|
|
Оглавление2. Строительные грузы и технические средства их транспортирования 3. Технология разработки грунта 5. Технология монтажа строительных конструкций 6. Технология монолитного бетона и железобетона 7. Технология устройства отделочных покрытий Методические указания к практическим занятиям Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгу6. Технология монолитного бетона и железобетона6.1. Общие положенияЧто такое бетон, железобетон? Бетон – искусственный камнеподобный строительный материал сложной структуры, состоящий из заполнителей, склеивающего вещества и пустот (пор и капилляров). Физико-механические и строительно-технологические свойства бетона определяются свойствами его структурных составляющих, их контактами между собой и количественными пропорциями составляющих. В процессе изготовления бетон проходит через несколько агрегатных состояний (сухая смесь, бетонная смесь, твердеющий бетон, бетонный камень). Одно из основных свойств бетона – высокая сопротивляемость сжимающим нагрузкам и низкая – растягивающим. Для повышения сопротивляемости растяжению в бетонные конструкции укладывают арматуру, которая в основном воспринимает растягивающие усилия. Армированный бетон называют железобетоном, он обладает свойствами стали и бетона, хорошо сопротивляется как сжатию, так и растяжению. В строительной практике широко применяют предварительным напряжённый железобетон. Сущность предварительного напряжения состоит в том, что зона бетона, подверженная растяжению, обжимается натянутой арматурой, поэтому при воздействии на конструкцию растягивающие силы воспринимаются арматурой, уменьшая напряжения сжатия в бетоне. По способу изготовления бетонные и железобетонные конструкции разделяют на сборные (изготовленные на заводах и полигонах и доставленные к месту монтажа) и монолитные (изготовленные на месте, в составе здания или сооружения). Как и где используются железобетонные конструкции и элементы в строительстве? Бетон и железобетон как конструкционный материал занимает в строительстве ведущее место. Масштабность применения бетона и железобетона обусловлена их высокими физико-механическими показателями: долговечностью, хорошей сопротивляемостью температурным и влажностным воздействиям, сравнительно несложной технологией изготовления и невысокой стоимостью. В зданиях монолитные бетонные (железобетонные) элементы используются для устройства фундаментов, стен и перегородок, колонн, балок, ферм, перекрытий, ограждений. Весьма широка номенклатура железобетонных элементов для малых архитектурных форм и сооружений на инженерных сетях (каналы, лотки, колодцы и т.д.). Налаженное производство сборного железобетона позволяет осуществлять строительство полносборных зданий жилого, общественного и промышленного назначения. Широко применяются железобетонные конструкции при строительстве сооружений: – в транспортном строительстве (опоры и пролеты мостов, покрытия автодорог, железнодорожные шпалы, аэродромные покрытия, отделка транспортных тоннелей); – в гидротехническом строительстве (пирсы и причалы, доки, берегоукрепления, плотины, каналы и т.д.); – ёмкостных (резервуары, силосы, элеваторы, ёмкости очистных комплексов). Нет такой отрасли промышленности, где не применялись бы конструкции и элементы из бетона и железобетона. В перспективе объёмы применения железобетонных конструкций будут возрастать. Какова структура комплексного технологического процесса изготовления железобетонных конструкций? Изготовление любой железобетонной конструкции или элемента – это комплексный технологической процесс, включающий в себя ряд простых процессов: устройство опалубки, армирование, бетонирование конструкции, выдерживание бетона (твердение), распалубливание, отделка поверхности (при необходимости). Кроме основных процессов при изготовлении бетонных конструкций, известны вспомогательные, транспортные и заготовительные процессы и операции. В состав заготовительных входят процессы по изготовлению опалубки, арматурных изделий, приготовление бетонной смеси. Транспортные процессы имеют место на всех стадиях изготовления железобетонной продукции, например: перемещение компонентов при изготовлении бетонной смеси, перевозка готовой смеси на объект; транспортирование смеси к месту укладки. При бетонировании в случае необходимости выполняются дополнительные процессы: утепление конструкций, увлажнение поверхности бетона, отделка поверхностного слоя при бетонировании, предварительное натяжение арматуры и т.