Очень коротко о железобетоне

E-mail Печать

1.Общие сведения о железобетоне

Железобетон – искусственный материал, в котором соединены в единое целое бетон и стальная арматура (первый патент Жозеф Монье в 1867г.).

Предел прочности на сжатие достигает 100 МПа, а сопротивление бетона растяжению в 10…20 раз меньше. В силу незначительной прочности бетона на растяжение(1…4 МПа) уже под небольшой нагрузкой в растянутой зоне бетона образуются трещины и балка разрушается.


Рис. 1. Неармированная бетонная балка (а) и армированная железобетонная балка (б)

• при твердении бетона между ним и стальной арматурой возникают значительные силы сцепления, в результате чего в железобетонных элементах оба материала деформируются под нагрузкой совместно;

• сталь и бетон обладают близкими по значению коэффициентами линейного температурного расширения, поэтому при изменениях температуры в эксплуатационных условиях в обоих материалах возникают несущественные начальные напряжения, сцепление арматуры с бетоном сохраняется; проскальзывание арматуры в бетоне не наблюдается;

• плотный бетон защищает заключённую в нём стальную арматуру от коррозии;

• бетон предохраняет арматуру от непосредственного действия огня.


Рис. 2. Виды арматуры:

а- гладкая стержневая; б - гладкая проволочная; в - горячекатаная периодического профиля; г, д - пряди из проволоки; ж - сварная сетка

В обычной железобетонной конструкции в растянутой зоне даже при незначительных нагрузках в бетоне появятся трещины. Допустимое нормами раскрытие этих трещин невелико (0,1…0,3 мм) и не мешает нормальной эксплуатации конструкции. Однако в определённых условиях (как, например, повышенная влажность, агрессивная среда) попавшая в трещины влага может привести к коррозии арматуры, что особенно опасно для высокопрочной проволочной арматуры. В силу этого железобетонные конструкции в отличие от бетонных рассчитывают не только на прочность (первое предельное состояние), но и на величину раскрытия трещин (второе предельное состояние). Ширина раскрытия трещин строительными нормами ограничивается в зависимости от вида применяемой арматуры и условий эксплуатации конструкции.

>Из-за появления и раскрытия трещин в обычном железобетоне не имеет смысла применение высокопрочной арматуры и высокопрочного бетона: предельное состояние по величине раскрытия трещин достигается значительно раньше, чем используются прочностные характеристики арматуры и бетона.

Ограничить ширину раскрытия трещин или даже полностью исключить их появление под эксплуатационной нагрузкой можно предварительным обжатием бетона, т.е. изготовлением предварительно напряжённого железобетона. Существуют два способа создания предварительного напряжения бетона: натяжение высокопрочной арматуры на упоры и натяжение на бетон.

Технология изготовления предварительно напряжённого железобетона при натяжении арматуры на упоры следующая:

• в форму (например, форму для изготовления балки) в растянутую при эксплуатации балки зону закладывают арматуру и натягивают её, используя мощные стальные упоры, находящиеся вне формы; величина натяжения контролируется и должна быть в пределах упругих деформаций стали;

• в форму укладывается бетонная смесь, которая твердеет до достижения бетоном определённой (передаточной) прочности;

• после чего арматуру отпускают с упоров, она сокращается и обжимает бетон, в результате в бетоне в зоне обжатия создаются напряжения сжатия.

При создании предварительно напряженной конструкции натяжением на бетон:

• создают бетонное изделие, в котором в той зоне, где должна располагаться арматура, оставляют каналы;

• после затвердевания бетона в каналы вводят арматуру: упором служит один торец конструкции, с другого конца арматуру натягивают, анкеруют и отпускают; бетон приобретает сжимающие напряжения;

• для обеспечения сцепления арматуры с бетоном каналы заполняют (инъецируют) цементным раствором.

Таким способом можно, например, из отдельных блоков создать сборное предварительно напряжённое пролётное строение железобетонного моста.

