ЖБИ (железобитонные изделия) – строительные материалы из бетона и стали. Применение ЖБИ изделий достаточно популярно за счет прочности и не высокой стоимости материала. Без ЖБИ изделий невозможно представить ни один строительный объект. Появление ЖБИ можно считать настоящим прорывом в строительных технологиях XIX века. Именно благодаря железобетонным изделиям стало возможно строительство высотных зданий.
Современные изделия из железобетона производятся из формового бетона и армированы стальными стержнями. В отношении неармированных блоков из бетона и цельнометаллических конструкций, подобное сочетание обеспечивает следующие преимущества:
1. В процессе застывания на воздухе, бетонная смесь слегка уменьшается в объеме, тем самым образуя прочное соединение с основой из стали. Даже резкие температурные перепады неспособны разрушить подобное изделие, так как коэффициент теплового расширения у этих материалов примерно одинаков.
2. Благодаря армированию бетонных конструкций значительно увеличивается их прочность, что дает возможность применять их как несущие элементы сооружений и зданий.
3. В отличие от цельнометаллических конструкций, ЖБИ не подвержены коррозии и очень устойчивы к воздействию пламени.
4. На строительную площадку такие изделия доставляются в готовом виде, что позволяет значительно уменьшить сроки и риски, сопряженные с качеством сборки таких конструкций.
В заводском производстве стоимость арматуры составляет около 20% себестоимости железобетонных изделий, поэтому вопросы организация арматурных работ на завод сборного железобетона являются важнейшими и в техническом и в экономическом отношениях. Различают армирование железобетонных изделий ненапряженное (обыкновенное) и предварительно напряженное. Операции армирования и виды арматуры для каждого из этих способов имеют ряд принципиальных различий.
Ненапряженное армирование
Армирование железобетонных изделий ненапряженной арматурой осуществляется при помощи плоских сеток и пространственных (объемных) каркасов, изготовленных из стальных стержней различного диаметра, сваренных между собой в местах пересечений. Различают арматуру рабочую (основную) и монтажную (вспомогательную). Рабочая арматура располагается в тех местах изделия, в которых под нагрузкой возникают растягивающие напряжения; арматура воспринимает их. Монтажная арматура располагается в сжатых или ненапряженных участках изделия. Кроме такой арматуры применяют петли и крюки, необходимые при погрузочных работах, а также закладные части, крепления и связи сборных элементов. Наименьшие трудовые затраты на армирование изделий и конструкций при применении арматурных каркасов наибольшей степени готовности, т. е. имеющих не только основную арматуру, но и вспомогательную с приваренными петлями, крюками, закладными деталями. В этом случае операции по армированию сводятся к установке готового арматурного каркаса в форму и его закреплению.
Арматурные сетки и каркасы изготовляют в арматурном цехе, оборудованном резательными, гибочными и сварочными аппаратами. Процесс изготовления строится по принципу единого технологического потока— от подготовки арматурной стали до получения готового изделия.
Арматурные сетки и каркасы делают по рабочим чертежам, в которых указаны длина и диаметр стержней, их количество, расстояния между ними, места приварки закладных частей, расположения монтажных петель. Устанавливать и раскреплять каркас в форме надо очень точно, так как от его положения зависит толщина защитного слоя бетона в изделии. При недостаточной толщине этого слоя может возникнуть коррозия арматурной стали.
Стержневая арматурная сталь диаметром до 10 мм поставляется на завод в мотках (бунтах), а большим диаметром — в прутках длиной 6— 12 м или мерной длины, оговариваемой в заказах; арматурная проволока поступает в мотках, причем каждый моток состоит из одного отрезка проволоки.
Операции по изготовлению арматуры следующие: подготовка проволочной и прутковой стали — чистка, правка, резка, стыкование, гнутье;
сборка стальных стержней в виде плоских сеток и каркасов;
изготовление объемных арматурных каркасов, включая приварку монтажных петель, закладных частей и фиксаторов.
Подготовка арматуры, поступающей на завод в мотках и бунтах, заключается в их размотке, выпрямлении (правке), очистке и разрезке на отдельные стержни заданной длины. Правят и разрезают арматурную сталь на правильно-отрезных станках-автоматах.
