Бетонные и железобетонные работы

Вяжущие материалы. Совокупность веществ, обладающих способностью связывать разнородные компоненты, отвердевать и создавать монолитные материалы с композиционной структурой делят на два больших класса – неорганические и органические, в зависимости от состава химических соединений, входящих в их состав.

В зависимости от условий твердения вяжущие материалы подразделяют на воздушные, гидравлические и автоклавного твердения [12, 17, 18]. Воздушные вяжущие могут твердеть, набирать прочность и длительно сохранять ее лишь на воздухе, к ним относят: гипсовые и магнезиальные вяжущие, строительную воздушную известь, жидкое стекло.
Гидравлические вяжущие имеют более универсальное значение и способны твердеть, набирать прочность и длительно сохранять ее как в воздушной, так и в водной среде. К ним относят: портландцемент и глиноземистый цемент, их разновидности, гидравлическая известь и романцемент, смешанные вяжущие на основе извести, гипса, портландцемента, шлаков, зол и других минеральных добавок.
Вяжущие автоклавного твердения твердеют при давлении насыщенного пара 0,8 – 1,5 МПа, что достигается в автоклавах. К ним относятся смеси извести или портландцемента и малоактивных при обычных условиях твердения минеральных материалов, например шлаков, зол и кварцевого стекла.
Вяжущие материалы также подразделяют по механизму твердения на: гидратационные, контактно – конденсационные, коагуляционные и поликонденсационные [24].
Гидратационные твердеют после затворения водой в результате реакции гидратации и гидролиза и в результате образуются малорастворимые гидратные новообразования, приводящие к формированию искусственных камнеподобных тел.

 

Контактно – конденсационные твердеют в условиях прессования гидратированных продуктов, когда в результате поверхностных явлений между контактируемыми макрочастицами веществ образуется прочный водостойкий камень.
Коагуляционный механизм твердения – формирование высококонцентрированной коллоидной массы при удалении из высокодисперсных веществ свободной воды, проявление капиллярных сил и образование камнеподобного материала.
Поликонденсационный механизм твердения происходит в результате реакций поликонденсации, сопровождающихся синтезом прочного искусственного камня и характерен для минеральных вяжущих на основе жидкого стекла, фосфатных и серных цементов.
Вяжущие также классифицируют по химическому составу (известковые, магнезиальные, силикатные, фосфатные и др.), вещественному составу (гипсовые, портландцементные, шлаковые и др.), определяющей технологической операции (обжиговые, безобжиговые), характерному свойству (быстротвердеющие, высокопрочные, кислотостойкие)[12].
Воздушные вяжущие материалы. Гипсовые вяжущие получают путем термической обработки гипсового сырья до сульфата кальция и применяют для изготовления строительных изделий всех видов и при производстве строительных работ. В зависимости от назначения гипсовые изделия разделяют на стеновые и перегородочные, для объемных строительных элементов, отделочные, акустические, огнезащитные, теплоизоляционные, специальные.
Строительная известь представляет собой продукт обжига кальциево магниевых карбонатных пород или смесь этого продукта с минеральными добавками. Строительная известь применяется для приготовления вяжущих материалов, растворов и бетонов и производства строительных изделий. Строительная известь в зависимости от условий твердения подразделяется на воздушную, обеспечивающую твердение строительных растворов и бетонов и сохранение ими прочности в воздушно-сухих условиях, и на гидравлическую, обеспечивающую твердение строительных растворов и бетонов, и сохранение ими прочности как на воздухе, так и воде.
Воздушную известь подразделяется на негашеную и гашеную (гидратную), получаемую гашением кальциевой, магнезиальной и доломитовой извести. Гидравлическую известь подразделяют на слабогидравлическую и сильногидравлическую. По фракционному составу известь подразделяют на комовую, в том числе дробленую, и порошкообразную.
Применяют воздушную известь в качестве известковых строительных растворов для штукатурки и кладки внутренних стен; цементно-известковых (сложных) растворов для кладки; известковых красок, силикатных изделий.
Гидравлические вяжущие материалы. Основным гидравлическим вяжущим материалом являются цементы – портландцемент и его разновидности. По назначению цементы подразделяют на общестроительные и специальные, по вещественному составу – характеризующиеся различным видом и содержанием минеральных добавок [18].