При эксплуатации в растянутой зоне конструкции напряжения растяжения появляются только после погашения предварительных сжимающих напряжений или не появляются вообще, как, например, в предварительно напряженных железобетонных балках пролётных строений мостов, для которых не допускается образование трещин.

Предварительное напряжение бетона не только повышает трещиностойкость бетона и долговечность сооружения, но и позволяет использовать для изготовления железобетонных конструкций высокопрочные материалы, арматуру и бетон, снизить массу железобетонных конструкций, уменьшить рабочую высоту и увеличить пролёт сооружения (например, моста).

2.Виды сборных железобетонных изделий

Современное строительство немыслимо без применения сборного бетона и железобетона. Промышленность выпускает большое количество различных видов сборных железобетонных изделий и конструкций. Классифицируют сборные железобетонные изделия:

1) по назначению:

• для жилых и общественных зданий,

• для промышленных зданий,

• для инженерных сооружений;

2) по виду армирования:

• обычный железобетон,

• предварительно напряжённый железобетон;

3) по плотности и виду бетона.

Бетонные покрытия из сборных плит находят применение на автомобильных дорогах с неблагоприятными гидрологическими условиями земляного полотна, городских улицах, подъездных дорогах к промышленным предприятиям и местонахождениям природных ресурсов, а также на временных дорогах и дорогах, куда невозможно доставить цементобетонную смесь.

Плиты сборных покрытий изготовляют прямоугольными, квадратными и шестиугольной формы размером от 1 до 12 м2 из бетона класса В25…В40 с обычной арматурой и предварительно напряженными.

Характеристики плит сборных дорожных покрытий представлены в табл.1.

Таблица 1

Тип плиты

Размер плиты, м

Масса плиты, m

Со сплошной опорной поверхностью

1,75х1,5х0,13

2,0х2,0х0,17

3,0х1,75х0,15

0,85

1,7

1,9

Решетчатые

2,5х1,0х0,16

3,0х1,5х0,25

0,7

1,8

С предварительно напряженной арматурой

6,0х2,0х0,14

6,0х1,5х0,14

4,2

3,15

Стремление увеличить устойчивость плит под движением и обеспечить совместную работу плиты и основания привело к большому разнообразию опорной (нижней) поверхности плит, которые бывают: гладкие, с боковыми упорами, ребристые, ячеистые.

Сборные железобетонные плиты применяют для устройства оснований дорог и тротуаров. Изготовляют также бортовые камни, столбики под километровые и указательные знаки и другие элементы обустройства дорог. Бетон плит сборных покрытий, бортового камня, тротуарных плит и пр. должен соответствовать требованиям, предъявляемым к монолитному бетону покрытий автомобильных дорог и аэродромов по прочности и морозостойкости по второму базовому методу.

Для железнодорожных путей организовано производство предварительно напряженных железобетонных шпал.

На рис. 3 представлены сборные звенья для железобетонных водопропускных труб (диаметром от 1,5 до 10 м), возводимых в насыпи автомобильных дорог.


Рис. 3. Звенья железобетонных труб

а- круглое; б - прямоугольное; в - овоидальное

В мостостроении применяют сборные железобетонные изделия и конструкции для всех элементов моста: фундаментов (блоки, сваи), опор (блоки, стойки), пролётных строений всех типов (цельные балки, отдельные блоки и элементы).

Плитные пролётные строения длиной до 18 м могут быть построены из сборных элементов сплошного сечения или с пустотами и различного поперечного сечения (рис.5).


Рис. 4. Виды сечений блоков ребристых пролётных строений и их сопряжений:

а-Т-образные с обычной араматурой; б - с предварительно напряженной араматурой; в - П-образные

 

 


Рис. 5. Виды сборных элементов плитных пролётных строений:

а,б – блоки-доски сплошного сечения; в, г – блоки-доски с продольными пустотами; д - блоки-доски с поперечными пустотами; г – блоки в виде двутавра

 

 


Рис. 6. Сборные блоки пролётных строений:

а - пролётное строение составлено из блоков; б –двутавровое с диафрагмами; в – 2Т; г – блок балки; д – коробчатое сечение

Для разрезных пролётных строений мостов выпускаются цельноперевозимые балки на пролёт из обычного железобетона длиной 12, 15 и 18 м. Чаще они выпускаются Т-образного сечения (рис.4, а, б), но могут быть П- и V-образного сечения (рис. 4, в). Цельноперевозимые предварительно напряженные балки двутаврового сечения изготовляют длиной 15, 18, 24 и 33 м.

