книги / Строительные материалы

обработка насыщенным водным' паром в специальных герметизированных камерах при температуре 90—100 °С или под давлением в автоклавах на заводах, изготовля­ ющих бетонные изделия.

Прочность бетона, твердеющего при температурах 5—35 °С, может быть приблизительно определена по табл. 7.4, полученной опытным путем С. А. Мироновым.

2, Основные требования к бетону и бетонированию в зимних условиях

Бетон, укладываемый зимой, должен зимой же при­ обрести прочность, достаточную для распалубки, частич­ ной нагрузки или даже для полной загрузки сооружения.

Замерзание бетона в раннем возрасте влечет за со­ бой значительное понижение его прочности после оттаи­ вания и в дальнейшем по сравнению с нормально твер­ девшим бетоном. Это объясняется тем, что свежий бетон насыщен водой, которая при замерзании расширяется, разрывает связи между поверхностью заполнителей и мало затвердевшим цементным камнем. Прочность бе­ тона, как было показано на рис. 7.8, тем ближе к нор­ мальной, чем позднее он был заморожен. Кроме того, из-за раннего замораживания значительно уменьшается сцепление бетона со стальной арматурой в железобе­ тоне.

При любом способе производства бетонных работ бе­ тон следует предохранять от замерзания до приобрете­ ния им минимальной (критической) прочности, которая обеспечивает необходимое сопротивление давлению льда и в последующем при положительных температурах спо­ собность к твердению без значительного ухудшения ос­ новных свойств бетона (табл. 7.5).

При применении быстротвердеющего высокопрочного цемента необходимое время выдерживания сокращается примерно в 1,5 раза. Если к бетону предъявляются высо­ кие требования по динамическим свойствам, водонепро­ ницаемости и морозостойкости, то его следует предохра­ нять от замерзания до достижения марочной прочности, так как замораживание при минимальной прочности, не сказываясь заметно на прочности бетона при сжатии, может несколько нарушить структуру и ухудшить его особые свойства.

Т А Б Л И Ц А 7.5. МИНИМАЛЬНАЯ ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА
К МОМЕНТУ ЕГО ЗАМЕРЗАНИЯ
	Минимальная		Примерное			Минимальная		Примерное
Марка	прочность,		время выдер­		Марка	прочность,		время выдер­
	нс менее		живания бето­			не менее		живания бето­
бетона			на на порт­		бетона			на на порт­
	% от	МПа	ландцементе			% от МПа		ландцементе
			при 15—20 °С					при 16—2U°С
	Я,*		сут					сут
М 100	60	5	5 - 7		М 400	30	12	1,5—2
М 200	40	7	3 - 5		М 500	25	12,5	1—2
М 300	35	10	2—2,5
При	бетонировании			зимой необходимо				обеспечить
твердение бетона в теплой и влажной							среде	в течение
срока,	устанавливаемого			в	зависимости от заданной

прочности. Это достигается двумя способами: первый — использованием внутреннего запаса теплоты бетона; второй — дополнительной подачей бетону теплоты извне, если внутренней недостаточно. Способы зимнего бетони­ рования разработаны и широко внедрены в практику строительства специалистами данной области С. А. Ми­ роновым, В. Н. Сизовым, И. Г. Соваловым и др.

При первом способе необходимо применять высоко­ прочный и быстротвердеющий портландцемент. Кроме

того рекомендуется использовать	ускоритель	твердения
цемента — хлористый кальций,	уменьшать	количество

воды в бетонной смеси, вводя в нее пластифицирующие и воздухововлекающие добавки, и уплотнять ее высоко­ частотными вибраторами. Все это дает возможность ус­ корить твердение бетона при возведении сооружений и добиться того, чтобы бетон набрал достаточную прочность перед замораживанием.

Внутренний запас теплоты в бетоне создают путем подогрева материалов, составляющих бетонную смесь; кроме того, в твердеющем бетоне теплота выделяется при химической реакции, происходящей между цемен­ том и водой (экзотермия цемента).

