Железобетонные конструкции - всесторонний анализ строительного материала: классификация, компоненты, технология изготовления

• 1 Классификация изделий
• 2 Основные компоненты и производство
  • 2.1 Связующее вещество
  • 2.2 Наполнитель
  • 2.3 Арматурный каркас
• 3 Технология изготовления
  • 3.1 Сборные элементы
  • 3.2 Заливка монолита
• 4 Достоинства и недостатки
• 5 Вывод

Железобетонные конструкции в современном строительстве являются, без преувеличения, ключевым компонентом практически любого сооружения. Для подобных изделий характерно крайне обширное разнообразие, что позволяет применять их при решении самых разноплановых задач.

Ниже мы опишем ключевые особенности деталей из железобетона, охарактеризуем тонкости их производства, а также рассмотрим основные достоинства и недостатки этого вида материала.

Разнообразие изделий из железобетона не поддается описанию

Классификация изделий

Основополагающим документом, регламентирующим использование подобных изделий, является СНиП по железобетонным конструкциям (2.03.01-84). Этот норматив, а также другие документы, регламентирующие отдельные аспекты применения железобетона в строительстве, определяют его состав и ключевые  требования к характеристикам.

Согласно данным нормативам, железобетон представляет собой композит, состоящий из цементного или аналогичного по свойствам связующего, плотного наполнителя и металлической арматуры. Такое сочетание позволяет объединить массивность и стойкость настоящего бетона с достаточной прочностью на изгиб и сжатие, которой  обладает сталь.

Для облегчения ориентации в разнообразии железобетонных конструкций существует несколько вариантов их классификации. В основе каждого варианта лежит тот или иной фундаментальный признак.

 Так, по принципу возведения ж/б изделия делятся на:

• Сборные – состоят из отдельных элементов, производимых в заводских условиях и собираемых в единую систему на объекте.
• Монолитные – обустраиваются путем заливки непосредственно на месте. Для изготовления монолитных конструкций чаще всего применяются опалубки различных форм.

Монолитное строительство

Классификация по конфигурации обычно включает в себя такие разновидности:

• Блочные — наиболее распространенные и простые в изготовлении. Представляют собой полнотелые или пустотелые блоки правильной геометрической формы.
• Линейные – разновидность блочных модулей, вытянутых в длину. К линейным конструкциям обычно относят балки, сваи, столбы, фермы и т.д.
• Плоские – плиты и перекрытия разного размера и прочности. Как и блоки, могут делаться пустотелыми для уменьшения массы при незначительном снижении прочности.
• Пространственные изделия – лотки, трубы, кольца для колодцев и т.д. Основной отличительной чертой подобных модулей является наличие внутренней функциональной полости.

Разнообразие форм

Естественно, здесь приводится лишь обзор основных типов изделий. СНиП на железобетонные конструкции содержит более подробную классификацию с точными характеристиками, и потому при проектировке специалисты обращаются именно к этому нормативу.

Основные компоненты и производство

Связующее вещество

Изготовление железобетонных конструкций предполагает использование четырех основных компонентов: связующего, наполнителя, арматуры и воды. Кроме того, для улучшения качества материала в сырье часто добавляют модификаторы – вещества, оптимизирующие состав, улучшающие пластичность, ускоряющие отвердение и т.д.

Пропорции смесей для производства раствора

Связующе является одним из наиболее важных компонентов:

• В качестве вяжущего материала, отвердевающего после гидратации (взаимодействия с водой) обычно используется портландцемент. Для него характерны высокие показатели прочности и вполне доступная цена.

• Для производства бетонов, которые используются в массовом строительстве, обычно применяются цементы марки М400 или М500. Именно на эти виды материала обычно ориентируются, рассчитывая пропорции других компонентов смеси для изготовления ж/б изделий.

Наиболее распространенные марки цемента

• Однако в ряде случаев от конструкции требуются повышенные механические характеристики. При этом может быть задействован более высокомарочный цемент (М600 – М800). Однако следует помнить, что использование подобных составов существенно удорожает конструкцию. Кроме того, после застывания такие изделия хуже поддаются обработке.

Наполнитель

Вторым по важности компонентом является наполнитель. И если для строительного  бетона без внутреннего армирования могут применяться самые разные материалы, вплоть до вспененных полимеров, то при производстве ж/б конструкций обычно задействуются только те вещества, которые обеспечат составу высокую плотность и прочность.

Наполнители разного размера

Их можно условно разделить на несколько групп, которые приводятся в таблице ниже:

Группа наполнителей Примеры и характеристики Природные материалы Наиболее часто применяемая группа. К ней относятся различные пески, гравий, щебень и т.д.  Как правило, при  заливке армированного бетона используются заполнители, полученные путем дробления отходов плотных горных пород  — кварцитов, гранитов и т.д. Искусственные материалы Производятся путем совместной обработки природного сырья и синтетических компонентов.  Для изготовления железобетона искусственные заполнители задействуются очень редко, исключение составляет лишь чугунная дробь для укрепления высокопрочных монолитных конструкций. Отходы производства Шлак, зола и т.д. Обычно не обладают достаточной прочностью, потому используются в качестве добавок.

Металлическая дробь для особо прочных конструкций

При выборе наполнителя обычно придерживаются таких правил:

• Для производства бетона марки М400 и ниже используется гравий, для более прочных материалов – щебень.
• И щебень, и гравий перед внесением в состав подвергают фракционированию – разделению в соответствии с размером частиц. Использование материалов одной фракции способствует повышению однородности состава и улучшению его свойств.
• При расчете механических характеристик нужно учитывать, что прочность каменного заполнителя должна быть примерно в 1,5 – 2 раза выше, чем прочность цементного состава.