Блоки для составных по длине пролётных балочных строений выпускаются длиной 3; 4,5 и 6 м. Из них можно составить предварительно напряжённые пролётные строения разрезных (до 42 м) и неразрезных мостов больших пролётов (рис. 6).


Рис. 7. Элементы укрупнения сборного объёмного блока из плит заводского изготовления:

1 – нижняя плита; 2 – арматурные выпуски; 3 – блок стенки; 4 – строповочные петли; 5 – верхняя плита

 

 


Рис. 8. Перевозка коробчатого блока на трейлере

Для транспортного строительства выполняют предварительно напряжённые шпалы из бетона класса В40 и опоры контактной сети трубчатого, двутаврового или швеллерного сечения из бетона класса В30.

Для тоннелей выпускают тюбинги, блоки отделки тоннелей (рис. 9), блоки стен, колонны и балки перекрытий метрополитена.


Рис. 9. Общий вид и конструкция обделки тоннеля из железобетонных блоков (а); и деталь блока (б)

Для мостов больших пролётов  выпускаются блоки коробчатого сечения (рис. 6, д, 8), а также отдельные элементы для создания пролётного строения коробчатого  сечения (рис. 7).

Для жилищного строительства номенклатура сборных элементов очень велика.

Стеновые панели – крупноразмерные элементы (обычно высотой на этаж и длиной до 6 м) для монтажа полносборных зданий (рис. 10) – в зависимости от назначения и конструктивных особенностей подразделяют на следующие виды:

• панели наружных стен отапливаемых зданий, изготавливаемые однослойными из лёгкого бетона на пористых заполнителях, ячеистого бетона или трёхслойными из тяжёлого или лёгкого бетона с внутренним теплоизоляционным слоем;

• панели наружных стен неотапливаемых зданий и внутренних несущих стен, изготавливаемые из тяжёлого или лёгкого бетона (рис. 10, а);

• панели перегородок, обычно изготовляемые из гипсобетона.


Рис. 5. Некоторые виды сборных железобетонных изделий:

а– стеновые панели с различной наружной облицовкой; б, в – плиты перекрытий с овальными и круглыми пустотами; г – элементы сборных фундаментов; 1 – фундаментный блок; 2 – блок для стен подвала;          д – лестничный марш; е – лестничная площадка

Классы тяжёлых бетонов для панелей наружных стен – не ниже В15, для внутренних – не ниже В12.5, лёгкие бетоны всех видов должны иметь класс не ниже В3,5. Толщина панелей в зависимости от вида бетона и климатических условий места строительства составляет 160…400 мм. Масса панелей достигает 5 т. В технико-экономическом отношении наибольшими преимуществами обладают крупноразмерные вибропрокатные керамзитобетонные панели. Панели выпускают с наружной защитно-декоративной отделкой (керамической плиткой, декоративными бетонами, водостойкими красками и т.п.).

Стеновые бетонные блоки предназначены для жилых, общественных и производственных зданий различного назначения. Размер блоков зависит от конструктивного решения здания и может быть: длина 400…3300 мм, высота 300…3900 мм; толщина назначается по теплотехническим и конструктивным соображениям: для наружных стен 200…600 мм, для внутренних – 160…300 мм. Для наружных стен блоки могут быть одно- и двухслойные. Однослойные блоки наружных стен изготовляют главным образом из лёгких бетонов на пористых заполнителях или ячеистых бетонов. Двухслойные блоки из утепляющего и изолирующего слоёв применяют главным образом для зданий с повышенной влажностью воздуха. Утепляющий слой выполняют из конструкционно-теплоизоля-ционного бетона (обычно из лёгкого бетона на пористых заполнителях). Внутренний изолирующий слой – из тяжелого бетона (реже лёгкого); его назначение – ограничить влагопередачу от внутренней стороны стены к наружной, чтобы защитить утепляющий слой от увлажнения. Блоки внутренних стен делают однослойными, вид и класс бетона зависят от конструктивного решения стены.

