Современные технологии зимнего бетонирования
Впрочем, существует еще не один способ прогрева возводимых бетонных и железобетонных конструкций, например, с помощью мобильных нагревателей воздуха "Термобиле", методе, обеспечивающем существенные преимущества при бетонировании в условиях отрицательных температур. Область применения воздухонагревателей при строительстве в зимний период включает в себя:
•отогрев промороженных бетонных и грунтовых оснований, арматуры, закладных металлических деталей и опалубки, удаление наледи и снега;
•интенсификацию твердения бетона конструкций и сооружений, возводимых в скользящей либо объемной-приставной опалубке, плит перекрытий и покрытий, вертикальных и наклонных конструкций, бетонируемых в металлической опалубке;
•предварительный отогрев зоны стыков сборных железобетонных конструкций и ускорение твердения бетона или раствора при заделке стыков, ускорение твердения бетона или раствора при укрупненной сборке большеразмерных железобетонных конструкций;
•создание тепловой защиты поверхностей, недоступных для устройства изоляции.
Успешное решение различных технологических задач, возникающих в условиях отрицательных температур, с помощью теплогенераторов "Термобиле" отводит на второй план прежние методы прогрева. Это обусловлено тем, что использование воздухонагревателей значительно снижает затраты, резко увеличивает темпы строительства и обеспечивает наивысшее качество в соответствии с требованиями мировых стандартов, предъявляемыми к производству железобетонных работ.
Железобетон.
Железобето́н — строительный композиционный материал, состоящий из бетона и стали
К положительным качествам железобетонных конструкций относятся:
1. долговечность;
2. низкая стоимость — железобетонные конструкции значительно дешевле стальных;
3. пожаростойкость — в сравнении со сталью;
4. технологичность — несложно при бетонировании получать любую форму конструкции;
5. химическая и биологическая стойкость;
6. высокая сопротивляемость статическим и динамическим нагрузкам.
К недостаткам железобетонных конструкций относятся:
1. невысокая прочность при большой массе — прочность бетона при сжатии в среднем в 10 раз меньше прочности стали. В больших конструкциях железобетон «несёт» больше своей массы, чем полезной нагрузки.
Выделяют сборный железобетон (ж/б конструкции изготавливаются в заводских условиях, затем монтируются в готовое сооружение) и монолитный железобетон (бетонирование выполняется непосредственно на строительной площадке), а также сборно-монолитный (сборные конструкции используются как оставляемая опалубка - сочетаются преимущества монолитных и сборных конструкций).
Основные принципы проектирования и расчёта железобетонных конструкций
В России железобетонные элементы принято рассчитывать: по 1-й и 2-й группе предельных состояний:
1. по несущей способности (прочность, устойчивость, усталостное разрушение);
2. по пригодности к нормальной эксплуатации (трещиностойкость, чрезмерные прогибы и перемещения).
Задачи расчёта железобетонных конструкций по 1-й группе предельных состояний включают:
1. проверка прочности конструкций (нормальные, наклонные, пространственные сечения);
2. проверка конструкции на выносливость (при действии многократно повторных нагружений);
3. проверка устойчивости конструкций (формы и положения).
Армирование конструкций выполняется, как правило, отдельными стальными стержнями или сетками, каркасами. Диаметр стержней и характер их расположения определяется расчётами. При этом соблюдается следующий принцип — арматура устанавливается в растянутые зоны бетона либо в сжатые зоны при недостаточной прочности последней, а также по конструктивным соображениям. При расчёте железобетонных изгибаемых элементов основной целью является определение требуемой площади рабочей арматуры в соответствии с заданными усилиями (прямая задача) или определение действительной несущей способности элемента по заданным геометрическим и прочностным параметрам (обратная задача).
По характеру работы выделяют изгибаемые элементы (балки, плиты), центрально и внецентренно сжатые элементы (колонны центрально и внецентренно сжатые, растянутые элементы (элементы ферм).
Изгибаемые элементы (балки, плиты)
При изгибе любого элемента в нём возникает сжатая и растянутая зоны (см. рисунок), изгибающий момент и поперечная сила. Изгибаемые железобетонные элементы, как правило, рассчитывают по прочности следующих видов сечений:
1. по нормальным сечениям — сечениям, перпендикулярным продольной оси, от действия изгибающего момента,
2. по наклонным сечениям — при действии поперечных сил (срез или раздавливание сжатой зоны бетона), по наклонной полосе между наклонными сечениями (трещинами), от действия момента в наклонном сечении.
В типичном случае армирование балки выполняется продольной и поперечной арматурой (см. рисунок).
Изгиб и армирование железобетонной балки
Элементы конструкции:
1. Верхняя (сжатая) арматура
2. Нижняя (растянутая) арматура
3. Поперечная арматура
4. Распределительная арматура
Верхняя арматура может быть растянутой, а нижняя сжатой, если внешняя сила будет действовать в противоположном направлении.
Основные параметры конструкции:
1. L — пролёт балки или плиты, расстояние между двумя опорами. Обычно составляет от 3 до 25 метров
2. H — высота сечения. С увеличением высоты прочность балки растёт пропорционально H²
3. B — ширина сечения
4. a — защитный слой бетона. Служит для защиты арматуры от воздействия внешней среды
5. s — шаг поперечной арматуры.
Арматура (2), устанавливаемая в растянутую зону, служит для упрочнения железобетонного элемента, бетон в которой в силу своих свойств быстро разрушается при растяжении. Арматура (1) в сжатую зону устанавливается обычно без расчёта (из необходимости приварить к ней поперечную арматуру), в редких случаях верхняя арматура упрочняет сжатую зону бетона. Растянутая арматура и сжатая зона бетона (и иногда сжатая арматура) обеспечивают прочность элемента по нормальным сечениям (см. рисунок).