В зависимости от массивности конструкций и темпе­ ратуры наружного воздуха подогревают только воду для бетона либо воду и заполнители (песок, гравий, щебень). Воду можно подогревать до 90 °С, заполнители — до 40 °С, цемент не подогревают. Требуется, чтобы темпера­ тура бетонной смеси при выходе из бетоносмесителя бы­ ла не выше 30 °С, так как при более высокой температу­

ре она быстро густеет. Загустевание, т. е. потеря подвиж­ ности бетонной смеси, затрудняет укладку, а добавлять воду нельзя, так как вода понижает прочность бетона. Минимальная температура бетонной смеси при укладке в массивы должна быть не ниже 5°С, а при укладке в тонкие конструкции — не ниже 20 °С.

В последнее время применяют новый способ — электроподогрев смеси в специальном бункере непосред­ ственно перед укладкой в конструкцию. В этом случае электрический ток пропускают через смесь и разогре­ вают ее до 50—70 °С. Разогретую смесь надо сразу же укладывать и уплотнять, так как она быстро густеет.

В процессе твердения бетона, цемент выделяет значи­ тельное количество теплоты, зависящее от состава и тон­ кости помола цемента, температуры бетона и срока твер­ дения. Теплота выделяется, главным образом, в первые 3—7 дней твердения. Чтобы сохранить ее в бетоне на оп­ ределенный срок, необходимо покрыть опалубку и все открытые части бетона хорошей изоляцией (мине­ ральной ватой, шевелином, опилками и т. д.), толщина которой определяется теплотехническим расчетом.

Описанный выше способ зимнего бетонирования час­ то называют способом термоса, так как подогретая бе­ тонная смесь твердеет в условиях теплоизоляции. При­ менение данного способа рационально, если теплота, необходимая для его первоначального твердения, сохра­ няется в бетоне по крайней мере 5—7 сут. Это возможно только при массивных или тщательно изолированных средних по толщине конструкциях. У таких конструкций отношение охлаждающейся поверхности бетона к его объ­ ему, так называемый модуль поверхности, обычно быва­ ет не более 6.

Конструкции, более тонкие или со слабой теплоизо­ ляцией, а также возводимые при очень сильных морозах, должны бетонироваться с подачей теплоты извне. Суще­ ствуют следующие три разновидности этого способа.

Обогрев бетона паром, пропускаемым между двойной опалубкой, окружающей бетон, или по трубкам, находя­ щимся внутри бетона, или по каналам, вырезанным с внутренней стороны опалубки. Обычная температура пара 50—80 °С. При этом бетон твердеет быстро, дости­ гая в течение 2 сут такой прочности, которую он набира­ ет за 7 сут нормального твердения.

Электропрогрев бетона, осуществляемый с помощью переменного тока. Для этого стальные пластинки-элект­ роды, соединенные с электрическими проводами, укла­ дывают сверху или с боковых сторон конструкции бето­ на в начале его схватывания или закладывают в бетон продольные электроды, или вбивают короткие стальные стержни для присоединения проводов. После затверде­ ния бетона выступающие концы-этих стержней срезает. Пластинчатые электроды применяют, главным образом, для подогрева плит и стен, продольные электроды и по­ перечные короткие стержни — для балок и колонн.

В начале прогрева обычно подается ток низкого на­ пряжения (50—60 В), получаемый путем трансформи­ рования обычного тока напряжением 220 В. Свежеуложенный бетон при пропускании тока разогревается и затвердевает. По мере затвердевания бетона его элек­ трическое сопротивление возрастает и напряжение прихо­ дится повышать. Нагревать бетон следует медленно, что­ бы избежать его высушивания и появления в нем тре­ щин, (температуру надо повышать не более чем на 5°С/ч) и доводить температуру бетона до 60°С. При этих условиях бетон в течение 36—48 ч твердения наби­ рает прочность не меньшую, чем за 7 дней нормального твердения. Для сокращения продолжительности прогре­ ва бетона используют быстротвердеющие цементы и хи­ мические добавки — ускорители твердения.

