятники архитектуры.

Высокий коэффициент конструктивного качества, прочностные показатели, стойкость в агрессивных средах, технологичность и де­коративность обеспечили деревянным конструкциям и изделиям из древесины достойное место в общей номенклатуре строительных конструкций, Склеивание древесины современными полимерными клеями дает возможность получения композиционных материалов. Применение клееных деревянных конструкций, относящихся к лег­ким сборным индустриальным конструкциям, позволяет сократить сроки строительства и снизить его стоимость.

Средние показатели прочности древесины хвойных и лиственных пород 40-80 МПа при сжатии вдоль волокон, 50-100 МПа при изгибе, 100-190 МПа при растяжении вдоль волокон. Однако эти результаты получены в лабораторных условиях на малоразмерных образцах при 15%-ной влажности. Прочность длинноразмерных элементов из-за пороков и дефектов древесины будет значительно меньше. При рас­четах деревянных конструкций на сжатие, изгиб прочность принима­ется не более 10-12 МПа. В клееных конструкциях, где при их изго­товлении убираются недопустимые пороки и дефекты, прочность увеличивается в несколько раз. В древесно-слоистых пластиках (ДСП) прочность достигает 150-280 МПа.

Эффективное сочетание древесины с полимерами, минеральными вяжущими, волокнами и металлами составляет принципиально новую основу создания деревянных конструкций. Потенциальные возмож­ности древесины очень велики и прочностные характеристики значи­тельно увеличиваются именно в композиционных материалах.