При центрифугировании уплотнение бетонной смеси происходит при вращении формы-ротора с равномерно распределенным слоем бетонной смеси. При этом возникает центробежное давление, под действием которого частицы твердой фазы сепарируют по крупности и сближаются, что сопровождается отжатием воды со взвешенными в ней диссоциированными ионами и высокодисперсными фракциями цемента.
Прессующее давление от центробежной силы распределяется по толщине стенки изделия кольцевого сечения неравномерно — от минимума на внутренней до максимума на наружной поверхности изделия. Следовательно, частицы большей массы располагаются дальше от центра вращения, а вода, как более легкий компонент, отжимается внутрь изделия.
Пористость бетона и остаточное водоцементное отношение (В/Ц)ост уменьшаются по мере удаления от центра вращения. Наиболее полное отжатие и уплотнение происходит у наружной поверхности изделия; в средней его части имеется много микроканалов, служащих путями фильтрации воды, заплывающих вследствие некоторого разжижения цементного теста по мере приближения к внутренней поверхности изделия. Для улучшения структуры бетона рекомендуют уплотнение двух—четырех последовательно наращиваемых слоев. »
Интенсивность вибрирования для большинства бетонных смесей, используемых в производстве сборного железобетона, изменяется от 80 до 300 см2-с3. Частота и амплитуда колебаний должны быть согласованы друг с другом так, чтобы обеспечить при вибрировании незатухающие колебания частиц. Зная оптимальную интенсивность колебаний для каждой смеси, можно определить предельную амплитуду, соответствующую различным частотам, при которых достигается наилучшее уплотнение бетонной смеси.
Амплитуду колебаний принимают в зависимости от размеров крупного заполнителя бетонной смеси. С уменьшением крупности заполнителя амплитуда должна уменьшаться при соответствующем увеличении частоты колебаний.
При крупности заполнителя 40; 30 и 10 мм оптимальная частота соответственно равна 33; 50 и 100 Гц. Для мелкозернистых бетонных смесей оптимальная частота колебаний — 133 Гц.
Продолжительность вибрирования зависит от интенсивности колебаний и жесткости бетонной смеси. С увеличением интенсивности продолжительность уплотнения уменьшается и, наоборот, при уменьшении — увеличивается. Соотношение между интенсивностью и продолжительностью вибрирования подвижных и малоподвижных смесей может быть выражено эмпирической зависимостью где k — величина, зависящая от консистенции смеси; при жесткости 10 ... 300 с k=2. »
Для плавного отпуска натяжения арматуры при изготовлении предварительно-напряженных железобетонных конструкций применяют клиновые, песочные и винтовые устройства, поворотные упоры и другие приспособления.
Клиновые устройства устанавливают с одной стороны упоров стенда между упором и зажимом, до начала натяжения арматуры; при этом перемещающийся клин удерживается в исходном положении тормозным устройством. При отпуске натяжения перемещающийся клин с помощью гайки вытягивается вверх, и усилия плавно передаются с упоров на бетон.
Песочные устройства служат для одновременного плавного отпуска натяжения пакетов проволок на стендах, а также для отпуска натяжения стержневой арматуры в силовых формах. Песочные устройства устанавливают на стендах между упорами и подвижными траверсами. При изготовлении конструкций в силовых формах песочные устройства размещают в силовом поддоне, создавая возможность плавного перемещения его торцовых частей с упорами к середине поддона.
Песочное устройство представляет собой цилиндр с крышкой, заполненный песком. Нагрузка от натяжения передается на крышку-поршень цилиндра, песок сжимается и препятствует смещению крышки-поршня до тех пор, пока закрыто отверстие в стенке цилиндра. При отпуске натяжения отверстие открывают, песок начинает вытекать из цилиндра, крышка-поршень получает возможность углубляться внутрь цилиндра и натяжение арматуры передается на бетон. Песочные устройства наполняют сухим песком крупностью 0,2 мм перед каждым натяжением арматуры. Для повышения надежности их следует защищать от увлажнения и замораживания. »
В зависимости от принятой технологии, вида изделия и класса арматуры могут быть приняты следующие способы передачи усилий обжатия на бетон: одновременный отпуск натяжения всех арматурных элементов изделия домкратом после предварительной вытяжки свободных концов арматуры для освобождения упорных устройств; поочередный отпуск натяжения отдельных элементов или их групп с помощью домкратов, специальных устройств, а также путем предварительного разогрева свободных концов арматуры и перерезания их газовым пламенем, электродугой и т. п.
Различают плавный и неплавный режимы передачи напряжения на бетон. Одновременный плавный отпуск натяжения создает наилучшие условия для обжатия бетона. Неплавный отпуск натяжения ухудшает сцепление арматуры с бетоном вблизи торцов конструкции, вследствие чего увеличивается длина участка анкеровки: для проволоки — в полтора, для прядей — в два раза.