Портландцемент представляет собой гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, и получаемое при совместном измельчении портландцементного клинкера и необходимого количества гипсого вяжущего.
В смесь при помоле могут быть введены активные минеральные добавки (до 20 % от массы цемента) – портландцемент с минеральными добавками. Шлакопортландцемент – продукт совместного помола клинкера портландцемента с измельченными гранулированными доменными шлаками (до 60 %).
Пуццолановый цемент получается в результате измельчения портландцементного клинкера с активными минеральными добавками (20 – 50 %).
Гидрофобный цемент – это портландцемент с гидрофобными добавками (асидол, мылонафт и др.), образующими водоотталкивающую пленку на поверхности цементного зерна и защищающими его от воздействия внешней среды. Такой цемент имеет длительный период хранения, чем обычный.
Пластифицированный цемент – это портландцемент с добавкой пластификаторов, которые улучшают пластичность растворных и бетонных смесей.
Глиноземистый цемент – это продукт помола клинкера, полученного путем обжига до спекания сырьевой смеси на основе бокситов и известняка. Для этого цемента характерен быстрый набор прочности и высокая прочность. Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) является быстросхватывающимся и быстротвердеющим и расширяющимся при твердении гидравлическим вяжущим, который получают тщательным смешиванием глиноземистого цемента, полуводного гипса и высокоосновного гидроалюмината кальция.
Строительный раствор – это рационально составленная, однородно перемешанная смесь вяжущего вещества (цемент, гипс и др.), воды, песка и добавок, приобретающая с течением времени камневидное состояния.
Строительные растворы классифицируют по: основному назначению (для кладки, отделочные, специальные и др.), применяемому вяжущему (простые и сложные), величине средней плотности (тяжелые и легкие) [18].
Бетон – искусственный камневидный материал, представляющий собой затвердевшую смесь вяжущих, заполнителей, воды и при необходимости, добавок.
Различают следующие стадии готовности бетона: бетонная смесь, свежеуложенный бетон и затвердевший бетон. В зависимости от основного назначения бетоны подразделяют на конструкционные и специальные. По виду вяжущего материала бетоны могут быть на основе цементных, известковых, шлаковых, гипсовых и специально вяжущих материалов. По виду заполнителей бетоны могут быть плотные, пористые и специальные. По структуре бетоны могут быть плотной, поризованной, ячеистой и крупнозернистой структуры.
Вода для приготовления бетона должна быть чистой. Минерализованные, болотные и торфяные воды не пригодны для приготовления бетонной массы без предварительного анализа. Отношение количества воды к количеству цемента (по массе) в замесе называют водоцементным отношением (В/Ц). Механическая прочность бетона при одной и той же пропорции составляющих материалов убывает с возрастанием водоцементного отношения, поэтому не следует назначать консистенцию бетона с осадкой конуса больше той, которая необходима по условиям производства работ.
В качестве заполнителей бетона используют щебень, гравий и песок, состоящие из зерен твердых горных пород [17].
Щебень из горных пород - неорганический зернистый сыпучий материал с зернами крупностью свыше 5 мм, получаемый дроблением горных пород, гравия и валунов, попутно добываемых вскрышных и вмещающих пород или некондиционных отходов горных предприятий по переработке руд и неметаллических ископаемых других отраслей промышленности и последующим рассевом продуктов дробления. Характеризуется остроугольной поверхностью.
Гравий из горных пород – неорганический зернистый сыпучий материал с зернами крупностью свыше 5 мм, получаемый рассевом природных гравийно-песчаных смесей. Характеризуется окатанной поверхностью.
Природный песок – неорганический сыпучий материал с крупностью зерен до 5 мм, образовавшийся в результате естественного разрушения скальных горных пород и получаемый при разработке песчаных и песчано – гравийных месторождений без использования или с использованием специального обогатительного оборудования.
Дробленый песок – песок с крупностью зерен до 5 мм, изготовляемый из скальных горных пород с использованием специального дробильно – размольного оборудования и гравия.
Фракционированный песок – песок, разделенный на фракции.