Прутковую арматурную сталь разрезают на стержни заданной длины, а также стыкуют сваркой (для уменьшения отходов арматуры, если длина арматурных элементов не соответствует длине товарной продукции) . Стыкуют стержни контактной стыковой электросваркой и только в отдельных случаях (при использовании стержней больших диаметров) дуговой сваркой. Контактная стыковая сварка осуществляется методом оплавления электрическим током торцов стержней в местах их будущего стыка, когда стержни сильно сжимаются и свариваются.
При изготовлении монтажных петель, хомутов и других фигурных элементов арматуры прутковая и проволочная арматурная сталь после разрезки подвергается гнутью.
Сетки и каркасы из стальных арматурных стержней соединяют точечной контактной электросваркой. Сущность ее заключается в следующем. При прохождении электрического тока через два пересекающихся стержня в местах их контакта электрическое сопротивление оказывается наибольшим, стержни разогреваются и, достигнув пластического состояния, свариваются. Прочности сварки способствует также сильное сжатие стержней. Процесс точечной сварки может длиться доли секунд при применении тока силой в несколько десятков тысяч ампер. Точечную сварку осуществляют специальными сварочными аппаратами. Они различаются мощностью трансформатора, количеством одновременно свариваемых точек (одно- и многоточечные аппараты), характером используемых устройств для сжатия свариваемых стержней.
Сварочные машины позволяют создавать в комплексе с другими машинами и установками поточные автоматические линии изготовления плоских сеток как готового арматурного элемента, так и полуфабриката для пространственных каркасов. В состав линии входят групповые бунтодержатели продольной и поперечной подач, правильные устройства, сварочная машина с отрезным устройством, пневматические ножницы для поперечной резки сетки, посты для приварки закладных деталей и устройства для фиксаторов; предусмотрена электромагнитная система программирования подачи поперечных и дополнительных продольных стержней. Поточное выполнение всех операций по изготовлению арматурных сеток народной технологической линии значительно снижает трудоемкость процесса по сравнению с доработкой сеток на кондукторах, выполняемой обычно вручную.
Пространственные арматурные каркасы изготовляют в основном из плоских сеток, соединяемых между собой на специальных сварочных машинах. Собирать каркасы можно в горизонтальном и вертикальном положении. Для удобства соединения узлов клещами для точечной сварки применяют вертикальный кондуктор. Плоские элементы арматуры укладывают между штырями кондуктора, которыми они удерживаются в требуемом положении. Сварочные клещи подвешены на поворотной консоли; кондуктор с арматурой можно лебедкой перемещать вверх и вниз. Некоторые узлы кондуктора соединены между собой болтами. Зто позволяет применять один и тот же кондуктор для сборки различных арматурных каркасов, закрепляя его элементы в соответствии с размером собираемого каркаса. При необходимости (например, для ребристых плит) плоские сетки и каркасы можно гнуть по размеру на специальных гиЗочных станках.
Напряженное армирование
При изготовлении предварительно напряженных изделий необходимо создать в бетоне по всему сечению или только в зоне растягивающих напряжений предварительное обжатие, величина которого превышает напряженке растяжения, возникающее в бетоне при эксплуатации. Величина предварительного обжатия обычно достигает 50—60 кГ/см2, а при изготовлении железобетонных напорных труб—100—120 кГ/см2. Обжатие бетона осуществляется силами упругого последействия натянутой арматуры. Это достигается силами сцепления арматуры с бетоном пли при помощи анкерных устройств. Для обеспечения обжатия бетона применяемая арматурная сталь должна находиться в пределах упругих деформаций и не превышать 85—90% предела текучести стали, а для углеродистых сталей, не имеющих четко выраженного предела текучести,— 65—70% предела прочности на разрыв.
В качестве основной напрягаемой арматуры применяют высокопрочную проволочную и прутковую арматурные стали, горячекатаную арматурную сталь класса A-IV и арматурную сталь класса А-Н1в, упрочненную вытяжкой. Выбор типа арматуры зависит от вида изделии, применяемого для натяжения арматуры. В качестве вспомо-гатечьнсй некапрягаемой арматуры, если она необходима в напряжеь-ных изделиях, применяют, как и для обычного железобетона, сварные сетки и каркасы.
