Железобетонные и армоцементные изделия и элементы конструкций.

Выполнили: Бурдыленко Игорь, Ванчин Иван, Канахин Павел, Шадрина Марина.

Группа: Б-3129

Преподаватель: Ганик Сергей Владимирович

Железобетон - строительный композиционный (армированный) материал, состоящий из двух основных компонентов: стальная арматура и бетон. В любом армированном материале различают основу (матрицу) и армирующий материал. В железобетоне матрицей является бетон, хорошо сопротивляющийся сжатию, и значительно хуже-растяжению. Основную нагрузку на растяжение принимает стальная арматура, монолитно соединенная с бетоном. Прочность арматуры на растяжение в 100-200 раз больше чем у бетона. В ЖБК(Железобетонных конструкциях), эти два материала друг друга дополняют и удерживают в заданных рамках. Если у обоих материалов (бетон и стальная арматура) будет одинаковая прочность в зоне сжатия и в зоне растяжения изгибаемых ЖБК, то в несколько раз повысится прочность сооружения из железобетона на изгиб. Чтобы этого добиться, в подвергаемую растяжениям часть ЖБК вводят прутья арматуры определенного сечения. Благодаря этому, железобетонные изделия не ломаются при изгибе и могут выдерживать во много раз большую разрушающую нагрузку.

Совместно взаимодействовать бетону и металлу помогают их же основные физические свойства: большая прочность бетона на сжатие; аналогичная прочность арматуры на растяжение; большая сила сцепления застывшего бетона с рифленой арматурой; почти одинаковое изменение геометрических размеров бетона и стали, при изменении температуры. Относительно малая теплопроводность бетона также идёт на пользу ЖБК: бетон защищает стальную арматуру от резких изменений температуры. Так же, он выполняет функцию защиты арматуры от коррозии.

История использования железобетона

Заметную роль в строительной технике России, Западной Европы и Америки железобетон начал играть лишь в конце 19 в. Большая заслуга в развитии железобетона в России принадлежит профессору Н. А. Белелюбскому, под руководством которого был возведён ряд сооружений и проведены испытания различных железобетонных конструкций. Позже появились оригинальные конструкции, предложенные инженерами Н. М. Абрамовым, А. ф. Лолейтом и др. Первым крупным сооружением, выполненным из бетона и железобетона в Советском Союзе, была Волховская ГЭС, явившаяся большой практической школой для советских специалистов по железобетону. В последующие годы железобетон применялся во всё возрастающих размерах. Расширению производства железобетона способствовали серьёзные достижения в развитии теории расчёта конструкций из этого нового строительного материала. В СССР с 1938 получил практическое применение прогрессивный метод расчёта железобетона на прочность по стадии разрушения, разработанный советскими учёными А. А. Гвоздевым, Я. В. Столяровым, В. И. Мурашёвым и др. на основе предложений А. Ф. Лолейта. Достижения советской школы теории железобетона получили всеобщее признание и используются в большинстве зарубежных стран. Дальнейшее совершенствование железобетона и расширение областей его применения связаны с проведением широкого круга научно-исследовательских работ.

Технологии изготовления железобетонных изделий

Любые отдельно взятые железобетонные изделия - фундаментные блоки, плиты и перемычки, столбы и заборы - изготавливаются по технологии с определенной системой армирования, рецептурой бетона и т. д. Технологический процесс производства складывается из следующей последовательности операций:

1)приготовление бетонной смеси;

2)армирование ЖБИ изделий;

3)формование;

4)твердение;

5)обработка поверхности готовых изделий.

Приготовление бетонной смеси

(вода; заполнители - разного рода сыпучие материалы (песок, гравий, керамзит, шлак и др.); вяжущее вещество (преимущественно цемент, реже - полимеры, дегти и битумы), специфические добавки - для усиления тех или иных свойств (прочности, декоративности и т. д.) по необходимости.

Соотношение элементов определяется требованиями ГОСТ к эксплуатационным качествам готовых изделий, а потому для каждого из ЖБИ оно будет различным.

Армирование ЖБИ

На данном этапе производства железобетонных изделий на заводах применяют один из двух принципиально различных способов: ненапряженное и предварительно напряженное армирование.

Ненапряженное армирование. Производится с использованием объемных каркасов и плоских сеток. Для этих целей применяют арматуру двух типов: основную и вспомогательную. Основная помещается в тех частях изделия, в которых под нагрузкой в дальнейшем будут возникать растягивающие напряжения. Вспомогательная арматура размещается в ненапряженных или сжатых местах изделия.

Предварительно напряженное армирование. Применяется для производства конструкционных элементов, ориентированных под изгибающие нагрузки. В бетоне по всей площади сечения создается предварительное обжатие, у напорных труб железобетонных оно может достигать показателя в 120 кг/кв. см. В качестве базовой напрягаемой арматуры, как правило, используют высокопрочную проволочную или упрочненную сталь.