Песок из отсевов дробления – неорганический сыпучий материал с крупностью зерен до 5 мм, получаемый из отсевов дробления горных пород при производстве щебня и из отходов обогащения руд черных и цветных металлов и неметаллических ископаемых и других отраслей промышленности.
Пористые искусственные заполнители – неорганические зернистые, сыпучие строительные материалы, изготовляемые по специальной технологии или получаемые из отходов металлургического и химического производства.
Гидротехнический бетон в зависимости от места укладки подразделяют на бетон подводный, находящийся в воде постоянно, бетон зоны переменного уровня воды, бетон надводный, бетон массивный, бетон немассивный, бетон внутренней зоны, бетон напорных конструкций. Бетон подземных частей гидротехнических сооружений при наличии грунтовых вод рассматривают как подводный [14].
Стойкость подводного бетона, бетона зоны переменного уровня воды, а также подземного бетона, подвергающегося действию агрессивных вод, должна обеспечиваться подбором цемента, а также применением специальных мероприятий в соответствии со строительными нормами. Виды цемента (вяжущие вещества) для гидротехнических бетонов, которые из многих видов бетонов наиболее часто применяются в гидротехнических сооружениях, выбирают в зависимости от места бетона в сооружении. Для подводного бетона, бетона внутренней зоны и бетона подземных частей сооружений применяют шлакопортландцемент и пуццолановый портландцемент, для бетона зоны переменного уровня воды - чисто клинкерный, сульфатостойкий, пластифицированный и гидрофобный портландцементы, для надводного бетона - портландцемент, пластифицированный и гидрофобный портландцементы.
Железобетон - искусственный строительный материал, полученный в результате соединения бетона со стальной арматурой (стальными стержнями) или композиционной. Бетон сопротивляется сжимающим усилиям. В предполагаемую зону растяжения конструкций закладывают стальные стержни. В некоторых случаях стальными стержнями армируют и элементы, подвергающиеся сжатию (колонны) для уменьшения размеров поперечного сечения конструкции (сталь в несколько раз прочнее бетона).
По способу выполнения бетонные и железобетонные конструкции бывают монолитными, выполняемыми непосредственно на стройплощадке, и сборными, монтируемыми из отдельных блоков, которые изготовляют на специальных заводах или полигонах.
В состав бетонных и железобетонных работ входят: изготовление и установка опалубки, заготовка арматуры и установка ее в опалубку; приготовление бетонной смеси, ее транспортировка и укладка в опалубку; уход за бетоном; снятие опалубки; контроль качества выполненных работ и устранение дефектов.
Опалубка - форма, придающая бетонным сооружениям заданные очертания и размеры. Опалубочные работы в гидростроительстве составляют 10-40 % стоимости бетонных работ. Опалубку выполняют из дерева, фанеры, металла и железобетонных плит [15].
Уход за бетоном после его укладки заключается в обеспечении необходимых влажности и температуры твердеющего бетона. Чтобы предупредить появление в бетоне усадочных трещин, поверхность его покрывают мокрыми опилками, мешками, рогожей, соломенными матами, полимерными пленками и пр. Для проверки прочности бетона производят испытания образцов. Контроль за качеством бетона проводят также акустическими и радиометрическими методами.
Заводы, изготовляющие бетонные и железобетонные блоки сооружений, представляют собой стационарные предприятия с широким применением механизации всех производственных процессов и полигоны - предприятия открытого типа.
Сооружения из сборного бетона и железобетона проектируют так, чтобы форма блоков была наиболее простой, а число типов блоков было минимальным. Проектными организациями разработаны типовые проекты различных гидротехнических сооружений из сборного бетона и железобетона для рыбоводных хозяйств (водосбросы, донные водоспуски, водовыпуски, перегораживающие сооружения, лотки).
Сооружения из сборного бетона и железобетона возводят в следующей последовательности: подготавливают строительную площадку, производят разбивку сооружения, разрабатывают котлован и подвозят блоки, монтируют конструкции и заделывают стыки. Монтаж сооружений производят с помощью кранов. По окончании монтажных работ проверяют проектные размеры промерами и высотное положение установленных конструкций нивелированием. Соединение стыков арматуры и закладных частей производят путем сварки. Стыки между отдельными блоками очищают и заделывают смесями на быстротвердеющих цементах.