д. Какие материалы используются для изготовления бетонных смесей? Бетонная смесы – пластическая, вязкая система из рационально подобранных и тщательно перемешанных компонентов: вяжущего, заполнителей, воды и необходимых по рецептуре добавок. Вяжущее вещество и вода – активные составляющие бетона, так как в результате химической реакции они переходят в твёрдую фазу и образуют цементный камень. В качестве вяжущих используются неорганические вещества, способные при растворении водой в результате химических процессов переходить из жидкого, или тестообразного состояния в камневидное – твердеть. Вяжущие подразделяются на гидравлические (цемент), способные твердеть и на воздухе и в воде, и воздушные (известь, гипс) – твердеющие только на воздухе. Заполнители – природные или искусственные материалы определённого зернового состава, которые в рационально составленной смеси с раствором вяжущего вещества образуют бетон. Заполнители являются основной частью в бетонах, по объёму – до 90%. Заполнители в реакции твердения не участвуют, поэтому называются инертными материалами. Заполнители делятся на крупные (щебень и гравий) и мелкие (песок). Марки крупных заполнителей по прочности должны быть выше проектной марки бетона не менее чем на 50%. Требования к заполнителям регламентируются государственными стандартами. Зерновой состав, прочность и чистота заполнителя существенно влияют на свойства бетона. Песок представляет собой рыхлую смесь зёрен. Крупность зёрен колеблется от 0,14 до 5,0 мм. Чтобы отделить от песка примеси глин, перед применением песок промывается. Щебены получают дроблением прочных горных пород (гранит, диабаз, прочный песчаник и др.) на камнедробилках с сортировкой в диапазоне 3–70 мм. Щебень не должен содержать глинистые и пылеватые примеси. Их присутствие снижает прочность и морозостойкость затвердевшего бетона. Гравий – каменный материал, образовавшийся в результате естественного разрушения горных пород (эрозия, абразия). В бетоне выполняет те же функции, что и щебень. Лёгкие, пористые заполнители используются для приготовления лёгких бетонов. Они бывают природные, получаемые дроблением пористых горных пород (пемзы, вулканические туфы, ракушечники), и искусственные, изготовляемые из промышленных отходов (топливные шлаки, гранулированные доменные шлаки, зольный гравий), а также специально изготовленные (перлит, вермикулит, керамзит). Вода используется как технологический компонент для химических реакций и физических процессов при изготовлении бетонных смесей и твердении бетона. Допускается применять любую воду, имеющую водородный показатель не менее 4 и содержащую не более 5000 мг минеральных солей на 1 л, в том числе сульфатов в пересчёте на SO4 – не более 2700 м /г на 1 л. Количество воды в бетонной смеси определяется расчетом. Химические добавки добавляются в смесь для усиления отдельных технологических свойств бетонной смеси. Состав бетонной смеси рассчитывается по специальным методикам в зависимости от назначения бетона. Как рассчитывается состав бетонной смеси? Составом бетонной смеси называется соотношение вяжущего, заполнителей и воды по массе или по объёму. Обычно состав выражают в виде отношения Ц : П : Щ, которое показывает во сколько раз количество мелкого заполнителя П (песка) и крупного заполнителя Щ (щебня) больше, чем Ц (цемента). Расход цемента в пропорции принимается за единицу. Выражают состав бетона в виде расхода материалов по массе (количество килограммов каждого компонента, необходимого для приготовления 1000 л бетонной смеси). Расчёт состава осуществляется в следующей последовательности: a) по графикам, таблицам, формулам определяется В/Ц (водоцементное отношение) для заданной марки бетона; b) рассчитывается расход Ц (цемента) и В (воды) на 1м3 (1000 л) бетонной смеси (по графикам и формулам) кг/м3; c) определяется пустотность щебня по формуле Пщ = 1 – рп / рщ, где рп – насыпная плотность щебня; рщ – истинная плотность; d) по специальным таблицам находим коэффициент раздвижки (α), который показывает, насколько объём растворной части (песок, цемент, вода) превышает объём пустот в щебне; e) расход щебня определяется по формуле Щ = 1000 / (Пщ/рп)+ (1/рщ); f) рассчитываем расход песка П = [1000 – (Ц / рц) + В + (1/рц)] рп, где рц – истинная плотность цемента; рп – истинная плотность песка. Таким образом, состав бетонной смеси на 1 м3: Ц + П + Щ + В = … кг. Как контролируется качество бетонных смесей? От качества приготовления смесей зависят их технологические характеристики и соответственно физико-механические свойства затвердевшего бетона. Контролирует качество приготовления смеси лаборатория. Методика контроля регламентируется государственными стандартами. В процессе приготовления бетонной смеси необходима постоянная корректировка состава с учётом возможных изменений параметров составляющих. Проверяются следующие характеристики. Вяжущие (цемент) – проверяется активность цемента, если он хранился более 2 мес или наблюдаются повышенные температура и влажность при затворении бетонной смеси. Заполнители: – песок – контролируется гранулометрический состав, наличие органических включений и пылеватых частиц, минералогический состав; – щебень – определяются физико-механические характеристики, минералогический состав, крупность, наличие глинистых и иных примесей; – добавки – контролируются по специальным техническим требованиям к каждому виду добавок, в зависимости от назначения; – лёгкие пористые заполнители – должны иметь параметры по техническим условиям завода-изготовителя; – вода – проверяется содержание примесей, вызывающих коррозию цемента, задерживающих его твердение, образующих высолы на поверхности бетона, наличие органических примесей, степень минерализации У всех заполнителей не менее одного раза в смену определяют влажность. Готовые бетонные смеси должны иметь заданные технологические свойства: – удобоукладываемость (жёсткость) – способность смеси растекаться под действием силы тяжести, легко укладываться в опалубку, заполнять заданную форму; – связность – способность сохранять свою однородность при транспортировании, погрузке, выгрузке, укладке и уплотнении. После затвердевания бетонной смеси в лаборатории производят определение кубиковой прочности бетона на разных стадиях набора проектной прочности. При необходимости проводят испытания на морозостойкость. Как влияют химические добавки на технологические и физико-механические свойства бетона? Химические добавки регулируют технологические свойства бетонной смеси и снижают расход цемента. Они разделяются на несколько основных: пластифицирующие, воздухововлекающие, ускорители твердения и ингибиторы. Пластифицирующие – увеличивают подвижность или уменьшают жесткость бетонной смеси. Воздухововлекающие – увеличивают содержание вовлеченного воздуха в бетонные смеси для снижения объёмного веса бетона. Ускорители твердения – сокращают время достижения бетоном распалубочной прочности, увеличивают скорость процессов схватывания и тепловыделения. Ингибиторы – повышают стойкость бетона в агрессивных средах, снижают возможность коррозии арматуры в бетоне. Кроме этого, в бетонные смеси вводят добавки, стабилизирующие состав по плотности: – водоудерживающие – для снижения испаряемости воды из смеси при твердении, изменяющие (замедляющие) сроки схватывания бетона; – антиморозные добавки – для твердения смесей при отрицательных температурах; – жаростойкие, газообразующие, пенообразующие. Все добавки эффективны только при точной дозировке, технологии приготовления и испытаний готовых образцов. Как классифицируются бетоны? Бетоны классифицируют по ряду признаков. По назначению различают конструкционные бетоны, из которых изготовляют несущие и ограждающие конструкции не выполняющие теплозащитные функции (колонны, балки, блоки, плиты, панели), и специальные: гидротехнические, для дорожного строительства, жаростойкие (выдерживающие температуру до 1700 оС), теплоизоляционные, химически стойкие, радиационнозащитные – используемые для конструкций со специальными требованиями. По плотности бетоны делятся на особо тяжелые (более 2500 кг/м3), тяжелые (1800–2500 кг/м3), легкие (500–1800 кг/м3), особо легкие (менее 500 кг/м3). Наибольшее применение в практике строительства для возведения подземных и надземных сооружений получил тяжёлый бетон. По виду вяжущего различают бетоны: цементные, силикатные, гипсовые (для отделочных работ), шлакощелочные (стойкие к агрессивным средам), полимербетоны (химически стойкие), полимерцементные (с повышенной морозостойкостью и водонепроницаемостью) и специальные бетоны. Среди цементных бетонов основное