Плиты междуэтажных перекрытий (рис. 10, б, в) изготовляют из бетона класса не ниже В15 и армируют обычной или предварительно напряжённой арматурой. Размер плит: длина 2,4…12 м, ширина 1,2…3,6 м, толщина 220 мм. Плиты перекрытий кроме несущей способности должны удовлетворять требованиям звукоизоляции. Для повышения звукоизоляционных свойств и снижения массы плиты делают с пустотами (главным образом круглого сечения) или из лёгких бетонов на пористых заполнителях. Применяют также ребристые плиты перекрытий.

Плиты покрытий в зависимости от конструкций кровли должны удовлетворять помимо несущей способности требованиям гидро- и пароизоляции, а для совмещённых (тёплых) кровель – и теплоизоляции.

Лестничные марши и площадки (рис. 10, д, е) изготовляют из бетона класса не ниже В15. Ступени лестниц должны иметь отделанную поверхность. Лестничные площадки, как правило, покрывают керамической плиткой. Лестничные марши и площадки могут быть выполнены в виде одного цельного элемента.

Изделия для каркасов зданий - колонны, ригели, балки, фермы и др. – изготавливают из тяжёлого бетона класса не ниже В15. Ригели, балки и фермы часто изготовляют предварительно напряжёнными.

Изделия для каркасов промышленных зданий (рис. 11) отличаются от аналогичных изделий для жилых зданий большей несущей способностью и размерами. Так, высота колонн для жилых зданий достигает 7,5 м, а промышленных 35 м.


Рис. 11. Схема одноэтажного промышленного здания с железобетонным каркасом:

1 – фундамент под колонны; 2 – колонны наружного ряда; 3 – подкладка; 4 – фундаментная балка; 5 – стеновая панель; 6 – подкрановая балка; 7 – плита покрытия; 8 – двускатные балки покрытия; 9 – консоли колонн; 10 – колонны внутреннего ряда

Балки длиной 12, 18 и 24 м в зависимости от перекрываемого пролёта могут иметь тавровое или двутавровое сечение с отверстиями в вертикальной стенке для снижения её массы. Изготовляют балки из бетона класса В25…В30, чаще предварительно напряжёнными.


Рис. 12. Железобетонная ферма

Фермы (рис. 12) применяют как элементы покрытий промышленных зданий пролётом 30 м и более.

Изделия для фундаментов зданий (рис. 13 ) выпускают в виде фундаментных плит, блоков для устройства ленточных фундаментов и стен подвалов, фундаментных блоков стаканного типа для опирания колонн в каркасных зданиях.


Рис. 13. Изделия для фундаментов:

а - блок-подушка; б – блок для стен подвалов сплошной; в – то же пустотелый; г – блок стаканного типа

 

1.3. Основы технологии сборных железобетонных конструкций

Элементы сборных конструкций изготовляют на заводах и полигонах сборного бетона и железобетона. При изготовлении таких элементов технологическими процессами являются следующие:

• приготовление бетонной смеси на бетонном узле завода;

• изготовление и укладка в формы каркасной и стержневой арматуры; напрягаемую арматуру натягивают на анкеры форм с помощью специальных механизмов или реже методом термического натяжения;

• подача, укладка и уплотнение бетонной смеси, которые осуществляются вибропрессованием, прокатом, но чаще на виброплощадках большой грузоподъёмности (до 5…10 т);

• тепловлажностная обработка для ускорения твердения бетона;

• освобождение от форм бетонного изделия; передача усилий натяжения арматуры с упоров формы на затвердевший бетон в случае предварительно напряжённой конструкции;

• обработка в необходимых случаях лицевой поверхности бетонного изделия;

• транспортирование и выдерживание на складе готовых изделий для достижения ими проектной прочности.

