РОЗДІЛ 5. Будівельні розчини

Будівельними розчинами називають матеріали, отримані в результаті твердіння раціонально підібраної суміші неор­ганічного в'яжучого, дрібного заповнювача, води і необхідних доба­вок. Розчини призначені для кладочних, штукатурних та спеціальних (ізоляційних, антикорозійних та ін.) робіт. Розчини класифікують за густиною в сухому стані на важкі (р₀ > 1500 кг/м) та легкі (р₀ < 1500 кг/м), виду в'яжучих - на цементні, вапняні, гіпсові та змі­шані (цементно-вапняні, вапняно-гіпсові та ін.), призначенню - на кладочні, опоряджувальні та спеціальні.

5.1. Виробництво і властивості розчинів

Будівельні розчини виготовляються на пересувних або стаціо­нарних розчинозмішувальних вузлах у виді готових сумішей необхід­ної рухливості або сухих сумішей, що замішуються водою перед за­стосуванням. До змішування компонентів виконують підготовчі опе­рації (відсіювання крупних включень, підігрів піску у зимовий час та ін.) і дозування. Для перемішування розчинів застосовують змішувачі примусової дії.

Основними властивостями розчинів є рухливість і водоутриму- юча здатність.

Рухливість розчинів визначають глибиною занурення (у санти­метрах) стандартного конуса Стройцніла. Для цегляної кладки засто­совують розчини з рухливістю 9. 13 см, для заповнення швів при мо­нтажі стін з панелей та блоків - 5.7 см, для бутової кладки - 4.6 см. Рухливість розчинів так, як і бетонних сумішей, залежить від вмісту води, в'яжучого, крупності піску та ін. Рухливість підвищується вве­денням неорганічних (вапняного, глиняного тіста) або органічних (лі- гносульфонатів, підмильного лугу, милонафту та ін.) пластифікаторів.

Водоутримуюча спроможність розчинів визначає їхній опір розшаруванню при транспортуванні і відсмоктуванні води пористою основою. Вона підвищується із збільшенням витрати цементу, при заміні його вапном, введенні тонкодисперсних добавок (золи, глини та ін.) і поверхнево-активних речовин.

Для розчинів встановлені марки по міцності на стиск, МПа (х10): 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200 та 300 і морозостійкості, цикли: 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 та 300. Марку розчину по міцності встановлюють випробуванням зразків-кубів із довжиною ребра 7,07 см або зразків-балочок розміром 4*4*16 см через 28 діб їх твердіння при температурі (20±3) ⁰С. Для моделювання умов твердіння розчинів в кладці зразки встановлюють на пористу основу, якою служить цегла. Розчини марок по міцності 4, 10 і 25 виготовляють на вапні та інших місцевих в'яжучих. Міцність і морозостійкість розчинів так, як і бето­нів, залежать від водов'яжучого відношення, якісних особливостей в'яжучого і заповнювачів, віку, умов твердіння та ін.

Для прогнозування міцності цементних розчинів можна засто­совувати формули Н. А. Попова: за відсутності значного відсосу води основою

Яр = 0,4 ЯцСЦ/В - 0,3); при відсмоктуванні води пористою основою

Яр = К Яц(Ц - 0,05) + 4, де К-коефіцієнт якості піску (для крупного піску К = 2,2, для серед­нього - 1,8; для дрібного - 1.4); Я_ц - активність цементу.

В другому випадку в розчинах залишається приблизно однакова кількість води, тому цементно-водне відношення Ц/В можна замінити витратою цементу Ц, т/м.

5.2. Основні види будівельних розчинів

Найбільш розповсюджені у будівництві кладочні роз - чини, що служать для скріплення різноманітних каменів та рівно­мірного розподілу між ними зусиль. При зведенні конструкцій, що піддаються систематичному впливу води, наприклад фундаментів, розташованих нижче рівня грунтових вод, застосовують цементні роз­чини. Для надземної і підземної кладки широко застосовують змішані цементно-вапняні і цементно-глиняні розчини.