место (около 65%) занимают бетоны на портландцементе, а бетоны на шлакопортландцементе и пуццолановом цементе не более 20%. По виду заполнителей бетоны могут быть на плотных, пористых и специальных заполнителях. По структуре бетоны бывают с плотной, поризованной, ячеистой и крупнопористой структурой. При конструировании бетонных и железобетонных конструкций назначается «марка» бетона, характеризующая его механические свойства, необходимые для расчетов на прочность и эксплуатационные параметры. Какие факторы влияют на прочность бетона? Прочность – cвойство бетона сопротивляться разрушению от действия внешних нагрузок. Характеризуется прочностью цементного камня и его сцеплением с заполнителями. Большое влияние на прочность бетона оказывает плотность и однородность цементного камня. Если прочность заполнителя выше прочности цементного камня, то разрушение происходит по цементному камню, и наоборот, если прочность цементного камня выше прочности заполнителя, разрушается заполнитель. Бетон характеризуется нормативной прочностью, устанавливаемой испытанием на сжатие образца в 28-суточном возрасте при нормальных условиях твердения. Образцы изготавливаются из бетонной смеси и хранятся в условиях, близких к условиям твердения в конструкции. В случае необходимости образцы отбираются сверлением или пилением из затвердевшего бетона. Прочность измеряется в мегапаскалях (МПа). В зависимости от показателя прочности на сжатие бетон разделяется на классы – В2,5÷В60. Прочность и класс бетона взаимосвязаны примерной зависимостью.
На прочность бетона влияют физические и технологические факторы, улучшающие или ухудшающие работу конструкции. Физические: – водоцементное отношение (В/Ц) – характеризующее пористость цементного камня в бетоне. С увеличением количества воды, взятой для приготовления бетонной смеси, при одном и том же количестве цемента прочность бетона снижается. Объясняется это тем, что для твердения цемента требуется 20…25% воды от его массы, что соответствует В/Ц = 0,2...0,25, но смесь получается сухой и жесткой. Для улучшения удобоукладываемости увеличивают расход воды. Избыток воды испаряется, оставляя воздушные поры, ослабляющие прочность цементного камня; – качество заполнителя и цемента. Материалы подразделяют на высококачественные (щебень из горных пород высокой прочности, песок оптимальной крупности и зернового состава, цемент высокой активности), рядового и низкого качества (крупный заполнитель низкой прочности, мелкие пески с пылью и органическими примесями, цементы низкой активности). Для монолитного строительства требуется использование бетонных смесей высокой подвижности, поэтому для бетонов на плотных заполнителях В/Ц принимают 0,4…0,6, а для бетонов на пористых заполнителях – 0,5…0,7. Снижение качества заполнителей приводит к снижению характеристик бетонов и конструкций в целом. Tехнологические: – форма зёрен заполнителя. Зерна с более окатанной поверхностью обладают меньшим сцеплением с цементным камнем по сравнению с зёрнами остроугольной, неправильной формы. – степень однородности бетонной смеси при перемешивании составляющих. Неравномерное распределение фракций заполнителя ведет к различной прочности бетона в разных сечениях конструкции; – условия транспортирования и уплотнения не должны приводить к высыханию, увлажнению и расслоению бетонной смеси, т.е. крупный заполнитель не должен оседать, а цементное тесто и вода подниматься на поверхность; – условия твердения – влажность и температура окружающей среды. Для нормального твердения бетонов требуется высокая влажность, при которой вода не будет испаряться из бетона. Какова последовательность технологических операций при приготовлении бетонных смесей? Приготовление любой бетонной смеси происходит на бетоносмесительных комплексах (заводах, узлах, бетоносмесителях) в следующей последовательности: – состав бетонной смеси для конкретной марки бетона рассчитывается путем подбора весового и объемного соотношения компонентов; – готовая бетонная смесь выдается в транспортные средства и перемещается к месту укладки; – для проверки правильности подбора состава осуществляется пробный замес, изготовляются образцы и испытываются в лаборатории по стандартным методикам; – на складе бетоносмесительного комплекса производится приёмка и складирование необходимого количества заполнителей, вяжущего, добавок; – компоненты