Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Технологические факторы, влияющие на трещиностойкость и прочность железобетонных конструкций заводского изготовления

В гл. 1 было сказано, что в структуре любого материала имеются начальные трещины, неизбежно возникающие на различных этапах технологии его изготовления. Такие технологические трещины, присущие и бетону, неизбежно влияют на трещиностойкость и прочность материала. Данная глава посвящена анализу влияния подобных трещин и других технологических факторов на трещиностойкость, прочность и другие свойства железобетонных конструкций заводского изготовления. В основу главы положены разработки НИИЖБа, отраженные в монографии Н. А. Макарова, «Повышение качества предварительно напряженных железобетонных конструкций» (М., 1984 г.).

Существует три основных схемы изготовления сборного железобетона:

1. Изготовление изделий в неперемещаемых формах; в этом случае все технологические операции от подготовки форм до распалубки готовых отвердевших изделий осуществляются на одном месте. К этому способу относится формование изделий на плоских стендах или матрицах, в кассетах.

2. Изготовление изделий в перемещаемых формах; в этом случае отдельные технологические операции формования или комплекс их производится на специализированных постах; форма, а затем и изделие вместе с формой перемещаются от поста к посту по мере выполнения отдельных операций. В зависимости от степени расчлененности общего технологического процесса формования по отдельным постам различают поточно-агрегатный и конвейерный способы. Прн конвейерном способе большинство операций выполняется на соответствующих постах, образующих в совокупности технологическую линию. Поточно-агрегатный способ отличается тем, что некоторые операции (укладка арматуры и бетонной смеси, уплотнение) выполняются на одном посту, т. е. как бы «агрегированы» между собой.

3. Непрерывное формование на вибропрокатном стане.

Особенности формования и изготовления изделий различными способами. Формование изделий при стендовом способе, т. е. в неперемещаемых формах, осуществляется на плоских стендах, в матрицах и кассетах. Плоский стенд представляет собой бетонную гладкую отшлифованную площадку, разделенную на отдельные формовочные линии. В тело бетона закладывают отопительные приборы в виде труб, по которым пропускают пар, горячую воду или в них располагают электроспирали. Перед формованием на стенде собирают переносные формы, в которые после их смазки укладывают арматуру и подают бетонную смесь посредством бетоноукладчика, перемещающегося по рельсам над каждой линией. По способу организации работы плоские стенды делят на протяжные, пакетные и короткие.

Протяжные стенды получили такое название потому, что стальная проволока при сматывании с бухт, расположенных в торце стенда, с помощью крана или специальной тележки протягивается по линии формования к противоположному торцу стенда, где закрепляется на упорах. Эти стенды используют для изготовления длинномерных изделий с большим поперечным сечением, имеющих большую высоту а также для изготовления изделий, армированных стержневой арматурой.

Пакетные стенды отличаются от протяжных тем, что проволочная арматура собирается в пакеты (пучки) на специальных пакетных столах или установках. Далее концы проволок закрепляют с помощью специальных зажимов, пакет переносят на линию стенда и закрепляют на упорах. Дальнейшие операции изготовления изделий на пакетных стендах оказываются теми же, что и на протяжных стендах. Пакетные стенды используют для изготовления изделий с небольшим поперечным сечением, а также для изделий, изготовляемых из отдельных элементов с последующим натяжением арматуры на затвердевший бетон.

Короткий стенд состоит из отдельных стационарных формовочных постов в виде силовых форм, предназначенных для изготовления предварительно напряженных железобетонных ферм, балок и других конструкций для промышленного строительства. Короткие стенды могут быть одноярусными, когда формование изделий осуществляется по высоте в один ряд, многоярусными (пакетными), когда формование происходит в несколько рядов по высоте. Технология изготовления изделий следующая: подготовка стенда, натяжение арматуры, укладка и уплотнение бетонной смеси, тепловлажностная обработка и распалубка изделий — осуществляется теми же методами, что и при изготовлении на длинных стендах. Однако преимуществом короткого пакетного стенда по сравнению с длинным является более полное использование производственной площади цеха.

При кассетном способе формование и твердение изделий осуществляются в неподвижной вертикальной форме-кассете. Кассета представляет собой ряд отсеков, образованных стальными и железобетонными вертикальными стенками. В каждом отсеке формуется одно изделие. Таким образом, количество изделий, одновременно формуемых в кассете, соответствует числу отсеков. Это существенно повышает производительность труда, а изготовление изделий в вертикальном положении резко сокращает производственные площади, что является важнейшим преимуществом кассетного способа. Бетонную смесь подают к кассетной установке насосом по бетоноводу, а затем через гаситель по гибкому шлангу в отсек, в который заранее укладывают арматуру. Уплотнение смеси производят навесными и глубинными вибраторами.

При поточно-агрегатном способе укладку арматуры и бетонной смеси в форму и уплотнение смеси производят на одном технологическом посту, а твердение изделий — в специальных тепловых аппаратах (пропарочных камерах или автоклавах). При этом способе общий технологический процесс расчленяется по операциям. Собранную смазанную форму с уложенной в нее арматурой устанавливают на виброплощадку, бетоноукладчиком заполняют бетонную смесь и включают виброплощадку. Отформованное изделие вместе с формой краном переносят в пропарочную камеру, а затем после осмотра ОТК на тележке вывозят на склад. Бетонная смесь из бетоносмесительного отделения к бетоноукладчикам поступает по эстакаде. На каждой линии дополнительно предусмотрены посты отделки изделий, укладки арматуры, распалубки форм, их очистки и смазки. Отдельные посты могут быть объединены, а пост отделки изделий перенесен к месту распалубки.

