Раздел 5. Материалы на основе вяжущих
Тема 5.1. Строительные растворы
Общие сведения
Строительный раствор - это искусственный каменный материал, полученный в результате затвердевания растворной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, мелкого заполнителя и добавок, улучшающих свойства смеси и растворов. Крупный заполнитель отсутствует, так как раствор применяют в виде тонких слоев (шов каменной кладки, штукатурка и т.п.).
Для изготовления строительных растворов чаще используют неорганические вяжущие вещества (цементы, воздушную известь и строительный гипс).
Строительные растворы разделяют в зависимости от вида вяжущего вещества, величины плотности и назначения.
По виду вяжущего различают растворы цементные, известковые, гипсовые и смешанные (цементно-известковые, цементно-глиняные, известково-гипсовые и др.).
По плотности различают: тяжелые растворы плотностью более 1500 кг/м3, изготовляемые обычно на кварцевом песке; легкие растворы плотностью менее 1500 кг/м3 , изготовляемые на пористом мелком заполнителе и с породообразующими добавками.
По назначению различают строительные раствор: кладочные - для каменной кладки стен, фундаментов, столбов, сводов и др.; штукатурные для оштукатуривания внутренних стен, потолков, фасадов зданий; монтажные - для заполнения швов между крупными элементами (панелями, блоками и т.п.) при монтаже зданий и сооружений из готовых сборных конструкций и деталей; специальные растворы (декоративные, гидроизоляционные, тампонажные и др.).
Технология
Строительные растворные смеси, в состав которые входят такие основные компоненты, как минеральное вяжущее, мелкий заполнитель (менее 5 мм) и вода, подбирают в зависимости от назначения по специальным формулам с использованием графиков и таблиц. В результате твердения такая однородная смесь (раствор) приобретает прочность искусственного камня. Для регулирования свойств составов в них дополнительно вводят минеральные (золы, шлаки, опоку, туфы, глину) и химические (ускорители и замедлители твердения, пластификаторы) добавки.
В связи с технологическими особенностями использования (длительной доставкой с завода-изготовителя в объеме, обеспечивающем дневную норму выработки; необходимости распределения тонким равномерным слоем по пористой поверхности; твердение в естественных условиях) строительные растворные смеси должны обладать замедленным схватыванием, высокой подвижностью, связностью, нерасслаиваемостью при транспортировании и хранении.
Качество растворной смеси оценивают по подвижности, водоудерживающей способности, плотности и расслаиваемости. При соответствии показателей стандарту по прочности на сжатие устанавливают марку, которая в зависимости от применяемого вяжущего может быть от М4 до М300 (кгс/см2).
Строительные растворы поступают на объекты в готовом виде с завода или, что более предпочтительно, в виде сухих смесей, затворяемых водой на строительной площадке. В настоящее время интенсивно развивается последний вариант, позволяющий путем корректировки состава практически на одном технологическом оборудовании получить до 50 смесей различного назначения: для кладки кирпича и бетонных блоков, облицовочных работ, внутреннего и наружного оштукатуривания зданий, выполнения наливных самовыравнивающихся полов, гидроизоляционных работ.
Применение
По назначению строительные растворы подразделяют на кладочные, отделочные, специальные. Кладочные применяют для скрепления мелкоштучных изделий при возведении фундаментов, стен, столбов, сводов из кирпича, природного и искусственного камня, а также при изготовлении и монтаже крупноблочных и крупнопанельных элементов. При выполнении кладочных работ в зимнее время для обеспечения набора прочности в растворы вводят противоморозные добавки, в летний период — пластифицирующие, повышающие подвижность растворных смесей и замедляющие их загустевание.
Отделочные растворы могут быть обычными штукатурными и декоративными. Первые классифицируют по виду вяжущего (цементные, цементно-известковые, известковые, известково-гипсовые, гипсовые, известково-глиняные, глиняные), по назначению (для наружных и внутренних штукатурок) и по расположению слоев (подготовительные и отделочные).