перемещаются к месту замеса. Перемещение производится транспортирующими устройствами, входящими в конструкцию бетоносмесительного комплекса; – по каждому из компонентов отмеривается доза составляющих на один замес в дозирующих устройствах и подается в бетоносмеситель; – в бетоносмесителе происходит перемешивание компонентов – операция, обеспечивающая равномерное распределение составляющих по всему объему замеса; время, за которое компоненты качественно перемешиваются, называется циклом. Какие механизмы необходимы для изготовления бетонных смесей? Бетонные смеси приготовляются на бетоносмесительных установках стационарного или передвижного типа. В состав узла входят следующие машины и механизмы: – смесители различных типов; – дозаторы связующих и заполнителей; – станции управления; – расходные бункера и ёмкости; – установки для приготовления химических добавок; – транспортные устройства для подачи исходных компонентов (конвейеры, шнеки, трубопроводы); – раздаточные бункеры для выдачи готового сырья. Наибольшее влияние на качество бетонной смеси оказывают дозаторы и смесители. Дозаторы разделяются на объёмные и весовые. Объёмные дозаторы представляют собой мерные ёмкости, которые позволяют легко и в широких пределах дозировать по объёму компоненты бетонных смесей. Однако их точность относительно невысока и используются они в основном на строительных площадках. Весовые дозаторы обеспечивают точность дозирования до 1...2% и по принципу действия аналогичны обыкновенным весам. Они могут быть цикличного или непрерывного действия. Дозаторы цикличного действия отвешивают заданные порции компонентов смеси на один замес, а после новой загрузки повторяют цикл. Дозаторы непрерывного действия подают составляющие непрерывным потоком. Цикличные дозаторы могут быть одно- и многофракционными. Однофракционные располагаются непосредственно под расходной ёмкостью дозируемого материала. Многофракционные последовательно взвешивают две и более фракций заполнителя. Дозаторы выпускают в комплекте со станцией управления. Все современные дозаторы работают в автоматическом режиме по заданной программе. По технологии производства работ бетоносмесители подразделяются: – на цикличные, в которые материал загружается порциями (замесами), готовый замес выгружают, и цикл повторяется; – непрерывного действия, в этих бетоносмесителях загрузка материала и выход бетонной смеси происходит непрерывно. По принципу смешивания различают бетоносмесители гравитационного действия, основанного на свободном падении и смешивании материала и принудительного перемешивания под воздействием лопастей, связанных с осью двигателя. Кроме того, смесители различаются по конструктивным признакам: опрокидываемые, неопрокидываемые, тарельчатые, лотковые, лопастные, одновальные, двухвальные. Установки для приготовления химических добавок представляют собой специальные ёмкости, где необходимые компоненты растворяются в подогретой (до температуры 40...60 оС) воде и перекачиваются насосом в расходный бак и далее в дозатор. Как рассчитать производительность бетоносмесителей? Техническая производительность (Пт) бетоносмесителей рассчитывается по формулам: а) смесители циклического действия (м3/ч) Пт = V3 · n / 1000, где V3 – объём готовой смеси в одном замесе, л; n – число замесов за 1 ч работы; V3 = VБ K, где VБ – объём барабана смесителя, л; К – коэффициент выхода готовой смеси, К = 0,65 ÷0,70; б) смесители непрерывного действия (м3/ч) Пт = 3600 · F · V, где F – средняя площадь поперечного сечения барабана, м2; V – скорость движения смеси, м/с; F = Kn π d2 /4, где Kn – коэффициент наполнения сечения корпуса смесителя 0,28÷34,0; V = S · n, где S – шаг лопастей; d – диаметр лопастей смесителя, м; n – частота вращения лопастного вала, с–1. Эксплуатационная производительность уточняется по месту с учётом условий производства работ. 