 

Процесс твердения бетона значительно превышает по длительности все остальные операции по изготовлению бетонных и железобетонных изделий. Тепловлажностная обработка позволяет во много раз ускорить процесс твердения бетона.

Существуют следующие виды тепловой обработки бетонных и железобетонных изделий:

• пропаривание в камерах при нормальном атмосферном давлении и температуре 70…95 °С;

• запаривание в автоклавах в среде насыщенного водяного пара при давлении 8…13 атм и температуре 175…190 °С;

• нагрев в закрытых формах с контактной передачей тепла бетону;

• электропрогрев пропуском электрического тока непосредственно через бетон изделий;

• электропрогрев с помощью греющих проводов, оставляемых в теле бетона;

• прогрев бетона со стороны открытых поверхностей изделия с помощью электронагревателей.

Для цементных бетонов сборных конструкций наиболее распространённым способом тепловой обработки является пропаривание при атмосферном давлении в пропарочных камерах.

Полный цикл типового режима пропаривания (рис. 14) включает в себя:

• период предварительной выдержки изделий до начала пропаривания 1,5…3 ч, Т1;

• период подъёма температуры со скоростью 20…30°С в час, Т2;

• период изотермического прогрева, который может колебаться от 4 до 10 ч и зависит от химико-минералогической характеристики цемента и состава бетона, Т3;

• период охлаждения со скоростью 20…30 °С в час, Т4.


Рис. 14. Режим тепловлажностной обработки бетонных изделий

 

Таким образом, продолжительность полного цикла тепловой обработки равна           Т = Т1 + Т2 + Т3 + Т4 и составляет 10…24 ч, в результате которой бетон приобретает прочность порядка 70% от проектной. При этой прочности можно расформовывать предварительно напряжённые конструкции и передавать усилия натяжения арматуры на бетон, транспортировать и монтировать изделия на стройплощадке.

Режимы твердения могут быть весьма разнообразны в зависимости от используемого цемента, вида и размеров конструкции и других факторов.

Например, для изделий, к которым предъявляются высокие требования по морозостойкости, водонепроницаемости, долговечности (дорожные и аэродромные плиты, бордюрные камни, тротуарные плиты, трубы и др.), должна применяться тепловая обработка по мягкому режиму. Мягкий режим предполагает длительное предварительное выдерживание (2…4 ч), медленный подъём температуры (не более 15 ºС в час), изотермический прогрев при температуре прядка 60 °С для бетона на обычном портландцементе.

При тепловой обработке ускорение твердения и структурообразования бетона сопровождается и деструктивными процессами: расширением при нагреве составляющих бетон материалов, причём коэффициенты температурного расширения воды в 20…27, а воздуха в 300…350 раз больше, чем у твёрдых составляющих; миграцией воды и воздуха в твердеющем бетоне. Это приводит к возникновению внутреннего давления и раздвижке твёрдых компонентов на начальных стадиях пропаривания. Перепады температур по сечению изделия во время подъёма температуры и охлаждения также могут вызвать напряжения и появление трещин. В результате у пропаренных изделий наблюдается недобор прочности к 28-суточному и более позднему возрасту по сравнению с бетонами нормального твердения, который может достигать 15…20%.

Наиболее эффективно пропаривание влияет на твердение шлакопортландцемента и пуццоланового портландцемента: прочность бетона на их основе после тепловлажностной обработки выше прочности бетонов нормального твердения.

Пропарочные камеры могут быть периодического или непрерывного действия. Камеры периодического действия ямного типа (рис. 15), полностью или частично заглублённые в землю, открыты сверху для загрузки и выгрузки изделий. Изделия загружают краном и устанавливают в несколько рядов по высоте. Затем камеру закрывают крышкой и подают насыщенный водяной пар.


