Бетонные и железобетонные работы

Размещено на http://allbest.ru

ЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РАБОТ В ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Бетонные и железобетонные работы являются одним из основных видов строительных работ. Широкое распространение бетона и железобетона в строительстве определяется его достоинством как строительного материала. Бетон - это прочный, долговечный и огнестойкий материал. Из него можно изготавливать конструкции и изделия любой формы и размеров.

Наряду со сборными железобетонными конструкциями в строительстве достаточно широко используется монолитный бетон и железобетон. Это относится, прежде всего, к дорожному, аэродромному и гидротехническому строительству, сооружению элеваторов, резервуаров, а также зданий в сейсмических районах.

Эффективная организация и технология возведения монолитных железобетонных сооружений возможна лишь при тесной взаимосвязи опалубочных, арматурных и бетонных работ, образующих в конечном итоге комплекс железобетонных работ, результатом которых является возведение той или иной железобетонной конструкции.

В железнодорожном строительстве монолитный бетон используется при сооружении труб, мостов, тоннелей, жилых, общественных, производственных зданий, различного рода покрытий. Поэтому будущие инженеры путей сообщения - строители должны иметь всесторонние и прочные знания в области производства бетонных и железобетонных работ, что позволит им принимать грамотные инженерные решения в ходе их производственной деятельности.

ОПАЛУБОЧНЫЕ И АРМАТУРНЫЕ РАБОТЫ

Опалубкой называется форма, повторяющая очертания бетонируемой конструкции и служащая для ее устройства.

К опалубке предъявляются следующие требовния:

а) прочность и неизменяемость формы в процессе производства работ;

б) многократное использование - оборачиваемость;

в) плотность, обеспечивающая отсутствие щелей, вызывающих образование в теле бетона пустот, раковин, наплывов и вытекание цементного раствора;

г) индустриальность - заводское изготовление частей опалубки со сборкой на стройплощадке;

д) легкость распалубки, гладкость, устраняющая пористость поверхностного слоя бетона;

е) минимальная стоимость.

По виду материалов опалубка может быть:

- деревянной;

- деревометаллической;

- металлической;

- железобетонной:

- армоцементной;

- из синтетических (стеклопластики) и прорезиненных материалов.

Многократно используемую опалубку называют инвентарной, одноразовую - стационарной.

В зависимости от положения в пространстве бетонируемых конструкций и их функционального назначения опалубка может быть:

- для вертикальных поверхностей;

- для горизонтальных и наклонных поверхностей;

- для одновременного бетонирования стен и перекрытий;

- для бетонирования фундаментов.

По конструктивным признакам выделяют следующие виды опалубки: разборно-переставная обычная и унифицированная; крупнощитовая; объемно-переставная; блок-формы; подъемно-переставная; передвижная (скользящая, катучая); пневматическая; несъемная.

Рис. 84. Деревянная разборно-переставная опалубка:

а) опалубка колонн; б) опалубка балок и прогонов

1 - короб; 2 - хомуты; 3 - клинья; 4 - рамка; 5 - дверца для чистки; 6 - оголовник стойки; 7 - фризовая доска; 8 - щит плиты; 9 - кружала; 10 - подкружальная доска; 11 - подставка для кружальной доски над опорой; 12 - прижимная доска

железобетонный монолитный опалубка

Все элементы опалубки рассчитывают на следующие нагрузки:

а) вертикальные:

от собственного веса коробов и лесов;

веса арматуры;

веса свежеуложенной бетонной смеси;

веса находящихся на опалубке оборудования и людей;

б) горизонтальные:

от давления бетонной смеси на боковые элементы опалубки;

нагрузки, вызываемые выгрузкой бетонной смеси;

от воздействия ветра.

Рис. 85. Катучая опалубка для бетонирования проходных каналов:

1 - рама наружной опалубки; 2 - складывающаяся металлическая рама внутренней опалубки; 3 - механизм для распалубки и приведения опалубки в транспортное положение; 4 - опорная доска; 5 - каток

В результате определяют толщину досок щитов, размеры и расположение гвоздей, расстояния между элементами креплений опалубки. Эти данные указывают на чертежах рабочей документации. Как правило, толщина досок днищ балок и прогонов составляет не менее 50 мм, а боковых щитов и щитов плит - не менее 25 мм.

Заготовку отдельных элементов опалубки производят на деревообрабатывающих заводах и в опалубочных мастерских. Элементы опалубки помечают согласно маркировочному чертежу и хранят на складах по маркам.

Установке опалубки предшествуют разбивочные работы и проверка качества их выполнения. Установку ведут в определенном порядке в зависимости от вида возводимого сооружения. По окончании работ производится приемка опалубки согласно требованиям и допускам в размерах, указанных в технических условиях на производство и приемку работ.

Распалубливание ведут в последовательности, указанной в проекте производства работ, и выполняют в сроки, установленные техническими условиями. Боковые (не несущие) элементы опалубки обычно удаляют по достижении бетоном не менее 25%, а несущие элементы и поддерживающие леса - не менее 70% проектной прочности. Под распалубленными балками и прогонами в середине пролетов ставят стойки безопасности, которые убирают только по достижении бетоном полной проектной прочности. Снятые элементы опалубки очищают от бетона, удаляют из них монтажные гвозди, сортируют по маркам и степени годности для повторного применения.

Арматурой железобетона называют стальные стержни, проволоку, пряди, канаты (гибкая арматура) и профильный прокат (жесткая арматура), закладываемые в опалубку до бетонирования и предназначенные для восприятия возникающих при работе конструкции растягивающих или срезывающих напряжений, которые нельзя передавать непосредственно на бетон.

Стальная арматура классифицируется по профилю, технологии изготовления и условиям применения. Арматура, изготовленная из стержней круглого, овального и квадратного сечения, называется гибкой и может быть гладкой (постоянного сечения) и периодического профиля (переменного сечения). Последняя увеличивает сцепление с бетоном, снижает затраты металла в среднем на 25…30%.

Арматура, изготовленная из профильного проката (уголков, тавров, швеллеров и рельсов), называется жесткой. Этот вид арматуры применяется в особых случаях (армирование каркасов высотных зданий, специальных сооружений и т.д.).