Для штукатурных растворов очень важным показателем является подвижность, которая должна обеспечивать равномерное распределение раствора тонким слоем как по горизонтальной, так и по вертикальной поверхности. С целью повышения водоудерживающей способности и исключения расслаиваемости высокоподвижных смесей вводят пластифицирующие добавки, которые могут быть органическими или минеральными (известковое или глиняное тесто). Выбор вяжущего зависит от условий эксплуатации штукатурного состава. Для надежного сцепления раствора с бетонной или кирпичной поверхностью используют закрепляющие полимерцементные растворы с предварительной огрунтовкой поверхности эмульсией ПВА или специальными грунтовочными составами.
Декоративные растворы должны обладать светостойкостью и иметь хорошее сцепление с поверхностью. Для отделки фасадов применяют растворы на белом и цветном портландцементах, внутренних поверхностей — на извести, гипсе, гипсополимерцементном и цементнополимерном вяжущих, в которые вводят минеральные пигменты. В качестве заполнителя используют мытые кварцевые пески или каменную крошку, полученную дроблением горных пород. Для повышения декоративности на поверхность, обработанную полимерцементным или водоэмульсионным составом, пневмометодом наносят крошку (размер до 5 мм) из керамики, стекла, угля, сланцев, мрамора.
К специальным видам растворов относят гидроизоляционные, теплоизоляционные, акустические, кислотостойкие, рентгенозащитные. Гидроизоляционные свойства обеспечивают за счет введения уплотняющих (хлорид железа) или гидрофобизирующих (битумная эмульсия) добавок; теплоизоляционные — использованием пористых заполнителей; акустических — дополнительным созданием шероховатой поверхности; огнезащитных — применением гипса или жидкого стекла в сочетании с огнеупорной глиной и термостойким асбестовым волокном; кислотостойких — использованием кислотостойких заполнителя и цемента на основе жидкого стекла; рентгенозащитных — введением заполнителей из особо плотных баритовых руд.
Вопросы для самоконтроля
1. Что называют строительным раствором?
2. Перечислите и кратко охарактеризуйте основные свойства растворной смеси.
3. Назовите примерный состав кладочного раствора.
4. Перечислите специальные строительные растворы, их назначение.
Тема 5.2. Бетоны
Общие сведения
Бетон на неорганических вяжущих веществах представляют собой композиционный материал, получаемый в результате формования и твердения рационально подобранной бетонной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, заполнителей и специальных добавок. Состав бетонной смеси должен обеспечить бетону к определенному сроку заданные свойства (прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и др.).
Бетон является главным строительным материалом, который применяют во всех областях строительства. Технико-экономическими преимуществами бетона и железобетона являются: низкий уровень затрат на изготовление конструкций в связи с применением местного сырья, возможность применения в сборных и монолитных конструкциях различного вида и назначения, механизация и автоматизация приготовления бетона и производства конструкций. Бетонная смесь при надлежащей обработке позволяет изготавливать конструкции оптимальной формы с точки зрения строительной механики и архитектуры. Бетон долговечен и огнестоек, его плотность, прочность и другие характеристики можно изменять в широких пределах и получать материал с заданными свойствами. Недостатком бетона, как любого каменного материала, является низкая прочность на растяжение, которая в 10-15 раз ниже прочности на сжатие. Этот недостаток устраняется в железобетоне, когда растягивающие напряжения воспринимает арматура. Близость коэффициентов температурного расширения и прочное сцепление обеспечивают совместную работу бетона и стальной арматуры в железобетоне, как единого целого. Это основное свойство железобетона как композиционного материала. В силу этих преимуществ бетоны различных видов и железобетонные конструкции из них являются основой современного строительства.
По виду вяжущего бетоны разделяют на: цементные (наиболее распространенные), силикатные (известково-кремнеземистые), гипсовые, смешанные (цементно-известковые, известково-шлаковые и т.п.), специальные - применяемые при наличии особых требований (жаростойкости, химической стойкости и др.).
По виду заполнителя различают бетоны на: плотных, пористых, специальных заполнителях, удовлетворяющих специальным требованиям (защиты от излучений, жаростойкости, химической стойкости и т.п.).
