Пластические массы

Изготовление железобетонных конструкций

Изготовление сборных или монолитных железобетонных конст­рукций включает следующие основные операции: армирование, при­готовление бетонной смеси, укладка бетонной смеси и ее уплотне­ние, твердение.

Армирование

Армирование железобетонных конструкций осуществляют от­дельными стержнями, сетками, пространственными каркасами, про­волокой. Стержневую горячекатаную арматуру изготовляют гладкой (класс А-I) или периодического профиля (классов A-II, А-ІД, A-IV и А-V) (рис. 20.1). Лучшими характеристиками обладает горячеката­ная арматура периодического профиля классов Ат-IV, At-V и Ат - VI, подвергнутая термическому упрочнению. При обозначении класса такой арматурной стали к индексу «А» добавляют индекс «т», стали для конструкций, используемых в районах Севера, —

454

«с», например Ат-ІІІс. Сталь с повышенной стойкостью против кор­розионного растрескивания обозначают A-IVK-AVIK, термически обработанную свариваемую сталь — АІІІС, AIVC. Арматурная хо­лоднотянутая проволока также может изготовляться гладкой (клас­сов В-I и В-ІІ) либо периодического профиля (классов Bp-І и Вр-11). Высокопрочная проволока класса В-ІІ намного превосходит обык­новенную класса В-I по механическим свойствам. В последнее вре­мя в железобетонных конструкциях в качестве ненапрягаемой арма­туры предпочтение отдают стержневой арматурной стали классов А-ІІІ и Ат-IVC, а также арматурной проволоке Bp-І. К эффективным видам напрягаемой арматуры относятся стержневая арматурная сталь классов A-V, A-V1, Ат-V и Ат-VI, высокопрочная проволока и получаемые из нее арматурные канаты.

д)

ж)

Наиболее употребительные виды арматурных сталей и их ос­новные характеристики приведены в табл. 20.1.

Бетонные смеси приготовляют в бетоносмесительных цехах предприятий сборного железобетона или на автоматизированных бетонных заводах.

Приготовление бетонной смеси должно обеспечить получение однородной массы. Оно состоит из точного дозирования и смешива­ния исходных материалов. Составляющие материала дозируют по массе (исключение допускается для воды). Применяют дозаторы с автоматическим и ручным управлением — последние для малых бе­тоносмесительных установок. В автоматических дозаторах с цен­трального пульта управления осуществляется установка аппаратуры на требуемую массу. Допускаются отклонения при дозировании це­мента и воды ±1%, для заполнителей ±2% (по массе). Бетоносмесительные машины циклического действия подразделяют на гравитационные и с принудительным смешиванием. Для получе­ния подвижных бетонных смесей применяют гравитационные бето­носмесители, работающие по принципу свободного падения пере-

456

мешиваемого материала. При вращении барабана смесителя (рис. 20.2) внутренние лопасти захватывают бетонную смесь, под­нимают ее, затем бетонная смесь свободно падает с некоторой высо­ты и при этом перемешивается. Время перемешивания, необходимое для получения однородной бетонной смеси, зависит от емкости ба­рабана и подвижности смеси и составляет: для смесителей емкостью до 500 дм3 — 1-1,5 мин; емкостью 1200 дм3 — около 3 мин и емко­стью 2400 дм3 — около 3 мин.

Рис. 20.2. Схема конусного бара­бана гравитационного бетоносме­

сителя:

1 — корпус; 2 — обечайка; 3 и 4 — лопасти; 5 — стрелки показывают перемещение бетонной смеси

Жесткие бетонные смеси лучше перемешивать в смесителях принудительного действия. В этих смесителях бетонная смесь при­нудительно перемешивается в смесительной чаше или барабане при помощи смешивающих устройств: лопастей, лопаток, гребков и т. п. Широко применяют два типа бетоносмесителей с принудительным перемешиванием: противоточные с горизонтальной чашей, вра­щающейся в направлении, противоположном вращению смешиваю­щих устройств, размещенных в горизонтальной плоскости, переме­шанная смесь выгружается через люк в днище чаши; роторные тур­бинного типа с горизонтальной неподвижной чашей и вращающимся в центре ротором, на котором насажены смешивающие устройства, расположенные в горизонтальной плоскости.

