Баженов Ю. М. - Технология бетона
Баженов Ю. М.
Б 16 Технология бетона: Учеб. пособие для технол. спец. строит, вузов. 2-е изд., перераб. — М.: Высш. шк., 1987,-415 с: ил.
Учебное пособие имеет цель ознакомить студентов с современной теорией и практикой технологии бетона, научить производить технологические и технико-экономические расчеты с учетом современных математических методов, правильно выбирать, изготовлять н применять различные виды бетона.
Во 2-м издании (1е — в 1979 г.) рассматриваются новые виды бетона н перспективы совершенствования его технологии.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящее учебное пособие предназначено для глубокого изучения курса «Технология бетонных и железобетонных изделий и конструкций». В нем даются основные технологические зависимости, влияние на структуру и свойства бетона различных факторов, правильные приемы перемешивания, укладки, уплотнения, ускорения твердения бетона, методы проектирования состава бетона различных видов, организация контроля качества бетона на производстве и способы контроля, принципы использования математических методов и технологии бетона и перспективы повышения качества и совершенствования технологии бетона. Ознакомление с этими вопросами и практическое применение полученных знаний на производстве должны способствовать совершенствованию технологии бетона и внедрению в строительство новых прогрессивных решений.
В настоящем издании особое внимание уделено технологии бетона с химическими добавками, в том числе с суперпластификаторами и комплексными добавками на их основе; новым видам бетонов, в том числе литым бетонам, фибробетону, арболиту, декоративному бетону; новым технологическим приемам: активации цемента с добавками, использованию солнечной энергии при производстве железобетонных изделий и другим эффективным приемам экономии энергии и материалов.
В связи с тем что в действующей инструктивно-нормативной литературе наряду с классами бетона применяются марки бетона, в учебном пособии еще дается в необходимых случаях понятие о марках бетона.
Приведенные в пособии расчетные технологические зависимости и способы определения состава различных видов бетона позволяют более широко использовать в учебном процессе и при организации самостоятельной работы слушателей вычислительную технику, на основе сравнения вариантов выбирать наиболее оптимальное решение, обеспечивая производство изделий и конструкций при минимальном расходе материалов, энергии и труда.
Гл. 19 пособия написана доц., канд. техн. наук В. Н. Баженовой. Автор выражает глубокую благодарность коллективу кафедры «Строительные материалы» Ленинградского института инженеров железнодорожного транспорта (зав. кафедрой — проф., д-р техн. наук О. В. Кунцевич) за замечания и пожелания, высказанные при подготовке рукописи к изданию.
Автор
ВВЕДЕНИЕ
XXVII съезд Коммунистической партии Советского Союза наметил широкую программу ускорения социально-экономического развития Советского общества, важное место в которой занимают перестройка и коренное усовершенствование капитального строительства. Обеспечить каждую советскую семью к 2000 г. отдельной квартирой, создать развитую инфраструктуру культурно-бытовых учреждений, обеспечить приоритетное развитие машиностроения и новых технологий — все это требует от строителей резкого увеличения объемов строительства, повышения производительности труда, улучшения качества строительства, всемерной экономии материальных, энергетических и трудовых ресурсов.
Партия и правительство приняли важные постановления по индустриализации строительства, совершенствованию его управления и хозяйственного механизма, широкому внедрению коллективного подряда. Новые условия открывают возможности широкого применения прогрессивных технических решений и достижений науки, требуют от всех строителей более глубокой профессиональной подготовки для умелого управления производством и работы на стройках и заводах стройиндустрии. Необходимо и более глубокое изучение студентами профилирующих дисциплин, в том числе «Технологии бетонных и железобетонных изделий», способствующих принятию творческих решений, передовому опыту строительства. Помочь им в этом призвано настоящее учебное пособие.
Дальнейшее повышение эффективности капитальных вложений в строительство, снижение материалоемкости и трудоемкости, сокращение продолжительности строительства и повышение его качества могут быть достигнуты на основе расширения объемов полносборного строительства, организации производства конструкций и изделий полной и повышенной заводской готовности.
В решении этой задачи важное значение отводится бетону и железобетону, которые в нашей стране являются основными строительными материалами. Ежегодно в строительстве применяется около 250 млн. м3 бетона и железобетона, в том числе около 125 млн. м^ сборного железобетона, изготовляемого на более чем 6000 предприятий: домостроительных комбинатах, заводах и полигонах по производству бетонных и железобетонных изделий. На предприятиях работает свыше 25000 технологических линий по производству сборного железобетона, около 1 млн, специалистов и рабочих в двенадцатой пятилетке намечено значительное техническое перевооружение промышленности сборного железобетона: создание более эффективных технологических линий; применение новых вяжущих веществ, легких заполнителей, химических добавок, расширение механизации и автоматизации производства, внедрение вычислительной техники, использование, вторичных продуктов промышленности для экономии материальных и энергетических ресурсов.
