Виготовлення збірних бетонних та залізобетонних конструкцій з важких бетонів
План
1. Класифікація бетонних та залізобетонних конструкцій та підприємств по їх виробу
2. Виготовлення арматурних каркасів
3. Виробництво збірних залізобетонних виробів та конструкцій
Список використаної літератури
Бетон являє собою штучний композитний каменеподібний матеріал, неоднорідної конгломератної) будови, який утворюється внаслідок затвердіння ретельно перемішаної та доцільної суміші мінерального чи органічного в’яжучого, заповнювачів і води, або водяного розчину. Бетони, як правило, добре чинять опір стискувальним навантаженням, проте мають низьку міцність при розтягу, яка відповідно становить 5...10 % міцності на стиск. Бетони підрозділяють на: важкі, легкі, високоміцні, гідротехнічні, декоративні, дорожні, жаростійкі, кислотостійкі, особливо важкі та інші. При поєднанні бетону і сталевої арматури у такому композиційному матеріалі як залізобетон вдається підвищити будівельні властивості як бетону так і сталевої арматури. Так, сталь має дуже високу міцність при розтягу (240...1700 МПа), тому в залізобетоні її розміщують так, щоб вона сприймала розтягу вальні зусилля, а стискувальні передавалися на бетон. Можливість спільної роботи сталевої арматури та бетону зумовлюється міцним зчепленням між ними й майже однаковими коефіцієнтами лінійного розширення при зміні температури в інтервалі від 0 до 80°С (бетону 10´10 К, сталі - 12´10 К). В свою чергу бетон захищає сталь, що міститься в ньому від корозійної дії навколишнього середовища. Найдоцільніше використовувати залізобетон для будівельних виробів і конструкцій, що зазнають стискувальних та вигинальних напружень.
Введення металевої арматури поліпшує деформативність бетону. Це пов’язане з тим, що граничні деформації бетону перед руйнуванням мають невеликі значення і залежать від міцності бетону, складу і тривалості прикладання навантаження. В дослідах при осьовому стиску призм спостерігаються граничні деформації при стиску в межах (0,8...3)´10, в середньому
Еив = 2 ´ 10 = 0,2 %
В стиснутій зоні бетонних елементів, які згинають, спостерігаються більші, ніж у стиснутих призм деформації Еив =(2,7...4,5)´ 10. Вони залежать від форми поперечного перерізу і відносної висоти стиснутої зони. При зменшенні ширини поперечного перерізу донизу і у таврових переграничні деформації, а при зменшенні відносної висоти стиснутої зони збільшуються. Вони також залежать від насиченості залізобетону повздовжньою арматурою.
Граничні деформації при розтягу у 10...20 разів менші, ніж при стиску і в середньому складають 1,5´10(0,015%). Гарячекатана арматурна сталь з площадкою текучості подовжується після руйнування на розтяг до 25 %. У цієї сталі напруга, при якій деформації збільшуються без суттєвого збільшення навантажень, називається фізичною границею текучості арматурної сталі sу, а напруга, яка безпосередньо попереджає руйнування - тимчасовим опором арматурної сталі sи. Збільшення міцності гарячекатаної арматурної сталі і зменшення повздовження при руйнуванні на розтяг досягається введенням в її склад легуючих добавок, термічним зміцненням або холодним деформуванням.
Леговані і термічно зміцнені сталі переходять у пластичну зону без наявної площадки текучості. Для цих сталей встановлюють умовну границю текучості - напругу s0,2, при якій залишкові деформації складають 0,2%; умовну границю пружності - sse = 0,8s0,2. Легування і термічна обробка дозволяють підвищити міцність сталі і зменшити повздовження після руйнування при розтягу до 4...6%. Це свідчить про те, що застосування різних видів сталі дозволяє змінювати властивості залізобетонних конструкцій.
В основу класифікації бетонних та залізобетонних конструкцій покладені такі ознаки: спосіб їх виготовлення, галузь застосування, форма виробу, вид армування, внутрішня будова та інші. За способом виготовлення бетонні та залізобетонні конструкції поділяють на монолітні та збірні. Монолітні конструкції зводять безпосередньо на будівельному майданчику. Їх використовують при особливо великих навантаженнях - фундаменти, гідротехнічні та інші споруди; будівництві будинків - при необхідності підвищення архітектурної виразності будівель і споруд та інше. Зведення монолітних залізобетонних конструкцій при раціональній організації виробництва дає можливість знизити на 3...5% вартість будівництва 12 і 16 - поверхових будинків, на 15...20% зменшити витрати сталі на арматуру і закладені деталі.
