Железобетонные изделия
Современный уровень гражданского и промышленного строительства трудно представить без использования железобетонных изделий. Железобетон – искусственный композитный строительный материал, по составу близок к бетону, но отличается от него физическими свойствами.
Главным отличием железобетона от бетона выступает наличие арматуры в теле конструкции. В результате чего получается совершенно иной материал по физическим свойствам, нежели просто застывший бетон. Неармированный бетон хорошо работает на усилие сжатия и способен выдержать огромные сжимающие нагрузки. При деформациях сдвига, скручивания или растяжения бетонная конструкция подвержена растрескиванию, вплоть до полного разрушения. Чтобы избежать такого развития событий, в бетонную конструкцию интегрируют арматуру.
Армирующие элементы предназначены, чтобы компенсировать растягивающие и скручивающие нагрузки. Тем самым сохраняется монолитность и целостность объекта. Возможность одновременной работы разнородных материалов обеспечивается жестким сцеплением арматуры и бетонного камня; стальная арматура и бетон имеют близкий по значению коэффициент температурного расширения, что не вызывает термодинамических смещений одного материала относительно другого. При этом бетон, имея щелочную реакцию среды, не оказывает коррозийного влияния на армирующий каркас, а наоборот защищает от внешнего агрессивного воздействия. В качестве арматуры используются стальные стержни разной толщины или скрученные пучки проволоки. Существует композитная арматура, но этот материал не годится для изготовления преднапряженных конструкций. Роль композита в строительстве несколько преувеличена маркетинговыми заявлениями. Армирование композитными материалами подходит для неответственных строений на жестком основании.
В зависимости от назначения в изделии арматура бывает:
- Рабочей. Называется так, потому что воспринимает основные нагрузки и работает в жесткой связке с бетоном. Принимает растягивающие, реже сжимающие усилия, возникающие от веса конструкции и внешних нагрузок.
- Монтажной. Монтажная арматура не воспринимает никаких нагрузок. Необходима для фиксации и удержания скелета арматуры в заданном положении при производстве изделий. Иногда монтажные стержни вынимают.
- Поперечной. Поперечная арматура устанавливается перпендикулярно продольным несущим стержням. Служит для сопротивления усилиям сдвига и поперечных сил, и для предотвращения выпучивания продольных прутов арматурного каркаса. Собирает отдельные прутья в объемный каркас и обеспечивает конструкции пространственную работу.
- Распределительной. Данный тип арматуры необходим для распределения нагрузок внутри монолитной конструкции. Соединяется с несущими элементами сваркой или проволочной скруткой.
Прототип современного железобетона был запатентован в 19 веке во Франции. С тех пор не прекращалось развитие и изучение строительного материала. Благодаря широким и универсальным свойствам железобетон получил широкое применение. В настоящее время наряду с железобетоном повсеместно применяются железобетонные изделия.
Отличия железобетона от ЖБИ
Железобетонные изделия отличаются от железобетона тем, что производятся индустриальным способом. Железобетон производится непосредственно на строительной площадке методом налива в предварительно армированную форму. Таким образом возводятся фундаменты, опорные колонны монолитных зданий.
Возведение железобетонных объектов имеет ряд недостатков и ограничений:
- Характеристики объекта напрямую зависят от привезенной бетонной смеси.
- При отрицательных температурах требуется внесение в бетонную смесь антиморозных добавок и обеспечение специальных температурно-влажностных режимов для твердения.
- Существуют лимиты по дальности доставки бетонного раствора.
- Непосредственно на объекте сложно контролировать качество бетона
- При работе с «живым» раствором нарушение технологии укладки влечет серьезные риски и трудно исправимые последствия.
Преимущества железобетонных изделий:
- Индустриальный способ производства гарантирует качество продукции
- В заводских условиях проще соблюдать технологию процесса
- Завод ЖБИ и заказчик продукции не ограничены расстоянием и временем доставки на объект, так как транспортируется готовый к эксплуатации продукт
- Разработаны технологии по ускорению набора прочности железобетонными изделиями в промышленных условиях. В естественных условиях бетон набирает проектную прочность в течение 28 суток
- Нет климатических ограничений при работе с готовыми ЖБИ
- Предварительно напряженное изделие возможно изготовить только на производстве.
Железобетонные изделия по способу производства бывают:
- Предварительно напряженные
- Обычного армирования
По объемной массе применяемого бетона выпускают продукцию из:
- Особолегких бетонов плотностью 500 кг/м3 и ниже.
- Легких. Объемной массой 500- 1800 кг/м3.