При поочередном отпуске натяжения арматуры происходит перераспределение усилий и деформаций, нарушается сцепление арматуры с бетоном в концевых участках изделия, вследствие чего снижается трещиностойкость и несущая способность конструкций.
Работа предварительно-напряженных железобетонных конструкций характеризуется последовательными стадиями, отражающими состояние элемента при его изготовлении и загружении внешними силами.
При изготовлении конструкций с напряжением арматуры до бетонирования на упоры форм или стендов можно выделить семь стадий:
I. Стержень не имеет внутренних напряжений. П. Стержень натянут силой No и закреплен в упорах; напряжения в арматуре достигли предельного значения предварительного напряжения. Элемент забетонирован, идет тепловлажностная обработка бетона; 0О уменьшается вследствие потерь от релаксации напряжений в стали, податливости зажимов арматуры и температурных изменений при прогреве, деформации форм, быстронатекающей ползучести бетона до величины а'о (первые потери).
IV. Арматура отпущена с упоров после достижения бетоном необходимой прочности.
V. Произошли деформации от усадки и ползучести бетона: арматура укорачивается и теряет еще часть напряжений (вторые потери).
VI. К элементу приложена внешняя нагрузка, напряжения в растянутой зоне бетона уменьшились почти до нуля. Арматура при этом удлиняется, и растягивающие напряжения в ней возрастают до значений. Нагрузка возросла до величины, при которой в бетоне появляются трещины. В растянутой зоне сечения возникли предельные
напряжения растяжения бетона.
При изготовлении конструкций с натяжением арматуры на затвердевший бетон отмечается пять стадий состояния изготовляемого железобетонного элемента. »
Машинные масла, керосин, петролатум и смеси из них составляют самостоятельную группу смазок. Наиболее употребительны автол, соляровое, веретенное и отработанное масла, а также их смеси с керосином в соотношении 1 : 1 по массе.
Широко применяется смазка из солярового масла, солидола и золы (или извести-пушонки) с соотношением 1:0,5:1,3 по массе, которая обеспечивает беспрепятственное распалубливание. Смазка приготовляется смешиванием жидкого солидола и солярового масла при температуре 60°С с последующим добавлением золы ТЭЦ или извести-пушонки. Во время пропаривания изделий соляровое масло почти полностью улетучивается, и между бетоном и формой остается порошкообразная прослойка, легко сметаемая с поверхности форм и изделий.
Хорошие результаты дает смазка из солярового масла, солидола и автола, взятых в соотношении 1:1:1, стеарино-керосиновая смазка состава 1:3, парафино-керосиновая смазка состава 1:3 и др. Однако применение этих смазок ограничено высокой стоимостью материалов.
В настоящее время из консистентных смазок для смазывания ребер, выступов, углов при вертикальном формовании в кассетных формах в основном применяется солидол. Его можно заменить смазкой ОЭ-2.
Петролатумно-керосиновая смазка в течение ряда лет применяется на многих заводах страны. Смазка дает малое сцепление бетона с поверхностью формы, не оставляет пятен на поверхности бетона, состоит из недефицитных дешевых материалов; не расслаивается при хранении, ее можно применять при низких температурах (на открытых полигонах). »
Значительная доля себестоимости сборного железобетона и затрат труда на его производство приходится на изготовление арматуры.
Правильный выбор, разработка и обоснование технологии, соответствующей условиям того или иного производства, во многом предопределяют технико-экономические показатели предприятия.
Технологические процессы изготовления арматурных изделий проектируют как при разработке новых линий, цехов и заводов, так и в процессе эксплуатации действующих производств при освоении новой продукции, изменении условий производства, разработке методов интенсификации процессов и обосновании реконструкции предприятия.
Процесс изготовления арматурных изделий состоит из следующих последовательно выполняемых этапов: разгрузки, складирования и хранения арматурной стали на складе; транспортирования арматурной стали в цех; заготовки арматурной проволоки и стержней; изготовления плоских арматурных сеток и каркасов, закладных деталей, пространственных арматурных каркасов; транспортирования готовых арматурных элементов к постам армирования.
На обработку стали и заготовительные операции приходится примерно 30...40% общих затрат труда. Сварка сеток и каркасов — наиболее трудоемкая операция: она составляет от 37 до 55% общих трудозатрат. При применении многоэлектродных сварочных машин затраты труда снижаются до 25 чел. на 1 т изделий. Много времени (12—25%) занимает доработка изделий: вырезка отверстий в сетках, приварка дополнительных стержней, петель, закладных деталей и т. д. »
Армирование железобетонных конструкций — ответственная стадия производства, от качества выполнения которой зависят несущая способность и долговечность изготовляемых изделий.
