Строительные материалы2 Тема лекции: «Железобетонные конструкции» 1
План лекции • Понятие о сборных, монолитных, сборно-монолитных конструкциях • Основные технологические операции по изготовлению ЖБИ 2
Железобетон — композитный строительный материал, представляющий собой залитую бетоном стальную арматуру. Запатентован в 1867 году Жозефом Монье , как материал для изготовления кадок для растений. Окрылённый успехом, Монье принялся за поиски других областей применения изобретенного материала: в 1877 году запатентовал железобетонные железнодорожные шпалы, в 1880– 83 годах — железобетонные перекрытия, здания, балки, своды, мосты. Бетон хорошо сопротивляется сжатию и плохо - растяжению; растяжению Стальная арматура хорошо работает на растяжение. 3
Виды бетонов В 80 -х годах XIX века была разработана теория получения и отвердевания гидравлических вяжущих веществ и цементов. С этого времени многие ученые посвятили себя изучению свойств бетона с целью его практического применения. В период с 1891 по 1912 год был опубликован ряд статей, посвященных производству бетона. В нашей стране технология производства и применения бетона получила широкое развитие с момента строительства первых гидротехнических сооружений, таких, как Волховстрой и Днепро. ГЭС (1924 -1930 гг). В 30 -е годы российские ученные разработали методы зимнего бетонирования, обеспечив тем самым возможность круглогодичного возведения бетонных и железобетонных конструкций. В этот же период был созданы ряд новых видов бетона и разработаны способы повышения его долговечности. В первые послевоенные годы производству бетона уделялось максимум внимания, в результате чего были созданы новые виды вяжущих веществ и бетонов. Сегодня бетоны классифицируют по следующим признакам: основному назначению; • виду заполнителей; • виду вяжущего вещества; • структуре; • условию твердения. *** 4
Виды бетонов Большинство свойств бетона зависят от его плотности, а плотность формируется под воздействием таких факторов, как «плотность цементного камня» , «вид заполнителя» и «структура бетонов» . По своей плотности бетоны делятся на виды: Особо тяжелые бетоны применяются в железобетонных и бетонных конструкциях промышленных и гражданских зданий, в гидротехнических сооружениях, а также на строительстве каналов. Так как наши статьи посвящены загородному строительству на приусадебных участках, то уделять время этому типу бетонов мы не будем. Тяжёлые бетоны применяют при возведении стен, фундаментов зданий, плотин. При строительстве загородного жилья возможно применение этого типа бетона для возведения фундамента и цоколя будущего строения. Крупнопористый бетон, изготовляемый на плотном крупном заполнителе с поризованным цементным камнем. Такой вид бетона нашел свое применение в строительстве загородных домов. Легкие бетоны изготавливают с применением пористых заполнителей (керамзит, вспученный шлак, пемза и др. ). К особо легким бетонам относятся ячеистые бетоны - газобетон и пенобетон. В дачном строительстве такие бетоны нашли широкое применение Особо лёгкие бетоны применяют в стеновых конструкциях для снижения теплопотерь, то есть так же, как и легкие бетоны, широко используют в строительстве загородных жилищ. По виду вяжущего вещества бетоны подразделяют на: цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, полимерцементные и специальные. *** Цементные бетоны изготавливаются на различных цементах и наиболее широко применяются в городском и загородном строительстве. Силикатные бетоны готовят на основе извести. Для производства изделий в этом случае применяют автоклавный способ твердения, о котором мы говорили в статье «Силикатный 5 кирпич» .
Виды бетонов В основе гипсовых бетонов - гипс. Такие бетоны применяют для возведения внутренних перегородок, подвесных потолков и элементов отделки строений. Гипсовые бетоны, в своем большинстве, являются неотъемлемой частью загородного строительства. Шлакощелочные бетоны делают на молотых шлаках, затворенных щелочными растворами. Эти бетоны только начинают применяться в строительстве. Более подробно мы поговорим о них в одной и следующих «глав» . Полимерцементные бетоны получают на смешанном связующем, состоящем из цемента и полимерного вещества (водорастворимые смолы и латексы). Этот вид бетона используют как гидроизоляционное и защитное покрытие и как отделочный и декоративно-облицовочный материал. Специальные бетоны готовят с применением особых вяжущих веществ. Используются они в конструкциях, работающих в особых условиях. Так конструкции загородного дома не подразумевают наличие каких-либо особых условиях, то рассматривать типы специальных бетонов мы не станем. Теперь, после того, как мы дали краткие характеристики существующим видам бетонов, поговорим конкретно о тех типах этого строительного материала, без которых не обходится индивидуальное строительство. При возведении загородного дома чаще всего используется обычный бетон, бутобетон, шлакобетон, ячеистый бетон, 6 пенобетон и опилкобетон.