- Тяжелых. Показатель плотности лежит в диапазоне от 1800 до 2500 кг/м3.
- Особотяжелых. К ним относят изделия плотностью 2500 кг/м3
По внутреннему строению производят:
- Пустотелыми
- Сплошными.
По видам бетонов:
- из одного вида
- из нескольких видов.
Однородные изделия различаются типоразмерами и формами: стеновые блоки, угловые блоки и тому подобное.
По назначению:
- Для общественных и жилых строений
- Промышленных зданий и сооружений
- Для общего назначения.
Номенклатура ЖБИ
Номенклатура железобетонных изделий весьма разнообразна и различается в зависимости от назначения изделия, маркировки, способа производства и типоразмера.
Продукция для фундаментов и подземных частей строений.
К ним относят:
- Фундаментные блоки и плиты. По сравнению с бутовыми фундаментами имеют более высокий предел прочности. Не имеют климатических ограничений в работе. Ускоряют и удешевляют процесс возведения фундамента.
- Сваи. Выпускаются разного размера и сечения. Предназначены для возведения свайных типов фундамента. Свайный фундамент прост в строительстве, обладает высокой несущей способностью, экономичен.
- Подвальные плиты и панели. Используются в обустройстве помещений ниже первого этажа. Делаются из водостойкого бетона класса В25 W8.
- Конструкции для каркасов зданий.
К этому типу продукции относят:
- Колонны, балки перекрытий, подстропильные фермы, ригели, прогоны. Эти элементы производят из тяжелого армированного преднапряженного бетона.
- Панели и блоки для стен. Отличаются между собой по месту применения на
- панели и блоки для наружных стен. Делают из тяжелого бетона с обязательным слоем утеплителя или однослойными из ячеистого бетона.
- панели для внутренних стен. Изготавливают из тяжелого армированного бетона с пористым заполнителем.панели межкомнатных перегородок. Производят из всех типов бетона армированными и неармированными.
Конструкции для перекрытий
Сюда относят настилы, плиты и панели перекрытий. Выпускаются с круглыми и овальными пустотами, сплошными и ребристыми. Пустоты позволяют снизить вес изделия и сэкономить на расходе бетона. Для производства применяется предварительно напряженный бетон. Элементы перекрытий должны удовлетворять требованиям по тепло- гидро -и пароизоляции.
Комплектующие для лестниц
К комплектующим для лестниц относятся лестничные марши и площадки. Лестничные марши делают в формах заданного ступенчатого профиля. Площадки выпускают в виде армированной бетонной плиты нужного размера. Могут быть облицованными и необлицованными. Облицовочный слой должен иметь высокий показатель истираемости. По аналогии с лестничными площадками производят балконные плиты. Элементы для сборных лестниц и балконные плиты делают из тяжелого бетона марки не ниже 200 и классом прочности не ниже В15.
Санитарно- технические изделия
В эту группу относят монолитные элементы для обустройства мусоропроводов, вентиляционных шахт, отопительной и газовых систем, канализации.
Декоративно-архитектурные изделия
Железобетон широко используют для изготовления декоративных архитектурных комплексов и оград. Благодаря тому, что из железобетона можно получить изделие любой формы, материал используют для производства барельефов, пилястр, розеток, карнизов, оград, памятников.
Изделия из железобетона специфического назначения
Обширная группа, состоящая из продукции для гидротехнических сооружений, транспортного строительства, обустройства шахт и тоннелей, в том числе метрополитена; элементов для возведения объектов селскохозяйственного назначения и объектов хранения, электростанций, портов, космодромов. К этой группе предъявляются особые требования по прочности, водонепроницаемости, морозостойкости, сопротивлению износу. Производят продукцию из бетона высоких марок и класса по прочности с соответствующими добавками, улучшающими качество материала. В зависимости от нагруженности выпускают обычного и предварительно напряженного армирования.
Производство ЖБИ
Процесс изготовления железобетонных изделий разделяется на несколько этапов:
- Проектирование изделия. Для производства ЖБИ изделия первостепенным и наиважнейшим подготовительным этапом является проектирование. Проектирование заключается в расчетах нагрузок, подборе состава бетонной смеси и стальной арматуры, способе производства.
- Подготовка бетонной смеси. Согласно проектной документации и с соблюдением пропорций компонентов замешивается бетонный раствор. Эта технологическая операция должна производится в строгом соответствии с нормами ГОСТ.
- Изготовление арматурного каркаса. Армирование проводится двумя способами: обычным и с предварительным натяжением. При обычном армировании формируется стальной каркас в форме в сочетании рабочей и монтажной арматуры.