Формование

Различают три основных способа формования:

Стендовый. Изделия изготавливаются в неперемещаемых формах. К этому способу относится формование на плоских стендах, в кассетах и матрицах.

Производство ЖБИ в перемещаемых формах. При таком способе изделие вместе с формой перемещается на специализированных постах по мере выполнения отдельных операций.

Непрерывное формование.

Один из самых современных способов, который предполагает использование вибропрокатного стана. Данный метод формования наиболее производительный.

Твердение

Для затвердевания железобетонных изделий применяют три различных режима:

нормальный - при температуре от 15 до 20оС;

тепловая обработка - при температуре до 100оС;

автоклавная обработка - пропаривание при температуре свыше 100оС и повышенном давлении.

Выбор температурного режима твердения зависит от требований к прочности железобетонных изделий.

Обработка поверхности

Способ отделки ЖБИ выбирается с учетом предполагаемых условий эксплуатации и типа изделий. Так, например, стеновые блоки могут обрабатывать с использованием алюминиевых листов и цветных цементных плиток.

На завершающем этапе все ЖБИ изделия проходят контроль качества.

Классификация железобетона

В зависимости от способа армирования и состояния арматуры различают железобетонные изделия с обычным армированием и предварительно напряженные. Армирование бетона стальными стержнями, сетками или каркасами не предохраняет изделия, работающие на изгиб, от образования трещин в растянутой зоне бетона, так как последний обладает незначительной растяжимостью (1-2мм на 1 м), тогда как сталь выдерживает без разрушения в 5-6 раз большие растягивающие напряжения, чем бетон. Появление трещин отрицательно влияет на работу железобетонного элемента: увеличиваются прогибы, в трещины проникают влага и газы, отчего создается опасность коррозии стальной арматуры.

Избежать образования трещин в железобетонной конструкции можно предварительным сжатием бетона в местах, подверженных растяжению. В предварительно сжатом бетоне трещины появляются только в том случае, если растягивающие напряжения перерастут напряжения предварительного сжатия. Сжатие бетона достигается предварительным растяжением арматуры.

Различают два вида предварительного напряжения арматуры: до затвердения бетона и после приобретения бетоном предельной прочности. Если напряжение арматуры производится до бетонирования, то уложенная в форму арматура растягивается и в таком состоянии закрепляется в форме. После заполнения формы бетонной смесью и затвердения бетона арматур освобождается от натяжения, сокращается и увлекает за собой окружающий ее бетон, обжимая железобетонный элемент в целом. Если же напряжение арматуры производится после затвердения бетона, то в этом случае арматуру располагают в специально оставленном в бетоне канале. После затвердения бетона арматуру натягивают и закрепляют на концах конструкции анкерными (крепёжное изделие, которое закрепляется в несущем основании и удерживает какую-либо конструкцию.) устройствами. Затем заполняют канал раствором, который после затвердения сцепляется с арматурой и с бетоном конструкции, обеспечивая монолитность железобетона.

Предварительное напряжение арматуры не только предупреждает появление трещин в растянутом бетоне, но и позволяет снизить массу железобетонных конструкций, увеличить их жесткость, повысить долговечность и сократить расход арматуры. Поэтому дальнейшее развитие строительной техники направлено на значительное увеличение выпуска тонкостенных предварительно напряженных железобетонных конструкций.

В основу классификации сборных железобетонных изделий положены следующие признаки: вид армирования, плотность, вид бетона, внутреннее строение и назначение. По виду армирования железобетонные изделия делят на предварительно напряженные и с обычным армированием.

По плотности изделия бывают из тяжелых бетонов, облегченного, легкого и из особо легких (теплоизоляционных) бетонов. Для элементов каркаса зданий применяют тяжелый бетон, а для ограждающих конструкций зданий - легкий.

По виду бетонов и применяемых в бетоне вяжущих различают изделия: из цементных бетонов - тяжелых на обычных плотных заполнителях и легких бетонов на пористых заполнителях: силикатных бетонов автоклавного твердения - плотных (тяжелых) или легких на пористых заполнителях на основе извести или смешанном вяжущем; ячеистых бетонов - на цементе, извести или смешанном вяжущем; специальных бетонов - жаростойких, химически стойких, декоративных, гидратных.

По внутреннему строению изделия могут быть сплошными и пустотелыми, изготовленными из бетона одного вида, однослойные или двухслойные и многослойные, изготовленные из разных видов бетона или с применением различных материалов, например теплоизоляционных.