В зависимости от основной технологии изготовления гибкую арматуру можно разделить на горячекатаную стержневую и холоднотянутую проволочную. Стержневая горячекатаная арматура подразделяется на арматуру, не подвергающуюся после проката упрочняющей обработке (арматура без упрочнения), термически упрочненную и упрочненную вытяжкой в холодном состоянии. Холоднотянутая проволочная арматура подразделяется на обыкновенную и высокопрочную проволоку и арматурные изделия в виде прядей (канатов).

В зависимости от механических свойств арматура разделяется на классы, для каждого из которых установлены определенные марки стали. Класс арматуры и марка стали определяют условия применения арматуры.

Рис. 86. Арматура периодического профиля и арматурные пряди: а) горячекатаная арматура периодического профиля; б) холодносплющенная арматура; в) высокопрочная проволока периодического профиля; г) пряди из семи и трех проволок

Гибкую арматуру по назначению разделяют на:

рабочую, которая воспринимает усилия, возникающие в железобетонных конструкциях от внешних нагрузок и собственного веса;

распределительную, равномерно распределяющую усилия между стержнями рабочей арматуры и обеспечивающую их совместную работу, препятствуя смещению отдельных стержней при бетонировании конструкции;

монтажную, служащую для сборки арматурного каркаса железобетонных конструкций, если для этой цели недостаточно распределительной арматуры.

В железобетонных конструкциях используют:

сварные арматурные сетки, состоящие из отдельных стержней, расположенных в двух перпендикулярных направлениях и соединенных в местах пересечения контактной точечной сваркой;

- плоские каркасы, состоящие из двух-четырех продольных рабочих стержней и соединяющих их поперечных;

- пространственные (объемные) каркасы, собираемые из плоских сеток;

- проволочные пучки, применяемые при изготовлении предварительно напряженных конструкций.

Арматура может быть ненапряженной (обычной) и предварительно напряженной. В последнем случае арматуру натягивают до приложения к бетону эксплуатационных нагрузок, чтобы передать реакцию от натяжения на бетон, сжать его и воспрепятствовать возникновению плохо воспринимаемых этим материалом растягивающих напряжений.

При возведении конструкций, работающих в условиях агрессивных воздействий, применяют неметаллическую высокопрочную, стеклопластиковую арматуру, обладающую противокоррозионными, диэлектрическими и антимагнитными свойствами. Эту арматуру изготавливают из стекловолокна на алюмоборосиликатной основе и из эпоксидных смол.

Проволочную и прядевую арматуру хранят мотками в закрытых сухих складских помещениях, а стержневую, сгруппированную по сортам, диаметру и длине, - под навесами на стеллажах. Арматуру заготовляют в арматурных мастерских. Заготовка арматуры включает процесс ее очистки, правки, резки, гнутья и стыкования.

Стыкование арматуры применяется для увеличения длины стержней в соответствии с проектными размерами, в монтажных узлах при сборке каркасов и изготовлении арматурных сеток, а так же при использовании обрезков арматурной стали.

Рис. 87. Арматура основных элементов железобетонных конструкций:

а) колонны; б) балки; в) плиты

1 - вертикальные рабочие стержни (стояки); 2 - распределительные хомуты; 3 - прямые стержни рабочей арматуры; 4, 5 - отогнутые стержни рабочей арматуры; 6 - стержни монтажной арматуры; 7 - возможная трещина около опоры; 8 - распределительная арматура

Существуют следующие способы стыковых соединений:

- внахлестку с закреплением вязальной проволокой (ручные стыкования);

- при помощи электросварки.

Стыки внахлестку без сварки допускают для арматуры диаметром не более 16 мм при условии, что в любом сечении железобетонной конструкции должно стыковаться не более 25% стержней. В местах стыкования стержни скручивают вязальной проволокой двойными узлами в 2…3 местах.



Рис. 88. Виды арматурных изделий:

а) плоская арматурная сетка; б, в) плоские каркасы; г) пространственный каркас; д) пространственный каркас таврового сечения; е) пространственный каркас двутаврового сечения; ж) гнутая сетка; з) гнутый из сеток пространственный каркас; и) закладные детали

Для арматуры, размещающейся в растянутой зоне бетона, на концах стержней делают крюки и перепускают их на длину, равную 30…50 диаметрам стержней в зависимости от длины арматуры и вида конструкций. Для сжатой зоны бетона крюки разрешается не делать, а перепуск принимается на длину, равную 20…40 диаметрам стержней.

Стержни холоднотянутой проволоки стыкуют только внахлестку без сварки. Соединения арматурных стержней электросваркой осуществляется несколькими способами:

- контактной сваркой (стыковой и точечной);

- электродуговой сваркой.



Рис. 89. Соединение арматуры различными способами:

а, б) стыки внахлестку без сварки (а - в растянутой зоне; б - в сжатой зоне); соединения, полученные путем сварки: в) контактно-стыковой; г) контактно-точечной; д) электродуговой с перепуском арматуры; е) электродуговой с накладками; ж) ванным способом

Жесткую арматуру также соединяют сваркой. Качество сварных соединений проверяют осмотром, замером швов шаблоном, обстукиванием и просвечиванием рентгеновскими и гамма-лучами. В проекте производства работ указывают последовательность установки арматуры в опалубку, способ ее крепления и места сварки. Установку производят после проверки и приемки опалубки. Как правило, арматуру монтируют пространственными каркасами при помощи кранов. В некоторых случаях арматурный каркас собирают непосредственно в опалубочной форме. Тонкостенные конструкции армируют сварными сетками. В процессе бетонирования предусматривается образование защитного слоя бетона для предохранения арматуры от воздействия огня при пожаре и от коррозии. Толщина его составляет 10…30 мм, а в фундаментах 35…70 мм. На дно опалубки устанавливают заранее заготовленные прокладки из отвердевшего цементного раствора по толщине защитного слоя. При изготовлении в них заделывают вязальную проволоку для закрепления устанавливаемого арматурного каркаса. Необходимое расстояние между стержнями или рядами арматурных стержней обеспечивают путем укладки обрезков стальной арматуры. Приемку смонтированной арматуры оформляют актом на скрытые работы.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ, УКЛАДКА И УПЛОТНЕНИЕ БЕТОННОЙ СМЕСИ

Большинство современных зданий и сооружений возводится с применением бетона или железобетона (армированного бетона). Бетон получают в результате затвердевания правильно подобранной, смешанной до однородного состояния и уплотненной бетонной смеси, состоящий из цемента, воды, заполнителей, в необходимых случаях специальных добавок. Состав смеси должен обеспечить в заданные сроки проектный класс бетона, а в необходимых случаях отвечать специальным требованиям, предъявляемым в отношении морозостойкости, водонепроницаемости и ряда других свойств.