В технологии бетона и промышленности сборного железобетона имеются значительные неиспользованные резервы. Коэффициент использования мощностей в последние годы сохраняется на уровне 0.8, выработка на одного рабочего в год — 200 м3. Вместе с тем имеются реальные возможности их улучшения. Преимущества высокой интенсификации и специализации производства видны на примере работы Главмоспромстройматериалов. Выработка на одного рабочего на этих предприятиях в 1,5 раза выше, а себестоимость продукции на 17% ниже средних но стране, более 18% продукции выпускается по высшей категории качества. На лучших предприятиях крупнопанельного домостроения затраты труда составляют 5... 8 чел-ч на 1 м2 общей площади, в то время как имеются предприятия, где этот показатель достигает 18... 20 чел-ч/м2.
В общей стоимости материальных ресурсов, потребляемых в капитальном строительстве, стоимость бетонных и железобетонных конструкций составляет около 257о, что значительно превышает стоимость и объем других видов строительных конструкций. Бетон и железобетон вследствие своих физико-механических свойств, долговечности, технико-экономических показателей и наличия сырьевых ресурсов в обозримом будущем будут занимать ведущее место в капитальном строительстве, как массовые материалы, обладающие большими потенциальными возможностями.
Поэтому глубокое изучение технологии бетона студентами — будущими специалистами — будет способствовать более полному использованию имеющихся резервов производства, дальнейшему развитию промышленности сборного железобетона — важнейшей отрасли народного хозяйства.
ГЛАВА 1
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О БЕТОНЕ
§ 1.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Бетонами называют искусственные каменные материалы, получаемые в результате затвердевания тщательно перемешанной и уплотненной смеси из минерального или органического вяжущего вещества с водой, мелкого или крупного заполнителей, взятых в определенных пропорциях. До затвердевания эту смесь называют бетонной смесью.
В строительстве широко используют бетоны, приготовленные на цементах или других неорганических вяжущих веществах. Эти бетоны обычно затворяют водой. Цемент и вода являются активными составляющими бетона; в результате реакции между ними образуется цементный камень, скрепляющий зерна заполнителей в единый монолит.
Между цементом и заполнителем обычно не происходит химического взаимодействия (за исключением силикатных бетонов, получаемых автоклавной обработкой), поэтому заполнители часто называют инертными материалами. Однако они существенно влияют на структуру и свойства бетона, изменяя его пористость, сроки затвердевания, поведение при воздействии нагрузки и внешней среды. Заполнители значительно уменьшают деформации бетона при твердении и тем самым обеспечивают получение большеразмерных изделий и конструкций. В качестве заполнителей используют преимущественно местные горные породы и отходы производства (шлаки и др.). Применение этих дешевых заполнителей снижает стоимость бетона, так как заполнители и вода составляют 85...90%, а цемент—10... 15% от массы бетона.
В последние годы в строительстве широко используют легкие бетоны, получаемые на искусственных пористых заполнителях. Пористые заполнители снижают плотность бетона, улучшают его теплотехнические свойства. Для регулирования свойств бетона и бетонной смеси в их состав вводят различные химические добавки, которые ускоряют или замедляют схватывание бетонной смеси, делают ее более пластичной и удобоукладываемой, ускоряют твердение бетона, повышают его прочность и морозостойкость, а также при необходимости изменяют и другие свойства бетона.
Бетоны на минеральных вяжущих веществах являются капиллярно-пористыми телами, на структуру и свойства которых за-метисе влияние оказывают как внутренние процессы взаимодействия составляющих бетона, так и воздействие окружающей среды.
В течение длительного времени в бетонах происходит изменение поровой структуры, наблюдается протекание структурообразующих, а иногда и деструктивных процессов и как результат — изменение свойств материала. С увеличением возраста бетона повышаются его прочность, плотность, стойкость к воздействию окружающей среды. Свойства бетона определяются не только его составом и качеством исходных материалов, но и технологией приготовления и укладки бетонной смеси в конструкцию, условиями твердения бетона. Все эти факторы учитывают при проектировании состава бетона и производстве конструкций на его основе.
На органических вяжущих веществах (битум, синтетические смолы и т. д.) бетонную смесь получают без введения воды, что обеспечивает высокую плотность и непроницаемость бетонов. Многообразие вяжущих веществ, заполнителей, добавок и технологических приемов позволяет получать бетоны с самыми разнообразными свойствами.