7
ØВо многих случаях значительно экономичнее монолитных, так как их изготовляют на специализированных заводах и полигонах с рационально организованным высокомеханизированным технологическим процессом производства. ØВозводят непосредственно на том месте, где, согласно проекту, они должны быть установлены. ØПри их возведении затрачивается большое количество ручного труда и материалов на изготовление опалубки, подмостей и т. д. 8
9
10
Главной задачей при проектировании ЖБК является – расчёт армирования. Диаметр стержней и характер их расположения определяется расчётами. При этом соблюдается следующий принцип — арматура устанавливается в растянутые зоны бетона либо в перенапряжённые сжатые зоны. Армирование конструкций выполняется стальными стержнями. Железобетонные элементы рассчитываются по жёсткости по прочности по трещиностойкости 11
ü невысокая цена железобетонные конструкции значительно дешевле стальных. ü пожаростойкость - в сравнении со сталью и деревом. ü технологичность - несложно при бетонировании получать любую форму конструкции. ü химическая и биологическая стойкость - не подвержен коррозии, старению, гниению. ü невысокая прочность при большой массе прочность бетона в среднем в 10 раз меньше прочности стали. В больших конструкциях железобетон «несёт» больше своей массы, чем полезной нагрузки. 12
При изгибе любого элемента в нём возникает В железобетонной конструкции выделяется две формы разрушения : сжатая и растянутая зоны изгибающий момент поперечная сила по нормальным сечениям перпендикулярным продольной оси, от действия изгибающего момента по наклонным сечениям от действия поперечных сил 13
Разрушение элемента в обоих случаях наступает вследствие разрушения бетона растягивающими напряжениями Армирование балки выполняется продольной и поперечной арматурой 1 — верхняя (сжатая) арматура 2 — нижняя (растянутая) арматура 3 — поперечная арматура 4 — распределительная арматура 14
Изготовление ЖБК включает в себя следующие технологические процессы: Подготовка арматуры Опалубочные работы Бетонирование Армирование Уход за твердеющим бетоном v Основное преимущество технологии сборного железобетона в том, что ключевые технологические процессы происходят на заводе. v Это позволяет достичь высоких показателей по срокам изготовления и качеству конструкций v Кроме того, изготовление предварительно напряженных ЖБК возможно, как правило, только в заводских условиях. v Недостатком заводского способа изготовления является невозможность выпускать широкий ассортимент конструкций. v Особенно это относится к разнообразию форм изготавливаемых конструкций, которые ограничиваются типовыми опалубками. 15
Большое внимание на заводе ЖБК уделяется технологической схеме изготовления Конвейерная технология • Элементы изготовляют в формах, которые перемещаются от одного агрегата к другому. Технологические процессы выполняются последовательно, по мере перемещения формы. Поточно-агрегатная технология • Технологические операции производят в соответствующих отделениях завода, а форма с изделием перемещается от одного агрегата к другому кранами. Стендовая технология • Изделия в процессе изготовления остаются неподвижными, а агрегаты перемещаются вдоль неподвижных форм. • В предварительно напряженных конструкциях применяют два способа создания предварительного напряжения: натяжение на упоры и натяжение на бетон, а также два основных способа 16 натяжения арматуры: электротермический и арматуры электротермомеханический.
