Технология монолитного железобетона

 

Изготовление монолитных бетонных и железобетонных конст­рукций экономически целесообразно при использовании индустриа­льных методов строительного производства и широком применении инвентарной металлической или деревянной опалубки.

Отличительная особенность изготовления монолитного железо­бетона заключается в том, что основные технологические опера­ции — монтаж опалубки, укладка арматуры и бетонной смеси в опа­лубку, уплотнение бетонной смеси, твердение отформованных изделий и уход за бетоном — производят на месте строительных ра­бот.

В зависимости от конфигурации бетонируемой конструкции ис­пользуют различные виды опалубки: стационарную, разборно-переставную, скользящую, перемещаемую в горизонтальном направле­нии и др.

Арматуру заготовляют в арматурно-сварочных цехах железобе­тонных заводов и доставляют на место установки в опалубку. Бе­тонную смесь приготовляют на механизированных (автоматизиро­ванных) бетонных заводах и в виде «товарного бетона» (бетонной смеси) доставляют на место ее укладки. Для большинства монолит­ных железобетонных изделий и конструкций удобоукладываемость бетонной смеси, характеризуемая осадкой стандартного конуса, на­ходится в пределах от 1—3 см (фундаменты, подпорные стенки, бло­ки массивов и т. п.) до 6—8 см (конструкции, насыщенные армату­рой, тонкие стенки, плиты, колонны малого сечения и др.).

Транспортируют бетонную смесь на место работ автосамосва­лами, а при значительных расстояниях — автобетоносмесителями. В автобетоносмесителях готовые бетонные смеси не загрязняются, не расслаиваются и сохраняют однородность, так как могут пере­мешиваться во время транспортирования. Бетонную смесь часто приготовляют непосредственно в барабане автобетоносмесителя. Сухие составляющие в заданных количествах загружают в барабан на центральном дозировочном узле бетонного завода и в пути за 5—8 мин до прибытия на место работ приготовляют бетонную смесь.

На строительной площадке для транспортирования и укладки бетонной смеси используют краны, транспортеры, пневмонасосы и пневмонагнетатели. Пневматический способ подачи бетонной, смеси к месту укладки отличается простотой и позволяет транспортиро­вать ее сжатым воздухом по трубам на расстояние до 150 м.

Уплотняют бетонную смесь в опалубке с помощью навесных и переносных поверхностных или глубинных вибраторов.

Монолитные бетонные и железобетонные конструкции бетониру­ют непрерывно или участками, блоками. Непрерывную укладку бе­тонной смеси производят в том случае, когда необходимо получить повышенную монолитность и однородность бетона в конструкции или изделии. При бетонировании конструкций большой площади (же­лезобетонные перекрытия) работы ведут участками, предусматривая устройство рабочих швов в местах минимальных напряжений.

Качество бетонируемой конструкции в значительной степени за­висит от благоприятных температурно-влажностных условий гидра­тации цемента и формирования структуры железобетона. Поэтому сразу после укладки и уплотнения бетонной смеси начинают уход за бетоном. В летний период бетонирования поверхность свежеуло­женной бетонной смеси предохраняют от высыхания, а в первые часы твердения — и от дождя. Для этого открытые горизонтальные поверхности конструкции покрывают слоем влажного песка, опи­лок или увлажненной тканью грубого переплетения (мешковина). В жаркую погоду предохраняющее покрытие поддерживают во влажном состоянии до приобретения бетоном не менее 70% проект­ной прочности. Вертикальные поверхности бетонируемой конструк­ции после снятия опалубки увлажняют водой.

При бетонировании конструкций,с большой поверхностью и протяженностью (аэродромные и дорожные бетонные покрытия) для сохранения влаги применяют различные пленкообразующие со­ставы, отражающие лучи солнца. Уложенные бетонные смеси часто покрывают полимерными пленками (полиэтиленовые, поливинилх-лоридные и др.), которые хорошо сохраняют влагу и предотвраща­ют образование температурно-усадочных деформаций. После до­стижения бетоном проектной прочности производят распалубку железобетонной конструкции и передачу на нее реально действую­щей (заданной) нагрузки.

ТЕХНИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ И ХРАНЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

 

Контроль качества железобетонных изделий включает проверку прочности бетона при сжатии, водонепроницаемости (для бетонных труб) и других характеристик (например, армирования, толщины защитного слоя бетона). Кроме того, проверяют формы и размеры, качество отделки поверхности, а выборочно — трещиностойкость и жесткость изделий, в частности, с привлечением адеструктивных ме­тодов контроля.