При изготовлении предварительно напряженных изделии используют одноосное обжатие бетона отдельными стержнями или пучками проволок располагаемых в изделии вдоль его продольной оси, и ооъемное обжатие обеспечиваемое навивкой напряженной проволоки в двух или нескольких направлениях. Проволоку можно навивать и на готовое изделие с последующей защитой арматуры слоем бетона.
Арматурные элементы, применяемые в конструкциях, состоят из собственно арматуры, устройства для ее закрепления при натяжении и гкиспособлений для обеспечения проектного расположения отдельных стержней и проволок, из которых комплектуется арматурный элемент. Конструкция устройств для закрепления арматуры связана с технологией изготовления арматурного элемента, типом натяжных машин и приспособлений. Применяют два вида таких устройств —зажимы и анкеры В свою очередь, зажимы и анкеры подразделяются по способу закреления арматуры на клиновые, плоские, конические, волновые, пет-чевые резьбовые, шпоночные и глухие, в которых концы арматурных пучков спрессовываются в обойме из мягкой стали или бетонируются в металлических стаканах. Все эти устройства, за исключением резьбовых, применяют для закрепления стержней как круглых, так и периодического профиля.
Для захвата и закрепления стержневой арматуры употребляют наконечники с винтовой нарезкой или различные клиновые сухари с профилем обратным профилю натягиваемой арматуры. Прогрессивной конструкцией зажимных устройств являются групповые зажимы, применяемые при предварительной механизированной сборке проволочных пакетов. Зажимами закрепляют каждый стержень, нити проволоки или группы их Анкеры для проволочных пучков различают по способу натяжения и закрепления концов. Для закрепления пучков применяют анкеры двух типов —конический с натяжением арматуры домкратом двойного действия и гильзовый с натяжением арматуры стержневым домкратом.
Передача предварительного напряжения арматуры на бетон осуществляется тремя способами:
посредством сцепления арматуры диаметром 2,5—3 мм с бетоном; при большем диаметре арматуры сцепление обеспечивается устройством вмятин на поверхности проволоки, свивкой прядей из 2—3 проволок либо применением арматуры периодического профиля;
посредством сцепления арматуры с бетоном, усиленного дополнительно анкерными устройствами;
посредством передачи усилий натяжения на бетон через анкерные устройства на концах арматурного элемента без учета сцепления арматуры и бетона.
Натяжение арматуры производят различными способами: механическим электротермическим, непрерывным механическим и электромеханическим натяжением, а также химическим при применении расширяющегося цемента.
При механическом способе натяжения арматура растягивается осевой нагрузкой, создаваемой домкратами или другими натяжными машинами. Натяжение арматуры производят в следующем порядке. Сначала арматуру натягивают до усилия, равного 50% проектного напряжения причем осматривают зажимные устройства и расположение арматуры. Затем натяжение арматуры доводят до величины, превышающей на 10% проектное натяжение, но не более 0,75 предела прочности проволоки при растяжении, и в таком состоянии выдерживают в течение 5 мин, после чего натяжение снижают до проектной величины.
Отпуск напряженной арматуры (обжатие бетона) производят после достижения бетоном изделия необходимой прочности и проверки заанкеривания концов проволоки в бетоне. Фактическая прочность бетона определяется испытанием контрольных образцов. Прочность бетона ко времени отпуска арматуры составляет обычно 70% проектной прочности. Отпуск натяжения на стендах осуществляют постепенно в 2—3 этапа. Если постепенный отпуск натяжения невозможен, то натянутые проволоки разрезают симметрично относительно оси поперечного сечения, причем число одновременно разрезаемых проволок составляет не более 10—15% общего числа.
Сущность электротермического способа натяжения заключается в том, что удлинение арматуры достигается электрическим нагревом ее до определенной температуры, после чего нагретый стержень заанкери-вается с двух сторон в упорах формы или стенда, которые препятствуют укорочению стержня при его охлаждении. После бетонирования конструкции и отвердения бетона арматура освобождается от упоров и усилие натяжения арматуры передается на бетон. Этот метод, по сравнению с силовым, имеет преимущества как по простоте оборудования, так и по трудоемкости.