6.2. Опалубочные работыЧто такое опалубка? Опалубка – временная вспомогательная конструкция, образующая форму бетонной или железобетонной конструкции, в которую устанавливается арматура и укладывается бетонная смесь. В опалубке смесь принимает заданную форму и твердеет. После приобретения бетоном необходимой прочности надобность в опалубке отпадает и её снимают или оставляют в составе сооружения (несъёмная опалубка). В состав опалубки входят несущие, формующие и поддерживающие элементы, выполненные из разных материалов и имеющие различную конструкцию (опалубочная система). Опалубка классифицируется по следующим признакам: – по конструкции и способу производства работ – сборно-разборная щитовая, переставная, скользящая, горизонтально перемещаемая, несъёмная, пневматическая; – по типу бетонируемых конструкций – вертикальные, горизонтальные, наклонные, криволинейные; – по материалу палубы – деревянная, металлическая, фанерная, пластмассовая, комбинированная. Установка (монтаж) опалубки производится непосредственно на месте проектного положения бетонируемой конструкции. Процессы монтажа и демонтажа опалубки называются опалубочными работами. Из каких конструктивных элементов состоит опалубка? Конструкции опалубок включают в себя формообразующие, несущие и поддерживающие элементы. Формообразующие элементы обеспечивают проектную форму и заданные размеры бетонируемой поверхности. К этим элементам относятся: опалубочные щиты, боковые поверхности опалубочных блоков, контактная поверхность пневматической опалубки. Щиты состоят из каркаса и палубы. Палуба – это, как правило, съёмный элемент, имеющий непосредственный контакт с бетонной смесью. Поверхность палубы должна быть гладкой для обеспечения высокого качества поверхности бетона. Каркас современного щита выполняется из металла (сталь, алюминиевые сплавы). Он позволяет быстро и технологически просто заменять вышедшие из строя детали щита. Форма и размер стандартизованных щитов унифицированы с опалубливаемой поверхностью. С этой целью промышленностью выпускаются комплекты щитов широкой номенклатуры. Для небольших объёмов можно применять деревянную опалубку индивидуального изготовления. Несущие элементы – конструкции, воспринимающие технологические нагрузки и вес формообразующих элементов: каркасы, рамы, домкраты, крепёжные устройства и детали. Крепёжные устройства должны обеспечивать проектное положение несущих и формообразующих элементов между собой. Поддерживающие и опорные элементы – конструкции, позволяющие установить опалубку в проектное положение и передающие нагрузку от твердеющей бетонной смеси и несущих элементов на основание (опорную поверхность). К поддерживающим элементам относятся стойки, ригели, подкосы, кронштейны, направляющие. Что такое «опалубочная система»? Термин «опалубочная система» применяется в современной технологии и организации бетонных работ. Опалубочная система предусматривает совокупность основных элементов опалубки и дополнительных механизмов и устройств, обеспечивающих: заданное геометрическое положение и устойчивость; необходимую скорость бетонирования; комплексную механизацию монтажа, демонтажа и распалубки; транспортирование элементов опалубки по горизонтали и вертикали; быструю собираемость и разъёмность элементов; необходимую оборачиваемость и технологическую гибкость (унификацию). Важным показателем опалубочных систем является их технологичность (Тт), которая оценивается суммарной трудоёмкостью монтажа (Тм), демонтажа (Тд) и транспортирования (Тр), отнесённой к единице продукции (V). Тт = Тм + Тд +Ттр / Vб (Sо), где Vб – объём расчётной единицы бетонирования; Sо – площадь опалубливаемой поверхности. Современные опалубочные системы разделяются: – на балочные (стены и горизонтальные поверхности); – рамные (колонны, ригели); – круглые опалубки (для криволинейных поверхностей и колонн); – прямоугольные, рамные опалубки колонн; – тоннельные опалубки (опалубочные машины); – самоподъёмные опалубки. По системам разработана широкая номенклатура средств подмащивания: откидывающиеся консоли-подмости, связанные с опалубочными щитами; навесные платформы; рамные и телескопические опоры; прислонные (отдельно стоящие) леса, отдельно стоящие и накладные (опирающиеся на закладные детали) подмости. В техническое обеспечение опалубочной системы входят: монтажные инструменты и приспособления, метизы, герметики, гидрофобные смазки. Из каких материалов выполняются элементы опалубки? Самая простая, разовая (неинвентарная), опалубка изготовляется из пиломатериала на месте и используется ограниченное количество циклов. Инвентарная (многоразовая, заводского изготовления) обычно комплексного исполнения: Внимание! Авторские права на книгу "Технология и механизация строительных процессов. Учебно-методический комплекс" (Краснощек Б.В.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
