Железобетонные изделия

Рассматривая проблему рационального расходования энергии при производстве сборного железобетона с позиций  народного  хозяйства, необходимо учитывать  затраты  энергии, расходуемой на производство цемента и арматуры. Это наиболее  дорогостоящие, дефицитные и энергоемкие материалы, и грамотное их использование, исключающее перерасход топлива, приведет к экономии  энергоресурсов.

Экономия цемента  - это одна из самых острых проблем современного отечественного  строительства. Существуют  реальные  пути уменьшения потребления цемента строителями.

Наибольший перерасход цемента наблюдается в  бетонах, приготовленных на  некачественных заполнителях. Так, использование песчано-гравийных смесей влечет за собой увеличение расхода цемента до 100  кг/куб. м. Это делается только для того, чтобы получить бетонную смесь необходимой пластичности и обеспечить нужную  марку бетона по прочности.  Долговечность же его (в частности, морозостойкость), как правило, низкая, и бетонные конструкции при переменном замораживании  и оттаивании разрушаются довольно быстро Приготовление же бетона на чистых и фракционных заполнителях требует наименьшего количества цемента и обеспечивает высокое качество конструкций.

Значительной экономии  цемента  можно достигнуть путем правильного проектирования состава бетона, не завышая его  марку, для того, чтобы бетон  как  можно  скорее  достиг  требуемой прочности. Можно также существенно сократить  расход  цемента  благодаря введению в бетонную смесь высокоэффективных пластифицирующих добавок (суперпластификаторов). Промышленность начала их  выпускать специально для  изготовления  бетонов. К таким добавкам относится С-3,разработанная в  НИИЖБе  совместно  с  другими  организациями. Благодаря разжижающему  действию  добавки С-3 становится возможным уменьшить расход цемента на 20%  без  ухудшения  основных физико-механических характеристик   бетона. Если  учесть что  при введении добавки сокращение расхода цемента на  каждый  кубометр сборных изделий  в  среднем составит 50-60 кг, то благодаря этому расход топлива значительно уменьшится.

На заводах  имеют место заметные потери согласно расчетам на нагрев 1 куб. м бетона в стальной форме до 80  градусов (температура изотермического выдерживания) требуется примерно 60 тыс. ккал. Поскольку нагрев происходит постепенно - со скоростью не более 20 градусов в час, то этот процесс неминуемо сопровождается значительным выделением тепла в  окружающую среду. При  исправном оборудовании, необходимом для термообработки изделий, эти потери достигают 150 тыс. ккал, что в  2-2,5раза больше полезно  затраченного  тепла. При неисправном или небрежно эксплуатируемом оборудовании, а также при неоправданно завышенной длительности термообработки   к  потерям  обязательным (планируемым)добавляются потери, непроизводительные Они колеблются в весьма широких  пределах  и на некоторых заводах достигают почти 200 тыс. ккал на куб. м бетона. Таким образом, суммарные  теплопотери  в несколько раз  превышают количество тепла, затраченного на нагрев бетона с формой.

Сократить теплопотери  при  термообработке изделий можно не допуская неисправности в работе оборудования.  Пропарочные ямные камеры очень часто работают с неисправными крышками - не действуют или плохо действуют водяные затворы, в результате чего  наблюдается перекос крышек, это приводит к большим потерям пара. В цехе для работающих создаются неблагоприятные гигиенические условия, высокая  влажность  способствует  быстрому корродированию металлических   конструкций, оборудования. Избежать больших потерь тепла можно путем своевременного ремонта и профилактического осмотра камер.

Исследования, проведенные сотрудниками НИИЖелезобетона показали, что суммарные потери тепла в ямных камерах в процессе обработки изделий доходят до 70% от общего расхода тепла на термообработку изделий. Причина такого положения - устройство  стенок  и днища камер из тяжелого бетона, отличающегося высокой теплопроводимостью. Положение это можно исправить только совершенствованием конструктивного решения  камер. Такие решения разработаны ВНИИЖелезобетона.

Одно из  таких решений заключается в замене тяжелого бетона керамзитобетоном. В этом случае можно снизить теплопотери примерно на 50%.Если ограждения ямных камер делать из такого бетона, но с внутренними пароизоляцией и теплоизоляцией, то теплопотери можно снизить в 3 раза. Аналогичного эффекта можно добиться при устройстве стен камер из тяжелого бетона с  несколькими  воздушными прослойками.

Серьезного внимания заслуживает стендовая технология  изготовления сборных  плоских железобетонных плит. По этой технологии в виде пакета изготовляется сразу несколько  изделий, разделенных тонкими прокладками  из стального листа или пластика с вмонтированными в него электронагревателями. Расположенные между изделиями электронагреватели  практически все тепло отдают в обе стороны, т.е. изделиям, так что теплопотери в окружающую среду происходят только через торцы, поверхность которых невелика.