Разрушение ж/б элемента по нормальным сечениям
Поперечная арматура (3) служит для обеспечения прочности наклонных или пространственных сечений (см. рисунок).
Разрушение ж/б элемента по наклонным сечениям (схема)
Распределительная арматура (4) имеет конструктивное назначение. При бетонировании она связывает арматуру в каркас.
Разрушение элемента в обоих случаях наступает вследствие разрушения бетона растягивающими напряжениями. Арматура устанавливается в направлении действия растягивающих напряжений для упрочнения элемента.
Небольшие по высоте балки и плиты (до 150 мм) допускается проектировать без установки верхней и поперечной арматуры.
Плиты армируются по такому же принципу, как и балки, только ширина B в случае плиты значительно превышает высоту H, продольных стержней (1 и 2) больше, они равномерно распределены по всей ширине сечения.
Кроме расчёта на прочность, для балок и плит выполняется расчёт на жёсткость (нормируется прогиб в середине пролёта при действии нагрузки) и трещиностойкость (нормируется ширина раскрытия трещин в растянутой зоне).
Сжатые элементы (колонны)
При сжатии длинного элемента для него характерна потеря устойчивости (см. рисунок). При этом характер работы сжатого элемента несколько напоминает работу изгибаемого элемента, однако в большинстве случаев растянутой зоны в элементе не возникает.
Если изгиб сжатого элемента значителен, то он рассчитывается как внецентренно сжатый. Конструкция внецентренно сжатой колонны сходна с центрально сжатой, но в сущности эти элементы работают (и рассчитываются) по-разному. Также элемент будет внецентренно сжат, если, кроме вертикальной силы, на него будет действовать значительная горизонтальная сила (например, ветер, давление грунта на подпорную стенку).
Типичное армирование колонны представлено на рисунке.
Работа и армирование сжатой колонны на рисунке: 1 — продольная арматура
2 — поперечная арматура
В сжатом элементе вся продольная арматура (1) сжата, она воспринимает сжатие наряду с бетоном. Поперечная арматура (2) обеспечивает устойчивость арматурных стержней, предотвращает их выпучивание.
Центрально сжатые колонны проектируются квадратного сечения.
Массивными считаются колонны, минимальная сторона сечения которых более или равна 400 мм. Массивные сечения обладают способностью к наращиванию прочности бетона длительное время, т.е. с учётом возможного увеличения нагрузок в дальнейшем (и даже возникновения угрозы прогрессирующего разрушения - террористические атаки, взрывы и т.д.) - они имеют преимущество перед колоннами немассивными. Т. о. сиюминутная экономия сегодня не имеет смысла в дальнейшем, и, кроме этого, малые сечения нетехнологичны при изготовлении. Необходим баланс между экономией, массой конструкции и т. н. жизнеутверждающим строительством (Sustainable construction).
Изготовление железобетонных конструкций.
Изготовление железобетонных конструкций включает в себя следующие технологические процессы:
1. Подготовка арматуры
2. Опалубочные работы
3. Армирование
4. Бетонирование
5. Уход за твердеющим бетоном
Изготовление сборных железобетонных конструкций.
Железобетонные конструкции технологии сборного железобетона
Сущность сборных железобетонной конструкций, против монолитных, состоит в том, что конструкции изготавливаются на заводах ЖБИ (железобетонных изделий), а затем доставляются на стройплощадку и монтируются в проектное положение. Основное преимущество технологии сборного железобетона в том, что ключевые технологические процессы происходят на заводе. Это позволяет достичь высоких показателей по срокам изготовления и качеству конструкций. Кроме того, изготовление предварительно напряжённых ЖБК возможно, как правило, только в заводских условиях.
Недостатком заводского способа изготовления является невозможность выпускать широкий ассортимент конструкций. Особенно это относится к разнообразию форм изготавливаемых конструкций, которые ограничиваются типовыми опалубками. Фактически на заводах ЖБИ изготавливаются только конструкции, требующие массового применения. В свете этого обстоятельства, широкое внедрение технологии сборного железобетона приводит к появлению большого количества однотипных зданий, что, в свою очередь, приводит к уменьшению затрат на строительство. Такое явление наблюдалось в СССР в период массового строительства.
Большое внимание на заводе ЖБИ уделяется технологической схеме изготовления. Используется несколько технологических схем:
1. Конвейерная технология. Элементы изготовляют в формах, которые перемещаются от одного агрегата к другому. Технологические процессы выполняются последовательно, по мере перемещения формы.
2. Поточно-агрегатная технология Технологические операции производят в соответствующих отделениях завода, а форма с изделием перемещается от одного агрегата к другому кранами.
3. Стендовая технология. Изделия в процессе изготовления остаются неподвижными, а агрегаты перемещаются вдоль неподвижных форм.
В конвейерной и поточно-агрегатной технологиях используется опалубочный метод формования.
Для изготовления предварительно напряжённых конструкций применяют два способа создания предварительного напряжения: натяжение на упоры и натяжение на бетон, а также два основных способа натяжения арматуры: электротермический и электротермомеханический. Разновидностью стендовой технологии является технология по методу безопалубочного формования (БОФ) с использованием предварительного напряжения. Оборудование линии безопалубочного производства включает:
· Машина для чистки дорожек;
· Машина для раскладывания арматуры;
· Формующая машина;
· Резательные машины;
· Пакетировщик;
· Натягивающее устройство;
· Блок снятия напряжения;
· Заклёпочная машина;
· Формующая машина для фактурного слоя;
· Машина для заглаживания поверхности;
· Бункер для подачи бетона;
· Траверса;
· Машина для перфорирования;
· Направляющая пресс-форма.
Применяют формующие машины безопалубочного формования технологии слипформования, вибропрессования и технологии экструзии.