При бетонировании массивных сооружений зимой целесообразно применять электропрогрев только поверх­ ностного слоя бетона и углов сооружения (так называе­ мый периферийный электропрогрев), чтобы предохра­ нить его от преждевременного замерзания.

Обогрев воздуха, окружающего бетон, производится следующим образом: устраивают фанерный или брезен­ товый тепляк, в котором устанавливают временные печи, специальные газовые горелки (при этом нужно строго соблюдать противопожарные правила), воздушное ото­ пление (калориферы) или электрические отражательные печи. В тепляках ставят сосуды с водой, чтобы создать влажную среду для твердения, или поливают бетон. Этот способ дороже предыдущего и применяется при очень низких температурах, при малых объемах бетони­ рования, а также при отделочных работах.

Кроме описанных выше способов зимнего бетониро­ вания, требующих подогрева составляющих бетона или

Температура тверде­			Содержание безводной соли,			% массы цемента
ния бетона,		°С до	NaCl + CaClj	|	NaN03	\|	К,СО,
—	5		3 + 0 ИЛИ 0-|-3		4— 6		5—	6
—	10		3 , 5+ 1,5		6 - 8		6 - 8
— 15			3 , 5+ 4 ,5		8 - 1 0		8— 10
—	20		—		—		10—	12
- 2 5			—		—		12—	15

самого бетона, применяется холодный способ зимнего бетонирования, при котором материалы не подогрева­ ются, но в воде для приготовления бетона растворя­ ют большое количество солей: хлористого кальция СаС12, хлористого натрия NaCl, нитрита натрия NaN03, поташа К2СО3. Эти соли снижают точку замерзания воды и обес­ печивают твердение бетона на морозе (хотя и очень мед­ ленное). Количество соли, добавляемое в бетон, зависит от ожидаемой средней температуры твердения бетона (табл. 7.6).

Бетонная смесь с добавкой поташа быстро густеет и схватывается, в результате ее труднее укладывать в опа­ лубку. Чтобы сохранить удобоукладываемость бетонной смеси с поташом, в нее добавляют сульфитно-дрожже­ вую бражку или мылонафт.

При приготовлении бетонной смеси с противоморозными добавками можно использовать холодные запол­ нители, укладывать бетонную смесь с температурой до —5°С. Прочность бетона на портландцементе с добавка­ ми, твердеющего на морозе, может быть определена

ориентировочно по табл. 7.7.		натрия	при температуре
Бетон с добавкой нитрита
—5°С твердеет медленнее,	а	при температуре		ниже
— 10°С почти так, как и бетон с хлористыми солями.
Зимнее бетонирование с применением противомороз-
ных добавок — простой и экономичный			способ. Однако
большое количество соли,	вводимой		в бетон,	может

ухудшить структуру, долговечность и некоторые другие свойства. При эксплуатации конструкции во влажных условиях возможна коррозия арматуры под действием хлористых солей (нитрит натрия и поташ коррозии не вызывают). Кроме того, образующиеся в процессе твер-

	Температура	Прочность, %, от /?2; при тверде­
Добавка		нии на морозе через
	твердения
	бетона. °С	7 сут	| 14 сут	28 сут
Хлористые соли	| —5	35	65	80
	— 10	25	35	45
	11 — 15	15	25	35
	—5	50	65	75
	— 10	30	50	70
Поташ	— 15	25	40	60
	—20	22	35	55
	—25	20	30	50

дения бетона с добавками едкие щелочи могут вступить в реакцию с активным кремнеземом, содержащимся в некоторых заполнителях, и вызвать коррозию бетона.

Поэтому бетон с противоморозными добавками не ре­ комендуется применять в ответственных конструкциях, в бетонных конструкциях, предназначенных для эксплуата­ ции во влажных условиях при наличии реакционноспо­ собного кремнезема в зернах заполнителя, а бетон с хло­ ристыми солями — в железобетонных конструкциях.