Конвейерный способ отличается от поточно-агрегатного большой расчлененностью технологических операций по отдельным специализированным постам. Всего таких постов на конвейерной линии до девяти: распалубка изделий, чистка и смазка форм, их осмотр, укладка арматуры и закладных деталей, укладка бетонной смеси, уплотнение ее, выдержка изделий перед тепловлажностной обработкой. Формование изделий при конвейерном способе производят на вагонетках- поддонах, оснащенных специальной оснасткой, образующей стенки формы. Изготовление железобетонных плит перекрытий и панелей внутренних стен, включая предварительно напряженных из тяжелого бетона для жилищного и гражданского строительства, ведут на двухъярусных станах, работающих по принципу вертикально-замкнутого контейнера тележечного типа с формами-вагонетками. Передвижение состава вагонеток по рельсовым путям верхнего и нижнего ярусов принято пульсирующим. Стан состоит из подъемника-снижателя бетоноукладчика, вибронасадки, разравнивающей рейки, заглаживающего валика, затирочной машины, устройства для перемещения форм-вагонеток и щелевой камеры для тепловлажностной обработки.

Особенности изготовления предварительно напряженных железобетонных конструкций. Технологические факторы оказывают существенное влияние на прочность и трещиностойкость железобетонных конструкций заводского изготовления. Особенно велико это влияние при изготовлении предварительно напряженных железобетонных конструкций.

В процессе изготовления предварительно напряженных железобетонных конструкций с натяжением арматуры на упоры стенда или силовой формы необходимо обеспечить их свободное деформирование при передаче усилия предварительного напряжения на бетон. Прочность бетона должна составлять определенную часть проектной прочности (передаточная прочность) и в то же время в 28-дневном возрасте соответствовать проектной величин. Режимы тепловой обработки необходимо назначать не только из условия получения требуемой прочности бетона (передаточной, отпускной, проектной), но и учитывая некоторые особенности, связанные с наличием напрягаемой арматуры на различных этапах изготовления предварительно напряженных конструкций стендового изготовления (рис. 13.1).

На первом этапе (до бетонирования) предварительно напряженная арматура после закрепления в проектном положении на упорах стенда или формы действует на оснастку, приводя к деформированию упоров с соответствующим снижением напряжения в самой арматуре (в том числе и от релаксации напряжений). Возникает система, состоящая из двух элементов — арматуры и упоров стенда (формы); иногда на нее может воздействовать температурное поле (горячая камера при непрерывном цикле изготовления, в условиях жаркого климата и т. д.).

На втором этапе (при бетонировании и предварительной выдержке, т е. до начала тепловой обработки) в арматуре продолжает протекать релаксация напряжений, приводящая к падению пречнапряжения, а также деформирование упоров. На данной стадии изготовления прочность бетона растет; кроме того, возможно действие температурного поля (при непрерывном цикле изготовления в камере, при укладке горячей или подогретой бетонной смеси, при жарком климате). На этом этапе может последовательно возникать система «упоры стенда (формы) — предварительно напряженная арматура — твердеющий бетон изделия».

На третьем этапе система последовательно проходит две стадии — подъем температуры и изотермическую выдержку. На этом этапе напряжение в свободных участках арматуры от действия температурного поля и от температурной релаксации изменяется, что приводит к деформациям упоров стенда или формы, к обжатию бетсна, возникновению или нарушению сцепления с арматурой, к потерям напряжения (от перепада температуры и др.) в арматуре в пределах твеодеющего бетона изделия. Система состоит уже из трех элементов: «упоры стенда (формы) — предварительно напряженная арматура — железобетонное изделие». На этапе изотермической выдержки стабилизируется снижение усилий в свободных участках арматуры, выравнивается температура среды камеры и центра сечения железобетонного элемента и завершается набор необходимой (передаточной) прочности бетона, например Rbp = (0,7...0,8) Rb.

На четвертом этапе после тепловой обработки на систему «упоры стенда (формы) — предварительно напряженная арматура — железобетонное изделие» действует температурный перепад At, приводящий к изменению (увеличению) усилий в свободных участках арматуры, растяжению или выгибу железобетонною изделия (вплоть до образования технологических трещин), неравномерному снижению температуры по сечению и в различных элементах системы. На этой стадии в напряженно-деформированное состояние вовлекаются и элементы оснастки. Здесь возможны деформации упоров стенда, выгиб формы, поворот упоров и т. д.

На пятом этапе обжатие передается на бетон (горячий, охлаждающийся или холодный), может возникнуть перенапряжение в свободных участках отдельных арматурных элементов, тяг, захватов, зажимов (при неодновременном отпуске). Рассматриваемая система «упоры стенда (формы) — предварительно напряженная арматура — железобетонное изделие» ликвидируется, и образуется предварительно напряженное изделие, в котором бетон приобретает проектное обжатие. На этой стадии также возможно вовлечение в работу оснастки (формы) из-за наличия трения изделия с формой, днищем, неодновременной передачей усилия обжатия в торцах и др. В дальнейшем происходит распалубка изделия, подъем и транспортировка на склад готовой продукции завода ЖБИ или непосредственно на строительную площадку, где производится их монтаж.

Каждый этап изготовления в некоторой степени влияет на основные качественные показатели изделий (прочность, жесткость, трещиностой- * эсть, долговечность), это требует детального рассмотрения перечисленных состояний, формирующих обжатие бетона.

Зайцев Ю. В., Строительные конструкции заводского изготовления: Учеб. для вузов по спец. «Пр-во строит. изделий и конструкций». — М., 1987

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики