Железобетонные изделия: особенности и сферы использования
Сложно посчитать, сколько разных материалов используется в строительстве. Одни предназначены для фундамента, другие для стен, третьи для внутренней и наружной отделки. Один из них — железобетон, из которого изготавливают изделия, известные своей прочностью и надежностью. Из них делают потолки, полы, перекрытия и многие другие элементы зданий. Рассмотрим подробнее особенности ЖБИ и их преимущества перед другими строительными материалами.
Что такое ЖБИ
Согласно словарям, железобетонные изделия — это элементы, которые используют при строительстве зданий и сооружений. Их изготавливают из железобетона, представляющего собой соединение армированной стали и бетона. Производство всех без исключения видов ЖБИ строго регламентируется ГОСТом. В этом документе прописаны все требования, которым они должны соответствовать.
В состав железобетона, из которого изготовлены ЖБИ, входят такие компоненты:
- вода;
- цемент;
- песок/щебень;
- арматура.
В процессе соединения воды с цементом происходит реакция, результатом которой является образование твердого цементного камня. Песок со щебнем в реакции не участвуют, но тоже играют важную роль. От размера крупинок или камней зависят свойства раствора.
Арматура в ЖБИ бывает 2 видов:
- Монтажная. Ее устанавливают в нижней части блока. Это своеобразная опора арматуры второго вида, закладных элементов, монтажной петли и т.д.
- Рабочая. Можно сказать, что это основа изделия, от которой зависит его жесткость и прочность.
Внутри конструкции арматура располагается по заранее составленным схемам.
Как изготавливают ЖБИ
Производство любого вида железобетонных изделий проводится по единой технологии и состоит из нескольких этапов. Их очередность выглядит так:
- В заранее подготовленную форму для заливки устанавливается металлический каркас. Она может стоять на специальных стендах или на конвейере.
- Следом заливают теплый раствор.
- Проводится уплотнение, благодаря которому выходит лишний воздух.
- Форму вместе с бетоном помещают в тепловую камеру с температурой около 80-95℃ и оставляют там на 8-12 часов. За это время бетон успевает набрать примерно 75% прочности. В обычных условиях на это ушло бы минимум 4 недели.
- Готовое изделие вынимают из формы, арматуру ужимают.
По окончании рабочего процесса специалисты изымают несколько изделий из партии и отправляют на проверку. Если они на 100% соответствуют ГОСТу, партия получает все необходимые сопроводительные документы и отправляется на продажу.
Производство элементов, имеющих цилиндрическую форму, выглядит немного по-другому. В этом случае используют центрифужный метод. Что это значит?
- Полуформу изделия закрепляют на центрифуге.
- На ней фиксируют стальные прутья, соединенные друг с другом стальной проволокой. Это каркас. Прутья могут быть напряженными или нет.
- Полуформу заполняют раствором и закрывают второй частью.
- Включают центрифугу. За счет центробежной силы бетон равномерно распределяется по внешним краям формы, заполняя весь ее объем.
- Последний этап — сушка в специальной печи.
Как и в предыдущем случае, несколько изделий берут на проверку.
Классификация железобетонных изделий
Система классификации ЖБИ довольно обширна. Есть несколько параметров для разделения их на виды. Так, например, в зависимости от типа армирования существуют такие изделия:
- С обычным армированием. Здесь арматура играет роль элемента, усиливающего прочность конструкции в целом. Готовое изделие действительно отличается прочностью и устойчивостью к механическим нагрузкам. Однако она не обеспечивает защиту от появления трещин при максимальном растяжении бетона. А это значит, что со временем изделие может разрушиться, поскольку в трещины попадает вода, провоцирующая коррозию металла.
- С напряженной арматурой. Суть технологии заключается в следующем: арматуру предварительно натягивают, используя гидравлический домкрат, а после заливки раствором, отпускают. Результат — повышенная прочность, жесткость и устойчивость к деформации благодаря уплотнению бетона одновременно со стягиванием металлических прутьев.
Изделия второго типа изготавливают в больших количествах, поскольку они обладают длительным сроком службы, прочностью и устойчивостью к различным повреждениям.
Второй параметр для разделения — объемный вес бетона. Он делит все существующие ЖБИ на такие виды:
- Из особо тяжелых бетонов с весом больше 2 500 кг/м3.