Г Л А В А 8. СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ И КОНСТРУКЦИИ

§1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

1.Понятие о железобетонных изделиях

иих классификация

Железобетоном называют материал, в котором соеди­ нены в единое целое стальная арматура и бетон. Появле­ ние железобетона было вызвано тем, что бетон имеет низкую прочность при растяжении и из него нельзя из­ готовлять конструкции, работающие при больших рас­ тягивающих напряжениях. В железобетоне арматуру располагают так, чтобы она воспринимала растягиваю­ щие усилия, а сжимающие усилия передавались на бе-

той. Это обеспечивает высокую прочность материала при сжатии и растяжении. Совместная работа арматуры и бетона обусловливается хорошим сцеплением между ни­ ми и приблизительно одинаковыми температурными ко­ эффициентами линейного расширения. Бетон предохра­ няет арматуру от коррозии.

Широкое применение в строительстве получили сбор­ ные железобетонные детали и конструкции, изготовляе­ мые на заводах или полигонах и доставляемые на строй­ ки в готовом виде, а также монолитные конструкции, возводимые непосредственно на строительной площадке. В нашей стране создана самая мощная в мире промыш­ ленность сборного железобетона, выпускающая в год более 130 млн. м3 различных видов изделий и конструк­ ций.

Широкое применение сборного железобетона повыси­ ло производительность труда в строительстве более чем в три раза. Это было достигнуто благодаря тому, что при­ менение крупноразмерных железобетонных элементов по­ зволило основную часть работ по возведению зданий и сооружений перенести на завод с высокомеханизирован­ ным технологическим процессом.

Сборные железобетонные детали отличаются высо­ ким качеством и долговечностью, не требуют специально­ го ухода во время эксплуатации; их использование уско­ ряет строительство, уменьшает его трудоемкость, сокра­ щает расход леса, так как отпадает необходимость в устройстве подмостей, опалубки, и металла (по сравне­ нию со стальными конструкциями); упрощает производ­ ство работ в зимний период. Однако сборные железобе­ тонные изделия отличаются значительным весом и раз­ мерами, что требует специализированного транспорта при их перевозке и грузоподъемных средств при монта­ же. Снижение веса сборных железобетонных деталей — важная научно-техническая задача.

Сборные железобетонные изделия классифицируют по виду армирования, плотности и виду бетона, внутрен­ нему строению, назначению и области применения.

По виду армирования различают изделия с обычным армированием и предварительно напряженным. В стро­ ительстве пока широко используют изделия с обычным армированием, но с каждым годом расширяется приме­ нение предварительно напряженных изделий.

Армирование бетона стальными стержнями, сетками

и.каркасами не предохраняет конструкции, работающие на изгиб или. растяжение, от образования трещин, так как предельная растяжимость бетона в 5—6 раз меньше, чем стали. Поэтому в обычном железобетоне задолго до разрушения появляются трещины и возникает опасность коррозии арматуры под действием влаги и газов. Это часто не позволяет использовать полностью несущую способность арматуры, делает нерациональным примене­ ние арматуры из высокопрочной проволоки.

В предварительно напряженном железобетоне арма-• туру предварительно растягивают, а после изготовления конструкции и затвердения бетона ее освобождают от натяжения. При этом арматура сокращается и вызывает сжатие бетона. В результате предельная растяжимость бетона в конструкции под действием эксплуатационной нагрузки как бы увеличивается, так как деформации от предварительного сжатия суммируются с деформациями растяжения. Предварительное напряжение арматуры не только предупреждает появление трещин в бетоне растя­ нутой зоны конструкции, но позволяет сократить расход арматуры, используя высокопрочные сталь и бетон, сни­ зить вес железобетонных конструкций, повысить их трещиностойкость и долговечность.

В зависимости от проектных требований железобе­ тонные изделия изготовляют из бетонов разной плотнос­ ти: тяжелого, облегченного, легкого и особо легкого. Для элементов каркаса зданий используют детали из тяжело­ го бетона, для ограждающих конструкций — из легкого бетона. Для изготовления железобетонных изделий ис­ пользуют различные виды бетона: цементные тяжелые и легкие бетоны, силикатные, ячеистые, химически стойкие, декоративные и другие виды бетонов. Разнообразие при­ меняемых в строительстве бетонов позволяет выпус­ кать сборные железобетонные изделия и конструкции самого различного назначения.