В правильно подобранной бетонной смеси расход цемента составляет 8-15%, а заполнителей - 80-85% (по массе). Поэтому в виде заполнителей применяют местные каменные материалы: песок, гравий, щебень, а также побочные продукты промышленности (например, дробленные и гранулированные металлургические шлаки), характеризующиеся сравнительно невысоким уровнем издержек производства.
В зависимости от средней плотности бетоны классифицируют особо тяжелые, тяжелые, облегченные, легкие, особо легкие.
Особо тяжелые - плотностью более 2500 кг/м3, изготовляемые на особо тяжелых заполнителях (из магнетита, барита, чугунного скрапа и др.), применяют для специальных защитных конструкций и утяжелителей.
Тяжелые - плотностью 2200…2500 кг/м3, применяют во всех несущих конструкциях.
Облегченные - плотностью 1800…2200 кг/м3 применяют преимущественно в несущих конструкциях.
Легкие - плотностью 500…1800 кг/м3, к ним относятся:
а) легкие бетоны на пористых природных и искусственных заполнителях;
б) ячеистые бетоны (газобетон и пенобетон) из смеси вяжущего, воды, тонкодисперсного кремнеземистого компонента и порообразователя;
в) крупнопористые (беспесчаные) бетоны на плотном или пористом крупном заполнителе, без мелкого заполнителя.
Особо легкие (ячеистые и на пористых заполнителях) - плотностью менее 500 кг/м3, используемые в качестве теплоизоляции.
Легкие бетоны менее теплопроводны по сравнению с тяжелыми, поэтому их применяют преимущественно в наружных ограждающих конструкциях. В несущих конструкциях используют более плотные и прочные легкие бетоны (на пористых заполнителях и ячеистые) плотностью 1200-1800 кг/м3.
Следовательно, плотность бетонов изменяется в широких пределах: от 400 до 4500 кг/м3 и более. Поэтому и пористость бетонов может быть очень большой у ячеистых теплоизоляционных бетонов (70…80%) и незначительной у плотных высокопрочных и гидротехнических бетонов (8…10%).
Технология
По способу изготовления конструкции подразделяют на монолитные и сборные. При бетонировании монолитных конструкций (фундаментов, стен, перекрытий, гидротехнических сооружений, дорожных покрытий) бетонную смесь приготавливают на строительной площадке или заводе (товарный бетон) и транспортируют к месту укладки, где бетон твердеет в естественных условиях. Сборные конструкции (балки, плиты, колонны, панели, фермы и т.д.) получают на специализированных заводах (ЖБИ, ЖБК, КСМ), откуда их транспортируют на строительную площадку для монтажа.
Бетонные смеси и их состав подбирают с использованием графиков и таблиц на основании следующих данных: условий эксплуатации будущей конструкции; показателей качества используемых компонентов; проектируемого класса бетона; требуемой подвижности бетонной смеси, которую выбирают в зависимости от размеров бетонируемой конструкции, густоты армирования и способа уплотнения. Правильность выбора бетона проверяют в строительных лабораториях.
Для снижения усадочных деформаций при твердении, ползучести и для регулирования свойств искусственного камня в красочные и мастичные составы вводят минеральные и органические компоненты в виде тонкомолотого порошка (наполнителя), в строительные растворы и бетоны различного назначения — зернистые материалы более крупной фракции. При изготовлении бетонов используют также природную песчано-гравийную смесь с содержанием песка 25...40 %.
На долю заполнителей в растворах и бетонах приходится до 80 % объема. Их введением можно значительно изменить свойства искусственного камня: повысить прочность, используя плотные горные породы; снизить плотность и теплопроводность за счет применения пористого заполнителя; придать бетонам и растворам декоративность заполнителями из природного камня.
Классификация заполнителей проводится по следующим показателям:
· размеру зерен (мелкий — до 5 мм, крупный — 5...70 мм);
· форме зерен (угловатая — щебень, окатанная — гравий, волокнистая — древесные отходы, асбест, синтетическая минеральная и стальная фибра);
· структуре (при общей пористости менее 10 % — плотные, более 10 % — пористые);
· насыпной плотности, граница между тяжелым или легким крупным заполнителем равна 1000 кг/м3, для мелкого заполнителя— 1200 кг/м3).