Состав бетонной смеси устанавливает лаборатория путем экспериментальных предварительных подборов. В процессе работ подобранный состав систематически корректируется с учетом изменения влажности заполнителей для обеспечения заданного водоцементного отношения.

Бетонные смеси в зависимости от технологических свойств разделяют на обладающие подвижностью и жесткие. Бетонная смесь, обладающая подвижностью, способна растекаться без расслоения и заполнять форму под влиянием собственной массы или небольшого механического воздействия. Жесткая бетонная смесь требует интенсивного вибрирования для заполнения ею формы и уплотнения.

Подвижность бетонной смеси характеризуется измеряемой в сантиметрах величиной осадки стандартного конуса свежеотформованного из контролируемой бетонной смеси (до 2 см - жесткие, 2…4 см - малоподвижные, 4…15 см - подвижные, более 15 см - литые). Жесткость бетонной смеси определяется по времени вибрации (в секундах) превращающем конус в равновеликий цилиндр. Для особо жестких смесей оно превышает 200 с, для жестких 30…200 с, для малоподвижных 15…30 с.

Производства бетонной смеси

Для производства бетонной смеси промышленность выпускает бетоносмесительные установки цикличного и непрерывного действия различной производительности, переназначенные для комплектования бетонных заводов круглогодичного действия, либо для применения в качестве приобъектных предприятий.

На бетоносмесительных установках цикличного действия используются бетоносмесители с периодически повторяющейся загрузкой компонентов, смешиванием и выгрузкой готовой бетонной смеси.

На бетоносмесительных установках непрерывного действия загрузка компонентов бетона, смешивание и выгрузка готовой бетонной смеси производятся непрерывно.

Бетоносмесительная установка представляет собой комплект технологического оборудования для дозирования компонентов и приготовления бетонной смеси с устройствами для приема компонентов и выдачи готовой бетонной смеси. Оборудование смонтировано на сборно-разборном металлическом каркасе либо отдельными блоками. При блочном решении конструкции сокращаются сроки монтажа и демонтажа, упрощается перевозка установки по железной дороге или автотранспортом.

В состав предприятия по производству бетонной смеси - бетонного завода, помимо бетоносмесительной установки, входят склады заполнителей, энергетическое хозяйство, лаборатория и отдел контроля, заводоуправление с функциональными отделами. Завод может быть оборудован устройством для подогрева или охлаждения компонентов бетонной смеси, а также приготовления водных растворов различных добавок, оборудованием для обогащения (промывки, сортировки) заполнителей, ремонтно-механической мастерской.

По назначению бетонные заводы разделяются на:

районные;

центральные;

приобъектные.

Районные обслуживают строительство в радиусе до 30 - 50 км. Центральный завод обслуживает крупное строительство, а приобъектный - мелкое сосредоточенное строительство.

По возможности перебазирования различают заводы:

неперебазируемые, стационарные;

инвентарные, собираемые из отдельных перевозимых блоков;

передвижные, монтируемые на автомобилях.

Бетонные заводы разделяют по схемам компоновки смесительного цеха на:

башенные;

партерные.

Рис. 90. Автоматизированная бетоносмесительная установка непрерывного действия СБ - 109: 1 - приемная воронка; 2 - наклонный ленточный конвейер; 3 - погрузчик; 4 - расходные бункеры заполнителей; 5 - силос для цемента; 6 - наклонный ленточный конвейер в кожухе; 7 - смеситель; 8 - передвижной вагон

В процессе приготовления бетонной смеси основными операциями, подлежащими автоматизации, являются:

прием исходных материалов;

подогрев и регулирование температуры материалов;

регулирование уровня наполненности материалами складов;

контроль за влажностью и гранулометрическим составом заполнителей;

точность дозирования материалов;

контроль продолжительности их перемешивания и своевременности выдачи смеси.

Приборы (датчики, реле, компьютеры) выполняют:

автоматическое слежение за объектом и выработку сигналов о его состоянии;

прием сигналов и выработку компьютером на их основе решения о том или ином действии;

подачу компьютером электрического сигнала;

прием сигнала исполнительным устройством;

исполнение команды.

Автоматизация бетонных заводов может быть частичной или полной. Созданы и действуют полностью автоматизированные бетонные заводы.

Транспортированием бетонной смеси

Под транспортированием бетонной смеси обычно понимают доставку (горизонтальный транспорт) ее от бетонного завода или бетоносмесительной установки к строящемуся объекту и подачу (вертикальный транспорт) на место укладки.

Транспортируют бетонную смесь с помощью средств, обеспечивающих необходимые темпы укладки бетона.

Во избежание нарушения однородности смеси и излишних затрат труда наиболее целесообразно доставлять бетонную смесь на объект и подавать на место укладки одним и тем же оборудованием (например, автобетоновозами). Однако в большинстве случаев смесь доставляют на объект одним оборудованием (например, бетоновозами), а затем перегружают (например, в бадьи) и подают на место укладки другим оборудованием ( кранами в бадьях, хоботами, виброхоботами).

Независимо от принятых способов транспортирования подвижность или жесткость бетонной смеси на месте укладки должна соответствовать проектной.

В ряде случаев может быть допущено снижение исходной подвижности смеси не более чем на 30% и ее температуры на 3…5 єС в час. Изменение остальных заданных показателей свойств смеси не допустимо. С этой целью необходимо принимать меры к сокращению времени доставки и подачи бетонной смеси от места приготовления к месту укладки, обеспечивать защиту от воздействий атмосферных осадков, ветра, солнечных лучей, мороза.

Нельзя допускать, чтобы при перевозке нарушалась однородность бетонной смеси, то есть происходило ее расслоение (щебень или гравий оседают вниз, а отделившиеся цементное молоко и вода выступают на поверхности).