По внутреннему строению железобетонные изделия могут быть сплошными, пустотелыми и комбинирован­ ными, включающими элементы из других материалов. Изделия могут состоять из одного вида бетона — одно­ слойные, из различных видов бетона — многослойные. В, последнем случае иногда также применяют сочетание бетона с другими материалами, например теплоизоляционными.или отделочными.

Железобетонные изделия одного вида могут вклю-

чать несколько типоразмеров, например стеновой блок может быть основной, угловой, подоконный и т. д. Изде­ лия одного типоразмера в зависимости от армирования, различия в закладных деталях и монтажных отверстиях подразделяются на марки.

По назначению сборные железобетонные изделия де­ лят на изделия: для жилых, общественных, промышлен­ ных зданий, для сооружений сельскохозяйственного и гидротехнического строительства. Они должны быть ти­ повыми, что позволяет организовать их массовое произ­ водство, и унифицированными, что обеспечивает возмож­ ность их применения в зданиях и сооружениях различно­ го назначения.

Изделия должны иметь максимальную степень за­ водской готовности. Комбинированные или составные изделия должны выпускаться в законченном, собранном и полностью укомплектованном виде, например панели ограждающих конструкций поставляют на строительную площадку со вставленными оконными блоками, с гото­ вой наружной отделкой и внутренней поверхностью стен, подготовленной под оклейку обоями.

Высокая степень готовности достигается при примене­ нии объемных элементов, каждый из которых представ­ ляет собой готовую комнату, часть квартиры или сани­ тарный узел. На заводах в специальных машинах фор­ муют объемные элементы, затем выполняют отделочные работы, устанавливают окна и двери, производят мон­ таж электро- и санитарно-технического оборудования. Работы на строительной площадке сводятся к установке блоков и соединению инженерных сетей.

2. Арматура

Арматурой называют стальные стержни или каркасы и сетки, расположенные в массе бетона в соответствии с характером работы конструкции.

Для армирования железобетонных конструкций при­ меняют стержневую и проволочную арматурную сталь (рис. 8.1). Стержневая арматура подразделяется на го­ рячекатаную, не подвергаемую после проката упрочня­ ющей обработке, и упрочненную термической обработкой или вытяжкой. В зависимости от основных механических характеристик стержневая арматурная сталь раделяется на классы (табл. 8.1). Ведущим показателем каждого

Рис. 8.1. Виды арматуры

а — гладкая стержневая; б — гладкая проволочная; в — горячекатаная перио* дического профиля; г — проволочные пряди; д — холодносплющенная

класса является значение минимального предела теку­ чести стали, которое считается нормативным сопротив­ лением арматуры. Принятые обозначения классов стер­ жневой арматуры (А) дополняются индексами для ука-

Т А Б Л И Ц А 8.1. ХАРАКТЕРИСТИКА СТЕРЖНЕВОЙ АРМАТУРНОЙ СТАЛИ

Класс арматурной	Предел	Временное	Относитель­	Диаметр
			ное удлине­
стали	текучести,	сопротивление,	ние после	стержней,
	МПа	МПа	разрыва, %	мм
А-Н	235	375	25	6—40
А-Н	295	490	19	8—80
Ас-Н	295	440	25	10—32
А-Ш	390	590	14	6—40
Ат-ШС	440	590	1 4 -1 5	10—40
A-IV	590	885	8	1 0 -3 2
AT-IV	590	785	9— 10	10—28
AT-IVC	590	835	9— 10	10—28
AT-IVK	590	785	9— 10	10—28
A-V	785	1030	7	1 0 -3 2
Ат-V	785	980	7—8	10—28
Ат-VK	785	980	7—8	1 0 -2 8
A-VI	980	1225	6 - 7	10—22
AT-VI	980	1180— 1230	6—7	1 0 -2 8
AT-VIK	980	1180— 1230	6—7	10—28
AT-VI I	1180	1370— 1420	5 - 6	10—28