При підземній кладці приміщень з відносною вологістю понад 60 % відношення об'єму вапняного або глиняного тіста до об'єму це­менту повинно бути не більшим 1:1. Мінімально допустима витрата цементу у змішаних розчинах коливається від 75 до 125 кг/м в залеж­ності від умов роботи конструкцій. Орієнтовно витрату цементу у змішаних розчинах, т на 1 м³ піску, можна знайти по формулі

К _р

ККц

де Я_р - марка розчину; Я_ц - активність цементу; К - коефіцієнт, рівний 0,88 для портландцементу і 1 - для пуцоланового та шлакопортланд­цементу.

Витрата добавки неорганічного пластифікатора, л

Д = 170(1 - 0,002 Ц).

Витрата води, кг на 1 м³ піску

В = 0,65 (Ц + Дрд), де р_д - щільність пластифікатора.

Для твердіння кладочних розчинів при від'ємних температурах застосовують протиморозні добавки - нітрит натрію, поташ, хлориди натрію та кальцію. Кількість протиморозної добавки коливається від 2 до 10 % в залежності від температури зовнішнього повітря. Проектна міцність розчинів з протиморозними добавками досягається після від- таювання і твердіння при температурі вище +5 ⁰С протягом 28 діб. Протиморозні добавки, як правило, не допускаються при зведенні конструкцій, розташованих в змінному рівні води та під водою і які не мають спеціальної гідроізоляції, а також в конструкціях, на поверхні яких не допускаються висоли.

Опоряджувальні розчини застосовують для зви­чайних і декоративних штукатурних робіт. Вони повинні мати високу рухливість і надійне зчеплення з основою, а при твердінні не давати тріщин. В залежності від вологості середовища в'яжучими для опоря­джувальних розчинів можуть служити вапно, гіпс, цемент та їх компо­зиції. При необхідності в розчини вводять різноманітні пігменти.

З спеціальних розчинів в будівництві широко ви­користовують гідроізоляційні цементно-піщані розчини. Вони слу­жать для гідроізоляції залізобетонних труб, зачеканки швів розтруб­них труб та інших збірних елементів. Цей вид розчинів виготовляють на портландцементі, глиноземистому, розширному і інших видах це­менту. Склад розчинів характеризується В/Ц = 0,3...0,5 та співвідно­шенням цементу і піску звичайно 1:2.1:3.

Водонепроникність розчинів росте з підвищенням активності.

Для підвищення водонепроникності в цементні розчини вводять ущі­льнюючі і пластифікуючі добавки, бітумні емульсії і пасти, полімерні добавки. З ущільнюючих добавок розповсюдження отримали хлорне залізо, алюмінат натрію, азотнокислий кальцій. Введення, наприклад, азотнокислого кальцію в кількості 0,5.1% маси цементу дозволяє підвищити водонепроникність цементних розчинів в 2.3 рази.

Т о р к р е т -розчини одержують з суміші цементу і піску у від­ношенні 1:1-2:1 по масі, що наноситься цемент-гарматою. Суміш пе­ремішується із водою в спеціальному пристрої в процесі нанесення. При нанесенні торкретних антифільтраційних штукатурок прагнуть забезпечити В/Ц < 0,3. Для забезпечення тріщиностійкості застосову­ють безусадочні цементи та цементи з ущільнюючими добавками.

РОЗДІЛ 6. Залізобетон

Широке застосування бетону в будівництві обумовлено його по­зитивними особливостями: високою міцністю, довговічністю, вогне­стійкістю. Як заповнювачі для нього можна використовувати розпо­всюджені і дешеві мінеральні матеріали, з нього можна формувати різноманітні вироби. Найбільш істотний недолік бетону як конструк­тивного будівельного матеріалу - низька міцність при розтягуючих і згинальних напругах. Цей недолік усувається армуванням бетону ста­левою арматурою, що дозволяє в кілька разів збільшити несучу здат­ність конструкцій.

6.1. Загальні відомості

Для комплексного сприймання напружень стиску і розтягу вико­ристовують залізобетон - композиційний матеріал, в якому ра­ціонально співпрацюють і поєднуються бетон та стальна арматура. Спільна робота бетону і сталі в одному матеріалі можливий за раху­нок їх високого зчеплення і близькості коефіцієнтів термічного роз­ширення. Крім того, в лужному середовищі твердіючого бетону при утворенні достатньо щільного захисного шару стальна арматура доб­ре захищена від корозії.