Расслоившуюся бетонную смесь запрещается укладывать в бетонируемые конструкции, ее необходимо вновь перемешать до полного восстановления однородности. Одновременно следует выяснить причины расслоения бетонной смеси и принять меры к их устранению.

Особенно легко расслаиваются неправильно подобранные бетонные смеси с избыточным количеством воды. Смесь обычно расслаивается от толчков и сотрясений при погрузке, перевозке или выгрузке с большой высоты.

Допускаемая продолжительность и дальность транспортирования должна устанавливаться в каждом отдельном случае лабораторией с учетом обеспечения сохранности в пути требуемого качества бетонной смеси.

Предельно допустимый срок доставки бетонных смесей в зависимости от их температуры составляет:

при 20 єС - 45 мин;

при 10…19 єС - 60 мин;

при 5…9 єС - 90 мин.

Для бетонных смесей на пористых заполнителях продолжительность транспортирования не должна быть более 45 мин, причем, при длительности более 30 мин рекомендуется для перевозки использовать автобетоносмесители.

Высота выгрузки бетонной смеси устанавливается в зависимости от вида конструкций с учетом обеспечения однородности и прочности бетона, а также сохранности опалубки и основания.

В настоящее время для доставки бетонной смеси от бетонного завода или бетоносмесительной установки к объекту применяют различные по своему назначению специальные автомобили:

автобетоносмесители;

автобетоновозы;

автобадьевозы;

перегружатели;

усовершенствованные автомобили - самосвалы.

Для совмещения функций доставки и укладки бетонных смесей автобетоносмесители снабжают навесными распределительными конвейерами длиной 6, 9 и 12 м, а автобетоновозы - лотками. Отдельные виды автобетоносмесители оборудованы бетононасосами с бетоноподающей стрелой.

Для доставки смеси в условиях низких температур применяют автобетоновозы со специальными термоактивными кузовами, позволяющими осуществлять подогрев смеси без ее перегрева и пригорания к кузову, как это имеет место в обогреваемых выхлопными газами автомобилях-самосвалах. С этой целью применяют автобетоносмесители с подогреваемым водяным баком.

Для разогрева бетонных смесей, доставлявшихся в неутепленных автомобилях-самосвалах, используют специальные электроустановки, снабженные опускаемыми в кузов автомобиля электродами, а также приемные бункеры со специальными разогревающими устройствами.

В условиях жаркого климата смеси перевозят бетоновозами с термоизолированными кузовами и автобетоносмесителями с термоизолированными водяным баком и смесительным барабаном.

В ряде случаев при доставке бетонных смесей используют перегрузочные подъемные бункеры и специальные перегружатели-смесители. Бункеры служат для приема смеси из автомобилей-самосвалов, а также для хранения ее при необходимости создания запаса бетонной смеси; перегружатели-смесители используют для приема смеси из автомобилей-самосвалов и автобетоновозов, восстановления ее однородности и подвижности и постепенной выгрузки в приемные бункеры бетононасосов и другого оборудования.

Рис. 91. Средства доставки бетонной смеси:

а) автобетоносмеситель; б) автобетоновоз; в) автобадьевоз 1 - смесительный барабан; 2 - бак для воды; 3 - загрузочно-разгрузочное устройство; 4 - кузов; 5 - крышка выгрузочного отверстия; 6 - бадья

Укладка бетонной смеси

Бетонную смесь подают в бетонируемую конструкцию с помощью различных грузоподъемных кранов в бадьях либо ленточными конвейерами, бетоноукладчиками, бетононасосами, пневмонагнетательными, звеньевыми хоботами и виброхоботами.

Уплотнение бетонной смеси

Во время приготовления в бетонную смесь попадает значительное количество воздуха. Если попавший воздух не удалить, то бетон может оказаться пористым, пониженной прочности.

Удаление попавшего воздуха и компактное расположение составляющих достигается уплотнением бетонной смеси. От качества уплотнения зависят прочность и долговечность бетонной конструкции. Наиболее часто бетонную смесь уплотняют вибрированием, сообщая ее частицам часто повторяющиеся колебания небольшой величины. Механизмы, создающие вибрационные колебания, называются вибраторами.

В результате вибрирования бетонная смесь становится текучей, т.е. приобретает повышенную подвижность, а частицы, перемещаясь, стремятся под воздействием силы тяжести занять более устойчивое положение. Бетонная смесь заполняет все промежутки между стержнями арматуры и между арматурой и опалубкой, воздух, содержащийся в ней, вытесняется, и смесь значительно уплотняется.

Режим вибрационного уплотнения бетонной смеси характеризуется амплитудой колебаний (наибольшим удалением колеблющейся точки от центра колебаний) бетонной смеси, частотой колебаний (числом колебаний в минуту) и продолжительностью вибрирования. Оптимальная частота колебаний бетонной смеси зависит от размера ее частиц и подвижности. Для смесей с крупными фракциями заполнителей необходима более низкая частота колебаний с наибольшей амплитудой, а для смесей с мелкими фракциями - наиболее высокая частота с меньшей амплитудой.

Так как в бетонной смеси содержатся частицы разной крупности, то наилучшего уплотнения можно добиться, применяя поличастотные вибраторы (вибраторы с разным числом колебаний). Это наиболее перспективный способ вибрирования.

Рис. 92. Поверхностные вибраторы:

а) площадочный; б) виброрейка

1 - выключатель; 2 - площадка; 3 - питающий кабель; 4 - рукоятка; 5 - электродвигатель; 6 - уплотняющий брус

Рис. 93. Наружный вибратор: 1 - опалубка; 2 - дебаланс

Особенно тщательно следует прорабатывать вибратором бетонную смесь в местах с густой арматурой, у стенок опалубки и в углах.

Перестановки вибратора выполняют так, чтобы не оставалось непровибрированных мест. Расстояние, на которое можно переставлять внутренние вибраторы, не должно превышать 1.5 радиуса их действия (94, а). Расстояние перестановки определяется опытным путем. В зависимости от подвижности бетонной смеси оно составляет для вибраторов с гибким валом с большим стержнем - 300...350 мм, с малым - 250 мм.

При уплотнении бетонной смеси тяжелыми подвесными вертикально расположенными глубинными вибраторами толщину укладываемых слоев принимают на 5...10 см меньше длины рабочей части вибратора, так как для лучшей связи бетонных слоев вибратор частично заглубляют в еще не затвердевший слой бетона.