Для приготовления растворных и мелкозернистых бетонных смесей используют лопастные и шнековые смесители с приводным горизонтальным валом.

Для жестких мелкозернистых смесей с низкими В/Ц эффективно виброперемешивание, при котором частицы совершают колебатель­ные движения.

Бетоносмесители непрерывного действия требуют меньших удельных затрат электроэнергии и имеют значительно большую производительность (30, 60, 120 м3/ч бетонной смеси) по сравнению с гравитационными смесителями циклического действия.

Автоматизация бетонных заводов основана на применении авто - матических дозаторов, а также на программном управлении всеми стадиями процесса перемешивания. Предусматривается оптимизация с помощью ЭВМ состава бетона и режима работы соответственно программе, базирующейся на информации о качестве сырья и ходе технологического процесса.

Бетонный завод должен выдать на каждую партию бетонной смеси паспорт, в котором указывается марка бетона, удобоуклады­ваемость бетонной смеси и др.

Формование и уплотнение бетонной смеси

В результате уплотнения бетонная смесь заполняет форму или опалубку, причем уплотненная бетонная смесь должна иметь одно­родное строение и минимальный объем воздушных пустот; после уплотнения остается не более 2-3% воздуха (т. е. 20-30 дм3 на 1 м3

Для получения плотного бетона необходимо, чтобы удобоукладываемость бетон­ной смеси соответствовала принятому способу и интен­сивности уплотнения. При сильном механическом уп­лотнении (рис. 20.3) жесткие бетонные смеси укладывают­ся плотно. В результате по­вышается прочность бетона (при сохранении одинакового расхода цемента).

Основным способом уплотнения бетонных сме­сей является вибрирование. При вибрировании частые колебания, создаваемые вибратором, вызывают колебательные движения частиц бетонной смеси. Силы внутреннего трения и сцепления между час­тицами уменьшаются, зерна заполнителей укладываются компактно, промежутки между ними заполняются цементным тестом, а пузырь­ки воздуха вытесняются наружу.

Плотность укладки бетонной смеси контролируют по величине коэффициента уплотнения, который равен отношению фактиче-

458

ской плотности свежеуплотненного бетона к его расчетной плотно­сти. Уплотнение считается «полным» при коэффициенте уплотнения 0,98-1.

Для каждой бетонной смеси имеется своя оптимальная интен­сивность вибрирования, которая достигается правильным сочетани­ем амплитуды и частоты колебаний.

На заводах сборных железобетонных изделий жесткие бетонные смеси эффективно уплотнять на стационарных низкочастотных ре­зонансных виброплощадках с амплитудой 0,7 мм и частотой 25- 30 Гц; к тому же уровень шума при работе низкочастотных виброп­лощадок сравнительно невысок. Для виброуплотнения подвижных и мелкозернистых бетонных смесей оптимальные амплитуды умень­шаются до 0,15-0,4 мм; соответственно необходимой интенсивности увеличивается частота колебаний до 50-150 Гц.

При принятых параметрах вынужденных колебаний для каждой бетонной смеси имеется своя критическая продолжительность виб­роуплотнения.

В зависимости от рода привода и движущей энергии различают электромеханические, электромагнитные и пневматические вибраторы.

Применяют главным образом вибраторы, приводимые в дейст­вие электродвигателем; колебания создаются механическим путем в результате вращения неуравновешенных грузов (эксцентриков или дебалансов), которые могут быть расположены непосредственно на оси ротора двигателя либо соединены с ним при помощи гибкого вала. Рабочая часть вибратора выполняется в виде площадки (вибро­площадки, переносные поверхностные вибраторы) или наконечника (штыка, булавы и т. п.).

Для формования сборных железобетонных изделий широко ис­пользуют стационарные виброплощадки различной грузоподъемности.

Переносные вибраторы применяют при изготовлении изделий (в особенности крупноразмерных) на стендах, а также для уплотнения монолитного бетона на строительной площадке.