Железобетонные изделия хранят на складах рассортированными по типоразмерам. При укладке или установке готовых изделий на складах их располагают на деревянных прокладках правильными рядами и в таком положении, в каком они будут работать в соору­жении. Так, например, стеновые панели и перегородки — в вертика­льном или слегка наклонном положении; настилы перекрытий, дву­тавровые балки и фермы — в горизонтальном. Исключение составляют колонны, железобетонные сваи и мачты, которые хра­нят на деревянных подкладках в горизонтальном положении.

РАЗНОВИДНОСТИ ДРУГИХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

 

Широкая номенклатура неорганических вяжущих веществ по­зволяет расширять и номенклатуру искусственных строительных конгломератов, получаемых на их основе. К наиболее распространенным, кроме бетонов и железобетона, относятся строительные растворы, гипсовые и гипсобетонные камни и изделия, силикатные изделия и асбестоцементные. Все они, естественно, входят в класси­фикацию искусственных строительных конгломератов (см. 1.3.1), подчиняясь общей теории формирования их структур и свойств, об­щим и объективным ее закономерностям при оптимальных структу­рах.

Ниже рассмотрены разновидности этих ИСК, их производство и применение в строительстве.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ

 

Общие сведения.

Строительными растворами называют разно­видность ИСК, получаемую при отвердевании рационально подо­бранной и тщательно перемешанной смеси, состоящей в основном из вяжущего вещества, воды и мелких заполнителей (песка). Отсут­ствие крупного заполнителя придает строительным растворам неко­торые специфические особенности по сравнению с бетонами, напри­мер повышенную пластичность.

Строительные растворы применяют для связывания в монолит кирпичной, каменной кладки или крупных изделий, например пане­лей, блоков при строительстве сборных жилых и промышленных зданий. Растворы используют также при декоративной отделке стен и потолков, для устройства полов, изготовления тонкостенных кон­струкций, выполнения штукатурных работ.

Основная особенность употребления строительных растворов заключается в том, что их укладывают по пористому основанию — кирпичу, бетону, пористому камню — сравнительно тонкими слоями без специального, как правило, механического уплотнения. Од­нако при повышенной жесткости растворной смеси нередко исполь­зуют уплотнение, например вибрационное.

Строительные растворы имеют различное функциональное на­значение и по этому признаку их классифицируют на кладочные, штукатурные, монтажные и специальные, к которым относятся аку­стические, тампонажные, гидроизоляционные, рентгенозащитные и др.

По виду используемых мелкозернистых заполнителей выделяют строительные растворы тяжелые и легкие. Средняя плотность тяже­лых — свыше 1500, а легких строительных растворов — менее 1500 кг/м³.

По виду вяжущего вещества строительные растворы различают: цементные, приготовляемые с применением портландцемента или его разновидностей; известковые — на основе извести воздушной или гидравлической; гипсовые — с применением в них строительно­го или высокопрочного гипса; смешанные, получаемые на основе двух или нескольких вяжущих, чаще всего цемента и извести, реже — цемента и глины. В этих растворах известь и глина, а иногда и некоторые другие тонкодисперсные и тонкомолотые добавки (шлаки, золы и др.) играют роль твердых пластификаторов, поско­льку они обладают большой водоудерживающей способностью. Их присутствие предотвращает интенсивный отсос воды из раствора в пористый кирпич, бутовый камень или бетон, при кладке и монтаже сборного объекта.

Для пластификации строительного раствора применяют не толь­ко неорганические вещества, особенно известь и гипс, но и органи­ческие, в частности, поверхностно-активные вещества. Они снижа­ют расход воды в строительном растворе, улучшают его морозостойкость и т. п. К такого рода добавкам относятся мыло­нафт, ССБ, СДБ, абиетат натрия, подмыльный щелок (ПМЩ) и др. В зимнее время в растворы добавляют противоморозные вещества (добавки): поташ в количестве 10—15% от массы воды затворения, нитрит натрия — до 5—10%, а также аммиачную воду, нитрат каль­ция, карбонат натрия и др. Хорошие показатели получаются с до­бавкой ацетата натрия, при которой кладочные растворы интенсив­но набирают прочность при отрицательных температурах до -15°С. Оптимальный расход этой добавки составляет 4% от массы цемента. Она снижает водопотребность, повышает морозостойкость. Проти­воморозные добавки снижают температуру замерзания жидкой сре­ды растворной смеси, участвуют в процессах гидратации вяжущего вещества.