Если вибраторы расположены под уклоном к вертикали (до 35є), толщину слоя принимают равной проекции длины рабочей части вибратора на вертикаль.

Если в конструкциях расположение арматуры не позволяет надлежаще уплотнить бетонную смесь вибраторами, ее дополнительно уплотняют штыкованием.

Работающий вибратор не должен касаться стержней арматуры, так как вибрация может нарушить сцепление арматуры с бетоном. Уплотнение бетонной смеси надо вести по строгой системе, чтобы не допустить пропусков. Обычно каждому бетонщику отводят для проработки определенный участок, в границах которого он ведет уплотнение полосами, располагая их вдоль опалубки или вдоль рядов арматуры. Переставляя вибратор вдоль полосы, бетонщик должен выдерживать требуемое расстояние.

Поверхностными вибраторами бетонную смесь уплотняют правильными непрерывными полосами, перекрывая границы уже провибрированного участка на 10...20 см (рис. 94, б).

Переставляют поверхностный вибратор следующим образом: проволочным крючком подцепляют ручку и рывком отрывают вибратор от бетона. Затем посредством того же крючка переставляют вибратор на соседнее место.

Заменять перестановку вибратора медленным протаскиванием по бетонной смеси не следует, так как в этом случае труднее следить за уплотнением бетонной смеси на каждом участке, особенно если смесь подвижная, и во многих местах она может быть плохо проработана.

Наружный вибратор должен быть прочно укреплен на опалубке, так как в противном случае эффективность его работы резко снижается.

Вибрирование на данной позиции прекращают при появлении признаков достаточного уплотнения смеси: прекращение оседания смеси, горизонтальность поверхности слоя, хорошее заполнение опалубки, появления цементного молока на поверхности, прекращение выделения воздушных пузырьков.

Продолжительность вибрирования с одной позиции внутренними вибраторами в зависимости от подвижности смеси составляет 20…40 с, поверхностными - 20…50 с, наружными - 50…90 с. Если вибрировать меньше указанного времени, смесь недостаточно уплотняется, если больше - она может расслоиться.

Через каждые 30-40 мин непрерывной работы вибраторы выключают на 5 мин для остывания мотора.

Вакуумированием бетона называется механическое удаление свободной воды затворения и пузырьков воздуха из свежеуложенной бетонной смеси при помощи вакуума, способствующее уплотнению бетона и улучшению его физико-механических качеств. Вакуумирование эффективно для тонкостенных конструкций (перекрытий, полов, дорожных покрытий). Вакуумирование производят с поверхности бетонной смеси (при помощи вакуум-щитов) или изнутри (при помощи вакуум - трубок).

а)

б)

Рис. 94. Правила уплотнения бетонной смеси вибраторами:

а - внутренними; б - поверхностными

1 - зона перекрытия; 2 - площадочный вибратор; 3 - точки погружения внутреннего вибратора

Рис. 95. Схема установки для вакуумирования бетонной смеси:

1 - вакуум-насос; 2 - стационарный водосборник; 3 - переносный водосборник; 4 - всасывающие рукава; 5 - коллектор; 6 - трехходовой кран; 7 - вакуум-щит; 8 - вакуум-полость; 9 - фильтровальная ткань; 10 - тканая сетка; 11 - плетеная сетка

Вакуумирование бетона монолитных конструкций осуществляется вакуум-установками (рис. 95). При вакуумировании на поверхность свежеуложенной и провибрированной бетонной смеси устанавливают вакуум-щиты (7), оклеенные по контуру резиной.

Вакуум - полость (8) заполняется двумя слоями металлической сетки - редкой (плетеной) (11) и густой (тканой) (10). Снизу сетки (10) натягивается фильтровальная ткань (9), примыкающая непосредственно к поверхности бетона.

Удаленные из бетонной смеси вода и воздух поступают через отверстие в центре щита в трехходовой кран (6), далее - в гибкий всасывающий рукав (4), соединенный с коллектором (5), и затем в водосборники - переносный (3) и стационарный (2).

Трехходовой кран (6) имеет в своем корпусе отверстие, позволяющее впускать в вакуум-полость (8) воздух под атмосферным давлением для отключения вакуум-щита.

Разряжение в вакуум - системе создается вакуум - насосом (1).

Вакуумированый бетон по своим прочностным характеристикам превосходит бетон, уплотненный путем вибрирования.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ БЕТОНИРОВАНИЯ

Торкретирование

Торкретированием называется технологический процесс нанесения под давлением сжатого воздуха слоя пементно-песчаного раствора (токрета) на армированную или неармированную бетонную поверхность.

Торкретированием исправляют дефекты бетонирования, ремонтируют корродирующие поверхности железобетонных сооружений, создают наружный водонепроницаемый слой в резервуарах и гидротехнических сооружениях, повышают износостойкость и кислотоупорность бетонных конструкций. Кроме того, торкретирование используют для возведения тонкостенных железобетонных конструкций, в том числе густоармированных по односторонней опалубке, нанесения гидроизоляционных покрытий, замоноличивания стыков и т.д.

Нанесение торкрета производится цемент-пушкой (рис. 96, а). Цемент-пушка имеет две шлюзовые камеры: из нижней цементно-песчаная смесь расходуется, а в верхнюю -- загружается. Таким образом обеспечивается непрерывность ее работы. Готовая цементная смесь пригодна к употреблению в течение 2…3 часов. Хранение ее более продолжительное время нежелательно, так как смесь слеживается, а получаемый из нее торкрет не будет обладать достаточной прочностью.

Для лучшего сцепления раствора с торкретируемой поверхностью ее прочищают сухим песком с помощью цемент-пушки или пескоструйного аппарата с последующей промывкой водой под давлением.

Принцип работы установки состоит в следующем: загруженная сухая смесь цемента и песка под давлением сжатого воздуха (0,2…0,35 МПа), поступающего от компрессора 1, подается к соплу 8, где смешивается с водой, образуя торкрет.

Вырываясь из сопла со скоростью 60…80 м/с и ударяясь о торкретируемую поверхность, смесь образует плотный защитный слой.

Торкретирование может выполняться готовой смесью (рис. 96, б) без подачи воды в сопло.