Электротермический способ натяжения арматуры не требует дорогостоящего оборудования (домкратов) и менее трудоемок. Его применяют для натяжения стержневой арматурной стали класса A-IV, а также упрочненной вытяжной стали класса А-П1в, проволочной и прядевой арматуры из высокопрочной стальной проволоки, холоднотянутой, периодического профиля диаметром 4—5 мм и семипроволочных стальных прядей. Для электротермического натяжения арматуры применяют установки с последовательным и одновременным натяжением нескольких стержней. Кроме того, установки могут быть с нагревом стержней вне формы или непосредственно в ней. На установке можно одновременно нагревать 3—4 арматурных стержня диаметром 12—14 мм, что соответствует числу стержней в изделии.
Установка состоит из двух контактных опор (неподвижной и подвижной) и средней поддерживающей. Каждый контакт имеет две губки — токоподводящую и прижимную. Нагрев стержней автоматически контролируется по их удлинению. Нагретые стержни с установки снимаются и укладываются в упоры форм.
• для жилых, общественных зданий;
• для промобъектов;
• дорожные плиты;
• плиты перекрытий;
• диафрагмы жесткости;
• перемычки;
• фундаментные блоки;
• сваи;
• колодезные кольца
Дорожные плиты. Без этих изделий невозможно оборудовать взлетную полосу, военный полигон и проложить магистраль для оживленного передвижения. Такими плитами пользуются при прокладке дорог в местностях, отличающимися болотистыми почвами, пучинистыми грунтами, сложным климатом с перепадами температур. Они значительно увеличивают прочность дорожного полотна. Без этих изделий не построить ни одну дорожную развязку.
Плиты перекрытий. Это изделия, которые укладываются горизонтально, образуя полы и потолки в строящихся зданиях, ими же перекрывают теплотрассы. Они могут быть цельными, пустотелыми и ребристыми. Каждая из этих разновидностей имеет свою сферу применения. Для индивидуального строительства возможно приобрести плиты, созданные по спецзаказу.
Диафрагмы жесткости. Эта группа предназначена для вертикальных нагрузок от плит перекрытий, ригелей, лестниц и различных инженерных сооружений.
Перемычки. Этот тип изделий нужен для оформления проемов (дверных, оконных). С их помощью усиливают жесткость всей конструкции, потому что принимают на себя статическую нагрузку. Различают несущие и ненесущие перемычки.
Фундаментные блоки, балка – незаменимая часть ленточных, столбчатых фундаментов. Используются они и при обустройстве плитного фундамента. Выполняются в 2-х вариантах – сплошными и пустотелыми. Боковая часть изделий снабжается пазами, куда льют раствор при сборке. Блоки – делают в основном форме прямоугольников.
Сваи – элемент для сооружения свайного фундамента. В зависимости от способа монтажа они бывают забивными, вдавливаемыми и оболочными. По особенностям производства выделяют монолитные и сборные. Основное достоинство железобетонных свай – высокая плотность погружения в грунт. Молот не только вгоняет изделие, но и уплотняет грунт вокруг, таким образом усиливая прочность конструкции. Такие сваи применяются и на подвижных грунтах, и в условиях с нестабильной влажностью.
Колодезные элементы (кольца и крышки к ним) – ЖБИ для строительства смотровых колодцев, газопроводных, канализационных колодцев. Диаметр изделий варьируется от 70 см до 200 см, высота обычно в пределах метра. Толщина стенок тоже бывает разной. Данные изделия имеют несколько типов, например, простые стеновые и замковые. Разница между ними – в торцевых стыках (у замкового есть фигурные фальцы). Доборные кольца нужны для увеличения конструкции в высоту. Любые кольца комплектуются днищами и крышками, которые соответствуют конструкции самого кольца.
Колонны для зданий промышленного назначения в 1 этаж. Они бывают 2-х типов: с консолями, без консолей.
ЖБИ намного дешевле, чем кирпич, а работать с ними проще и быстрее, поэтому они пользуются такой востребованностью в строительстве (автострадах, мостах, жилых зданиях).