Качество заполнителей оценивают по зерновому или гранулометрическому составу, насыпной плотности, пустотности, содержанию вредных примесей и влажности. Кроме того, для крупного заполнителя определяют прочность и, в зависимости от условий работы будущей конструкции, такие специальные свойства, как морозо-, жаро- и кислотостойкость и т.д.
Гранулометрический состав является одной из важнейших характеристик, влияющих на свойства бетона. Так, для получения высокомарочного плотного бетона используют разнофракционный тяжелый заполнитель с минимальной пустотностью. Однофракционный плотный крупный заполнитель при отсутствии песка и ограничении расхода цемента применяют для получения крупнопористого легкого бетона.
Качество щебня снижают пластинчатые (лещадные) и игловатые зерна, которые ухудшают удобоукладываемость, транспортировку бетонной смеси и снижают прочность бетона. Для керамзита нормируемой вредной примесью являются зерна с отбитостью более 1/3 объема, обладающие низкой прочностью и высоким водопоглощением.
Для всех видов заполнителей ограничено содержание пылевидных частиц, снижающих прочность сцепления поверхности заполнителя с цементным камнем и повышающих водопотребность смеси, что приводит к уменьшению прочности и морозостойкости бетона.
Для регулирования свойств бетонной (растворной) смеси и бетона (раствора) вводят химические добавки, количество которых по сухому веществу назначают в процентах от расхода цемента. Добавки могут быть твердыми и в виде водных растворов определенной концентрации, а в зависимости от количества входящих веществ — однокомпонентными и комплексными.
В строительстве принята основная классификация добавок по эффекту действия:
· регулирующие гидратацию цемента (ускорители и замедлители твердения, противоморозные, обеспечивающие твердение на морозе);
· улучшающие пластичные свойства цементных смесей (пластификаторы и супер пластификаторы);
· изменяющие поровую структуру искусственного камня (воздухововлекающие, пено- и газообразующие, уплотняющие);
· ингибиторы коррозии стальной арматуры в бетоне;
· биоцидные, повышающие стойкость материалов по отношению к микроорганизмам.
Приготовление бетонной смеси включает подготовку материалов, их дозирование и перемешивание в специальных бетоносмесителях. Полученная бетонная смесь должна обладать связностью, однородностью и удобоукладываемостью.
Контроль удобоукладываемости проводят по двум показателям: подвижности и жесткости. Подвижность определяют для пластичных бетонных смесей, замеряя осадку под собственным весом отформованного усеченного стандартного конуса. В зависимости от величины осадки конуса (ОК) различают низкопластичные смеси (OK 1...9 см), пластичные (OK 10...20 см) и литые (ОК > 20 см). При ОК < 1 см удобоукладываемость характеризуется жесткостью. Жесткость — динамический показатель вязкости бетонной смеси, которая определяется при механическом воздействии вибрации, под действием которой отформованная в виде усеченного стандартного конуса бетонная смесь равномерно заполняет определенный объем. Если необходимое время воздействия составляет от 5 до 40 с — смесь жесткая, более 40 с — сверхжесткая.
Для получения бетонов высоких марок используют бетонные смеси с низким водосодержанием. Их качественную удобоукладываемость обеспечивают за счет увеличения крупности разнофракционных заполнителей, отсутствия лещадных и игловатых зерен в щебне, введения добавок пластификаторов и суперпластификаторов.
Формование изделий и конструкций производят путём подачи бетонной смеси в очищенную и смазанную форму или опалубку, в которую, согласно проекту, устанавливают арматуру. После заполнения объема производят уплотнение бетонной смеси с целью равномерного распределения и придания заданных формы и размеров. Основные методы уплотнения связаны с вибрационным воздействием, под влиянием которого проявляются тиксотропные свойства смеси — способность снижать вязкость (разжижаться) в результате нарушения сцепления между компонентами под влиянием вибрации и восстанавливать структурную целостность и прочность после снятия механического воздействия.