Переносной поверхностный вибратор (рис. 20.4) применяют при бетонировании плоских конструкций (плит, полов, дорожных по­крытий), а глубинные вибраторы и с гибким валом — при изготов­лении сборных железобетонных конструкций в неподвижных фор­мах и бетонировании монолитных конструкций.

Для уплотнения бетонных смесей, укладываемых в массивные (например, гидротехнические) сооружения, применяют перемещае­мые краном пакеты внутренних вибраторов. Они позволяют устра­нить ручной труд, применять малоподвижные бетонные смеси (с осадкой конуса 0-2 см) и сильно увеличивать толщину слоя бетони­рования. Этот способ уплотнения используют также для укладки камнебетона.

На практике часто используют комбинированные способы уп­лотнения бетонной смеси. Так, при формовании железобетонных изделий из жестких бетонных смесей применяют вибрирование под нагрузкой. При величине прессующего давления поверхности изде­лия 0,05-0,15 МПа можно способом вибропрессования плотно уло­жить особо жесткие бетонные смеси с количеством воды затворения 120-130 кг/м3 и В/Ц = 0,3-0,35.

Виброштампование часто применяют для формования короб­чатых и ребристых плит, лестничных маршей со ступеньками и дру­гих профилированных изделий. Бетонная смесь, уложенная в форму, формуется и уплотняется при помощи погружаемого в нее вибро­штампа.

Вибропрокат осуществляется на специальных вибропрокатных станах. Этим способом изготовляют изделия из тяжелого и легкого бетонов (например, вибропрокатные керамзитобетонные панели).

При центробежном способе формования для уплотнения бетон ной смеси используют центробежную силу, возникающую при вра­щении формы с уложенной в нее бетонной смесью. Скорость враще­ния формы 400-900 об/мин. При этом бетонная смесь равномерно

460

распределяется по стенкам формы и хорошо уплотняется. Часть во­ды затворения (20-30%) отжимается к внутренней поверхности из­делия и тем самым понижается величина В/Ц. Это способствует уменьшению пористости и водопроницаемости бетона. Центробеж­ное формование применяют для изготовления полых изделий: желе­зобетонных труб, полых колонн, опор и др.

Вибровакуумирование позволяет извлечь из свежеуложенной бетонной смеси 10-20% от общего количества воды затворения и получить более плотный бетон. Вакуумирование осуществляют спе­циальным оборудованием (вакуум-щитами, вакуум-вкладышами и т. п.). Основной его частью является вакуум-полость, в которой соз­дается разрежение. Вакуум-щиты укладывают своей рабочей по­верхностью, снабженной фильтровальной тканью, на бетон. Фильтр предотвращает отсос частиц цемента в процессе вакуумирования.

Твердение бетона

Различают естественное и искусственное твердение бетона. Ес­тественное твердение можно ускорить, применяя быстротвердеющие цементы, жесткие бетонные смеси, добавки-ускорители твердения. Искусственное твердение — так называемая температурно-влаж­ностная обработка, применяемая в заводских условиях.

Для получения 70%-ной прочности надо было бы выдерживать изделия в формах в нормальных условиях не менее 7 сут, что потре­бовало бы громадного количества форм, большого увеличения про­изводственных площадей. Поэтому одной из главных задач в техно­логии бетона является усовершенствование существующих и разра­ботка новых методов ускорения твердения бетона.

Широко применяют методы тепловой обработки бетона, кото­рые дают возможность повысить температуру бетона при обязатель­ном сохранении его влажности. В результате увеличивается скорость химических реакций взаимодействия цемента с водой и значительно повышается начальная (суточная) прочность бетона.

На заводах сборного железобетона чаще всего применяют про­грев изделий при атмосферном давлении в паровоздушной среде температурой 80-85 °С или выдерживание в среде насыщенного па­ра при 100 °С. Стремятся применять насыщенный пар, чтобы исклю­чить высыхание бетона и создать условия, благоприятствующие гидратации цемента.