При нанесении раствора сопло располагают на расстоянии 0,7...1,0 м от торкретируемой поверхности под прямым углом к ней. Торкретирование ведется послойно. Чтобы избежать сплывания слоя торкрета, его толщина одновременно наносимая не должна быть более 25 мм для вертикальных армированных поверхностей и 15 мм для потолочных или вертикальных неармированных поверхностей.

Первый слой торкрета наносят толщиной 10…15 мм с выдерживанием 24 часа. Второй слой толщиной 5…10 мм наносят на поверхность, предварительно смоченную водой. Вертикальные поверхности начинают торкретировать с нижних участков, перемещая сопло вверх по мере образования необходимого слоя. При нанесении растворных смесей на горизонтальные поверхности сверху вниз толщина слоя не ограничивается.

Количество, толщина слоев и характеристика цементно-песчаной смеси определяются проектом.

Минимальный перерыв между нанесением на данной захватке смежных слоев торкрета определяется из такого условия: под действием струи свежей смеси не должен разрушаться предыдущий слой. Максимально допустимый перерыв (примерно 1…2 ч) назначается из условия втапливания свежего слоя в предыдущий и хорошего сцепления между ними.

Разновидностью торкретирования является шприц-бетон или набрызг-бетон. Его сущность в следующем: с помощью набрызг-установки по одному шлангу под давлением подают отдозированную сухую бетонную смесь с крупностью фракций не более 20…25 мм, а по второму шлангу подают воду с напором не менее 0,6 МПа. Увлажненную смесь, перемешанную в смесительной камере, наносят на торкретируемую поверхность.



Рис. 96. Схемы торкретирования поверхностей:

а -- торкретирование с предварительным приготовлением смеси; б -- торкретирование готовыми смесями; 1 -- компрессор с воздухосборником; 2 -- воздухоочиститель; 3 -- пневматические шланги; 4 -- цемент-пушка: 5 -- водяной бачок; б -- шланг для подачи цементно-песчаной смеси; 7 -- шланг для подачи воды; 8 -- сопло; 9 -- шланг для подачи готовой смеси; 10 -- готовая смесь

Набрызг-бетон используют как для обычного торкретирования, так и для бетонирования тонкостенных железобетонных конструкций сложной конфигурации, сводов и оболочек.

При набрызг-бетоне применяется метод послойного нанесения смеси. Толщина бетонных смесей, наносимых на вертикальные поверхности, не должна превышать 75 мм, а на горизонтальные потолочные - 50 мм.

Подводное бетонирование. Подводное бетонирование производится в пресных или минерализованных водах при положительных и отрицательных температурах наружного воздуха.

Подводное бетонирование

Подводное бетонирование является способом ведения бетонных работ без водооотлива, что позволяет:

-- бетонировать сооружения в условиях, при которых невозможен или нецелесообразен водоотлив. Например, на морских открытых рейдах, на водоемах большой глубины;

-- сократить сроки строительства и стоимость подводных конструкций за счет отказа от устройства водонепроницаемых ограждений и водоотлива;

-- производить ремонт подводных сооружений без вывода

их из эксплуатации;

-- широко использовать в строительстве рациональные конструкции: сваи-оболочки, опускные колодцы и т.д.

Особенностями подводного бетонирования являются: удаленность оператора от места производства работ, т.е. сложность визуального контроля за технологическим процессом; необходимость учета погодных и географических условий (штормы, приливно-отливный цикл и т.п.); необходимость удаления верхнего слоя бетона, подвергающегося эрозии.

К бетонной смеси при подводном бетонировании предъявляются следующие требования: способность к самоуплотнению; устойчивость к расслоению и вымыванию цемента; потери прочности не должны превышать 10% проектной.

Для достижения этих целей в состав бетонной смеси вводят природные и синтетические полимеры, неорганические порошки, поверхностно-активные вещества.

Подводное бетонирование применяют при строительстве опор мостов, днищ опускных колодцев и других сооружений, возводимых в водоемах, в условиях высокого уровня грунтовых вод или на слабых водонасыщенных грунтах.

Наиболее распространенными технологиями подводного бетонирования являются метод вертикально перемещаемой трубы (ВПТ) и метод восходящего раствора (ВР).

Метод вертикально перемещаемой трубы

Бетонирование методом ВПТ (рис. 97, а) применяется на глубинах до 50 м в сооружениях, где необходима массивность и монолитность в сочетании с высокой прочностью.

В качестве ограждения 1 могут быть шпунтовые стенки, деревянные, металлические или железобетонные водонепроницаемые бездонные ящики (как правило, они служат опалубкой).

Технологическое оборудование размещается на рабочей эстакаде 6 и рабочем настиле 10, опирающемся на ограждающую конструкцию. На открытых рейдах оборудование размещают на плавучих средствах: понтонах, баржах и т.п. Опускание и подъем труб осуществляются краном 5 или лебедкой. Стальные трубы 2 диаметром 200…300 мм состоят из отдельных звеньев длиной 1…3 м, оснащенных быстроразъемными водонепроницаемыми соединениями. Трубы имеют по всей длине разметку через 5…10 см яркой несмываемой краской, что позволяет вести визуальный контроль за величиной подъема трубы в процессе бетонирования.

Технологический процесс заключается в следующем. Бетонная смесь с осадкой конуса 15-20 см подается бетононасосом через загрузочную воронку в трубу 2, опущенную краном 5 до дна с минимальным зазором, позволяющим свободный выход бетонной смеси. Первоначальное заполнение трубы бетонной смесью осуществляется с предохранительным устройством: донным клапаном или пыжом, который под тяжестью бетонной смеси опускается к устью трубы, вытесняя из нее воду.

Бетонирование продолжается до тех пор, пока бетонная смесь не образует у устья трубы холмик-затвор, предохраняющий трубу от прорыва в нее воды.

В зависимости от глубины бетонирования (давления столба воды) высота холмика-затвора не должна быть меньше 0,8...1,5 м.