При бетонировании монолитных конструкций используют пластичные смеси, которые уплотняют глубинными и поверхностными вибраторами. Сборные железобетонные конструкции выполняют из бетона высоких классов, поэтому для уплотнения сверхжестких и жестких бетонных смесей применяют более массированное воздействие с использованием пригруза: вибропрокат и виброштампование. Для низкопластичных и пластичных смесей используют два метода: вибрационный и ударный, основанный на циклическом подъеме и падении с заданной высоты формы со смесью. Литые смеси заполняют форму под действием собственной массы (наливной метод). С целью ускорения твердения и повышения прочности используют дополнительное вибровакуумирование, позволяющее отвести часть воды из бетона и тем самым повысить плотность и жёсткость уложенной бетонной смеси и прочность бетона. Для изготовления полых изделий (труб, колонн) применяют центробежный способ формовки: подаваемая бетонная смесь под действием центробежной силы равномерно распределяется по внутренней поверхности вращающейся формы и уплотняется.
Для защиты бетонной поверхности и производства прочных тонкостенных конструкций используют набивной метод, предусматривающий подачу бетонной смеси в форму или на защищаемую поверхность конструкции под давлением (торкрет-бетон).
К бетонным дорожным изделиям (бордюрные камни, тротуарные плитки) предъявляют высокие требования по износостойкости и морозостойкости. Для обеспечения заданных свойств их изготавливают из сверхжестких бетонных смесей или из сухих, укладываемых и уплотняемых прессованием в сухом состоянии с последующим минимальным водонасыщением паром или раствором химических добавок. Так получают изделия прочностью до 80 МПа, водопоглощением менее 2 %, морозостойкостью более F1000 и низкой истираемостью.
После формовки бетон твердеет и приобретает проектируемую прочность искусственного камня. Режим твердения зависит от способа получения конструкций: монолитные — в естественных условиях, или при термосном выдерживание в тёплой опалубке, или при искусственном прогреве; сборные — с использованием термовлажностной обработки при нормальном и повышенном давлении в автоклавах.
В зависимости от климатических условий монолитные конструкции твердеют при низкой положительной и отрицательной температурах, положительной оптимальной (20 ± 5 °С) и при высокой температуре и низкой влажности. Так как интенсивность процесса твердения (гидратации) зависит от температурно-влажностных условий, то каждый из режимов имеет свои технологические особенности. При отрицательных температурах используют быстротвердеющие цементы, противоморозные добавки и искусственные способы нагрева бетона в конструкции. Основная задача состоит в обеспечение набора бетоном «критической» прочности (25...50 % марочной), которая позволит воспринимать последующее замораживание при понижении температуры без разрушения.
При изготовлении сборных железобетонных конструкций ускорение набора прочности достигается применением термообработки в атмосфере насыщенного пара. При работе с бетоном на основе разновидностей портландцемента используют термовлажностную обработку (ТВО) при нормальном давлении и температуре до 95 °С; для силикатных бетонов на известково-кремнеземистом вяжущем— автоклавную обработку при температуре от 175°С до 250°С и давлении соответственно от 0.9 до 1,6 МПа.
Применение
К тяжелым бетонам относят конструкционные бетоны на песке, гравии или щебне из тяжелых горных пород, применяют во всех несущих конструкциях, эксплуатируют при систематическом воздействии температуры от +50°С до -70°С, а также бетоны специального назначения.
В состав мелкозернистых бетонов входят минеральное вяжущее и мелкий заполнитель — песок определенной крупности. Эти бетоны обладают однородностью свойств, повышенной водонепроницаемостью и морозостойкостью, прочностью на изгиб и растяжение.
Мелкозернистые цементные бетоны используют при получении методом объемного сухого вибропрессования труб, дорожных покрытий, тротуарных плит и бортовых камней, а также таких тонкостенных конструкций, как перегородки и плиты перекрытий. Используя сетчатое армирование, на их основе возводят пространственные армоцементные конструкции — оболочки сложной конфигурации для покрытия больших площадей.
Плотные силикатные мелкозернистые бетоны используют при производстве таких несущих конструкций, как колонны, балки, плиты перекрытия.
Легкие бетоны плотностью менее 2000 кг/м3 можно получить за счет использования пористых заполнителей (легкий бетон), поризации цементного камня (поризованный бетон), введения газо- и пенообразующих добавок при отсутствии заполнителя (ячеистый бетон), а также применением только однофракционного крупного заполнителя при ограниченном расходе цемента (крупнопористый бетон).
Вид и назначение легкого бетона определяют двумя показателями: пределом прочности на осевое сжатие в проектном возрасте и средней плотностью. В зависимости от плотности легкие бетоны подразделяют на конструкционные, из которых изготавливают плиты перекрытий; конструкционно-теплоизоляционные, используемые в производстве ограждающих стеновых конструкций, плит покрытий, и теплоизоляционные, основное назначение которых — теплозащита зданий и сооружений, трубопроводов и технологического оборудования.
Для приготовления легких бетонов с плотной межзерновой структурой, пористость которой не превышает 7 %, используют все виды минеральных вяжущих и пористые заполнители.
Разновидностью легкого бетона является поризованный цементный бетон. Его получают путем насыщения газом (воздухом) цементного камня или цементно-песчаного раствора, заполняющего пустоты между крупным пористым заполнителем. Прочность поризованных бетонов в зависимости от объема пор (7...25 %) и пористости применяемого заполнителя составляет 5...10 МПа, плотность — 700... 1400 кг/м3.
Ячеистый бетон, содержащий по всему объему до 85 % пор размером 1...1.5 мкм, является разновидностью поризованного бетона, в котором отсутствует крупный заполнитель. Ячеистые бетоны получают в результате твердения вспученной порообразователем смеси минерального вяжущего, тонкомолотого кремнеземистого наполнителя и воды. Название ячеистого бетона зависит от вида применяемого вяжущего (цемент, гипс, известково-кремнеземистое, шлаковое), характера вводимых добавок (пено-, газообразующие) и кремнеземистого мелкого наполнителя (молотый кварцевый песок или зола). Например, газосиликат, пенозолобетон, газозолошлакобетон.
По условию твердения ячеистые бетоны могут быть автоклавные (силикатные) и неавтоклавные, твердеющие при термовлажностной обработке (цементные) или в естественных условиях (гипсовые).
В состав беспесчаного крупнопористого бетона вводят гравий или щебень определенной крупности, портландцемент и воду. Отсутствие песка и ограниченный расход цемента позволяют получить пористый бетон низкой теплопроводности. Из крупнопористого бетона на плотном заполнителе возводят монолитные наружные стены зданий, изготовляют крупные стеновые блоки, которые необходимо оштукатуривать с двух сторон, чтобы исключить продуваемость. Крупнопористый бетон на пористом заполнителе имеет небольшую среднюю плотность, его используют для получения теплоизоляционных изделий.
К разновидностям легкого бетона относится опилкобетон и арболит, которые могут быть использован как для монолитного, так и для блочного возведения зданий жилого, гражданского и сельскохозяйственного назначения высотой до пяти этажей.
В производстве мелких стеновых камней, блоков и крупноразмерных панелей широкое применение нашел один из видов легкого бетона — гипсобетон, обладающий огнестойкостью, легкостью, хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами. Снижение средней плотности и улучшение акустических свойств достигается применением пористых заполнителей и пенообразующих добавок. Для повышения прочности на изгиб и уменьшения хрупкости в пластичную массу вводят волокнистые компоненты: древесные или синтетические волокна, измельченную макулатуру. Вследствие высокой пористости изделий стальную арматуру защищают от коррозии лакокрасочными составами на основе битума или полимерных смол.
Как известно, бетон имеет существенный недостаток, присущий почти всем искусственным и природным материалам, — он хорошо работает на сжатие, но плохо сопротивляется изгибу и растяжению. Прочность бетона при растяжении — 1/10–1/15 его прочности на сжатие. Чтобы повысить прочность бетонных конструкций на изгиб и растяжение, в бетон укладывают стальную проволоку или стержни, называемые арматурой. Арматура в переводе с латинского означает “вооружение”, т.е. стальная арматура как бы “вооружает”, укрепляет бетон. Армированный стальными стержнями бетон называют железобетоном.