Значно нижчими, порівняно з панельним будівництвом будинків, можуть бути і питомі капітальні вкладення (до 30%), енерговитрати і трудомісткість. Але при виготовленні будівельних споруд з монолітного бетону і залізобетону витрачається значна кількість ручної праці, збільшуються строки будівництва, ускладнюється бетонування в зимовий період. Збірні бетонні та залізобетонні вироби та конструкції виготовляють на механізованих та автоматизованих підприємствах. Перевага збірного бетону та залізобетону порівняно з монолітним - підвищення якості конструкцій, в скорочені строків будівництва. Крім того, скорочуються витрати лісоматеріалів.
Основним напрямом розвитку збірного залізобетону є укрупнення конструктивних елементів, зниження матеріало- та металомісткості, підвищення ступеню заводської готовності. Усі вироби, що виробляють на підприємствах, поділяють на уніфіковані та нетипові. Майже 80% загального обсягу виробництва конструкцій становлять уніфіковані бетонні та залізобетонні конструкції, які внесено до каталогів конструкцій для промислового, цивільного і житлового будівництва. У загальному обсязі виробництва бетонних та залізобетонних конструкцій, збірні конструкції в теперішній час складають більш, як 60%. За галузями будівництва збірні залізобетонні конструкції поділяють на конструкції для житлових та цивільних будівель, для промислових будівель, сільськогосподарського будівництва та конструкції спеціального призначення. Із важких бетонів виготовляють різні конструкції для житлових громадських будівель. Так для фундаментів і підземних частин будівель виготовляють блоки з бетону класів В7,5...В15. Для каркасів будівель з бетону класів В15...В40 виготовляють колони і горизонтальні в¢язі. З важких бетонів класів по міцності при стиску В15...В20 виготовляють панелі для зовнішніх стін неопалювальних будівель, з бетону класів не нижче ВІО-панелі внутрішніх стін панелі перегородок. Вироби для міжповерхових перекриттів панелі й плити виготовляють з бетонів класу В15 та вище. Для промислових будівель застосовують вироби, аналогічні за номенклатурою виробам для цивільних будівель, проте відрізні від них розмірами, армуванням, конфігурацією. Крім того для каркасів промислових будівель виробляють підкранові балки, ферми, арки, оболонки.
Вироби для інженерних споруд широко використовують у транспортному, гідротехнічному та інших видах будівництва. Для транспортного будівництва виготовляють мостові конструкції, опори контактної мережі електрифікованих залізниць, шпали, блоки опорядження тунелів, які здебільшого виготовляють з важких бетонів класів В15...В40 і вище з попередньо напруженою арматурою. Вироби для сільськогосподарських споруд - це елементи збірних силосних ям, башті траншей, а також деталі каркаса теплиць.
За формою збірні залізобетонні конструкції поділяють на лінійні, плоскі, ґратчасті, трубчасті та об¢ємні. До лінійних належать колони, ригелі, прогони, балки, палі, шпали; до плоских – плити перекриттів та покриттів, панелі зовнішніх і внутрішніх споруд, опори електромереж, колони кільцевого перерізу; до об¢ємних - санітарно-технічні кабіни, блок - кімнати, елементи шахт ліфтів та силосів. За призначенням у будівлях та спорудах розрізняють збірні елементи фундаментів та каркаса, покриття та перекриття, стіни та перегородки, блоки опалювальних та вентиляційних систем. Конструкції одного призначення розрізняють за типорозмірами, конструкції одного типорозміру поділяють на марки, в залежності від різниці в армуванні, наявності монтажних отворів, розміщенні закладних деталей. За внутрішньою будовою вироби можуть бути суцільними і порожнистими, одношаровими - виготовленими з одного виду бетону, та багатошаровими, якщо використано бетони різних видів.
За масою конструкції поділяють на наддрібні (до 50 кг), дрібні (250...1500 кг), середні (1500...3000 кг), грубі (3000...5000 кг) надгрубі (понад 5000 кг). Найбільша маса надгрубих виробів не перебільшує 25 т. За характером армування збірні конструкції поділяють на бетонні неармовані, залізобетонні із звичайною арматурою, попередньо напружені.