Залізобетон є основним конструкційним матеріалом сучасного будівництва. Цьому сприяють його високі механічні властивості, дов­говічність, доступність сировинної бази, можливість виготовлення конструкцій будь-яких форм, які відповідають самим різноманітним архітектурним та технологічним вимогам.

Залізобетонні конструкції за способом виготовлення поділяють на м о н о л і т н і (зводять в опалубці безпосередньо на будівельному майданчику), збірні (монтують з виробів заводського виготовлення) та збірно-монолітні (поєднують збірні залізобетонні елементи і моноліт­ний бетон або залізобетон).

Збірні залізобетонні конструкції порівняно з монолітними мають ряд переваг: спрощується організація робіт на будівельних майданчиках, оскільки основні операції з армування, укладання і тве­рдіння бетонної суміші виконують на заводах, скорочуються строки будівництва та підвищується продуктивність праці тому, що виклю­чаються опалубочні роботи, можливий випуск великорозмірних еле­ментів підвищеної заводської готовності.

Проте використання збірних залізобетонних виробів потребує потужного спеціалізованого підйомно-транспортного обладнання, ви­користання розрізних схем будівель і значних матеріальних затрат на улаштування стиків, не завжди дозволяє забезпечити архітектурну ви­разність будівель і споруд.

Досвід монолітного будівництва показує, що воно у ряді випад­ків має техніко-економічні переваги перед збірним: дозволяє знизити одноразові витрати на створення виробничої бази, витрати сталі, це­менту та енергії. Монолітні конструкції дозволяють суттєво підвищи­ти експлуатаційні характеристики будівель, врахувати сумісну робо­ту елементів, забезпечити їх високу надійність в роботі. Особливий ефект має місце при монолітному будівництві в сейсмічних районах, де економія металу досягає до 20%.

Ефективність монолітного залізобетону знижують значна питома вага, вартість та трудоємність опалубочних робіт, низький ступінь механізації арматурних робіт, укладання та розподілу бетонної сумі­ші, а також транспортування бетонної суміші.

6.2. Армування залізобетонних конструкцій

Для армування залізобетонних конструкцій застосовується сте­ржнева і дротяна арматура, а також дротові вироби у вигляді пасм і канатів.

В залежності від способу обробки розрізняють гарячекатану, те­рмічно зміцнену і холоднодеформовану (зміцнену в холодному стані) арматурну сталь. По механічних властивостях в залежності від грани­ці текучості, межі міцності на розрив, відносного подовження і вигину в холодному стані арматуру поділяють на класи А-І, А-ІІ, А-ІІІ і т.д.

Арматура виготовляється гладкою і періодичного профілю зі звичайних вуглецевих чи низьколегованих сталей. Створення пері­одичного профілю на арматурних стержнях чи дроті у вигляді висту­пів по гвинтовій лінії чи лінії вм'ятин дозволяє поліпшити зчеплення з бетоном.

У залізобетонних конструкціях арматуру застосовують у вигляді стержнів, чи каркасів та сіток. Виготовлення арматурних елементів включає чищення, виправлення, різання і гнуття окремих прутків і зварювальні операції.

За умовами застосування розрізняють арматуру для звичайних конструкцій (ненапружена арматура) і попередньо напружених конс­трукцій (напружувана арматура). Як ненапружену арматуру застосо­вують переважно гарячекатану арматурну сталь класу A-III і звичай­ний арматурний дріт класів B-I і В_р-1. Допускається також застосову­вати арматуру класів A-I і A-II і в деяких випадках A-IV, A-V, Ат-IV і Ат-V. Як напружену арматуру застосовують високоміцні сталі класів A-IV, A-V, Ат-IV, Ат-V, Ат-1, B-II, В_р-П і арматурні канати.

При звичайному армуванні залізобетонних конструкцій, при порівняно невисоких навантаженнях, задовго до руйнування виника­ють тріщини внаслідок низької граничної розтяжності бетону. Пере­бороти цей "деформаційний бар'єр" можна за рахунок попереднього напруження, сутність якого полягає в обтисненні бетону арматурою. Можлива деформація бетону при стиску в 20.25 разів перевищує граничну розтяжність. Це дозволяє виключити чи зменшити небезпеку виникнення тріщин у бетоні при впливі експлуатаційних навантажень, підвищити надійність і довговічність конструкцій, зменшити їхню ма­су і витрату арматури, створити умови для зведення споруджень з ве­ликими прольотами, підвищити витривалість конструкцій при багато­разово повторюваних навантаженнях.

При виробництві збірних залізобетонних конструкцій можливі

з 1 г б 4 J 5 1 г ^а 5 4 & ' ^1 І м б

 

Рис. 6.1. Схеми виготовлення попередньо напружених

елементів:

а - з натягом арматури "на бетон"; б - з натягом арматури "на упори"; 1 - затверділий бетонний елемент; 2 - арматура; 3 - анкер; 4 - домкрат; 5 - упо­ри; 6 - паз.

два способи натягу арматури: "на бетон" і на "упори" (рис.6.1). При першому способі арматура закладається в пази затверділого виробу і анкеруєтся, попередньо натягнута з однієї сторони домкратом. Після натягу арматури в пази конструкції нагнітається цементний розчин. Більш розповсюджений другий спосіб, коли арматура натягається до бетонування і тимчасово закріплюється в захватах. Після того як бе­тон досягне визначеної міцності, натяг передається з упорів форм на бетон, що і приводить до його обтиснення. Натягають арматуру меха­нічним способом - за допомогою гідродомкратів і інших установок, електротермічним способом - розігріваючи стрижні електричним струмом, і хімічним способом - за рахунок енергії, що розвивається при твердінні напружуючих цементів. Застосовують також комбінова­ні способи, наприклад, електротермомеханічний, коли здійснюють одночасно нагрівання і механічний натяг арматури.

При великій пористості, наявності тріщин і недостатньому захи­сному шарі бетону можлива корозія арматури. Найбільш інтенсивно йде процес корозії при вологості повітря близько 80%, а також в умо­вах вологого, жаркого клімату морських районів. Корозію арматури можуть викликати також хлористі солі, що вводяться в бетон як анти- морозні добавки, чи прискорювачі твердіння. Вміст хлоридів у залізо­бетонних конструкціях повинен бути не більшим 2 %. У попередньо напружених конструкціях, у конструкціях із дротяною арматурою ді­аметром меншим 5 мм, а також у конструкціях, призначених для екс­плуатації при відносній вологості повітря понад 60%, застосування хлоридів не допускається.

6.3. Виробництво залізобетонних виробів

Виробництво залізобетонних виробів включає готування бетон­ної суміші, арматурних елементів і закладних деталей, підготовку форм, формування і тепловологісну обробку.

Виготовлення збірних залізобетонних елементів може бути ор­ганізовано різними способами - потоково-агрегатним, потоково- конвеєрним і стендовим.

При п о т о к о в о - а г р е г а т н о м у способі технологічні операції здійснюються в переміщуваних формах на спеціалізованих робочих місцях. До таких операцій відносяться розпалубка, очищення, збирання і змащення форм, армування, укладання й ущільнення бе­тонної суміші, тепловологісна обробка й ін. Цей спосіб допускає ви­сокий рівень механізації й автоматизації процесу, характеризується порівняно малою трудомісткістю і разом з тим дає можливість випус­кати продукцію різноманітного асортименту. Цей спосіб застосову­ється при виробництві плит для облицювання каналів, лотків, залізо­бетонних труб. Наприклад, технологічний процес виготовлення лотків починається з очищення і змащення форм, укладання і натягу напру-

Бетотш суміш

Рис. 6.2. Технологічна лінія виробництва неармованих бетонних труб способом пошарового осьового пресування: 1 - трубоформовочна установка; 2 - форма: 3 - пересувний стіл для форм; 4 - візок зі свіжовідформованою трубою у формі: 5 - візок з порожньою формою; 6 - розпа­лублені труби.