Рис. 97. Подводное бетонирование:

а - метод вертикально перемещаемой трубы; б -- метод восходящего раствора; в -- метод втрамбовывания бетонной смеси; 1 -- ограждающая конструкция (опалубка); 2 -- вливающая труба с воронкой; 3 -- бетоновод; 4 -- бетон; 5 -- стреловой кран; 6 -- рабочая эстакада; 7 -- растворонасос; 8 -- втрамбованная бетонная смесь; 9 -- контур зоны втрамбовывания; 10 -- Рабочий настил; 11 -- ограждающие шахты; 12 -- каменная наброска

При подъеме трубы на новый уровень бетонирования подачу бетона прекращают, а верхнее ее звено демонтируют, после чего технологический процесс возобновляется. Количество труб, необходимых для технологического процесса, определяют с учетом взаимного перекрытия зонами их действия. Радиус действия трубы не может превышать 6 м.

Сооружение бетонируется до отметки, превышающей проектную не менее чем на 10 см.

По окончании бетонирования сооружения верхний слой бетона, постоянно соприкасавшийся с водой, удаляют. К этому моменту подводный бетон должен иметь прочность 2...2,5 МПа.

В качестве модификации метода подводного бетонирования в Нидерландах используют так называемый гидравлический клапан: трубу изготавливают из гибкого текстиля. Под давлением воды ее стенки «смыкаются». Порция бетона, поступая в трубу, под действием собственного веса преодолевая гидростатическое давление и поверхностное трение бетона о стенки трубы, опускается вниз. Освободившаяся часть трубы под давлением воды сплющивается. Преимущество данного метода -- возможность организации перерывов в подаче бетона без опасения прорыва воды в трубу.

Метод восходящего раствора

Бетонирование методом ВР применяется в тех случаях, когда по условиям производств работ или по размерам бетонируемой конструкции невозможно или экономически нецелесообразно применять метод ВПТ.

К таким случаям относятся: бетонирование малогабаритных или густоармированных, а также заполнение массивных пустотелых конструкций.

Бетонирование методом ВР является раздельным способом бетонирования и заключается в заливке цементного или цементно-песчаного раствора через трубы в пустоты крупного заполнителя, предварительно засыпанного в опалубку конструкции (рис. 97, б). Если в качестве заполнителя используется камень или крупный щебень, то в заливочные трубы подается цементно-песчаный раствор. В этом случае глубина бетонирования не превышает 20 м. Если заполнитель -- мелкий щебень, то в трубы подается цементный раствор, а бетонирование ведется на глубинах 20...50 м.

При методе ВР используют стальные трубы диаметром 38...100 мм, собранные из звеньев длиной до 1 м, с водонепроницаемыми быстроразъемными соединениями. Радиус действия каждой трубы не более 3 м. Заглублять трубы в цементный раствор необходимо на 0,8 м, по тем же соображениям, что и при методе ВПТ.

Бетонирование методом ВР может быть двух видов -- безнапорным и напорным.

При безнапорном (гравитационном) бетонировании трубы устанавливаются в ограждающие шахты 11, сваренные из арматурной стали с образованием ячеек 20x20 или 30x30 см. Раствор растекается с уклоном '/₅...'/₇ в пустотах крупного заполнителя под действием собственного веса, благодаря высокой подвижности.

При напорном (инъекционном) бетонировании вливающие трубы устанавливаются без шахт, а заполнение пустот осуществляется за счет давления, развиваемого растворонасосом 7, и веса столба раствора, находящегося в трубе.

Принцип и порядок бетонирования методом восходящего раствора аналогичен методу ВПТ: после устройства ограждения 1 устанавливаются шахты 11 (при безнапорном способе) и трубы 2. Далее производится каменная наброска 12 и подача раствора в трубы 2. Уровень бетонирования доводят на 10...20 см выше проектной отметки, а раствор, подвергшийся размыву воды, удаляют.

Втрамбовывание бетонной смеси

Метод втрамбовывания (рис. 97, в) применяется при глубине воды менее 1,5 м для конструкций большой площади, бетонируемых до отметки выше уровня воды.

При таком способе бетонирования сначала создают бетонный островок в одном из углов конструкции.

Смесь подается по трубам или кюбелем (ящиком с открывающимся дном). При этом, островок должен возвышаться над поверхностью воды не менее чем на 30 см.

Последующее втрамбовывание новых порций бетонной смеси 8 будет увеличивать контур зоны втрамбовывания 9, пока не будет охвачена вся площадь бетонирования.

Втрамбовывание смеси в островок производят равномерно, с интенсивностью, не нарушающей процесс твердения уложенного бетона. Очередная порция бетонной смеси укладывается и трамбуется не ближе 20…30 см от уреза воды, чтобы не допустить контакта смеси с водой.

МЕТОДЫ ЗИМНЕГО БЕТОНИРОВАНИЯ

Схватывание и твердение бетона представляют собой сложное физико-химическое явление. Образование и твердение цементного камня в процессе взаимодействия воды и цемента (процесса гидратации) последовательно проходят через две стадии: стадию формирования коагуляционной структуры и стадию формирования кристаллической структуры.

Находящаяся в цементном тесте или в бетоне вода может быть: химически связанной, т.е. вошедшей в гидратацию с минералами цементного клинкера; физически связанной, т.е. находящейся в виде пленок на поверхности зерен составляющих материалов, а также в их капиллярах: свободной -- заполняющей поры между отдельными зернами составляющих бетона.

В первой стадии образования коагуляционной или связной структуры вода, обволакивая мелкодисперсные частицы цемента, образует вокруг них сольватные оболочки, которыми частицы сцепляются друг с другом.

Во второй стадии в цементном тесте возникают мельчайшие очаги кристаллизации, которые по мере интенсификации процесса гидратации превращаются в сплошную кристаллическую решетку.

Процесс кристаллизации определяет механизм образования и твердения цементного камня, т.е. роста прочности бетона.

Этот процесс может ускоряться, замедляться или приостанавливаться вообще в зависимости от температуры бетонной смеси и наружного воздуха, а также адсорбирующей способности цемента.

Наиболее благоприятная для твердения бетона положительная температура воздуха находится в интервале от 15 до 20°С. Во многих регионах нашей страны в зимний период температура наружного воздуха отрицательная, хотя строительство с применением бетона ведется круглогодично.

При наступлении отрицательных температур не прореагировавшая с цементом вода переходит из жидкой фазы в твердую (лед) и как твердое тело в химическое соединение с цементом не вступает. В результате этого прекращается реакция гидратации и, следовательно, бетон не твердеет.

