Технология производства железобетонных конструкций

Технология производства железобетонных конструкций

Бетон– искусственный каменный материал, полученный в результате уплотнения, твердения бетонной смеси заданной подвижности, состоящей из минерального вяжущего, воды, заполнителей и добавок.

Получение бетонных и железобетонных изделий включаетследующие технологические этапы:

входной контроль качества всех используемых материалов (вяжущего, заполнителей, добавок, арматуры, закладных деталей и т.д.); расчет состава бетонной смеси и его лабораторную проверку; приготовление бетонной смеси на заводе или строительной площадке; транспортировку ее к месту изготовления конструкции; укладку в форму (опалубку) и уплотнение; твердение бетона; раскрытие формы (снятие опалубки); отправку готовых изделий на строительную площадку или склад готовой продукции.

Расчет составабетонной смеси проводят с использованием графиков и таблиц на основании следующих данных: условий эксплуатации будущей конструкции, с учетом которых подбирают необходимые исходные материалы; показателей качества компонентов; проектируемого класса бетона; подвижности бетонной смеси, которую выбирают в зависимости от размеров бетонируемой конструкции, густоты армирования и способа уплотнения. Правильность расчета проверяют в лабораторных условиях по соответствию подвижности смеси и прочности бетона заданным значениям.

По способу изготовленияконструкции подразделяют на монолитные и сборные. При бетонировании монолитных конструкций: фундаментов, стен, перекрытий, гидротехнических сооружений, дорожных покрытий, бетонную смесь приготавливают на заводе (товарный бетон) и транспортируют к месту укладки на строительную площадку, где бетон твердеет в естественных условиях. Сборные конструкции (балки, плиты, колонны, панели, фермы и т.д.) получают на специализированных заводах (ЖБИ, ЖБК, КСМ) откуда их транспортируют на строительную площадку для монтажа.

Приготовление бетонной смеси включает подготовку материалов, их дозирование и перемешивание в специальных бетоносмесителях. Полученная бетонная смесь должна обладатьсвязностью, однородностью и удобоукладываемостью (формуемостью)

.
Контроль удобоукладываемости проводят по двум показателям: подвижности и жесткости.Подвижность определяют для пластичных бетонных смесей, замеряя осадку в сантиметрах отформованного усеченного стандартного конуса. Этот показатель является статической характеристикой структурной прочности бетонной смеси, т.к. ее осадка происходит под действием собственной массы. В зависимости от величины осадки конуса (ОК) различают низкопластичные смеси ОК 1 – 9 см, пластичные – ОК 10 – 20 и литые – ОК более 20 см. При значении осадки конуса менее 1 см удобоукладываемость характеризуется жесткостью. Жесткость – динамический показатель вязкости бетонной смеси, потому что при его определении используют механическое воздействие – вибрацию, под действием которой отформованная бетонная смесь равномерно заполняет определенный объем. Если необходимое время вибрации составляет от 5 до 40 с – смесь жесткая, при более 40 с – сверхжесткая.
Удобоукладываемость зависит от объема и вязкости цементного теста, обеспечивающего связность и однородность смеси, а также пористости, крупности и формы заполнителя. При высоком содержании воды вязкость цементного теста снижается и не обеспечивает равномерного взвешенного распределения заполнителя по всему объему, в связи с чем наблюдается расслоение бетонной смеси и, как следствие, неоднородность свойств бетона в конструкции.

Наблюдаемое в этом случае водоотделение приводит к формированию пористой, дефектной структуры, особенно поверхностного слоя бетона. Такие отрицательные явления наблюдаются чаще всего при приготовлении и особенно транспортировке и уплотнении пластичных, литых смесей. Поэтому для повышения их однородности и связности увеличивают расход цемента, вводят пластификаторы и суперпластификаторы, увеличивают расход мелкого заполнителя или применяют минеральные водоудерживающие, гидрофильные добавки типа бентонитовой глины.

Для получения бетонов высоких марок используют бетонные смеси с низким водосодержанием. Их качественную удобоукладываемость обеспечивают за счет увеличения крупности заполнителей, отсутствия лещадных и игловатых зерен в щебне, введения добавок пластификаторов и суперпластификаторов.

После приготовления бетонную смесь транспортируют к месту укладки. На территории завода для этой цели используют бункеры, бетонораздатчики, для получения монолитного железобетона – автосамосвалы, автобетоносмесители, автобетоновозы. Одним из прогрессивных методов непрерывной подачи бетонной смеси на строительные площадки, полигоны и в цеха завода является транспортировка по трубопроводам с использованием специальных бетононасосов.

Смесь подают в очищенную и смазанную форму или опалубку, в которые согласно проекта, устанавливают арматуру. После заполнения объема, производят уплотнение бетонной смеси для равномерного распределения и придания заданных формы и размеров. Основные методы уплотнения связаны с вибрационным воздействием, под влиянием которого проявляются тиксотропные свойства смеси – способность снижать вязкость (разжижаться) в результате нарушения сцепления между компонентами под влиянием вибрации и восстанавливать структурную целостность и прочность после снятия механического воздействия.

При бетонировании монолитных конструкций используют пластичные смеси, которые уплотняют глубинными и поверхностными вибраторами. Сборные железобетонные конструкции выполняют из бетона высоких классов, поэтому для уплотнения сверхжестких и жестких бетонных смесей применяют более массированное воздействие с использованием пригруза: вибропрокат и виброштампование

.
Для низкопластичных и пластичных смесей используют вибрационный и безвибрационный – ударный
,
основанный на циклическом подъеме формы со смесью и падения с заданной высоты. Литые смеси заполняют форму под действием собственной массы (наливной). С целью ускорения твердения и повышения прочности используют дополнительное вибровакуумирование
,
позволяющее за счет создаваемой разности верхнего и нижнего по отношению к поверхности изделия давления отвести часть воды, повысив плотность бетона. Для изготовления полых изделий (труб, колонн) применяют центробежныйспособ формовки, основанный на равномерном распределении по внутренней поверхности вращаемой формы и уплотнении подаваемой бетонной смеси под действием центробежной силы.
Для защиты бетонной поверхности и производства прочных тонкостенных конструкций используют набивной метод, предусматривающий подачу в форму или на поверхность конструкции, бетонной смеси под давлением – торкрет бетон. К бетонным дорожным изделиям: бордюрные камни, тротуарные плитки предъявляют высокие требования по износостойкости и морозостойкости. Для обеспечения заданных свойств необходимо работать со сверхжесткими бетонными смесями или с сухими, укладываемыми и уплотняемыми прессованием в формах в сухом состоянии с последующим предельно минимальным водонасыщением паром или раствором химических добавок. Таким образом, получают изделия прочностью до 80 МПа, водопоглощением менее 2%, морозостойкостью более F1000 и низкой истираемостью.

После формовки бетон в конструкциях твердеет и приобретает проектируемую прочность искусственного камня. Режим твердениязависит от способа получения конструкций: монолитные

–
в естественных условиях
,
сборные
–
с использованием термовлажностной обработки при нормальном и повышенном давлении в автоклавах.
В зависимости от климатических условий монолитные конструкции твердеют при низкой положительной и отрицательной температурах, положительной оптимальной 20±5ºС и при высокой температуре и низкой влажности. Так как интенсивность процесса твердения (гидратации) зависит от температурно-влажностных условий, то каждый из режимов имеет свои технологические особенности.

Для обеспечения твердения при низкой положительной температуре необходимо использовать высокомарочные быстротвердеющие цементы, добавки ускорители твердения или комплексные состоящие из ускорителей и пластификаторов, позволяющие ускорить набор прочности за счет сокращения расхода воды. В связи с переходом воды при отрицательной температуре в твердофазовое кристаллическое состояние, исключающее возможность прохождения химических реакций гидратации, методы зимнего бетонирования предусматривают использование определенного вида энергии для сохранения воды в жидком состоянии.

В зависимости от вида используемой энергии способы подразделяют на безобогревныеи обогревные. Первые используют энергию гидратации цемента – метод «термоса»

или способность некоторых солей (NaCl, CaCl2, K2CO3) при растворении в воде снижать температуру замерзания раствора
–
метод
противоморозных добавок.
По способу «термоса» получают массивные железобетонные фундаменты, защищенные с трех сторон слоем земли и с четвертой – наружной – плитным теплоизоляционным материалом определенной расчетной толщины. Для ускорения набора прочности применяют быстротвердеющие цементы, добавки ускорители твердения, или повышают начальную температуру бетонной смеси до укладывания ее в опалубку за счет подогрева воды и заполнителей на заводе или кратковременного электропрогрева при помощи электродов непосредственно на строительной площадке.

Количество вводимой противоморозной добавки зависит от ее вещественного состава и минимальной температуры наружного воздуха в первые семь суток твердения бетона. Для исключения вымораживания воды бетонную поверхность укрывают гидроизоляционными материалами.

Обогревные методы предусматривают прогрев бетона:

— контактным способом с использованием энергии пара, пропускаемого по специальным металлическим отсекам, расположенным по периметру конструкции – паропрогрев;

— теплым воздухом от нагреваемого прибора (например, калорифера) подаваемым в замкнутый объем над бетонной конструкцией, ограниченный пленочным или листовым материалом – метод тепляка;

— с применением электрической энергии, переходящей за счет электросопротивления материала в тепловую. Электропрогрев осуществляют путем прохождения электрического тока через бетонную смесь между двумя электродами, пропусканием тока через арматуру или металлическую форму. В первом случае за счет электросопротивления разогревается сама бетонная смесь, во втором – бетонная смесь от разогреваемой поверхности арматуры или формы.

Назначение всех вышеперечисленных методов – обеспечение набора бетоном «критической» прочности, составляющей 25 – 50% марочной, которая позволит воспринимать последующее замораживание при понижении температуры без разрушения.

Наиболее благоприятные условия твердения бетона на гидравлических вяжущих – естественные(летние).

При высокой температуре и низкой влажности наблюдается потеря подвижности товарной бетонной смеси до укладки в опалубку, резкое обезвоживание поверхностного слоя бетона, а затем и внутренних в результате процессов массопереноса. Это приводит к формированию дефектной пористой структуры, появлению трещин на поверхности. Поэтому в транспортируемую бетонную смесь вводят добавки замедлители твердения или понижают температуру смеси (например, частичной заменой воды льдом). При изготовлении небольших объемов бетонной смеси непосредственно на строительной площадке, наоборот, ускоряют твердение для исключения испарения воды за счет применения быстротвердеющего цемента, добавок ускорителей и гелеобработки с использованием черной пленки или специальных форм, фокусирующих и затем отдающих солнечную энергию.

С целью снижения усадочных деформаций отформованную бетонную поверхность защищают пленочными материалами или слоем влажных опилок.

При получении сборных железобетонных конструкций ускорение набора прочности бетоном достигается применением термообработки в атмосфере насыщенного пара. При работе с цементным бетоном на основе разновидностей портландцемента используют термовлажностную обработку(ТВО) при нормальном давлении и температуре до 95%. Для силикатных бетонов на известково-кремнеземистом вяжущем и при условии набора марочной прочности цементным бетоном — автоклавную обработку с температурой до 203ºС и давлением до 1,6 МПа.

Режим термообработки включает следующие этапы: при нормальном давлении – выдержка до начала схватывания, подъем температуры до максимальной, изотермический прогрев, охлаждение; при автоклавной обработке — выдержка до начала схватывания, подъем температуры до 100ºС, подъем температуры и давления до максимальных значений, выдержка, снижение температуры до 100ºС и давления до нормального, охлаждение.

Время выдержки и скорость подъема температуры, давления зависят от активности цемента, жесткости бетонной смеси и вида вводимых добавок. При использовании высокоактивного цемента, бетонной смеси с низким водосодержанием и добавок ускорителей твердения, время выдерживания сокращается, скорость подъема температуры и давления увеличивается. Максимальная температура определяется активностью вяжущего, время выдерживания – необходимой прочностью бетона на выходе, которая при ТВО может составлять, по желанию заказчика, от 50 до 70% марочной. При сохранении общей последовательности технологии получения сборного железобетона в зависимости от формы, размеров, массы и сложности выполнения конструкции применяют следующие способы производства: поточно-агрегатный, конвейерный и стационарные (стендовый, кассетный, блочный).

По первому способу, который используют при производстве многослойных панелей, форму с бетоном перемещают краном от одного технологического поста к другому. Конвейерным способом получают простейшие плоские конструкции, расположенные в формах на движущейся металлической ленте. Особенность стационарного способа заключается в использовании стационарных крупноразмерных форм, снабженных паровыми рубашками для ТВО и навесными вибраторами для уплотнения бетонной смеси. Эту технологию используют при производстве крупноразмерных ферм, балок (стендовая), плит-перегородок в многосекционных вертикальных кассетах (кассетная) и крупноразмерных блоков на одну и две комнаты (блочная).