 

жуваної арматури. Підготовлені форми надходять на формувальний пост, і при одночасній роботі бетоноукладача і вібраційного агрегату здійснюється укладання й ущільнення бетонної суміші у формах. По­тім форми з виробом надходять на пост теплової обробки. Після дося­гнення 70 % проектної міцності бетону форми переносять на пост, де робиться обрізання подовжньої арматури і розпалубка лотків. Потім виріб транспортують на склад.

На рис.6.2 і 6.3 приведені технологічні схеми виробництва напі­рних труб.

К о н в е є р н и й с п о с і б виробництва залізобетонних виро­бів, який характеризується високою спеціалізацією операцій і суворим ритмом руху, є різновидом потокової технології. Він забезпечує висо­ку продуктивність праці та є ефективним при випуску однотипних виробів.

При с т е н д о в о м у с п о с о б і основні процеси виробницт­ва збірного залізобетону виконують у нерухомих формах на стендах. Вироби до придбання бетоном необхідної міцності залишаються на місці, у той час як технологічне устаткування для виконання окремих операцій послідовно переміщається від однієї форми на стенді до ін­шої. Стендовий спосіб найбільш розповсюджений на відкритих полі­гонах - спеціально обладнаних для виробництва залізобетонних виро­бів площадках.

У більшості випадків формування виробів і основні допоміжні операції при стендовому способі виконуються безпосередньо в каме­рах пропарювання. Теплова обробка може також виконуватися за ра­хунок теплоти пари, яка подається в порожнини форм. Стендовий

//• 12 13 Рис. 6.3. Технологічна схема виробництва напірних заггізобеїонних труб: 1 - збирання форми; 2 - натяг подовжньої арматури; 3 - подача бетонної суміші у форму; 4 - центрифугування; 5 - кантування форми з виробом; 6 - пропарю­вання; 7 - розпалубка; 8 - витримування труб у водяних ваннах; 9 - навивання високоміцної дротяної арматури; 10 - нанесення захисного шару; 11 - пропарю­вання захисного шару; 12 - гідровипробування труб; 13 - склад готової продук­ції.

 

спосіб застосовується в умовах високомеханізованого заводського ви­робництва переважно для виготовлення крупнорозмірних і масивних конструкцій. На стендах виготовляють також напружено-армовані за­лізобетонні елементи. Цей спосіб виробництва виробів є більш прос­тим у відношенні устаткування й оснащення, вимагає менших капіта­ловкладень, але в більшості випадків зв'язаний з великими трудозат­ратами.

Однією з головних технологічних операцій при виробництві збі­рного залізобетону є теплова обробка виробів - найбільш ефективний спосіб прискорення твердіння бетону.

З комплексу видів теплової обробки (пропарювання, автоклавне твердіння, контактний обігрів, електропрогрів) найбільш поширеним є пропарювання при атмосферному тиску в камерах періодичної чи без­перервної дії. Розрізняють пропарювальні камери ямного, тунельного та інших типів. Тунельні камери застосовуються для пропарювання виробів, розміщених на вагонетках.

Пропарювання виробів звичайно ведеться до одержання не ме­нше 70 % проектної міцності бетону. На сучасних заводах збірних за­лізобетонних конструкцій тривалість пропарювання в діапазоні 80...100°С складає 8...15 год. Інтенсивне твердіння бетону при скоро­ченому режимі пропарювання може бути забезпечене також за раху­нок застосування швидкотверднучих високоміцних портландцементів, твердих сумішей з малим водовмістом і низьким В/Ц, а також приско­рювачів твердіння.

Повний цикл теплової обробки складається з чотирьох періодів: попереднього витримування до пропарювання; підйому температури в камері; ізотермічного прогріву; охолодження виробів. При недостат­ній тривалості попереднього витримування, що приблизно повинна відповідати початку тужавлення цементу, надмірно швидкому підйомі температури й охолодженні (більше 30°С за годину) у бетоні можуть розвиватися деструктивні процеси, що погіршують його властивості і викликають утворення тріщин.