При проектировании железобетонных конструкций выбираются размеры, определяющие положение арматуры в бетоне. Расстояние между арматурными элементами назначают так, чтобы между ними проходила и хорошо уплотнялась бетонная смесь, а также обеспечивалось надежное сцепление арматуры с бетоном. Особое внимание уделяют правильному назначению толщины защитного слоя бетона, покрывающего арматуру и создающего вокруг нее щелочную среду, препятствующую развитию коррозии стали.
Защитный слой играет большую роль в обеспечении огнестойкости конструкций.
Правильное положение арматуры в бетоне обеспечивается фиксацией арматуры в форме перед бетонированием. Способы фиксации можно условно разделить на две группы: 1) закрепление арматуры в форме инвентарными устройствами, которые извлекают для повторного применения, и 2) с помощью устройств разового использования.
При формовании изделий в горизонтальном положении применяют инвентарные прутковые фиксаторы в виде стержня диаметром, равным толщине защитного слоя. Прутковые фиксаторы пропускают через отверстия в бортах формы у самого поддона в двух местах по длине формы. Продолжительность установки и извлечения таких фиксаторов — 30 с. »
Арматурная сталь, поступающая на предприятия сборного железобетона, должна иметь заводской сертификат с указанием ее вида, класса и номера ГОСТа. Если сталь не имеет сертификата, необходимо ее испытать в соответствии с требованиями ГОСТ 1204—66 и по полученным характеристикам определить класс стали.
Не допускается армировать сборные железобетонные конструкции сталью, покрытой отслаивающейся ржавчиной или окалиной, а также маслом и краской. Арматурную сталь нужно хранить в штабелях на прокладках или стеллажах, рассортировав по партиям, маркам и диаметрам; на бухтах и пачках следует сохранять заводские бирки.
Контроль изготовления арматурных изделий имеет большое значение, так как в готовых железобетонных конструкциях проверить качество арматуры очень трудно, а устранить допущенные неточности невозможно. Арматурные изделия должны быть изготовлены в полном соответствии с требованиями рабочих .чертежей, указаний ГОСТов и технических условий.
Основным нормативным документом по арматурным изделиям является ГОСТ 10922—75, который регламентирует технические требования и методы испытания сварной арматуры для железобетонных конструкций, состоящие в общем из следующих процессов: проверки качества и диаметров применяемой стали; контроля габаритных размеров сеток и каркасов; проверки правильности расположения закладных деталей; оценки качества сварных соединений. »
Закладные детали, устанавливаемые в изделии при его изготовлении, служат для соединения сборных железобетонных конструкций при монтаже. На 1 м3 сборных конструкций в среднем расходуется 8 кг металлических закладных деталей, а для некоторых типов колонн и ригелей — до 90 кг.
В сборных железобетонных конструкциях следует применять преимущественно унифицированные закладные детали, состоящие из элементов профильного проката и анкерных стержней, соединенных электросваркой.
Для плоских элементов используют горячекатаную листовую, полосовую, уголковую или фасонную сталь марки СтЗ группы Б или В, хорошо свариваемую; для анкерных стержней — арматурную сталь, отвечающую требованиям ГОСТ 5781—75.
Предварительная обработка и заготовка элементов закладных деталей состоит из операций, последовательно выполняемых на специализированных постах. Этот технологический процесс включает очистку, резку и изгиб анкерных стержней и листового металла, выполнение отверстий в заготовках, тавровых и нахлесточных соединений, резьбы в фиксирующих устройствах, штамповку рельефов. »
основано на максимальном применении контактной точечной сварки и серийного сварочного оборудования, гибочных машин для гнутья элементов каркаса, специальных кондукторов-манипуляторов.
Для сварки пространственных каркасов квадратного или круглого сечения созданы специальные полуавтоматические каркасно-навивочные машины СМЖ-331, СМЖ-332, СМЖ-П7А и СМЖ-165, в которых сталь для распределительной арматуры (в виде спирали или хомутов) поступает с бухт автоматически, а продольную рабочую арматуру заготавливают на правильно-отрезных автоматах и подают отдельно.
На базе многоэлектродной сварочной машины АТМС-14X75-7-2 созданы линии изготовления пространственных арматурных каркасов для панелей стен и плоских плит перекрытий (И-12ВМ-1, И-19ВМ-1). В машине между верхним и нижним рядами электродов установлены промежуточные качающиеся электроды. Два ряда продольных стержней, поступающих в машину с бухт, располагают сверху и снизу среднего ряда электродов и сваривают с поперечной арматурой, которую подают под электроды в виде заготовленных двухстержневых плоских каркасов шириной, равной высоте пространственного каркаса.