- Из тяжелых бетонов с весом 1 800-2 500 кг/м3.
- Из легких ячеистых бетонов с весом 500-1 800 кг/м3.
- Из очень легких бетонов весом менее 500 кг/м3.
Еще один параметр, на основе которого проходит классификация, — назначение. Выделяют ЖБИ для строительства жилых домов, промышленных зданий, инженерных сооружений и общего назначения.
Виды ЖБИ в зависимости от формы и сферы применения
Существуют плиты, фермы, сваи, опоры и т.д. Каждый вид имеет свои особенности и характеристики. Рассмотрим виды ЖБИ, которые используют чаще всего.
Плиты
По праву считаются одним из самых востребованных строительных материалов. Их используют для строительства пола и потолка, а также различного рода перекрытий. Внутри плиты полые, благодаря чему имеют меньший вес, в сравнении с другими конструкциями, и дают возможность прокладывать различные коммуникации. Обычно это проводка для потолочного освещения, кабеля для сигнализации, телевидения или интернета.
Перевозят железобетонные плиты только в лежачем положении. Их укладывают сверху на деревянные подставки, благодаря которым смягчаются толчки, без которых не обходится ни одна поездка. Погрузка/разгрузка производится с помощью специальных петель, изготовленных из стальной проволоки и прикрепленных к каркасу.
Фермы
Это элементы, из которых делают перекрытия больших по площади зданий и строений, например, производственных цехов, торговых комплексов, крытых стадионов и т.д. По внешнему виду они представляют собой изделий в форме арки или прямоугольника с дополнительными решетками жесткости. Для изготовления ферм используют тяжелый или легкий бетон.
На строительную площадку железобетонные фермы перевозят исключительно в вертикальном положении. Причем между двумя отдельными фермами устанавливают деревянные прокладки.
Балки, ригели
Так называют элементы, главная задача которых — соединять между собой вертикальные конструкции. Сами же они располагаются горизонтально. Балки и ригели соединяют колонны, подвесы, стены, перегородки. Они бывают одно и двухскатными, а также в форме прямоугольника.
Перевозят ЖБИ такого типа так, чтобы они лежали на боковой стороне. Плашмя их складывать категорически запрещено.
Сваи
Делятся на несколько подвидов в зависимости от конструкции. Первый — набивные. Их изготавливают сразу на месте строительства и устанавливают в предварительно подготовленные ямы. Второй — монолитные. Изготавливают на производстве, например, на заводе. Устанавливают на стройплощадке с помощью молота. Третий подвид — пустотные сваи. По внешнему виду напоминают обсадную трубу. После фиксации внутрь заливают бетон.
Опоры
Представляют собой изделия, которые используют для поддержания линий электропередач и связи. Их более известное название — бетонные столбы. Отличаются друг от друга сечением. Оно может быть квадратным, трапециевидным и круглым. Опоры с круглым сечением обычно полые внутри.
Перевозят столбы в лежачем положении с деревянными прокладками между ними.
Колонны
Считаются несущими элементами здания или строения. Однако часто применяются и в качестве декора. Внешне очень напоминают бетонные столбы, но отличаются от них сечением. У колонн оно может быть либо круглым, либо квадратным. Перевозят их так же, как и предыдущий вид ЖБИ.
Объемные блоки
Это готовое помещение без отделки. Такие железобетонные изделия чаще всего используют для строительства жилья. И это очень выгодно, поскольку снижаются трудозатраты и сокращается время, которое могло бы быть потрачено на стройку. Блоки могут стоять отдельно или быть объединены в большую конструкцию.
Виды железобетонных конструкций
Под железобетонными конструкциями подразумевают изделие, состоящее из соединенных между собой элементов, в том числе, плит, колонн, балок и т.д. Они бывают 3 видов:
- монолитные;
- сборные;
- сборно-монолитные.
Монолитные конструкции нашли свое применение сразу в нескольких сферах. Это и военная, и жилая, и промышленная. Процесс их изготовления предельно прост. Сначала создается металлический каркас. По нему выставляют опалубку, внутрь которой, используя шланг, заливают раствор с нужными характеристиками.