Железобетонные изделия одного вида могут отличаться также типоразмерами, например стеновой блок угловой, подоконный и т. д. Изделия одного типоразмера могут подразделяться также по классам. В основу деления на классы положено различное армирование, наличие монтажных отверстий или различие в закладных деталях.

В зависимости от назначения сборные железобетонные изделия делят на основные группы: для жилых, общественных промышленных зданий, для сооружений сельскохозяйственного и гидротехнического строительства, а также изделий общего назначения.

Железобетонные изделия должны отвечать требованиям действующих государственных стандартов, а также требованиям рабочих чертежей и технических условий на них. Изделия массового производства должны быть типовыми и унифицированными для возможности применения их в зданиях и сооружениях различного назначения. Составные или комплексные изделия поставляют потребителю, как правило, в законченном, собранном и полностью укомплектованном деталями виде. Железобетонные изделия с проемами поставляют со вставленными оконными или дверными блоками, проолифленными или загрунтованными. Качество поверхности изделия должно быть таким, чтобы на месте строительства (если это не предусмотрено проектом) не требовалось дополнительной их отделки.

Основы технологии сборных железобетонных изделий

Основные преимущества сборного железобетона перед монолитным заключаются в существенном повышении производительности труда и качестве строительства за счет применения крупноразмерных изделий и элементов конструкций полной заводской готовности. Производство железобетонных изделий складывается из следующих основных процессов: приготовления бетонной смеси; изготовления арматурных элементов; формования изделий; твердения бетона; освобождения изделий из форм, их отделки, сборки и комплектования строительных деталей для повышения их заводской готовности.

Этот способ получил широкое распространение, поскольку отличается гибкостью и возможностью быстрой переналадки при переходе от выпуска одного типа изделий к выпуску другого, а также требует сравнительно небольших капитальных затрат.

Конвейерный способ производства отличается от поточно-агрегатного делением технологического процесса на отдельные операции и определенным ритмом, т. е. одинаковой продолжительностью выполнения операций. Конвейерный способ позволяет создать мощный механизированный поточный процесс, он особенно эффективен при серийном выпуске однотипных изделий: стеновых панелей, панелей перекрытий, колонн и ригелей промышленных зданий и др.

При стендовом способе изделия изготавливают в неподвижных формах или на специально оборудованных стендах. Стендовая технология особенно целесообразна при изготовлении крупноразмерных и предварительно напряженных изделий, ее применяют также и в условиях полигонов, когда тепловая обработка осуществляется в напольных камерах или в термоформах. При стендовом производстве затруднена механизация и автоматизация технологических процессов, повышена трудоемкость. Продолжительность технологического цикла составляет обычно 1-2 сут.

Стендовый способ получил распространение при производстве многих конструкций энергетического строительства: несущих балок перекрытий, отсасывающих труб, водосбросов, пустотных водосливов и галерей, камер шлюзов, плит перекрытий спиральных камер турбин, труб, элементов каркаса машинных залов ГЭС и др.

Разновидностью стендового является кассетный способ производства, особенностью которого является формование изделий в вертикальном положении в стационарных разъемных групповых формах - кассетах. Кассетный способ производства распространен на заводах крупнопанельного домостроения.

К числу наиболее важных технологических переделов в производстве железобетонных изделий относятся формование и тепловая обработка.

Формование изделий включает подготовку форм (очистку, сборку, смазку), установку и натяжение арматуры, укладку, распределение в форме и уплотнение бетонной смеси, заглаживание поверхности, расформовку изделий после тепловой обработки. В условиях заводской технологии набор бетоном необходимой прочности в приемлемые сроки достигается с помощью тепловой обработки, на долю которой приходится 70-80% времени всего цикла изготовления изделий и до 70% всей тепловой энергии.

Распространенным способом тепловой обработки бетона является пропаривание при атмосферном давлении и температуре до 100° С. Длительность пропаривания в большинстве случаев составляет 12-13 ч и колеблется от 2, 5 до 24 ч. Наиболее характерные для технологии сборного железобетона тепловые агрегаты - ямные пропарочные камеры.

Свойства бетона, расходы тепловой энергии и цемента в значительной мере определяются режимом тепловой обработки, который включает предварительное выдерживание изделий до начала тепловой обработки, подъем температуры, изотермический прогрев и охлаждение. Предварительное выдерживание изделий колеблется от 1 до 8 ч и сокращается по мере ускорения темпа начального твердения бетона, введения добавок-ускорителей твердения. Скорость повышения температуры при пропаривании изделий в открытых формах составляет 15- 30° С/ч. Она практически не ограничивается при применении жестких закрытых форм.

Интенсивный набор прочности бетона идет в период изотермического прогрева длительностью от 4 до 10 ч в зависимости от В/Ц, вида и марки цемента, требуемого значения отпускной прочности бетона, равной 50-100% проектной марки. Оптимальная температура изотермического прогрева при применении портландцемента 80-85° С, шлако- и пуццоланового портландцементов 95-100° С.