Предварительное натяжение арматуры проводится механическим, термомеханическим, электромеханическим, электротермическим способом. Суть процесса заключается в том, что к рабочей арматуре прикладывается растягивающее усилие. В материале возникают силы, стремящиеся вернуть вещество в первоначальное состояние- так в арматуре возникают сжимающие усилия. Стальные стержни находятся в зафиксированном положении между упорами. После обжатия арматуры бетоном и набором прочности, упоры снимают, и сжимающее усилие передается на бетон. Так производят изделия до твердения бетона.
Отработан и другой метод- напряжение после твердения бетонной смеси. Заключается в следующем. Бетон подается в форму, в форменном блоке проложены каналы скольжения по направлению расположения напрягающих элементов. После набора прочности по каналам прокладывается армирующий элемент и натягивается нужным способом до расчетных значений. Затем канал бетонируется и набирает твердость. Свободные концы арматуры анкеруются. В завершение операции снимается внешнее растягивающее усилие. Так как арматура плотно обжата в канале бетоном сжимающее усилие передается на конструкцию в целом.
- Формование. Заключается в заливке бетонной смеси в формы с подготовленным арматурным каркасом. На производстве выделяют три основных способа формования:
- Стендовый. При этом способе форма расположена на специальном стенде. Все операции с изделием проводятся в рамках стенда: виброуплотнение, набор прочности, подготовка и обработка поверхности
- Агрегатный. Бетонную смесь заливают в подготовленную форму на формовочном посту. Затем заготовку в опалубке, при помощи крана, помещают в специальные камеры для набора прочности. После проведения этой операции, формы поступают для распалубки и возвращаются обратно на формовочный пост.
- Конвейерный. Непрерывный процесс, при котором форма с железобетоном движется по конвейеру и все операции распределены одинаково по времени.
- Твердение бетона. Твердение изделия проводится с соблюдением специальных режимов. Дело в том, что при естественном наборе прочности процесс твердения занимает много суток, а этого себе не может позволить ни один производитель. Свойства бетона позволяют ускорить процесс путем увеличения температуры смеси. На производстве температуру в форме по технологии могут поднимать до 1000С и выше. При этом прочность изделия, достаточная для распалубки набирается за несколько часов.
- Обработка поверхности. Заключается в удалении бетонных наплывов и отделке изделия. Отделка может включать в себя облицовку плиткой, мозаикой, окрашивание и так далее.
- Приемка по качеству. На заводах ЖБИ производится контроль, выпускаемой продукции. Целью является обнаружение явных производственных дефектов. К ним относятся:
- Смещение арматурного каркаса.
- Нарушение и деформация конфигурации изделия.
- Тонкий бетонный слой, закрывающий арматуру.
- Нарушение анкеровки
- Глубокие трещины
При обнаружении таких дефектов изделия бракуются, и не могут быть отпущены с завода как кондиционные.
Транспортировка и хранение ЖБИ
Перевозка изделий из железобетона допускается любым видом транспорта с соблюдением правил транспортировки. Ограничений по дальности расстояний, как в случае с жидким бетоном, не существует. Перевозчиком должны быть приняты меры по жесткой фиксации ЖБИ продукции и обеспечении мер безопасности при доставке. Перевозка допускается только специализированным транспортом.
Погрузочно- разгрузочные работы должны проводится при помощи подъемного оборудования. Запрещается производить разгрузку методом сваливания.
Хранение железобетонной продукции производится на ровных площадках с небольшим уклоном или возможностью отведения воды. Продукция размещается штабелями или штучно. Между единицами обязательно прокладываются деревянные бруски для обеспечения вентиляции и препятствию слеживания. Запрещается складировать ЖБИ продукцию в стопках и штабелях с превышением допустимых норм нагрузки на грунт. В результате пренебрежения нормами возникает угроза проседания грунта, и обвала изделий, заложенных на хранение.
На площадке хранения железобетонных изделий необходимо обеспечить места хранения по видам продукции, и проезд погрузочного транспорта к каждому виду ЖБИ.
Изделия ЖБИ принимаются партиями. В партиях могут оказаться единицы с дефектами, носящими устранимый или недопустимый характер.
Устранимые, «не летальные» дефекты могут возникать в процессе производства, транспортировки и хранения. Таковыми признаются если они могут быть легко устранены при использовании и не влияют на основные качественные характеристики:
- Мелкие сколы.
- Неровности.
- Неглубокое растрескивание.
В случае выявления дефектов, связанных с коррозией арматуры, анкеров, большими сколами, глубокими трещинами шириной более 1 мм., данное изделие отбраковывается.