Такие конструкции можно делать даже в домашних условиях, например, при строительстве фундамента для дома. Для того, чтобы он был прочным и надежным, арматуру вяжут в форме куба. После ее укладывают в подготовленную траншею и заливают бетоном.
Сборные железобетонные конструкции известны еще со временем СССР. Именно с их помощью построены жилые дома, так называемые «брежневки». По сути, это обычный блочный дом, собранный, подобно конструктору.
Технология строительства подразумевает производство всех необходимых деталей на заводе. После плиты, колонны и перекрытия транспортируют на строительную площадку и уже на месте по схеме собирают в единое целое.
Сборно-монолитные конструкции используют для возведения мостов. Монолитными частями здесь являются опоры. Все остальное — сборные детали, собранные на заводе. Для повышения прочности и надежности моста в железобетон добавляют пластмассу и другие материалы, которые повышают устойчивость к механическим нагрузкам.
Сферы применения
То, где используют тот или иной вид ЖБИ, определяется их свойствами, характеристиками, формой, размерами и т.д. Приведем примеры:
- Плиты нужны для сооружения перекрытий в домах, коттеджах, невысоких зданиях. Многопустотные изделия пригодятся при оборудовании несущих конструкций при капитальном строительстве зданий.
- Блоки используют для возведения зданий различного назначения. Также из них строят подвалы, фундамент, стены.
- Балки также применяют при капитальном строительстве. Из них делают перекрытия, оконные, дверные проемы. Эти элементы повышают прочность здания в целом, поскольку принимают часть оказываемой на него нагрузки.
Также существуют железобетонные кольца, которые нужны для строительства колодцев, системы канализации и связи, газоснабжения.
Преимущества и недостатки ЖБИ
Как любой другой строительный материал, железобетонные изделия имеют свои плюсы и минусы. К первым относятся:
- Долговечность. Под этим понятием подразумевается срок службы конструкции без деформаций, повреждений и аварийных ситуаций.
- Характеристики. Речь идет о высоком пределе прочности на сжатие у бетона и способности стальных элементов выдерживать растяжение. Соединение этих характеристик делает ЖБИ устойчивыми к любым по силе механическим воздействиям.
- Устойчивость к землетрясениям. Независимо от того, монолитная это конструкция, сборная или смешанная, она имеет хорошую жесткость. Благодаря этому строение в целом способно выдержать подземные толчки.
- Пожарная безопасность. Бетон относится к материалам, которые не воспламеняются, легко выдерживают высокие температуры и замедляют распространение пожара. Этими свойствами он отчасти обязан добавкам, таким, как щебень, базальт и т.д.
- Устойчивость к негативному воздействию окружающей среды. Железобетонные изделия чаще всего находятся под открытым небом, а значит, сталкиваются с перепадами температуры, осадками, повышенной влажностью и т.д. Но при этом они не меняют характеристики. Это возможно благодаря тому, что металлические детали надежно защищены бетонным слоем. Также ЖБИ устойчивы к гниению, появлению плесени и грибков.
- Технологичность, универсальность. Развитие технологий позволяет создавать изделия любой формы и назначения.
Из недостатков ЖБИ особенно выделяются массивность, низкая звукоизоляция, появление трещин при эксплуатации или в процессе установки.
Особенности выбора и характеристики
Для того, чтобы не ошибиться с выбором, нужно обращать внимание на характеристики тех или иных изделий. Главная из них — прочность на сжатие. Именно этот показатель используется для разделения бетона на разные марки. При маркировке железобетонных изделий он обозначается буквой М. Далее идут цифры, сообщающие, сколько килограмм сможет выдержать 1 см2 бетона. Вариантов всего 17.
Еще одна важная характеристика — устойчивость к растяжению, обозначаемая как ВТ и устойчивость на изгиб с маркировкой BTb. Также важно учитывать класс морозостойкости. Он говорит о том, сколько циклов замораживания и размораживания способно выдержать изделие без утраты своих свойств. Обозначается морозостойкость буквой F.
Еще один момент, который нельзя упустить, — водонепроницаемость. Она определяет количество воды, которое выдержит ЖБИ без утраты герметичности.
На что еще нужно обращать внимание при выборе железобетонных изделий и конструкций? На их внешний вид. На поверхности не должно быть никаких дефектов. Важно, чтобы арматура не выступала из бетона, монтажные петли были на своем месте, отсутствовали трещины.