Технологичность изготовления изделий, обусловленная изделий операциями бетонирования и извлечения их из формы, в процессе проектирования сравнительно легко обеспечивается конструктивными мероприятиями. Другой вид заводской технологичности – технологичность армирования связана с этапами производства арматуры, закладных изделий и установки их в форму. Уровень технологичности изготовления ЖБК считается высоким, если при наименьших трудозатратах и расходе металла для армирования применено высокопроизводительное оборудование. 17
Одно из наиболее важных направлений в совершенствовании сборных железобетонных изделий – снижение материалоёмкости, которое, как правило, приводит к уменьшению трудоёмкости изготовления, т. к. при этом сокращается количество арматуры. Основными резервами снижения металлоёмкости изделий являются: vприменение арматурной стали повышенной прочности; vиспользование напрягаемой арматуры взамен всей или части ненапрягаемой арматуры; vучёт конструктивных особенностей и расчётных схем отдельных железобетонных конструкций, уточнение расчётных положений и действующих реальных нагрузок. 18
• В основу классификации сборных железобетонных изделий положены следующие признаки: • 1) вид армирования • 2) плотность • 3) вид бетона • 4) внутреннее строение • 5) назначение 19
• 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. 20
• 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 21
• 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. 22
• В зависимости от назначения сборные железобетонные изделия делят на основные группы: • для жилых, общественных, промышленных зданий • для сооружений сельскохозяйственного и гидротехнического строительства • изделий общего назначения 23
• Сборные железобетонные детали отличаются высоким качеством и долговечностью, не требуют специального ухода во время эксплуатации, их применение сокращает сроки строительства, уменьшает его трудоемкость, сокращает расход леса (так как отпадает необходимость в устройстве подмостей и опалубки) и металла (по сравнению со стальными конструкциями), упрощает производство работ в зимний период 24
• • • • • • В настоящее время наиболее распространены следующие типы деталей: 1) железобетонные сваи (сплошные и пустотелые) для устройства оснований; 2) железобетонные и бетонные элементы сборных фундаментов (сплошные и пустотелые); 3) железобетонные колонны; 4) ненапряженные и предварительно напряженные железобетонные балки, прогоны и др. ; 5) железобетонные панели и крупные блоки стен и перегородок; 6) ребристые, многопустотные и плоские плиты для междуэтажных перекрытий и кровельных покрытий, крупные панели, перекрывающие целую комнату или часть ее; 7) перемычки над окнами и дверными проемами; 8) железобетонные марши лестниц, ступени, площадки, подоконники; 9) железобетонные и бетонные трубы для канализации, водопровода, дренажа, теплофикации, силовых кабелей и т. д. ; 10) элементы сборных печей и дымоходов, изготовленные из бетона повышенной огнестойкости; 11) железобетонные тюбинги для шахт и тоннелей; 12) железобетонные арки и полуарки для покрытий сооружений; 13) шпалы для железных дорог, опоры и мачты для линий электропередачи, связи и освещения; 14) бетонные плиты для полов и тротуаров; 15) бетонные бортовые камни для дорог; 16) бетонные облицовочные и теплоизоляционные блоки и плиты для стен. 25
• • Рис. 1. Фундаменты и стены подвалов: а — фундамент под колонны; б — блоки ленточного фундамента стен; в — блоки стен подвалов 26
Рис. 2. Панели наружных (а) и внутренних (б) стен жилых зданий 27
Рис 3. Предварительно напряженные плиты 28
• Рис. 4. Плиты перекрытий многоэтажных зданий: а - сплошного сечения; б - многопустотная; в - ребристая; г - типа 2 Т 29
• При изготовлении сборных железобетонных деталей на заводах производят следующие основные операции: • изготовление арматурного каркаса • установку его в формы • формование изделий • прогрев для ускорения твердения бетона. 30
• Процесс формования включает укладку бетонной смеси в форму и ее уплотение • Основным способом уплотнения бетонной смеси производстве сборного железобетона является вибрирование • При изготовлении отдельных видов изделий применяют прессование, прокат, штампование, трамбование, центрифугирование, набрызг, экструзию • Иногда используют сочетание двух способов, например, вибропрокат, виброштампование, или вибровакуумирование. 31
Рис. 5 Виброплощадка: 1 - платформа: 2 - основание: 3 - вал с дебалансами: 4 - пружины; 5 - электромотор 32
Рис. 6 Переносные вибраторы: а) поверхностный, б) глубинный; в) с гибким валом 33
Рис. 7 Центрифуга для изготовления труб: 1 - опорные ролики; 2 - форма 34
Рис. 8 Пропарочная камера системы Л. Л. Семенова: 1 - паропровод из котельной; 2 и 3 - верхняя и нижняя перфорированные трубы подводки пара; 4 –уплотнение; 5 - трубопровод подогретой воды; 6 -конденсатор. 35
На заводах сборного железобетона применяют три схемы производства: • Изготовление изделии в стационарных неперемещаемых формах - стендовый способ Изготовление изделий в формах, перемещаемых по отдельным технологическим постам: • конвейерный способ (рис. 9) - с максимальным расчленением технологических операций • поточно-агрегатный (рис. 10), при котором выполнение нескольких операций совмещается на одном посту Конвейерный способ обеспечивает наиболее высокую механизацию и производительность 36 труда.