Железобетонные изделия и конструкции изготовляют как с обычной, так и с предварительно напряженной арматурой (растянутой до начала укладки бетона). Обычный способ армирования (укладка стальных стержней в растянутую зону) не предохраняет конструкцию от появления в ней трещин, так как бетон обладает весьма незначительной растяжимостью. В эти трещины проникает влага и газы, которые вызывают коррозию арматуры; кроме того, с появлением трещин увеличивается прогиб конструкции. Значит, растянутую зону нужно сжать. Это достигается предварительным напряжением арматуры. Ее растягивают на специальных машинах, а затем укладывают в бетонную смесь. Стержни сжимаются, а вместе с ними за счет сцепления сжимается и бетон.
Основными преимуществами предварительно напряженного железобетона являются его повышенная трещиноустойчивость, хорошее сопротивление динамическим воздействиям и возможность использования высокопрочных бетона и стали, что позволяет значительно сэкономить металл и снизить стоимость строительных конструкций.
Железобетонные изделия могут быть классифицированы по следующим признакам.
По способу армирования. В этом случае их делят на бетонные (не армированные стальной арматурой) и железобетонные (армированные). Железобетонные конструкции, в свою очередь, подразделяют на предварительно напряженные и с обычным армированием.
По способу выполнения железобетонные конструкции могут быть сборными, из элементов заводского или полигонного изготовления, и монолитными, возводимыми непосредственно на месте строительства.
По виду бетона. Из обыкновенного (тяжелого) бетона изготовляют несущие конструкции (колонны, балки), воспринимающие в процессе эксплуатации значительные нагрузки. Из легкого бетона делают, как правило, ограждающие конструкции (стеновые панели, панели перекрытий), так как он обладает хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами.
По массе различают детали и конструкции, которые могут быть уложены на место посредством малой механизации, а также вручную, и крупноразмерные, которые транспортируют и монтируют при помощи средств большой механизации.
По строению конструкции и детали могут быть сплошными или пустотелыми, а также изготовленными из одного или нескольких составов бетона.
Производство железобетонных изделий состоит из следующих основных операций: приготовление бетонной смеси, изготовление арматуры, формование и твердение (температурно-влажностная обработка), освобождение готовых изделий от форм, подготовка форм к очередному циклу, отделка (при необходимости) поверхности изделий
Бетонную смесь для производства сборного железобетона можно приготавливать непосредственно на месте или централизовано получать со специальных бетонных заводов. Существуют два метода организации производства: в перемещаемых и неперемещаемых формах. Изготовление изделий в перемещаемых формах ведется тремя основными способами: агрегатно-поточным, полуконвейерным и конвейерным. Конвейерный способ подразделяют на периодического и непрерывного действия. Изготовление изделий в неперемещаемых формах выполняют по стендовому и кассетному способам.
По назначению в бетоне арматуру подразделяют на рабочую и монтажную. Рабочая арматура воспринимает нагрузки, монтажная — необходима для обеспечения правильного расположения рабочей арматуры. Для улучшения свойств арматуры ее иногда подвергают упрочению. Упрочение может достигаться вытяжкой, протяжкой, обжатием, посредством нагревания и охлаждения (термически упрочненная арматура).
Монолитные железобетонные конструкции возводят непосредственно на строительных площадках. Обычно их применяют в зданиях и сооружениях, трудно поддающихся членению, при нестандартности и малой повторяемости элементов и при особенно больших нагрузках (фундаменты, каркасы и перекрытия многоэтажных промышленных зданий, гидротехнические, транспортные и другие сооружения).
Для монолитного строительства рекомендуется использовать тяжёлые и лёгкие бетоны на быстротвердеющих цементах.
Однако при возведении монолитных конструкций затрачивается большое количество ручного труда и материалов на изготовление опалубки, подмостей и т.д. значительные трудности возникают при бетонировании монолитных конструкций в зимнее время.
Сборные бетонные и железобетонные конструкции и изделия значительно экономичнее монолитных, так как их выполняют на специализированных заводах и полигонах с рационально организованным высокомеханизированным технологическим процессом производства. Применение сборных железобетонных конструкций по сравнению с монолитными позволяет сократить расход стали и бетона, устранить нерациональное использование лесоматериалов при устройстве опалубки и поддерживающих лесов, перенести со строительной площадки на завод большую часть работ по возведению конструкций. При этом строительная площадка превращается в монтажную , значительно сокращается трудоемкость бетонных и железобетонных работ, повышается их качество, а так же резко ускоряются темпы строительства и снижается его стоимость.