Правила безопасности при работе с ЖБИ
Согласно нормативным актам и документам по технике безопасности, работать с железобетонными изделиями могут лица, достигшие совершеннолетия и получившие профессиональное образование в данной сфере. Важно, чтобы у них не было противопоказаний к работе.
Для защиты здоровья монтажники должны использовать специальную одежду:
- защитный костюм с 3 степенью защиты;
- рукавицы;
- полусапоги с нескользящей подошвой;
- очки;
- сигнальный жилет;
- предохранительный пояс.
Если производятся работы по забивке свай, дополнительно понадобятся защищающие от шума наушники с креплением к каске и защитные щитки.
Во время установки ЖБИ монтажники должны находиться на прочно закрепленных конструкциях. Для того, чтобы пройти на них, устанавливают лестницы, трапы или мостики. Если есть необходимость в использовании навесных площадок и лестниц, закреплять их нужно до того, как начнется рабочий процесс.
Если возникает какая-то аварийная ситуация, о ней нужно сразу же сообщить руководителю стройки. Речь идет об обнаружении неисправности погрузочной или подъемной техники, неустойчивости навесных площадок. Также руководителю нужно сообщать о прекращении работ вследствие неблагоприятных погодных условий.
Итого, железобетонный изделия — незаменимый материал на любой строительной площадке. Это легко объяснить его свойствами и характеристиками. Чтобы готовое здание или строение прослужило как можно дольше, при выборе ЖБИ важно учитывать их характеристики. И не только их. Стоит обратить внимание на климатические условия местности, где эти изделия будут находиться.
Цифровые технологии – спорту
Олимпиада в Сочи и Чемпионат мира по футболу – 2018 задали новые требования к проектированию и строительству спортивных сооружений в России. О том, как создать современный спортивный объект мирового класса и уложиться в жесткий дедлайн, рассказывает руководитель отдела ОВиКВ компании «Метрополис» Сергей Брюзгин.
Проектирование спортивных сооружений – задача сложная и ответственная. Объекты такого рода сочетают в себе яркую, запоминающуюся архитектуру и комплекс сложнейших инженерных систем. Именно поэтому проектировщики постоянно находятся в поиске новых эффективных решений для работы с такими проектами.
В основе – технологии
Одними из наиболее успешных разработок, активно используемых проектировщиками, являются BIM-технологии. Их применение при проектировании современных сложных объектов, к числу которых относятся и спортивные сооружения, является одним из ключевых условий успешных инвестиций заказчика, ведь технология BIM-проектирования позволяет существенно сэкономить время и средства, необходимые для реализации проекта.
Эта технология дает возможность повысить качество проектирования и на раннем этапе представить полную картину того, как будет выглядеть и функционировать объект. При необходимости заказчик может своевременно внести корректировки в проект на той стадии, когда изменения не влекут за собой больших затрат. Это отличная возможность для всех участников проекта получить практически идеальный продукт, обладающий внешней привлекательностью, комфортом и безопасностью среды и, что самое главное, инвестиционной привлекательностью.
Сейчас все проекты нашей компании разрабатываются с применением этой технологии. Например, Центр художественной гимнастики имени Ирины Винер-Усмановой еще в 2016 году получил первое место на конкурсе BIM-технологий, организованном Минстроем РФ.
Другая многообещающая разработка – достаточно молодая в строительной сфере технология математического моделирования (CFD-моделирование). До ее появления то или иное техническое решение можно было обосновать либо опираясь на накопленный опыт (чаще всего используя решения, принятые ранее для подобных объектов), либо при помощи натурных испытаний (создание макета, испытательного стенда и т.п.). Первый вариант – рискованный (аналогичный объект может достаточно сильно отличаться по своим характеристикам от проектируемого, что может дать свою погрешность и привести к неработоспособности решения). Второй – затратный как по деньгам, так и по времени, не говоря о том, что далеко не все макеты можно физически реализовать. Технология CFD дает возможность за пару дней, а иногда и за несколько часов решить нестандартный узел, внести в него требуемые корректировки и добиться эффективности и работоспособности решения.
Мы применяли CFD-моделирование при проектировании таких объектов, как Центр художественной гимнастики в Москве, многофункциональный плавательный центр «Лужники», крытый каток Москомспорта, а также при проектировании жилых зданий.