Пропаривание при нормальном давлении осуществляют в пропарочных камерах периодического или непрерывного действия.

В первом случае отформованные изделия, находящиеся в формах или поддонах, загружают в камеру с крышкой, которая имеет водя­ной затвор, препятствующий потере пара. В камеру подают пар, и температура постепенно (со скоростью 15-20 °С/ч) повышается до максимальной (80-100 °С). При этом изделия прогреваются на всю толщину. Затем дается изотермическая выдержка, после которой из­делия медленно охлаждаются. Постепенный подъем температуры и постепенное охлаждение обеспечивают более полную гидратацию цемента и предотвращают появление трещин в изделиях. Продолжи­тельность пропаривания зависит от химико-минералогической ха­рактеристики цемента и состава бетона: для изделий из подвижных бетонных смесей — 4—8 ч. Режим пропаривания устанавливают по­сле опытной проверки.

Прочность пропаренного бетона (т. е. примерно через 1 сут после изготовления) составляет около 65-75% от марки. Следовательно, пропаривание при нормальном давлении ускоряет твердение бетона примерно в 7-8 раз.

Различают туннельные (горизонтальные) и вертикальные каме­ры тепловой обработки непрерывного действия. Формы-вагонетки с отформованными изделиями в этих камерах последовательно прохо­дят три зоны: подогрева, изотермической выдержки и охлаждения. В этих камерах процесс тепловой обработки изделий - осуществляется с использованием принципа противотока. Пар поступает в верхнюю зону камеры (зону изотермического прогрева) через перфорирован­ную трубу. Холодные изделия движутся вверх навстречу все более горячей паровоздушной среде. После прохождения зоны изотерми­ческого прогрева изделия опускаются вниз и постепенно охлажда­ются.

Для изделий из ячеистых бетонов весьма эффективно запарива­ние в автоклаве (см. рис. 9.3), осуществляемое насыщенным паром высокого давления (0,8-1,3 МПа) температурой 175-200 °С.

При электропрогреве в качестве источника тепла используют электрическую энергию. Для прогрева бетона применяют трехфаз­ный переменный ток нормальной частоты (50 Гц). Постоянный ток не пригоден, так как он вызывает разложение (электролиз) воды. Распределение тока в уложенном бетоне осуществляется через ме­таллические электроды, располагаемые или на поверхности бетона (пластинчатые, полосовые), или внутри него (внутренние стержне­вые и струнные).

Значительный эффект дает применение кратковременного (в те­чение 5-10 мин) электроразогрева бетонной смеси до температуры 80-90 °С в специальных бункерах током напряжения 380 В. Предва­рительно разогретую смесь укладывают в формы и уплотняют. Вы­деление тепла при гидратации цемента способствует поддержанию повышенной температуры твердеющего бетона и ускорению его твердения.

Способ предварительного электропрогрева смеси успешно при­меняют при зимних бетонных работах.

Обработка лучистой энергией эффективна для тонкостенных полых изделий. Излучатели инфракрасных лучей в виде нагрева­тельных устройств, обогреваемых электрическим током или газом, помещают в пустоты изделий. Стенки изделия поглощают лучистую энергию, которая аккумулируется в бетоне в виде тепла.

Добавки (хлористого кальция, хлористого натрия, кальциниро­ванной соды, растворимого стекла) ускоряют процессы твердения цемента. Дозировка хлористого кальция составляет 1-2% от массы цемента (считая на безводную соль). Увеличение добавки хлористо­го кальция может привести к коррозии стальной арматуры, а также к появлению высолов на поверхности бетона. Добавка хлористого кальция в 2-4 раза увеличивает начальную прочность бетона (в воз­расте до 3 сут), а прочность бетона в возрасте 28 сут остается при­мерно той же, что и без добавки. При введении хлористого кальция надо учитывать, что он оказывает пластифицирующее действие на бетонную смесь и дает возможность на 5-6% уменьшить количество воды затворения, а соответственно и расход цемента при изготовле­нии бетона.

Комплексное использование методов ускорения твердения бето­на дает наибольший технико-экономический эффект.