Рис. 10 Схема агрегатно-поточного способа производства железобетонных изделий: 37
Рис. 9 Схема конвейерного способа производства панелей наружных стен 38
Рис. 11 Кассетно-формовочная машина: 39
Добавки к бетонам Суперпластификаторы по составу разделяются: 1. Сульфированные меламиноформальдегидные смолы и комплексные добавки на их основе. 2. Продукты конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида и комплексные добавки на их основе. 3. Модифицированные лигносульфаты (не содержащие сахаров). 4. Добавки на основе поликарбаксилатов. 40
Суперпластификаторы Группа Наименование Страна-изготовитель 1 10 -03 НИЛ-10 Мельмент Компласт Россия ФРГ, США Великобритания 2 С-3 40 -03 Майти Позолиш 300 N ХДС Россия Япония, США, ЮАР Украина Пластамент ВV 40 Великобритания, Франция 41 3 4
Противоморозные добавки • поташ (П) • хлорид натрия (ХН) • Хлорид кальция Эти добавки понижают точку замерзания воды и способствуют твердению бетона при отрицательных температурах. Чем ниже температура твердения, тем выше дозировка добавки ( до 10 % от массы цемента). 42
Минеральные добавки Активные минеральные добавки- способны в присутствии воды взаимодействовать с диоксидом кальция при обычных температурах, образуя соединения, обладающие вяжущие свойства. При введении в бетон они взаимодействуют с Са(ОН)2, образующегося при гидратации цемента. Некоторые активные минеральные добавки , например, молотые доменные и металлургические шлакиспособны к самостоятельному твердению при активизации с известью. 43
Гидравлическая активность шлаков Степень гидравлической активности шлаков характеризуют: -модуль основности Мо: Мо= Са. О+Mg. O / Si. O 2 +AI 2 O 3 -модуль активности Ма: Ма=AI 2 O 3 / Si. O 2 44
Микрокремнезем Является отходом производства кремнийсодержащих сплавов: ферросилиция, кристаллического кремния и др. В процессе плавления шихты и восстановления кварца при температуре свыше 1800º С образуются гелеобразный кремний, при охлаждении и контакте с воздухом окисляется до Si. O 2 и конденсируется в виде сверхтонких частиц кремнезема. Размер частиц 0, 1 -0, 5 мкм. Располагаясь в порах цементного камня, микрокремнезем повышает плотность, прочность, водонепроницаемость и долговечность бетона. 45
Бетонирование зимой имеет ряд существенных особенностей. «Зимние условия» для стройки – условия, когда среднесуточная температура наружного воздуха снижается до +5 °С, а в течение суток наблюдается ее падение ниже нуля. При бетонировании конструкций зимой необходимо обеспечивать твердение бетонной смеси в теплой и влажной среде в течении срока, устанавливаемого и обеспечивающего набор бетоном критической ( минимальной ) прочности, при которой гарантируется сохранение структуры бетона и удовлетворительное его твердение после оттаивания. Укладываемый зимой бетон должен приобрести прочность, достаточную для распалубки, частичной нагрузки или даже до полной загрузки сооружения. 46
При современном способе бетонирования используют противоморозные добавки. Они помогают эффективно ускорить процессы затвердевания бетона, понизить температуру замерзания воды, увеличивая тем самым продолжительность твердения бетона до набора необходимой прочности. Количество вводимых добавок в бетонный раствор зависит от температуры окружающей среды, способа бетонирования конструкции и метода ухода за твердеющим бетоном, требований предъявляемых к бетону и др. 47