Бетон является хрупким материалом: его прочность при сжатии в несколько раз выше прочности при растяжении. Для восприятия растягивающих напряжений бетон армируют стальными стержнями, получая железобетон. В железобетоне арматуру располагают так, чтобы она воспринимала растягивающие напряжения, а сжимающие напряжения передавались на бетон. Совместная работа арматуры и бетона обусловливается хорошим сцеплением между ними и приблизительно одинаковыми температурными коэффициентами линейного расширения.
Бетон предохраняет арматуру от коррозии. Бетонные и железобетонные конструкции изготовляют либо непосредственно на месте строительства — монолитный бетон и железобетон, либо на заводах и полигонах с последующим монтажом на строительной площадке — сборный бетон и железобетон.
§ !.2. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ БЕТОНА
Бетон — один из древнейших строительных материалов. Из него построены галереи египетского лабиринта (3600 лет до н. э.), часть Великой Китайской стены (III в. до н. э.), ряд сооружений на территории Индии. Древнего Рима и в других местах. Однако использование бетона и железобетона для массового строительства началось только во второй половине XIX в., после получения и организаций промышленного выпуска портландцемента, ставшего основным вяжущим веществом для бетонных и железобетонных конструкций. Вначале бетон использовался для возведения монолитных конструкций и сооружений. Применялись жесткие и малоподвижные бетонные смеси, уплотнявшиеся трамбованием. С появлением железобетона, армированного каркасами, связанными из стальных стержней, начинают применять более подвижные и даже литые бетонные смеси, чтобы обеспечить их надлежащее распределение и уплотнение в бетонируемой конструкции. Однако применение подобных смесей затрудняло получение бетона высокой прочности, требовало повышенного расхода цемента. Поэтому большим достижением явилось появление в 30-х годах способа уплотнения бетонной смеси вибрированием, что позволило обеспечить хорошее уплотнение малоподвижных и жестких бетонных смесей, снизить расход цемента в бетоне, повысить его прочность и долговечность.
В эти же годы был предложен способ предварительного напряжения арматуры в бетоне, способствовавший снижению расхода арматуры в железобетонных конструкциях, повышению их долговечности и трещиностойкости.
Проф. А. Р. Шуляченко в 80-х годах прошлого века разработал теорию получения и твердения гидравлических вяжущих веществ и цементов и доказал, что на их основе могут быть получены долговечные бетонные конструкции. Под его руководством было организовано производство высококачественных цементов.
Проф. Н. А. Белелюбский в 1891 г. провел широкие испытания, результаты которых способствовали внедрению железобетонных конструкций в строительство. Проф. И. Г. Малюга в 1895 г. в своей работе «Составы и способы изготовления цементного раствора (бетона) для получения наибольшей крепости» обосновал основные законы прочности бетона. В 1912 г. был издан капитальный труд Н. А. Житкевича «Бетон и бетонные работы».
В начале века появляется много работ по технологии бетона и за рубежом. Из них наиболее важными были работы Р. Фере (Франция), О. Графа (Германия), И. Боломе (Швейцария), Д. Абрамса (США).
Широкое развитие получила технология бетона в Советском Союзе со времени первых крупных гидротехнических строительств— Волховстроя (1924 г.) и Днепростроя (1930 г.). Профессора Н. М. Беляев и И.П. Александрии возглавили ленинградскую научную школу по бетону и внедрили в практику строительства первые научные методы подбора состава бетона, значительно повысившие его качество.
В 30-е годы ученые московской школы бетона Б. Г. Скрамтаев, Н. А. Попов, С. А. Миронов, С. В. Шестоперов, П. М. Миклашевский и другие разработали методы зимнего бетонирования и тем самым обеспечили круглогодичное возведение бетонных и железобетонных конструкций, создали ряд новых видов бетона, в том числе легких, что позволило более широко использовать бетон при возведении жилых и производственных зданий, разработали способы повышения долговечности бетона, основы технологии сборного железобетона.
В эти же годы большие работы проводились закавказской школой бетона под руководством академика АН Грузинской ССР К. С. Завриева, способствовавшие расширению применения железобетонных конструкций на стройках Кавказа, использованию в бетоне природных пористых заполнителей.
Применение бетонных и железобетонных конструкций сыграло решающую роль в строительстве первых пятилеток и в перебазировании промышленности в восточные районы страны в годы Великой Отечественной войны.
В послевоенный период наука о бетоне и железобетоне и практика применения этих материалов в строительстве получили особенно широкое развитие. Для обеспечения индустриализации строительства бурное развитие получает производство сборного железобетона.
В постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 19 августа 1954 г. «О развитии производства железобетонных конструкций и деталей для строительства» был намечен невиданный до того рост объема производства и применения сборного железобетона и установлены задачи по развитию его индустриальной базы. За последующие годы в стране была создана развитая промышленность сборного железобетона, насчитывающая около 6000 предприятий общей мощностью свыше 150 млн. м3 изделий, которая обеспечивает все виды строительства широкой номенклатурой изделий и конструкций. Объем производства вырос за эти годы более чем в 65 раз, и сегодня Советский Союз занимает первое место в мире по производству сборного железобетона, намного опередив наиболее развитые капиталистические страны.
Широкое применение сборного железобетона позволило значительно сократить в строительстве расход металла, древесины и других традиционных материалов, резко повысить производительность труда, сократить сроки возведения зданий и сооружений. Только в Москве применение сборных железобетонных конструкций и перенос в заводские условия части отделочных и монтажных операций в связи с применением железобетонных изделий повышенной готовности позволили за последние 20 лет сократить численность работающих в строительстве на 50%.
В послевоенные годы создаются новые виды вяжущих веществ и бетонов, начинают широко применяться химические добавки, улучшающие свойства бетона, совершенствуются способы проектирования состава бетона и его технология.
Для обеспечения развития научных и технических основ производства железобетонных конструкций в стране развивается широкая сеть научных учреждений. Научные исследования по технологии бетона успешно ведут Научно-исследовательский институт бетона и железобетона (НИИЖБ) Госстроя СССР, ведущий научные работы по различным проблемам проектирования и производства железобетонных конструкций, Всесоюзный научно-исследовательский институт по бетону и железобетону (ВНИИжелезобетон) Министерства промышленности строительных материалов, координирующий работы по заводскому производству сборного железобетона, многие кафедры и лаборатории вузов и ряд отраслевых научно-исследовательских институтов и лабораторий.
Проблемы технологии тяжелых бетонов получают развитие в работах Б. Г. Скрамтаева, И. Н. Ахвердова, Ю. М. Баженова, И. М. Грушко, О. П. Мчелова-Петросяна, А. В. Сатйлкина, A. Е. Шейкина и многих других ученых. Легким бетонам на пористых заполнителях посвящены работы И. А. Попова, М. 3. Симонова, И. А. Иванова и др.; силикатным и ячеистым бетонам — работы П. И. Боженова, А. В. Волжёнского, К. Э. Горяйнова и др.; вопросам реологии бетонной смеси и формированию изделий — работы А. Е. Десова, Г. Я. Кунноса, О. А. Савинова и др.; бетонированию зимой и в условиях сухого и жаркого климата— работы С. А. Миронова; И. Б. Заседателеза, Б. Н. Крылова и др.; ускорению твердения — работы Л. А. Малининой и др.; повышению долговечности и коррозионной стойкости бетона — работы Г, И. Горчакова, О. В. Кунцевича, Ф. М. Иванова, В. М. Москвина, С. А. Шестоперова и др.; созданию специальных видов бетона — работы К. Д. Некрасова, И. А. Мещанского, В. Д. Глуховского и др.; совершенствованию заводской технологии бетонных и железобетонных изделий — работы B. В. Михайлова, 9. Г.Ратца, В. И. Сорокера, И. Г. Совалова и др. В последние годы вопросы технологии бетона получают дальнейшее развитие в трудах В. Г. Батракова, В. А. Вознесенского, Б. В. Гусева, И. Н. Долгополова, В. В. Потуроева, И. Е. Путляева, В. И. Соломатова, В, Б. Ратинова, И. А. Рыбьева, А. В. Ферронской и многих других ученых.
В ближайшие 10 ... 20 лет технология бетонов и производство сборного железобетона получат дальнейшее развитие. Основными направлениями при этом будут следующие: повышение эффективности и качества сборных железобетонных конструкций и изделий, снижение их металлоемкости и трудоемкости их производства; разработка и организация массового производства эффективных видов вяжущих веществ, арматурной стали, высококачественных заполнителей, комплексных химических добавок; коренное улучшение технологии пр9Изводства железобетонных и бетонных конструкций путем массового внедрения новых более современных технологических процессов, высокопроизводительного автоматизированного оборудования, роботов и манипуляторов, совершенных систем контроля и управления качеством готовых изделий на основе развития методов прогнозирования свойств бетона, широкого использования вычислительной техники; применение ресурсосберегающих и безотходных технологий; широкое использование вторичных продуктов и отходов промышленности, использование всех резервов производства с целью экономии материальных, энергетических и трудовых ресурсов.
...