Одновременно в бетоне развиваются значительные силы внутреннего давления, вызванные увеличением объема воды (примерно на 9%) при переходе в лед.

В результате этого нарушаются кристаллические новообразования, которые при наступлении положительных температур уже не восстанавливаются.

Кроме того, после оттаивания вновь появляется свободная вода, которая обволакивает пленкой крупный заполнитель, препятствуя сцеплению между компонентами бетона. Из-за этого нарушается монолитность бетона.

При раннем замораживании и последующем оттаивании резко снижается сцепление бетона с арматурой. Раннее замораживание бетона ведет к необратимым последствиям: уменьшается его прочность, морозостойкость и плотность; снижается водонепроницаемость бетона и сопротивление воздействию агрессивных сред.

Сказанное выше не означает, что свежеуложенный бетон не может подвергаться замораживанию. На определенном этапе твердения бетона, когда он набрал некоторую прочность, бетон может быть заморожен, если такая необходимость возникает.

Минимальная прочность, при которой замораживание бетона уже не может нарушить его структуру и повлиять на расчетную прочность, называется критической.

Бетон, набравший критическую прочность к моменту замерзания, попав после оттаивания в нормальные условия твердения, должен набрать проектную прочность.

Величина критической прочности зависит от марки бетона, вида и условий эксплуатации конструкций.

Для конструкций, подвергающихся сразу после затвердевания многократному замораживанию и оттаиванию или действию расчетного давления воды, а также по специальным требованиям газо- и водонепроницаемости, критическая прочность равна 100%.

Бетон сборных конструкций к моменту монтажа должен иметь проектную прочность.

Прочность бетона к моменту замерзания должна быть указана в ППР.

Анализ результатов испытаний показывает, что замораживание бетона в раннем возрасте приводит к потере прочности примерно на 40%, которая не восстанавливается при последующем твердении в условиях положительной температуры.

Замораживание бетона после набора критическое прочности практически не отражается на его механических характеристиках.

Скорость остывания бетона, уложенного в конструкцию, зависит от массивности этой конструкции.

Массивность конструкции определяется модулем поверхности М = F/V (1/см), где F-- развернутая площадь боковых поверхностей, м²; а V -- объем бетонируемой конструкции, м³.

При бетонировании в зимних условиях решаются следующие технологические задачи:

-- обеспечение режима приготовления бетонной смеси с заранее обусловленной температурой выхода смеси;

-- создание условий для минимального охлаждения бетонной смеси в процессе ее транспортирования и укладки;

-- подготовка опалубки, арматуры и оснований под укладку бетонной смеси;

-- обеспечение тепло-влажностного режима выдерживания уложенной в конструкцию бетонной смеси, позволяющего ей в максимально короткие сроки набрать заданную прочность с возможностью восприятия расчетной нагрузки.

Приготовление, транспортирование и укладка бетонной смеси

Для поддержания нормальных условий твердения бетона при низких температурах создают запас тепла в бетоне и условия его сохранения. Запас тепла в бетоне складывается из тепла, получаемого в результате химической реакции твердения цемента и путем подогрева составляющих бетонной смеси: воды, песка и крупного заполнителя. Для их подогрева на бетонном заводе используют пар, горячую воду, горячий воздух.

Основной особенностью приготовления бетонной смеси в зимних условиях является обеспечение установленной расчетом температуры смеси по выходе ее из бетоносмесителя.

Приготовление бетонной смеси

Приготовление бетонной смеси в зимних условиях производится с учетом следующих особенностей:

-- продолжительность перемешивания, как правило, следует увеличивать в 1,5 раза;

-- при применении только подогретой воды в смеситель одновременно с началом ее подачи загружают крупный заполнитель, а после заливки примерно половины требуемого количества воды и нескольких оборотов барабана смесителя -- песок, цемент и оставшуюся воду.

Заполнители для бетонов перед загрузкой в смеситель не должны содержать смерзшихся комьев, кусков льда, наледи на крупном заполнителе. Для уменьшения или исключения возможностей смешивания заполнителей со снегом их необходимо складировать высокими штабелями на возвышенных местах, защищенных от снежных заносов.

Размораживание, оттаивание и подогрев заполнителей может производиться в открытых и закрытых штабелях, бункерах, сушильных барабанах и других устройствах с помощью дымовых газов и горячего воздуха. Подогрев воды для бетонной смеси наиболее просто и эффективно осуществляется пуском пара в холодную воду.

Наиболее важен подогрев воды, теплоемкость которой значительно выше инертных газов.

Температура воды и заполнителей должна быть такой, чтобы бетонная смесь к моменту ее укладки имела расчетную температуру с учетом потерь при перемешивании и транспортировке.

Наибольшими допустимыми температурами подогрева составляющих бетонной смеси являются: воды -- до 90°С, заполнителей -- до 60°С.

Температура подогрева составляющих подобранного состава бетона в зависимости от заданной температуры бетонной смеси при выходе из бетоносмесителя определяется по формулам или номограммам.

Максимальная температура бетона на выходе из бетоносмесителя должна быть не более 45°С.

В условиях зимнего бетонирования применяют цементы повышенных марок и быстротвердеющие цементы.

Транспортирование бетонной смеси

Транспортирование бетонной смеси должно осуществляться в закрытой утепленной таре. Места погрузки и выгрузки бетона необходимо защищать от ветра и снегопада.

Теплопотери, связанные с транспортированием смеси от завода до стройплощадки, внутри стройплощадки, а также от возможных перегрузок смеси, должны быть минимальными. Выполнение этих условий позволит обеспечить температуру бетона в момент укладки, необходимую для принятого способа выдерживания бетона.

Укладка бетонной смеси

Укладка бетонной смеси в зимних условиях производится с учетом следующих особенностей:

-- мерзлые основания из пучинистых грунтов до укладки бетонной смеси для предотвращения замерзания бетона в местах контакта с основанием должны быть отогреты до положительной температуры на глубину не менее 50 см и защищены от промерзания;

-- отогревание грунтовых, бетонных, каменных оснований и контактных поверхностей может выполняться в местных тепляках из брезента, полиэтилена и т.п. Для обогрева тепляков возможно применение различных теплоносителей: горячего воздуха, пара низкого давления и т.д.;