До того, как мы освоили эту технологию, нам казалось, что ее применение будет востребовано только на уникальных объектах, однако практика показала, что использование CFD-моделей полезно для объектов любого уровня сложности. С его помощью можно решать такие задачи, как распределение температур в сложных трехмерных многослойных конструкциях, расчет параметров микроклимата помещений, воздухораспределение, расчет потерь давления в нестандартных сетевых элементах и т. д.
Данная технология дает специалисту возможность на раннем этапе проектирования отследить вероятные недочеты потенциальных инженерных решений, а иногда и понять, что предлагаемое решение слишком затратно (как энергетически, так и финансово) или вовсе нежизнеспособно. Например, для проверки условий, создаваемых для зрителей и спортсменов, наша компания выполняла оценку проектных решений систем вентиляции и кондиционирования главной арены Центра художественной гимнастики в Москве при помощи CFD-моделирования. Для достижения оптимального результата нам пришлось провести 8 итераций расчетов, в результате чего системы вентиляции и кондиционирования были значительно переработаны. Это еще раз подтверждает: CFD-моделирование и проектирование при помощи BIM-технологий позволяет на раннем этапе выявить проблемы и оптимизировать проектные решения. А заказчик, в свою очередь, получает наглядное, интуитивно понятное обоснование принимаемых решений. Вот несколько примеров выполненных расчетов:
В гармонии со стройкой
Посмотрим, как применение этих технологий реально отражается на строительном процессе. В качестве примера возьмем Центр художественной гимнастики. Для проектируемого объекта выполнялись следующие стадии проекта:
- концептуальные решения (стадия «К»);
- стадия «Проектная документация» (стадия «П»);
- стадия «Рабочая документация» (стадия «Р»);
- авторский надзор.
Проект стадии «К» стартовал в конце мая 2016 года и длился примерно 2 месяца. Последующая стадия «П» длилась примерно 3,5 месяца. Стадия «Р» длилась примерно 2 года, при этом строительные работы на объекте велись с запаздыванием от проекта всего на 2–3 месяца, иногда этот разрыв становился еще меньше, так что можно сказать, что проект стадии «Р», строительство и авторский надзор шли практически параллельно.
Основные сложности при проектировании как раз и связаны с малым разрывом в сроках между разработкой проектного решения и выдачей его для реализации на стройплощадку. У инженеров и архитекторов остается очень немного времени на принятие и согласование решений, и ошибки при таких малых сроках недопустимы. Именно использование BIM-технологий и, в частности, CFD-моделирования позволяет проектировщикам достаточно комфортно чувствовать себя в процессе взаимодействия со всеми заинтересованными сторонами. При этом есть, конечно, одно обязательно условие, с чем нам повезло: в арсенале всех участников проекта были современные технологии и подходы к проектированию, что позволило выполнить поставленную задачу в требуемый срок.
Выход на фасад
По мнению экспертов, отмена технических свидетельств оценки качества фасадных штукатурных теплоизоляционных систем поможет снизить входные барьеры для новых игроков рынка и ускорит его дальнейшее развитие.
Минстрой России отменяет необходимость получения технических свидетельств оценки пригодности систем фасадных теплоизоляционных композиционных с наружными штукатурными слоями (СФТК). В ведомстве считают эту процедуру избыточной и устаревшей. Чиновники считают: действующих нормативных требований к СФТК достаточно для производства качественной продукции.
Напомним, СФТК также называют системой «мокрый фасад». Теплоизоляционный материал скрывается за штукатуркой и монтируется клеем, т. е. «мокрым» путем. В настоящее время данная технология активно применяется как в массовом, так и индивидуальном строительстве.
Запрос бизнеса
По словам председателя комитета по строительству организации «Деловая Россия» Владимира Кошелева, институт выдачи технических свидетельств был введен еще в 1998 году. «Индустрия промышленности строительных материалов в течение последних 20 лет не стояла на месте, появились качественно новые высокотехнологичные материалы и конструкции. Рынок диктует необходимость серьезной конкурентной борьбы за потребителя, и работа Минстроя по изменению нормативной документации отвечает запросам бизнеса. Вместе с тем нельзя забывать, что любые действия, касающиеся надежности и безопасности, должны быть четко выверены, и не должны оставлять ни малейшего шанса для маневра недобросовестным игрокам рынка», – считает он.