Применение гибочных станков позволяет сваривать заготовки для пространственных каркасов в виде плоских сеток и каркасов, а затем производить нужные отгибы. Станок СМ-516А с гидравлическим приводом изгибает каркасы длиной до 3,5 м, обеспечивая предельный угол отгиба в 105°. Станки типа СМЖ-355 с пневматическим приводом изгибают каркасы длиной до 9 м на угол 135°. »
Арматурные элементы для сборных железобетонных конструкций можно разделить на сетки, плоские и пространственные каркасы, элементы для предварительного натяжения и закладные детали.
Сетки — это арматурные элементы из проволоки одинакового диаметра; они применяются как монтажная арматура (например, верхняя сетка пустотных и ребристых плит).
Плоские каркасы выполняют из рабочих и распределительных стержней, используя их как несущие элементы. Плоские каркасы обеспечивают полную систему армирования конструкций в плоскости, перпендикулярной к действующим нагрузкам.
Пространственные каркасы выполняют из рабочей, распределительной и монтажной арматуры, обеспечивающей полную систему армирования конструкций. Пространственные каркасы могут быть прямоугольного, квадратного, таврового и круглого сечения для армирования колонн, прогонов, балок, труб, опор и других видов конструкций.
При изготовлении сеток и каркасов применяют, главным образом, контактную стыковую и точечную сварку, и только для стержней больших диаметров используется электродуговая сварка.
Контактной точечной электросваркой соединяют узлы сеток и каркасов, состоящие из двух-трех пересекающихся под углом 60 ... ... 90° стержней. Высокое качество сварных соединений обеспечивается правильным выбором основных параметров режима сварки: силы сварочного тока, продолжительности процесса, усилия сжатия электродов. »
Заготовка арматурной проволоки и стержней заключается в резке их по требуемым размерам, гнутье отгибов, а также высадке анкерных головок на концах стержней при применении их в предварительно-напряженных конструкциях.
Современное заводское оборудование позволяет во многих случаях совмещать заготовку арматуры с операциями по предварительной обработке стали. Так, автоматические правильно-отрезные станки производят одновременно размотку бухт, правку, очистку и резку арматурной стали на прутки заданных размеров.
В настоящее время около 25% общего объема арматурной стали для сборного железобетона составляет сталь диаметром от 3 до 16 мм, поставляемая на заводы в мотках. Для правки и резки такой стали применяются правильно-отрезные станки с непрерывной подачей арматуры и вращающимися ножами (С-338А, СМЖ-142), а также цикличной подачей и гильотинными ножами (СМЖ-357, И-6118, И-6022, ИО-35Б и ИАО-35Е).
Арматура тянущими роликами сматывается с бухты, проходит через правильный барабан, где выпрямляется правильными плашками и одновременно очищается; затем отмеренная длина отрезается. »
Арматурные стали должны обладать достаточной пластичностью, что предопределяется не только условиями работы железобетонных конструкций под нагрузкой, но также условиями механизированной заготовки арматуры. При низких пластических свойствах холоднотянутой арматуры возникает возможность ее хрупкого излома при намотке и натяжении навивочными машинами.
Пластические свойства арматурной стали характеризуются относительным удлинением при ее испытании на разрыв, а также испытанием на загиб в холодном состоянии. Пластические свойства мягких сталей выше, чем твердых.
Важной характеристикой арматурной стали является ее способность свариваться без снижения механических свойств. К хорошо свариваемым относятся горячекатаные стали с малым содержанием углерода СтЗ, Ст5 и 10ГТ. Низколегированные стали 25Г2С, 35ГС, 20ХГ2Ц, 20ХГСЦ, 23Х2Г2Т относятся к удовлетворительно свариваемым, 80С — к несвариваемым. Термически упрочненные стали Ат-IV, AT-V, AT-VI ограниченно свариваемы, так как высокая температура и окисление при сварке приводят к разупрочнению, а в некоторых случаях к повышению хрупкости стали. Холоднотянутая обыкновенная проволока класса B-I относится к ограниченно свариваемым, а высокопрочная проволока класса В-П — к несвариваемым сталям. »
Бетон является хрупким анизотропным материалом, плохо сопротивляющимся растяжению и изгибу. Для восприятия растягивающих напряжений бетон армируют, наиболее широко используя сталь. Это обусловлено, во-первых, тем, что сталь имеет достаточное сцепление с бетоном, обеспечивающее возможность рационального распределения нагрузки между этими материалами; во-вторых, температурные коэффициенты линейного расширения стали и бетона близки по величине (для стали a«=(12 ... 13)10~6, для бетона at = (7 ... 14), что сводит к минимуму внутренние напряжения в зоне контакта при изменении температуры, и, в-третьих, бетон надежно защищает сталь от коррозии.
В настоящее время наряду с экономией стали в строительстве, снижением металлоемкости конструкций ведется интенсивный поиск путей замены стальной арматуры в бетоне арматурой из стеклянных, базальтовых, синтетических и других волокон. »