Заполнителем в растворе служит природный песок обычный (речной, горный и др.) или искусственный пониженной массы — керамзитовый, термозитовый, из вспученного перлита или вермикулита, пемзы или туфа и др. Природные пески по загрязненности по­сторонними примесями не должны отличаться от песков для цемен­тных бетонов. По гранулометрическому составу песок назначают с наибольшей плотностью с тем, чтобы понизить расход вяжущего ве­щества. Не допускаются зерна крупнее 10 мм, а количество зерен размером от 5 до 10 мм ограничивается пределом не более 5% по массе. В низкомарочных растворах допускается содержание в песке пылевато-глинистых примесей до 10, реже — до 15—20% при усло­вии обязательного увеличения продолжительности перемешивания раствора при его изготовлении. В качестве ускорителя твердения строительных растворов используют, так же как в бетонах, хлори­стый кальций.

Для кладочных, облицовочных и штукатурных растворов при­меняют цементы, получаемые путем совместного помола портланд-цементного клинкера с добавками гипса, кремнеземистых, мрамора, пыли электрофильтров клинкерообжигательных печей и др. Но со­держание клинкера в таких цементах должно быть не менее 20%. Допускаются пластифицирующие, гидрофобизирующие, воздухо-вовлекающие добавки. Марки цементов — не менее 200, тонкость помола — через сито № 008 должно проходить не менее 88% взятой навески, водоотделение цементного теста при В/Ц = 1,0 — не более 30% по объему. Цемент должен выдерживать испытание на равно­мерность изменения объема, содержание SO₃ не должно превышать 1,5—3,5% массы цемента, содержание щелочных оксидов — не бо­лее 2% массы цемента.

Для строительных растворов специального назначения — деко­ративных, кислотостойких, рентгенозащитных, тампонажных и дру­гих штукатурок — с особой тщательностью выбирают разновид­ность вяжущего, добавок и химически стойких заполнителей. Оптимизировать структуру растворов следует с учетом их конкрет­ного назначения, обеспечивая пористость акустических растворов, высокую плотность, кислото- и щелочестойких растворов, гидро-фобность при гидроизоляции и т. д.

Приготовление, свойства и маркировка строительных растворов. Оптимальный состав раствора устанавливают общим методом, но с учетом специфической особенности этого материала — укладывают его на пористое основание кладки, пористую поверхность при оштукатуривании стен и т. п., т. е. требуется предусмотреть увеличе­ние водоудерживающей способности раствора, чтобы предотвра­тить расслаивание слоя до его отвердевания. Возможны и другие функции строительного раствора — конструктивные, декоратив­ные, водозащитные и т. п., что учитывается на первой стадии проек­тирования состава.

В редких случаях, при малых объемах работ, составы низкома­рочных растворов назначают по таблицам с проверкой их качества в лаборатории и на производстве. Проф. Н.А. Поповым предложен метод подбора состава строительных растворов, основанный на применении формулы: R₂₈ = k ∙R_Ц (Ц - 0,05) + 4, где k — коэффици­ент качества песка.

Технология приготовления строительного раствора на специа­лизированных заводах или отдельных растворных узлах слагается из ряда взаимосвязанных операций: подготовки исходных материа­лов — просеивания природного песка, домола при необходимости и рассева искусственного песка; дозирования материалов по массе; пе­ремешивания отвешенных компонентов до однородного состояния растворной смеси в стационарных или передвижных раствороме­шалках разной емкости. Продолжительность перемешивания обу­словлена видом исходных материалов, но обычно составляет не ме­нее 1,5 мин, а при содержании в смеси высокодисперсных добавок — 3—4 мин. Транспортируют готовую растворную смесь с помощью специально оборудованных автоцистерн и самосвалов.

Сухая смесь соединяется с водой в мешалках со свободным пере­мешиванием, размещаемых на кузове автомобиля (автосмесителя), в пути следования к объекту строительства.

Перед транспортированием (выборочно) и укладкой готовой растворной смеси определяют ее качественные характеристики, в том числе удобоукладываемость по пористому основанию, нерасслаиваемость при транспортировании и хранении, условную вяз­кость и другие заданные свойства.