Підприємства по виробництву збірних бетонних і залізобетонних виробів класифікуються по об’єму виробництва, номенклатурі продукції, методом організації виробництва. Підприємства складаються з таких цехів: арматурного, бетонозмішувального, формувального, комплектувального, ремонтно-механічного, складів сировини і готової продукції.
Основною механічною характеристикою арматурної сталі є її міцність при розтягу, яка визначається нормативним опором. Для стержневої арматури його беруть залежно від границі текучості; для високоміцного дроту - від умовної границі текучості. Для звичайного арматурного дроту нормативний опір складає 75% тимчасового опору розриву. Пластичні властивості сталі визначаються відносним видовженням при випробуванні її на розрив, а також на згин у холодному стані. Важливою характеристикою арматурної сталі є її здатність зварюватися без зниження механічних властивостей. Добре зварюється арматура класів від А-І до А-VI, Ат-IVC і звичайний арматурний дріт. Не можна зварювати арматуру класів Ат-V, Ат-VI і високоміцний дріт. Фізико-механічні, експлуатаційні та інші властивості сталей залежать від їх хімічного складу, способу переробки. Так на механічній властивості вуглецевих сталей, в основному, впливає вміст у сталі вуглецю. При його збільшенні підвищуються міцність, твердість та зносостійкість сталі, але знижуються пластичність й ударна в’язкість, а також погіршується зварюваність. При введенні легуючих елементів одержують леговані сталі. За хімічним складом ці сталі поділяють на три класи: низьколеговані з загальним вмістом легуючих елементів до 2,5%; середньолеговані - 2,5...10% та високолеговані,які містять більш як 10% таких елементів. Для позначення таких сталей вибрано літерно-цифрову систему. Наприклад, сталь 35 ХНЗН - містить 0,35% вуглецю, 1% Cr, 3% Ni, 1% Mo; сталь 25 Г2С - містить 0,25% вуглецю, 2% Mn та 1% Si. Низьколеговані сталі застосовують для виготовлення будівельних сталевих конструкцій (ферм, мостів, нафто- та газопроводів) та арматури для залізобетонних конструкцій. В залізобетонних конструкціях застосовують дріт і стержні гладкі або періодичного профілю. Ненапружені залізобетонні конструкції, в яких сталь сприймає невеликі напруження, армують простими вуглецевими сталями ( Ст3, Ст5 ) та низьколегованими сталями марок 35ГС, 18Г2С і 25Г2С. Попередньо напружені конструкції армують високоміцними середньо- і високовуглецевими низьколегованими сталями марок 45С, 80С, 35ГС у гарячекатаному або термічно зміцненому стані за допомогою загартування та відпускання. Арматурна сталь може бути гарячекатаною (стержньова) та холоднотягнутою (дротова). За формою сталь випускають круглого, а для покращення зчеплення періодичного профілю. Стержневу арматуру, залежно від механічних властивостей, поділяють на класи: А-І, А-ІІ, А-ІІІ та інші. До арматурних виробів належать: окремі стержні заданих розмірів, арматурні сітки, плоскі арматурні каркаси, просторові арматурні каркаси, монтажні петлі, закладні деталі, арматурні елементи для попереднього напруження. Сітки - це арматурні вироби, що складаються із стержнів одного діаметра. Їх використовують як робочу й монтажну арматуру. Плоскі каркаси складають з повздовжньої арматури, що створює один чи два пояси, і поперечних стержнів, які з¢єднують їх. Плоскими каркасами армують конструкції в площині, перпендикулярній до діючих навантажень. Просторові каркаси складають з робочих, розподільних і монтажних елементів, які становлять повну систему армування конструкцій. Залежно від призначення вони можуть бути прямокутного, квадратного, таврового і круглого перерізів. Монтажні петлі використовують для стропування виробів при транспортуванні і встановлені в робоче положення. Закладні деталі потрібні для з¢єднання збірних залізобетонних елементів між собою. Вони являють собою зварні або штамповані елементи різної конструкції з листового, сортового чи фасонного прокату. Арматурні елементи для попереднього напруження - це окремі стержні або групи стержнів і дротів з анкерними пристроями на кінцях для закріплення після натягання в упорах чи на затверділий бетон. Виробництво арматурних виробів і конструкцій здійснюється, головним чином, в