Сокращение общей длительности тепловой обработки без перерасхода цемента достигается применением предварительно разогретых бетонных смесей, использованием быстротвердеющих цементов, созданием избыточного давления паровоздушной среды в камере пропаривания (0, 01-0, 03 МПа), контактным прогревом бетона в замкнутом пространстве, применением ускорителей твердения.

Тепловая обработка пропариванием имеет ряд недостатков: повышенный расход теплоты, неравномерность прогрева изделий с большой площадью поверхности, неблагоприятные санитарно-гигиенические условия и др. В значительной мере эти недостатки устраняются при электротермообработке бетона.

Армирование железобетонных конструкции

Различают обычное и предварительно напряженное армирование. Обычное армирование, хотя и увеличивает несущую способность конструкций, имеет ограниченные возможности, обусловленные незначительной (0, 1-0, 15 мм/м) растяжимостью бетона: при минимальных нагрузках возникают трещины, увеличиваются прогибы, развивается коррозия стальной арматуры.

Предварительно напряженное армирование заключается в обжатии бетона натянутой арматурой. Для того чтобы изменить знак напряжения, действующего в бетоне предварительно напряженной конструкции, необходимо прежде всего нейтрализовать имеющееся обжатие. При этом следует иметь в виду, что возможная деформация бетона при сжатии в 20- 25 раз превышает предельное растяжение.

Важнейшими следствиями предварительного напряжения является повышение стойкости от трещин, экономия арматуры, обусловленная возможностью применения высокопрочной стали. При обычном армировании с повышением рабочего напряжения увеличивается и растяжение высокопрочной стальной арматуры по сравнению с обычной сталью, что приводит к появлению трещин в растянутой зоне железобетонного элемента и потере им несущей способности.

Благодаря предварительному напряжению оказалось возможным изготавливать конструкции (плиты, балки, фермы) для перекрытия больших пролетов (более 9 м), тонкостенные пространственные конструкции (оболочки двоякой кривизны, панели-оболочки размером на пролет 12, 18 и 24 м) зданий различного назначения,

производство труб большого диаметра для напорных водоводов, опор высоковольтных линий электропередачи и ряда других конструкций. Использование предварительно напряженного железобетона позволило значительно расширить область применения сборных конструкций при возведении плотин, шлюзов, зданий ГЭС и других сооружений.

Имеются два направления предварительного напряжения железобетона, применяемые в энергетическом строительстве: в конструкциях сооружений непосредственно на месте их возведения; в сборных конструкциях заводского изготовления.

На месте возведения применяют в основном гидравлический, гравитационный методы обжатия бетонных сооружений с анкеровкой их к основанию. Применительно, в частности, к плотинам на скальных основаниях.

Гравитационный заключается в прижатии сооружения к основанию натяжением пучковой или стержневой арматуры, заанкеренной в скальную породу.

При гидравлическом бетон подвергается предварительному напряжению плоскими гидравлическими домкратами, закладываемыми в специальные швы.

При производстве сборных железобетонных изделий предварительное напряжение может производиться до затвердевания бетона и после приобретения им определенной прочности.

Первый способ («натяжение на упоры») более распространен. Сущность его заключается в том, что уложенная в форму арматура закрепляется на упоре и натягивается. Освобождается от натяжения арматура после заполнения формы бетонной смесью и затвердевания бетона.

При втором способе («натяжение на бетон») арматура располагается в специально оставленном в бетоне канале и натягивается после его затвердевания. Необходимое сцепление натянутой арматуры с бетоном достигается с помощью инъецирования в каналы конструкции цементного раствора. Освобожденная от натяжения арматура стремится вернуться в первоначальное положение, сокращается и обжимает железобетонные элементы.

Натяжение арматуры осуществляют механическим, электротермическим, электротермомеханическим и химическим способами.

-Механическое натяжение арматуры производят гидродомкратами и другими устройствами;

-электротермическое основано на использовании линейного расширения арматуры при ее нагреве электрическим током

-химическое - на применении напрягающих цементов, имеющих высокую энергию расширения.

-При электротермомеханическом натяжении арматура натягивается механическим устройством и одновременно нагревается электрическим током.

Различают линейное и непрерывное напряженное армирование. При линейном армировании на место натяжения укладывают отдельные элементы в виде стержней, пучков, прядей, соединенных в определенном порядке, а при непрерывном - арматурный каркас получают наматыванием непрерывной проволочной нити на специальные упоры или на конструкцию.

Материал взят из:

1) Д. П. Айрапетов-Архитектурное материаловедение

2) Википедия