Как отмечает Кирилл Иванов, председатель координационного совета РАПЭКС (Российская ассоциация производителей теплоизоляционных материалов из экструдированного пенополистирола), это решение Минстроя РФ вполне оправданно в рамках государственной программы снижения входных барьеров для новых игроков строительного рынка. Более того, Ассоциация производителей и поставщиков фасадных систем АНФАС проделала большую работу по созданию стандартов, регламентирующих устройство фасадов. Теперь и подрядчики, и регулирующие органы имеют полную техническую базу для оценки качества той или иной системы.
Продолжать тренд
По мнению экспертов, получение технических свидетельств скорее необходимо для конструкций из новых материалов, ранее не применявшихся в строительстве. Присутствующие на рынке строительные материалы нуждаются в дальнейшем снижении избыточных регулятивных мер. Кроме того, считают специалисты, необходимо менять и некоторые действующие СНиПы и СП.
По словам Кирилла Иванова, в каждой области строительства есть требования, которые в той или иной степени избыточны. «В нашей стране строгость законов часто компенсируется их неисполнением. Поэтому в Ассоциации РАПЭКС считают, что нужно идти двумя путями: добиваться исполнения принятых стандартов и технических решений и параллельно менять требования, которые улучшат качество и надежность строительных работ. Так, например, мы хотим пересмотреть нормативные значения термического сопротивления конструкций в СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий». Исследование Сергея Крышова, начальника отдела экспертиз зданий и сооружений на соответствие теплотехническим и акустическим требованиям «Центра экспертиз, исследований и испытаний в строительстве» (ГБУ «ЦЭИИС»), показывает, что часть зданий и сооружений, построенных в Москве, не соответствуют существующим нормативным требованиям. Поэтому нужно требовать от строителей исполнения действующих стандартов и разрабатывать новые требования по энергоэффективности, с прицелом на будущее»,– резюмирует Кирилл Иванов.
Руководитель направления «Стандартизация и сертификация» корпорации «Технониколь» Сергей Колдашев отмечает, что строительная отрасль в России довольно консервативна. В некоторых сегментах специалистам до сих пор приходится руководствоваться нормами, принятыми еще в советское время. Нужно признать, что к настоящему моменту большой фонд Сводов правил уже обновился, некоторые из них даже дважды. Однако в Постановлении Правительства РФ от 26 декабря 2014 года № 1521 «Об утверждении перечня национальных стандартов и сводов правил (частей таких стандартов и сводов правил)», в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований федерального закона «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», до сих пор находятся документы, выпущенные до 2011 года. «Для отрасли, на наш взгляд, большое значение имеет обновление прежде всего этого постановления, с указанием актуальных на сегодня Сводов правил. Иначе сегодня проектировщики вынуждены применять устаревшие нормы проектирования. В целом же работа по модернизации СНиПов идет полным ходом, это процесс не прекращается, в этом смысле ситуация скорее позитивная», – подчеркнул эксперт.
Мнение
Кирилл Иванов, председатель координационного совета РАПЭКС:
– Важно обращать внимание не только на качество исходных материалов, но и на качество проводимых работ. Так было всегда. СФТК – сложная система, в которой каждый компонент играет важную роль в обеспечении надежности всего фасада. Качественная теплоизоляция заявленной плотности, качественные штукатурные составы с заявленной адгезией, квалифицированное выполнение монтажа – вот основные факторы долговечности штукатурного фасада. Особое внимание Ассоциация РАПЭКС уделяет СФТК в зоне цоколя и первых этажей. Очевидно, что к теплоизоляционному материалу, предназначенному для утепления данных ограждающих конструкций, должны предъявляться особо жесткие требования. Это продиктовано рисками переувлажнения первых и цокольных этажей. В процессе эксплуатации зданий влажностное состояние материалов непосредственно влияет на теплозащитные свойства ограждающих конструкций и на энергоэффективность применяемых систем теплоизоляции. Поэтому члены Ассоциации РАПЭКС, производители XPS-теплоизоляции на территории РФ, рекомендуют использовать в данной зоне экструдированный пенополистирол.