Применение конструкций из сборного бетона и железобетона в гид ротехническом строительстве и при строительстве рыбоводных объектов взамен конструкций из монолитного бетона и железобетона позволяет снизить расход материалов, трудоемкость работ, ускорить темпы строительства и облегчить производство работ в зимнее время.
Крепление сооружений (каналов, откосов) бетоном и железобетоном. Бетонную и железобетонную облицовку изготавливают на месте, на строй площадке или укладывают в виде готовых плит заводского изготовления.
Бетонная облицовка для каналов, изготовленная на месте, представ ляет собой плиту толщиной 12-20 см, укладываемую на подготовку. Плиты разделяют температурно-осадочными швами, которые при низком стоянии грунтовых вод необходимо уплотнять. В качестве уплотнения ставят доску на ребро, шов заполняют битумом, асфальтом или резиновым валиком. Если уровень грунтовых вод выше уровня воды в канале, то, чтобы давление грунтовой воды не оторвало облицовку, под нее укладывают дренаж, выполняемый в виде канавок, заполненных щебнем или гравием, а в облицовке делают отверстия. Если уровень грунтовых вод только временно выше уровня воды в канале, то выпускные отверстия закрывают шарнирными крышками.
Облицовку из готовых бетонных и железобетонных плит укладывают с помощью кранов на предварительно подготовленную поверхность дна и откосов. Но такая облицовка сильно фильтрует в местах соединения плит, поэтому ее применяют только для увеличения скоростей течения и при водонепроницаемых грунтах.
Если канал зимой без воды, то на откосах и дне канала облицовка повреждается от пучения глинистого грунта. Во избежание этого в верхней части откоса пучинистый грунт заменяют слоем песка или гравия толщиной 50-100 см.
Железобетонная облицовка каналов более устойчива, прочна и долго вечна, чем бетонная, но дороже. Такая облицовка делается в виде плиты толщиной 8-15 см с арматурой из стержней диаметром 8-12 см. Желе зобетонную облицовку разделяют температурно-осадочными швами.
Для облицовки дна и откосов крупных каналов (с расходом воды до 10 м3/с) монолитным бетоном был разработан комплект машин. Комплект машин для каналов глубиной до 4 м состоит из профилировщика Д-582, бетоноукладчика Д-580 и нарезчика швов Д-651. Применение машин позволяет механизировать процесс облицовки каналов. Профилировщик зачищает и профилирует поверхности канала, подготавливая их под бетонирование. Бетоноукладчик облицовывает канал бетонным раствором.
При креплении откосов плотин, дамб и рыбоуловителей бетоном или железобетоном сначала планируют поверхности откосов и дна, уплотняют их, укладывают подстилающий слой, а затем крепят.
Планировку земляных откосов делают путем срезки грунта бульдозером, тяжелым грейдером, автогрейдером. Крутые откосы планируют планировщиком, смонтированным на базе экскаватора. Планировка делается с гребня и с бермы плотины, дамбы. После планировки откос уплотняют укаткой прицепными гладкими катками. Щебень подвозят и подают к месту укладки (на откос) автосамосвалами и экскаватором - грейдером. Эти материалы подаются на откос с гребня плотины.
При креплении железобетонными монолитными плитами на подго товленное основание по контуру плит устанавливают щиты опалубки. Каркасы из арматуры делают в арматурной мастерской, откуда доставляют к месту работы. Подачу каркаса на откос производят краном (на базе экскаватора). Под стержни нижней сетки через 1 м в продольном и поперечном направлении подкладывают бетонные плитки для получения нижнего защитного слоя. Подготовленная бетонная смесь доставляется па откос краном, и бетон укладывается в опалубку снизу вверх. Бетон разравнивают и уплотняют. Через 1-3 суток опалубка снимается.
Если укрепляют откосы из глинистого или мелкозернистого песка, то под подготовкой укладывают песчаную пригрузку, предохраняющую крепление от деформаций. Под стыками бетонных и железобетонных плит укладывают более толстую подготовку в виде слоев щебня, грация и песка (обратный фильтр), препятствующую вымыванию грунта из-под плит.