Ошибки при монтаже ЖБИ
Строительные конструкции и элементы, в том числе и изделия из железобетона, обладают заданными физико-механическими характеристиками. Использование изделий с характеристиками меньше проектных недопустимо.
Важно строго соблюдать схему и технологию монтажа ЖБ изделий. Нарушение технологии процесса может привести к непоправимым последствиям.
Не допускается в железобетонных конструкциях обнажать арматуру, срезать видимые закладные детали корректировать арматурный каркас. Безграмотные и непрофессиональные действия могут свести к нулю эффект преднапряжения и объект не будет обладать заданной прочностью и надежностью.
Ошибкой инвесторов является привлечение к проведению строительных работ непрофессиональных, малоизвестных, компаний без репутации и опыта. Нельзя забывать, что строительство– это ответственность! Ответственность не разовая, а распределенная во времени, ответственность за жизнь, безопасность и здоровье людей.
Игорь Коваль: «Действующие ГОСТы для добавок в бетон серьезно устарели»
Существующая нормативная база по разработке и применению добавок в бетон требует коррекции. Такие выводы делает руководитель научно-технического центра ООО «Полипласт Северо-Запад» Игорь Коваль. По его мнению, устаревшие ГОСТы не только не позволяют оценивать фактическую эффективность современных добавок, но и тормозят развитие рынка.
– Игорь Валерьевич, действительно ли действующая нормативная документация, а именно ГОСТы на химические и минеральные добавки в бетон, не отвечает запросам производителей?
– К сожалению, это так. Поэтому коррекция нормативов, касающихся применения добавок в бетоне, необходима. Один из важных отраслевых ГОСТ 30459-2008 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Определение и оценка эффективности» не пересматривается уже 12 лет. Ряд методик уже не соответствует реальности, они устарели по номенклатуре типов добавок, технологиям производства конструкций, применения бетонов в холодный период года.
В частности, ГОСТ 30459-2008 при оценке эффективности добавок для ЖБИ использует режим прогрева +80 °С. При этом сравнение ведут на контрольном бездобавочном бетоне с величиной осадки конуса ОК = 1–4 см (марка смеси П1) и бетонах с суперпластификатором с ОК = 21 см (марка смеси П5). Техническая проблема в том, что в бетонах с абсолютно разными марками смеси П1 и П5 и неизменной величиной водоцементного отношения в 95% случаев результаты не покажут идентичную прочность – в частности, за счет действия расслоения смеси и погрешности испытаний.
Кроме того, температура +80 °С практически не используется в ЖБИ, КПД, ДСК и отрицательно влияет на физико-механические характеристики бетона по прочности и особенно на параметр качества – долговечность. Производственные режимы на современных продуктах и технологических линиях ограничены +50–60 °С. В связи с этим методика с оценкой при +80 °С и марках смеси П1 против П5 (ОК = 21 см и более), которая в реальности также не используется на заводах ЖБИ (за исключением СУБ или «кассет»), не позволяет оценивать эффективность добавок, т. е. нарушены смысл и цели, декларируемые в данном ГОСТ.
– Какие еще есть несоответствия?
– Серьезные проблемы с методикой оценки эффективности противоморозных добавок по «теплому» и «холодному» методам. Если первый метод используется на практике, то по второму, «холодному», оценить противоморозный эффект добавок почти невозможно. Даже обычные добавки-пластификаторы и просто бездобавочный бетон часто оказываются противоморозными. «Секрет Полишинеля» заключается во времени выдерживания бетона при оттаивании в нормальной температуре (+20 °С). Причем разрешенное время оттаивания до испытаний – от 24 до 48 часов – принимается согласно ТУ производителя добавок. На практике при температуре в теле бетона –12-15 °С не существует химических компонентов, обеспечивающих гидратацию цемента при условии использования добавок в разрешенном нормативами количестве не более 5% от массы цемента. Из этого следует, что бетоны, выдерживаемые по «холодному» методу, не твердеют на проверяемой минусовой температуре и прочность набирают из пластичного состояния смеси сразу после оттаивания за 24 или 48 часов. Ряд технических возможностей и адекватная оценка поликарбоксилатных добавок, несмотря на их активное применение, остались «за бортом» нормативов.
– Помогает ли сертификация добавок в бетон качественному развитию рынка стройматериалов?
– Сертификация – это важно и нужно! Вопрос заключается в квалификации и опыте оценивающих продукцию (бетон). Это скорее вопрос доверия к проверяющим и контролирующим органам, чем к самой процедуре, которая введена правильно.