Важным фактором зимнего бетонирования также является подогрев бетонной смеси. В зависимости от массивности конструкции и температуры наружного воздуха, подогревают воду для бетона и/или заполнители (песок, щебень, гравий). Бетонная смесь при выходе из бетоносмесителя должна иметь температуру не выше 40°С, поскольку при более высокой температуре она быстро густеет. Минимальная температура бетонной смеси при укладке в массивы должна быть не ниже 5°С, а при укладке в тонкие конструкции – не ниже 20°С. 48
После завершения работ по укладке бетонной смеси в конструкцию, открытую поверхность необходимо покрыть полиэтиленовой пленкой и утеплителем (матами из минеральной ваты, пенопласта, опилками и т. д. ). 49
Следующий этап зимнего бетонирования - обеспечение набора бетоном критической прочности. Это может быть достигнуто двумя способами: 1) использованием внутреннего запаса теплоты бетона; 2) дополнительной подачей бетону теплоты извне. На сегодняшний день существует несколько методов: · электроподогрев бетонной смеси в специальном бункере непосредственно перед укладкой до 50… 70°С; · способ термоса (подогретая смесь твердеет в условиях теплоизоляции); обогрев бетона паром; · электропрогрев бетона (осуществляют, пропуская через бетон электрический переменный ток); · обогрев воздуха, окружающего бетон под тепляком. 50
Решение зимних проблем по заливке бетона Затвердевание бетонных конструкций во время зимы считается проблемным процессом. Твердение бетона при низких температурах воздуха существенно замедляется, и при ее значениях ниже 5. °С бетон необходимо прогревать. 51
Но и эту проблему можно решить. Системы кабельного обогрева можно использовать для нормального затвердевания бетона в зимний период, когда при отрицательной температуре и неблагоприятных погодных условиях нет возможности отложить строительные работы. Прогрев бетона осуществляется специальным греющим проводом, укладываемым в конструкцию до её бетонирования. 52
Для прогрева бетона, каменной кладки, мерзлого грунта, укрытия и обогрева на открытых площадках материалов, механизмов, грузовых контейнеров и другого оборудования в зимних условиях можно использовать и термоэлектрические маты. Термоэлектрические маты можно применять для тепловой обработки бетона при изготовлении сборных железобетонных конструкций на полигонах, при прогреве горизонтальных и наклонных поверхностей монолитных железо - бетонных конструкций, грунтовых, каменных и искусственных оснований. 53
Подлежащие обогреву конструкции и изделия или оборудование укрывают термоэлектрическими матами. В изолированном таким образом от внешней среды пространстве автоматически поддерживают заданный температурно - влажностной режим. 54
Список литературы Основная литература: • Микульский В. Г. , Горчаков Г. И. , Козлов В. В. Строительные материалы. М: АСВ, 2004. • Горчаков Г. И. Баженов Ю. М. Строительные материалы. -М: Стройиздат, 1986. • Скрамтаев Б. Г. , Буров В. Д. и др. Примеры и задачи по строительным материалам. -М: Высшая школа, 1978. • Попов Л. Н. Лабораторные испытания строительных материалов и изделий. -М. : Стройиздат, 1986. Дополнительная литература: • Рыбьев И. Г. Строительное материаловедение – М. : Высшая школа, 2002. • Баженов Ю. М. , Комар А. Г. Технология бетонных и железобетонных изделий. Учеб. пособие для вузов- М. : Высшая школа, 1994. • Передельский Л. В. , Приходченко О. В. Строительная экология. Учеб. пособие. - Ростов н/Д: Феникc, 2003. • Козлов В. В. Сухие строительные смеси. - М. : АСВ, 2000. • Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). Справочник. Под общей ред. А. В. Ферронской. – М. : Издательство АСВ, 2004. 55
Скачать презентацию Строительные материалы2 Тема лекции Железобетонные конструкции 1
L_7_SM2.ppt