Удобоукладываемость — это способность растворной смеси равномерно укладываться по пористому основанию (кирпичу, бето­ну, природному камню и пр.) тонким слоем. Если раствор обладает хорошей удобоукладываемостью, то он способен заполнить все поверхностные неровности основания и образовать сплошность сцепления со всей поверхностью. При недостаточной удобоуклады-ваемости растворная смесь распределяется неравномерно и соприка­сается, а затем и сцепляется с основанием только на отдельных уча­стках. Слой становится неодинаковой плотности и толщины. С этим свойством связана характеристика его вязкости, выражаемая обыч­но в каких-либо условных единицах. От вязкости зависит способ­ность растворной смеси перемещаться (перекачиваться) к месту укладки по трубам, шлангам, лоткам и т. п.

Оценка условной вязкости, или подвижности, растворной смеси производится с помощью стандартного металлического конуса, по­гружаемого в испытуемый материал (рис. 9.24). Глубина погруже­ния конуса принимается в зависимости от производственного назна­чения раствора. Так, например, строительные растворы для кирпич­ной кладки должны характеризоваться глубиной погружения кону­са от 9 до 13 см, а для вибрированной кладки из бутового камня — всего 1—3 см. Подвижность их при мон­таже стен из крупных элементов должна быть 5—7 см.

Важно не только равномерно и тон­ким слоем распределить растворную смесь, но предохранить твердеющий слой от быстрого отсасывания воды затворе-ния в поры и капилляры кладки, панели и пр. Для обеспечения длительной водо-удерживающей способности растворной смеси в нее вводят порошкообразные или органические вещества, о которых сооб­щалось выше. Их количество определяют при проектировании оптимального соста­ва строительного раствора. При этом необходимо сохранить в составе наимень­шее количество цемента, тем более что на приготовление растворов расходуется до 15—20% общего количества цемента, при­меняемого в строительных работах.

 

Качество отвердевшего строительного раствора в основном характеризуется прочностными, деформативными свойст­вами и долговечностью. В кирпичной кладке и крупнопанельных зданиях стро­ительные растворы воспринимают напря­жения не только от сжимающих усилий, но и вследствие изгиба и среза. В связи с этим раствор в кладке должен обладать необходимой прочностью на растяжение при изгибе и раскалывании. При работе наружных стен из крупно­размерных элементов, подвергающихся механическим и температурно-влажностным воздействиям, важными являются деформатив-ные свойства строительного раствора: усадка, коэффициент темпе­ратурного линейного расширения, модуль упругости и др. В повы­шении герметизации стыков, особенно в крупнопанельных зданиях, основную роль играет водонепроницаемость и прочность сцепления раствора с поверхностью бетонных конструкций.

Повышение несущей способности кирпичных стен, тем более при низкой марке кладочного раствора, достигается использованием в го­ризонтальных и вертикальных швах кладки полимерцементного рас­твора. Периферийная замена обычного кладочного раствора на полимерцементный (на глубину 12 см) в горизонтальных швах кладки повышает несущую способность стен на 40—50%. Наибольший эф­фект увеличения прочности наблюдается при воздействии растягивающих усилий, что обусловлено высокими адгезионными свойствами полимера. Того же результата достигают усилением отдельных конст­руктивных элементов кирпичных стен: перемычек, узлов опирания ба­лок перекрытий и др. Значительно снижаются трудозатраты, расход материалов и сокращаются сроки производства работ[45].

 

Рис. 9.25. Графическое выражение закона створа для строительных растворов (по данным исследования В.Т. Никулина):

1 — предел прочности при сжатии, МПа; 2 — предел прочности на растяжение при изгибе; 3 — предел прочности на растяжение при раскалывании, МПа; 4 — призменная прочность, МПа; 5 — упругие относительные деформации, 10⁵; 6 — мгновенный модуль упругости, 10^-3; 7 — морозо­стойкость, количество циклов; 8 — скорость ультразвука, км/с; 9 — объемная масса, г/см³; 10 — коэффициент выхода растворной смеси; 11 — водопоглощаемость по массе, %; 12 — водопрони­цаемость, МПа; 13 — коэффициент призменной прочности; 14 — полные приведенные затраты на 100 м³ раствора, тыс. руб.