Рис. 15. Пропарочная камера ямного типа:

1 – крышка; 2 – гидравлический затвор; 3 – форма с изделием; 4 – вытяжной водяной затвор; 5 – вентиляционный канал;6 – гидравлический затвор для стока конденсата

Камеры пропаривания непрерывного действия представляют собой тоннель, в котором изделия в формах, установленных на вагонетках, проходят последовательно зоны подогрева, изотермической выдержки и охлаждения. Камеры непрерывного действия применяют на конвейерных линиях.

В настоящее время сборные элементы и конструкции изготовляют следующими способами:

• стендовым;

• кассетным;

• поточно-агрегатным;

• конвейерным;

• вибропрокатным.

При стендовом способе изготовление сборных элементов происходит на стационарных местах – стендах – неподвижных формах. Бетоноукладчики, вибраторы и другие механизмы поочерёдно выполняют необходимые операции. Этим способом изготовляют, как правило, крупногабаритные изделия (фермы, колонны, балки).


Рис. 16. Изготовление сборных железобетонных изделий кассетным способом

а – общий вид цеха; б – кассетная установка; 1 – станина;                      2 – разделительная стенка; 3 – отсек для формования панели; 4 – отсеки для пара; 5 – фиксирующие упоры; 6 – крайняя утеплённая стенка;        7 – механизм сжатия кассеты; 8 – привод; 9 – упорный дожимной винт

При кассетном способе формование и твердение изделий происходит в вертикальной неподвижной форме – кассете, представляющей собой ряд отсеков, образованных стальными вертикальными стенками (рис. 16, б). В форму закладывают арматурный каркас, заполняют бетонной смесью и уплотняют. Для этой цели кассетная установка имеет вибрирующее устройство, а также устройства для паро- или электрообогрева, обеспечивающие твердение бетона в кассете. После тепловой обработки стенки формы раздвигают и изделия вынимают мостовым краном. Кассетным способом изготовляют плоские изделия (стеновые панели, плиты перекрытий и т.п.).

При поточно-агрегатном способе формы с изделиями последовательно перемещаются с помощью крана или тельфера от одного технологического агрегата к другому с различными интервалами времени, зависящими от продолжительности той или иной операции – от нескольких минут (смазка форм) до нескольких часов (твердение в пропарочных камерах). Поточно-агрегатный способ более гибкий по сравнению с конвейерным, поскольку позволяет быстро переходить на выпуск изделий другого вида.

Конвейерный способ представляет собой более совершенную поточную схему изготовления изделий, позволяющую максимально автоматизировать технологические операции. При конвейерном способе формы с изделиями стоят на вагонетках-поддонах, перемещающихся по рельсовому пути, и тепловлажностную обработку осуществляют в камерах непрерывного действия. Изделие перемещается от поста к посту с определённым ритмом, который зависит от времени выполнения наиболее продолжительной операции. Конвейерная схема производства применяется на заводах большой мощности при изготовлении однотипных железобетонных изделий.

При вибропрокатном способе происходит непрерывное формование изделий способом вибропроката на вибропрокатном стане (рис.17). Этот способ обеспечивает полную механизацию и автоматизацию технологических процессов. Вибропрокатный стан – это конвейер, движущийся вдоль технологических постов – укладки арматуры и бетона, формования и уплотнения способом вибропроката и сверхускоренной (двухчасовой) тепловой обработки. Вибропрокатным способом получают панели наружных стен, перегородочные панели, плиты.

 

Укреплённые грунты

Лекция на тему: "Укреплённые грунты"

Новости кафедры

Отряд Внедрение МАДИ на субботнике 2018г.

/подробнее/

Новости сайта

Новые статьи на сайте

/подробнее/

Регистрация / Вход

Чем открыть книги:

Скачать программу для просмотра PDF и DJVU


Поиск по сайту

Наши интернет-проекты

  • газета МАДИ
    газета МАДИ
  • Система интернет-тестирования Scientia-test.ru
  • Автоматизированный расчёт состава цементобетонных смесей
  • Форум студентов МАДИ

Видеолекции

Литература по ДСМ

Обучающее видео


Система Orphus