В формате замещения. Рынок пенополистирола
В настоящее время, по данным экспертов, продолжается сокращение производства и потребления вспененного пенополистирола. Освободившуюся нишу все активнее заменяет экструдированный вид этого теплоизоляционного материала.
Пенополистирол широко применяется в строительстве новых зданий и сооружений, а также при отделке помещений. В объеме потребления теплоизоляционных материалов его доля достигает 30%. По оценке экспертов, в ближайшей перспективе она будет постепенно увеличиваться и через 5-7 лет достигнет показателя в 40%.
Генеральный директор АПРИ «Флай Плэнинг» Владимир Савченков отмечает, что главными плюсами пенополистирола являются: широкая сфера применения (от утепления подвальных помещений до использования на балконах, лоджиях и фасадах), а также долговечность, высокие теплоизоляционные свойства, легкость в применении, экологичность и доступная цена. «В качестве недостатков можно указать следующее: это легковоспламеняющийся материал, он разрушается под долгим воздействием солнечных лучей, также он отличается хрупкостью. Поэтому при транспортировке и использовании нужно соблюдать меры предосторожности. Но стоит отметить, что указанные недостатки с лихвой покрываются достоинствами. Это современный технологичный материал с универсальными свойствами и широким перечнем возможностей», – считает он.
Путем продавливания
Отметим, что пенополистирол, как теплоизоляционный материал, подразделяется на два вида: вспененный (EPS) и экструдированный (XPS). Производители данных продуктов между собой достаточно жестко конкурируют.
Согласно исследованию аналитического агентства DISCOVERY Research Group, по итогам трех кварталов 2019 года, объем рынка (производство и потребление) EPS в нашей стране составил 5,49 млн куб. м, XPS – 6,21 млн куб. м. В том числе российскими компаниями за данный период времени было экспортировано 6 тыс. куб. м вспененного пенополистирола и 120 тыс. куб. м экструдированного.
Экструдированный пенополистирол, как рассказывает руководитель направления «Полимерная изоляция» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Алексей Касимов, создается из полистирола общего назначения (ПСОН) методом экструзии (путем продавливания вязкого расплава материала). В результате получается равномерная мелкопористая структура, что придает материалу прочность, практически нулевое водопоглощение и низкий показатель теплопроводности.
«Экструдированный пенополистирол может применяться в заглубленных конструкциях: фундаменты, подвалы, подземные паркинги, где эффективно защищает фундамент от теплопотерь и разрушительных сил морозного пучения. Также особенностью экструзионного пенополистирола является то, что он может использоваться при температуре от –70°С до +75°С. Благодаря этому материал активно используют в холодильных установках, катках и пр. В целом мы отмечаем ежегодное сокращение рынка EPS, при этом освободившуюся нишу замещает XPS», – добавляет Алексей Касимов.
Отвечая новым требованиям
Эксперты считают, что рост потребления экструдированного пенополистирола связан с трендом повышения энергоэффективности зданий. В частности, стандартный слой плит из этого материала в 50 мм сохраняет тепло в помещении так же, как метровая кирпичная или бетонная стена толщиной 2,5 м. Также XPS все активнее применяется в дорожном строительстве для предотвращения морозного пучения полотна. Материал препятствует промерзанию грунта и значительно увеличивает срок эксплуатации дорожного покрытия. Кроме того, экструдированный пенополистирол более прост в переработке – и его производители могут заниматься выпуском вторичных продуктов.
В целом, как отмечают игроки рынка, применение XPS позволяет существенно усовершенствовать и ускорить технологию строительства, значительно снизить затраты при создании новых конструкций, отвечающих новым требованиям строительных норм.
При этом они подчеркивают, что EPS как теплоизоляционный материал не уйдет с рынка совсем. Он останется востребован в бюджетном строительстве и утеплении малоэтажных индивидуальных домов. Кроме того, за счет совершенствования технологий производства этого материала будут повышаться его качественные характеристики и расширяться область применения.
Кстати
С 1 января 2020 года, в соответствии с приказом Росстандарта, в общероссийском классификаторе ОКПД 2 выделены отдельные коды для теплоизоляционных плит из пенополистирола, сэндвич-панелей с пенополистиролом и сэндвич-панелей с минеральной ватой. Предполагается, что это новшество поможет лучше идентифицировать теплоизоляционные продукты в области их применения, а также повысит качество сбора статистической информации, необходимой в том числе для оказания мер господдержки. Изменения в классификаторы подготовлены на основании предложений технической рабочей группы «Ассоциация производителей и поставщиков пенополистирола» в рамках научно-технического совета по развитию промышленности строительных материалов, изделий и конструкций при Минпромторге РФ.