 

Обеспечение длительной нормальной эксплуатации зданий связа­но с долговечностью кладочного строительного раствора, т. е. с его способностью сохранять или даже упрочнять структуру в эксплуата­ционный период. Условно ее можно определять испытанием образцов на морозостойкость и стойкость при увлажнении и высушивании. При более обстоятельных испытаниях определяют также плотность, пори­стость, водопоглощаемость, водонепроницаемость раствора, взаимо­связь этих свойств в соответствии с законом створа (рис. 9.25).

На первой стадии проектирования оптимального состава важно выбрать наилучший для данных условий вяжущий компонент, способный удерживать воду в тонких слоях, высококачественный песок и, при необходимости, пластифицирующую добавку. Контроль ка­чества раствора осуществляется путем систематической проверки качества применяемых материалов, а также точности дозирования, тщательности перемешивания смеси, удобоукладываемости получа­емой растворной смеси и прочности раствора.

Строительные растворы имеют следующие показатели по пределу прочности при сжатии — марки 4,10,25,50,75,100,150,200. Для конст­рукционных целей принимают и более высокие марки растворов — 300 и выше. Такой высокопрочный раствор используют также для за­полнения каналов в предварительно напряженных конструкциях, уплотнения бетонных сооружений методом инъекции (инъекционные растворы). В них применяют портландцемент марок 400, 500. Марку строительного раствора устанавливают с помощью испытания образ­цов-кубов с размером стороны 7,07 см из смеси рабочей консистенции, отвердевающих на пористом или плотном основании при температуре 15—20°С и испытываемых в возрасте 28 суток.

Вышеуказанные низкомарочные растворы изготовляют на осно­ве извести, гипса или местных вяжущих веществ; используют для кладки малоэтажных зданий, штукатурных работ и др. Растворы повышенных марок применяют при кладке наружных стен зданий более высокой этажности, устройства перемычек, карнизов, монта­жа сборных стен из панелей и т. п.

СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ

 

В последние годы рынок материалов в нашей стране и особенно за рубежом расширился за счет массового внедрения в строительст­во разнообразных сухих строительных смесей. Главное их назначе­ние — отделочные, а также монтажные работы внутри зданий и сна­ружи (кладка стен, отделка фасадов, устройство наливных полов). Среди сухих смесей — цементно-известковые, используемые при по­ложительных и небольших отрицательных температурах (с противо-морозными добавками), гипсовые сухие штукатурные смеси для рес­таврации панельных домов, монолитного домостроения и др. Расход гипсовой сухой смеси составляет примерно до 80 м²/т. Прак­тикуется также комбинированное применение различных сухих сме­сей, клеев для укладки настенной и напольной кафельной плитки, разные виды шпаклевок. Широкий ассортимент сухих клеевых сме­сей выпускает, в частности Подольский опытный цементный завод. Предложены также другие технологии сухих смесей мини-заводов, например МЗС-10 (рис. 9.26) и др.[46]

Рис. 9.26. Технологическая схема мини-завода сухих смесей МЗС-10:

1 — грейферный погрузчик; 2 — виброгрохот; 3 — питатель шнековый; 4 — ленточный кон­вейер; 5 — барабанное сушило с грохотом; 6, 7, 19 — вертикальные шнеки; 8 — элеватор; 9 — вибросито; 10 — бункер мелкого песка (0—1,4 мм); 11 — бункер крупного песка (1,4—2,8 мм); 12, 14 — винтовые питатели; 13 — склад вяжущего (цемент, известь); 15 — дозатор пластифи­цирующих добавок; 16 — дозатор противоморозных добавок; 17 — дозатор; 18 — смеситель; 20 — затарочная машина; 21 — ленточный конвейер; 22 — емкость готовой смеси; 23 — бун­кер готовой смеси

 

Сухие смеси, например отечественные «Плитонит», имеют высо­кую адгезию и большую пластичность, нестекаемость с вертикальных стен, морозостойкость. В них используют цемент Пикалевского завода марок М-400 и М-500, кварцевый песок с фракциями до 0,6 мм и повышенной однородностью и стабильностью состава, ор­ганические добавки Waken и Dow, которыми широко пользуются зарубежные фирмы в своих составах сухих смесей. Из зарубежных шпаклевочных смесей у нас используют французские (фирмы «Семин»), финские (фирмы «Лохья»). Сухие смеси при их правиль­ном выборе и применении ускоряют строительные работы на произ­водстве и обеспечивают высокое их качество.