Сборные железобетонные конструкции и изделия создают широкие возможности для индустриализации строительства, они особенно выгодны при минимальном количестве типоразмеров элементов, повторяющихся много раз(унифицированных).
Различают два основных вида железобетонных конструкций с предварительно напряженной арматурой: с натяжением арматуры до и после бетонирования.
В первом случае арматуру предварительно растягивают и концы ее закрепляют на упорах фермы, затем укладывают бетонную смесь. После того как бетон приобретет определенную прочность, концы арматурных стержней освобождают от упоров, и арматура, стремясь вернуться в первоначальное ненапряженное состояние, сжимает бетон.
Во втором случае изготовляют железобетонные конструкции с продольными каналами, куда затем пропускают арматурные стержни, которые растягивают и их концы закрепляют анкерными устройствами на торцах конструкции.
После этого каналы заполняют цементным раствором для защиты стальной арматуры от коррозии.
Применение железобетонных конструкций с предварительно напряженной арматурой позволяет снизить массу конструкций, повысить их трещиностойкость и долговечность, а также сократить расход стали.
Железобетонные изделия в настоящее время применяют во всех областях строительства. Эти изделия классифицируют по назначению, виду бетона, строению, способу армирования и другим признакам.
По назначению сборные железобетонные изделия разделяют на четыре основные группы:
· Для жилых и гражданских зданий (фундаментные плиты и блоки, плиты перекрытий и покрытий, лестничные марши и площадки, балконы, плиты и плиты лоджий и т.д.);
· Для промышленных зданий (конструкции и изделия для фундаментов, перекрытий, фермы покрытия, колонны и ригели и т.д.);
· Для инженерных сооружений (сборные железобетонные строения мостов, трубы больших диаметров, опоры контактной сети электрифицированных железных дорог, шпалы, тюбинги и др.);
· Различного назначения (железобетонные трубы, сборные колодцы и коллекторы, тюбинги метрополитена, стойки под светильники, сборные ограды и пр.)
На основе портландцемента и асбестового волокна выпускают специальный класс тонкостенных изделий — асбестоцементные плоские и волнистые листы, экструзионные стеновые панели и перегородки, плиты перекрытий и покрытий, трубы и др.
Асбестоцементными называют искусственные каменные материалы, полученные затвердеванием отформованных изделий, состоящих из смеси цемента, асбеста и воды. Специальный бездобавочный (шиферный) портландцемент (до 85 %) должен иметь заданный минералогический состав и тонкость помола, обеспечивающие замедленное схватывание и быстрый набор прочности. Тонковолокнистый минеральный заполнитель — асбест (до 15 %) вследствие дисперсного объемного армирования повышает прочность изделий на удар, изгиб и растяжение. Применение этого заполнителя обеспечивает также огнестойкость, водонепроницаемость, тепло- и электрозащитные свойства.
В зависимости от вида производимых материалов и условий их эксплуатации применяют мокрый (влажность до 85 %) и сухой (влажность до 18 %) способы производства. При мокром изделия получают литьем на круглосетчатых машинах с использованием вакуумирования (водо-, нефте- и газопроводные трубы, плоские и профилированные кровельные и облицовочные листы), при сухом — экструзией производят крупноразмерные листы (до 6 м), применяемые для изготовления стеновых, кровельных многослойных панелей; прессованием получают облицовочные износостойкие плитки для пола и стен.
Контроль качества
Бетон изготавливают в соответствии с классом бетона (В) с гарантией производителями прочности на осевое сжатие в нормируемом проектном возрасте. На заводе при производстве сборных конструкций контроль прочности бетона проводят после ТВО и последующего твердения в естественных условиях в течение 28 суток, когда бетон должен набрать гарантированную прочность. На строительной площадке прочность бетона определяют перед нагружением конструкции и проектную после 28 суток естественного твердения. При возведении массивных монолитных сооружений на медленно твердеющих цементах (пуццолановом и шлакопортландцементе) контроль прочности п<