Применение пакетного метода изготовления  и  термообработки плоских  железобетонных изделий оказало большое влияние на организацию всего технологического  процесса  производства  сборного железобетона. Вместо обычных форм начали использовать формы с силовыми бортами и плоским дном, которые значительно менее металлоемки. Изменились  и  многие  технологические операции. Все это способствовало увеличению продукции на тех же производственных площадях в  1,5-2  раза, уменьшению  металлоемкости  оборудования на 30-35%,повышению производительности труда на 10-15%.Но главное появилась возможность резко снизить энергопотребление на тепловую обработку изделий. Есть все основания полагать, что пакетный  способ термообработки  сборных  железобетонных изделий по достоинству будет оценен производственниками и получит широкое применение на заводах ЖБИ.

В настоящее время разработан целый ряд методов электротермообработки бетона при изготовлении сборных железобетонных изделий на заводах. Одним из наиболее экономичных (с точки зрения  затрат энергии) способов  электротермообработки бетона является способ электропрогрева или электродного прогрева, т.е.  включение бетона в электрическую  цепь  как  бы  в  качестве  проводника. При этом электрическая энергия превращается в тепловую непосредственно  в самом бетоне ,что сводит к минимуму всякого рода потери. В зависимости от мощности электрического тока  можно  нагреть  бетон  до температуры 100 градусов, причем за любой промежуток времени - от нескольких минут до нескольких часов. Таким образом, появились широкие возможности  выбирать оптимальные режимы термообработки изделий и благодаря этому  обеспечить  высокую  производительность технологических линий.

В последние годы  за  рубежом  широко  рекламируется  метод предварительного разогрева  бетонных  смесей  непосредственно  в смесителях с помощью пара: в смеситель загружаются заполнители и цемент и  в  процессе их перемешивания подается пар. Нагревая бетонную смесь, пар охлаждается и конденсируется. Количество поедаемого пара  рассчитывается  таким  образом, чтобы после его полной конденсации водоцементное  соотношение  бетона   соответствовало проектному. В смесителе бетонная смесь нагревается до температуры не более 60 градусов, после чего подается к месту формования  изделий.

ТЕХНОЛОГИИ ЭКОНОМИИ ЦЕМЕНТА

Цемент - один из наиболее широко применяемых, важных и дефицитных строительных  материалов, и  хотя  в нашей стране ежегодно выпускается достаточное количество цемента, его нехватка постоянно ощущается. Причина  не только в том, что масштабы строительства огромны - в большей степени дефицит цемента зависит от  его  излишнего расхода  при приготовление бетонов и растворов, от сверхнормативных его потерь при транспортировке и хранении.

Одна из  главных  причин перерасхода цемента - необеспеченность высококачественными заполнителями и  потеря  им  активности при неудовлетворительном   хранении. Высокоактивные  цементы  при хранении в открытом виде (не в герметичной таре) быстро вступают в реакцию  с  содержащейся в воздухе влагой, в результате чего их марка снижается..

Неудовлетворенно обстоит дело и с транспортированием цемента. Перевозка цемента в крытых вагонах, навалом приводит  при  его разгрузке и  перегрузке  к  значительным  потерям. К  тому времени, когда цемент дойдет до смесителя, потери его превышают  нормативные (равные 1%)в несколько раз.

Специалисты считают, что можно сократить расход  цемента  (и при этом  повысить  качество  и  долговечность конструкций), если приготовлять бетон из чистых фракционированных  заполнителей. Организация производства таких заполнителей потребует значительных капиталовложений, но для народного хозяйства это значительно  выгоднее по сравнению с затратами на ремонты и замену железобетонных конструкций, часто выходящих из строя значительно раньше сроков, на которые  рассчитана  их  эксплуатация. В зарубежной строительной практике ни одна фирма не производит бетон на  заполнителях одной  фракции  5-20 мм. Например, в Финляндии он готовится на четырех фракциях чистого крупного заполнителя и двух фракциях  мелкого. При этом  однородность выпускаемого бетона настолько высока, что его прочность определяется по испытанию  одного  образца: фирма, производящая  бетон, гарантирует его марочную прочность.

Мощным средством экономии цемента являются  химические  добавки, и в  первую  очередь пластификаторы. До недавнего времени в нашей стране в  качестве  пластифицирующих  добавок  применялись разного рода  отходя  промышленности. Как правило, эффект от действия таких добавок был невысок, их  химический  состав  часто  не стабилен. Отечественная промышленность специально для бетонов начала выпускать эффективную пластифицирующую добавку - суперпластификатор С-3,котороая  по своему действию не уступает лучшим зарубежным образцам аналогичного класса, а по стоимости в  5-6  раз дешевле. При введении  в  бетон  этой добавки можно сэкономить до 20% цемента (при неизменной пластичности бетонной смеси). Не снижая расход  цемента  и  не увеличивая пластичности бетонной смеси, но, снизив ее водоцементное соотношение, можно  повысить  прочность бетона на 20-25%.