С целью увеличения прочности бетона в конструкциях, работающих на растяжение и изгиб, используют преднапряженную арматуру или в качестве вяжущего – напрягающий цемент. Натяжение арматуры с закреплением концов проводят механическим или электротермическим методом. Подготовленную таким образом преднапряженную арматуру или закрепляют согласно проекту в форме и заливают бетонной смесью или протягивают через специально полученные в затвердевшем бетоне каналы с последующей их заливкой цементно-песчаным раствором. После набора определенной прочности концы арматуры освобождают, переводя бетон в сжатое состояние, позволяющее ему воспринимать более высокие изгибающе-растягивающие нагрузки.

Организация производства бетонных и железобетонных изделий на полигонах

Стендовый способ производства ЖБИ характерен тем, что изделие в процессе производства (от начала его формования до момента распалубливания) остается неподвижным, а оборудование (например, бетоноукладчик, вибратор) передвигается от одного изготовляемого изделия к другому. Изделия формуют на открытой бетонной площадке-стенде или непосредственно в пропарочных напольных или ямных камерах. Уплотняют бетонную смесь при стендовом способе глубинными или поверхностными вибраторами.

Стендовый способ позволяет изготовлять крупногабаритные конструкции и быстро организовывать производство железобетонных изделий. Однако он требует больших производственных площадей при малой механизации процессов производства, что приводит к большим затратам труда.

Поточно-агрегатный способ производства ЖБИ, применяемый на крупных полигонах, характерен тем, что изделия в процессе изготовления перемещаются одно за другим через ряд постов, оборудованных различными агрегатами или устройствами. Длительность пребывания изделий на отдельных постах различная: от нескольких минут при вибрировании изделий на виброплощадке до нескольких часов в пропарочной камере.

На первом посту 2 устанавливают форму, смазывают ее, затем укладывают арматуру и закладные части. На втором 3 форму заполняют бетонной смесью, уплотняют ее и заглаживают поверхность изделия. На третьем 4 производят тепловлажностную обработку изделий или выдерживают их на открытых площадках без обогрева, на четвертом 5 распалубливают и осматривают изделия. Если изделие изготовляют с немедленным распалубливанием, то четвертый пост не нужен. От одного поста к другому изделие перемещают передвижными кранами или на тележках.

Полигоны для изготовления сборных бетонных и железобетонных изделий по своему назначению и оборудованию делятся на комплексные, призаводские и припостроечные.

Комплексные полигоны имеют бетоносмесительную установку со складами заполнителей и цемента, арматурную и слесарно-механическую мастерские, мастерскую для изготовления и ремонта форм, технологическую линию формования изделий, склад готовых изделий, установки по обеспечению полигона электроэнергией, водой и паром, контору и лабораторию.

Призаводские и припостроечные полигоны состоят из технологической линии формования изделий (стендов, кранов, оборудования для укладки бетонной смеси), склада готовых изделий и необходимых коммуникаций.

Полигоны могут быть открытыми или комбинированными. На комбинированных полигонах приготовляют бетонную смесь и формуют изделия в закрытом помещении, а тепловую обработку производят на открытой площадке.

Призаводские полигоны входят в состав завода железобетонных изделий и используются для изготовления небольшого числа типоразмеров изделий. Благодаря им увеличивается производительность завода. Как правило, призаводской полигон снабжается бетонной смесью от бетоносмесительной установки завода.

Припостроечные полигоны работают главным образом по стендовой схеме и предназначаются в большинстве случаев для изготовления крупноразмерных изделий. Их строят вблизи возводимых сооружений и оборудуют самоходными кранами для выполнения погрузочно-разгрузочных операций.

Такие полигоны обычно снабжаются бетонной смесью с центрального бетонного завода строительства. Доставляют ее автосамосвалами. Арматуру поставляют с арматурного завода или из мастерских строительства.

1. Бетоноведение
2. Технология изготовления сборных железобетонных конструкций и деталей
3. Бетонные работы в зимних условиях
4. Производство сборных конструкций и деталей из легких бетонов
5. Производство сборных изделий из плотных силикатных бетонов и бетонов на бесклинкерном вяжущем
6. Производство бетонных и железобетонных изделий на полигонах
   Организация производства
7. Виды бетонных и железобетонных изделий
8. Формование и твердение железобетонных изделий
9. Изготовление некоторых видов железобетонных конструкций и изделий
10. Контроль качества изготовленных железобетонных изделий
11. Техника безопасности при изготовлении железобетонных изделий
12. Общие правила техники безопасности и противопожарные мероприятия на строительной площадке