спеціалізованих цехах, які входять в склад залізобетонних заводів. В окремих випадках їх виробництво може бути організоване на централізованих арматурних підприємствах. Радіус обслуговування такого підприємства встановлюється на основі розрахунку техніко-економічних показників. На виготовлення різних арматурних каркасів і виробів, використаних в збірному залізобетоні, витрачається більш 10% прокату, металургійною промисловістю, або 40...50% усієї сталі, використаної у будівництві. Вартість арматури в збірних залізобетонних конструкціях, які використовують у цивільному виробництві складає 20..25% , а в промисловому - 30..35% від загальної вартості виробів і це, не зважаючи на те, що ступінь армування залізобетонних виробів металом складає 1...3%. На виготовлення арматурних конструкцій і їх встановлення витрачається до 25...30% усього часу потрібного для виробництва збірних залізобетонних виробів і конструкцій. Звичайний дріт і катанку діаметром до 14 мм, а також сталь періодичного профілю діаметром до 12 мм на підприємства доставляють у бухтах масою до 1000 кг. Арматурну сталь більших діаметрів доставляють у прутках завдовжки 4...12 м, зв’язаних у пучки масою до 10 т. Арматурну сталь, що надходить на завод, зберігають у неопалюваних приміщеннях, розрахованих на 20...25 - добовий запас. Арматурну сталь, яку доставляють у бухтах, зберігають на спеціальних стелажах і транспортують зі складу до арматурного цеху у вилкових захоплювачах. Стержневу арматуру зберігають на стелажах. Деякі види стержневої арматури мають однаковий профіль. Щоб легше було вибрати необхідну арматуру, кінці стержнів на металургійних заводах фарбують різними кольорами: Ат-ІІІС-білою і синьою фарбою; А-ІV - червоною; Ат-ІVC - білою та жовтою; АТ-IVK - зеленою; А-V - червоною і зеленою; Ат-VK - білою і зеленою; А-VI - червоною і синьою; Ат-VI - жовтою; Ат-VIK - зеленою і чорною. Для виготовлення арматурних елементів арматурну сталь, в разі необхідності, випрямляють, очищають; нарізають стержні, дріт і профільний прокат; гнуть деякі елементи; виготовляють напружувані арматурні елементи (стержні, пучки, пакети) з арматурними пристроями на кінцях. Для випрямлення і розрізання арматурної сталі діаметром 3...14 мм застосовують правильно - відрізувальні автомати з безперервним подаванням і гільйотинними ножами, що забезпечує достатню точність відрізаних прутків. Очищають стержні на верстаках, які мають механізм подачі і сталеві щітки, що швидко обертаються. Застосовують також піскоструйні установки і механізований ручний інструмент із щітками. Якщо неможливо раціонально розрізати стержневу арматуру (коли відходи перевищують 2%), то використовують напівавтоматичні лінії безвідходного заготовлення, на яких виконують стикування стержнів та мірне різання їх. Гнуть арматурні стержні на верстатах, основним робочим органом яких є привідний вал і диск з змінними пристроями, що забезпечують заданий радіус вигину. Заготовляючи попередньонапружені арматурні елементи їх не тільки випрямляють, очищують, ріжуть і стискують зварюванням у батоги, а й утворюють анкерні пристрої на кінцях. У напружених стержнях і дротах найчастіше на кінцях утворюють тимчасові анкери - анкерні головки. На стержнях з гарячекатаної арматурної сталі діаметром до 40 мм анкерні головки утворюють гарячим осадженням кінця стержня на стискових електрозварювальних апаратах. При виготовленні плоских сіток і каркасів, застосовують контактне точкове зварювання, а для стержнів великих діаметрів (30...40мм) - електродугове зварювання. Залежно від тривалості зварювання, сили й густини зварювального струму розрізняють м¢який і жорсткий режими зварювання. М¢який режим характеризується порівняно тривалим проходженням струму (від 0,5 до кількох секунд), силою струму (4...8)´10 А і густиною струму (8...12)´10А/м. Жорсткий режим доцільніший у техніко-економічному відношенні, відрізняється короткою тривалістю зварювання (0,01...0,5) с, при силі струму (8...20)´10А і густині струму (12...30)´10А/м. Арматуру з маловуглецевої сталі можна зварювати при жорстких і м¢яких режимах зварювання, для низьколегованих сталей, зварюваність яких дещо гірша, ніж маловуглецевих, рекомендують м¢які режими.