Эффективность цемента можно повысить (а,  следовательно, снизить его  расход), увеличив  тонкость  его помола. На предприятиях сборного железобетона для того, чтобы бетон как можно скорее достиг распалубочной прочности, часто идут на завышение марки бетона путем увеличения расхода цемента. Можно избежать  этого, если  использовать вяжущее более тонкого помола: на таком вяжущем твердение бетона в раннем возрасте производит быстрее. Можно сэкономить цемент и  другим  путем: ввести  в цемент песок, известняк или какой-либо другой наполнитель и с ним осуществить помол цемента. Однако, как показывают  исследования, при этом марка вяжущего снижается, хотя и не совсем в прямой пропорции от количества введенного заполнителя. Для  получения бетона марок до 200 и даже выше такое вяжущее вполне приемлемо. В зависимости от количества введенного заполнителя (30-50%)можно сэкономить до 50%  цемента. Эффект может еще большим если применить суперпластификаторы.

Определенные резервы  уменьшения  расхода цемента имеются  в раздельной технологии приготовления бетонной смеси. Хотя этот метод давно  известен, однако до сих пор не нашел применения в технологии бетона. Для получения желаемого эффекта прежде всего,  необходимы высокоскоростные смесители емкостью, соответствующей количеству раствора, необходимого на один замес  бетонной  смеси  в обычном смесителе.

В Японии раздельный метод приготовления бетона  применяется с успехом. Компактный турбулентный смеситель, необходимый для такого метода, смонтирован там непосредственно на основном бетоносмесителе, и их производительность полностью увязана между собой.

Отмечается, что один из больных вопросов  проблемы  экономии цемента - его потери при транспортировании  хранении, значительно превышающие нормативные. Нельзя допускать доставку цемента в  вагонах навалом, разгружать его вручную, хранить навалом под навесами и в сараях, транспортировать с большим количеством  перегрузок с одного вида транспорта на другой. Особенно велики потери цемента при доставке в районы, где нет железных дорог и его приходится перегружать с  железнодорожного  транспорта на речной, а затем на автотранспорт. Этого можно избежать, если в такие  районы  доставлять не цемент, а цементный клинкер, качество которого не теряется при транспортировании и хранении. На месте его можно  помолоть  и всегда иметь свежий цемент высокой активности.

Имеются и другие пути экономии цемента - применение высококачественных форм для контрольных образцов, учет последующего нарастания прочности бетона рациональные подборы составов  бетонов и растворов, применение  автоматических  устройств по дозированию составляющих и т.д. Если все это внедрить в производство  и  правильно использовать, проблема  дефицита цемента была бы снята, так как это дало бы дополнительно не менее 30% цемента от производимого его объема.

АРМАТУРНЫЕ РАБОТЫ

В железобетоне арматурой называются стальные стержни различного сечения и формы, стальные канаты и пряди, воспринимающие растягивающие и скалывающие напряжения, возникающие в железобетонных элементах от внешних нагрузок и собственного веса конструкций. Арматура может быть постоянного сечения (гладкие стержни) и периодического профиля.

По трудоемкости изготовления арматура с диаметром стержней до 12 мм называется легкой, а от 12 и до 40 мм — тяжелой.

Виды арматуры

Арматура, применяющаяся  в железобетонных конструкциях и сооружениях, делится на рабочую, распределительную, хомуты, монтажную.

Рабочая    арматура    воспринимает   возникающие в железобетоне растягивающие и скалывающие усилия от внешних нагрузок и собственного веса конструкций.

Распределительная арматура, располагаемая обычно перпендикулярно к рабочей, удерживает рабочие стержни арматуры в определенном положении и распределяет нагрузку между ними.

В тех случаях, когда рабочие стержни располагаются не только в растянутых, но и в сжатых частях конструкций, например в балках, ригелях, арматура называется двойной.

Хомуты связывают арматуру в единый каркас и предохраняют бетон от появления косых трещин около опор.

Монтажная арматура никаких усилий не воспринимает, служит для сборки арматурного каркаса и обеспечивает точное положение рабочей арматуры и хомутов при бетонировании.

Для лучшего предохранения арматуры от скольжения в бетоне арматурные стержни, подверженные растяжению, на концах загибаются в виде крюков.

Применение арматуры периодического профиля  благодаря повышенному сцеплению с бетоном позволяет в большинстве случаев отказаться от крюков, что приводит к экономии стали.

Араматурные стержни в точках пересечений соединяются преимущественно сваркой и только в отдельных случаях при незначительных объемах работ — вязкой мягкой проволокой.

Арматуру по способу установки подразделяют на следующие виды: штучная арматура, арматурные сетки, арматурные каркасы, арматурные конструкции.

Штучная арматура может быть прутковая из круглых стержней и жесткая из профильной прокатной стали: двутавровых балок, швеллеров, уголков, рельсов, труб.