Арматурный каркас

Наконец, важным элементом является арматурный каркас:

• Для улучшения механических характеристик материала используется стальная арматура – проволока, прутья, трубы или другие элементы, соединенные в каркасы определенной формы. Конфигурация каркаса определяется очертаниями и габаритами самого сооружения, а также расчетными требованиями по прочности.
• Инструкция допускает как сварное соединение элементов каркаса, так и связывание их использованием специальной проволоки. Второй метод является менее надежным, однако его проще реализовать самостоятельно, потому он широко используется в частном строительстве.

Фото скобы для вязки арматуры

• По особенностям закладки арматуру разделяют на напряженную и ненапряженную. Напряжением арматуры называют ее предварительно растягивание с помощью специальных устройств: после полимеризации бетона такой каркас сохраняет упругость, и его способность компенсировать нагрузки многократно повышается.

Устройство для предварительного напряжения каркаса

Технология изготовления

Сборные элементы

Схема, по которой осуществляется производство железобетонных конструкций, зависит от того, какой результат мы планируем получить.

При этом методики заливки отдельных блоков и монолитных конструкций существенно различаются:

• Для производства сборных модулей нам понадобятся формы. Если нужно сделать только несколько штук (например, для формирования перекрытия), то можно собрать форму из досок и толстой фанеры. В противном случае оптимальным выбором будет покупка сборной металлической конструкции с достаточным запасом прочности.
• Изнутри обрабатываем форму машинным маслом. Деревянные конструкции также можно выстелить полиэтиленом во избежание набухания от влаги.

Промышленная формовка блоков

• Далее собираем арматурный каркас, который устанавливаем в емкости на расстоянии примерно 30-50 мм от нижней плоскости. Для дистанцирования лучше всего использовать специальные стойки.

• Затем заливаем подготовленный раствор на основе цемента, песка и заполнителя. Пропорции основных компонентов определяем в зависимости от требуемой прочности бетона.
• Используя глубинный вибратор или вибростол, уплотняем материал. При этом из него удаляется лишний воздух, за счет чего плотность повышается и улучшается сцепление гидратированного цемента с арматурой и гравием.

На последнем этапе выполняется сушка изделия, причем в промышленности для этого используют специальные высокотемпературные камеры. Постоянный нагрев выше 500С способствует более быстрому набору прочности. В быту же придется выдерживать блок до использования минимум 28 суток.

Перед использованием в строительстве изделия промышленного производства обязательно проходят многоступенчатую проверку. Тесты по железобетонным конструкциям позволяют определить соответствие параметров прочности запланированным, а также выявить возможные дефекты.

Инструментальное обследование железобетонных конструкций для контроля качества

Заливка монолита

Производство монолитных конструкций является более быстрым, но в то же время – более трудоемким:

• Вначале собирается арматурный каркас, который устанавливается на определенном заранее участке и сварным способом крепится к уже возведенным элементам.
• Затем вокруг каркаса возводится опалубка, мощность которой позволяет выдерживать массу залитого раствора без деформации и разрушения.

Заливка монолита по арматуре

• В опалубку заливаем бетон, распределяя его таким образом, чтобы избежать образования «воздушных карманов». Уплотняем материал, повышая его прочность.
• Далее выполняем просушивание бетона, следя за тем, чтобы он сохранял достаточное количество жидкости для гидратации. Для этого покрываем материал полиэтиленом, периодически увлажняя поверхность.

После набора прочности желательно выполнить инструментальный контроль качества материала. Это позволит нам с уверенностью использовать его расчетную несущую способность, не опасаясь обрушения.

Достоинства и недостатки

Говоря об этой разновидности материалов, нельзя упустить из виду анализ их сильных и слабых сторон. Как мы знаем, железобетон в капитальном строительстве весьма востребован, потому вполне логично, что у него есть вполне объективные достоинства.

Среди них:

• Длительный срок службы. ГОСТ на железобетонные конструкции, используемые в строительстве, подразумевает деление на три категории долговечности: первая — свыше 100 лет, вторая – 50-100 лет и третья — от 30 лет.

• Относительно невысокая стоимость. Если принимать во внимание исключительно финансовую составляющую, то железобетонная конструкция выйдет значительно более дешевой, нежели стальная с аналогичными эксплуатационными показателями.
• Высокая термостойкость. Принимая во внимание низкую теплопроводность бетона, можно с уверенностью утверждать, что такое сооружение будет куда более огнестойким, чем изделие из стальных балок.
• Сопротивление воздействию химических и биологических факторов. Инертный бетон надежно изхолирует стальной каркас от внешней среды, благодаря чему конструкция на несколько порядков медленнее разрушается вследствие коррозии. Да и бактериальные поражения бетона встречаются только в исключительных условиях (постоянная высокая влажность при высокой температуре).

Возведенное сооружение будет достаточно прочным и долговечным

• Хорошая сопротивляемость нагрузкам – статическим и динамическим. Это преимущество обусловлено оптимальной комбинацией свойств бетона и стальной арматуры.
• Технологичность – при необходимости и наличии необходимых ресурсов из железобетона можно изготовить практически любую архитектурную форму. В частном строительстве возможна также заливка конструкций своими руками: конечно, трудозатраты будут существенными, но отнюдь не запредельными.

Впрочем, железобетонные конструкции обладают и рядом недостатков:

• Во-первых, как ни парадоксально, минусом считается малая прочность при значительной массе. По этому показателю железобетон серьезно уступает стальным фермам и балкам, поскольку изделие несет значительно меньшей полезной нагрузки на единицу массы.
• Во-вторых, эксплуатационные качества материала (теплопроводность, звукоизоляция и т.д.) делают невозможным использование его в жилищном строительстве без дополнительной отделки.

Материал требует обязательной теплоизоляции

Впрочем, эти минусы не являются фатальными, и потому данная разновидность стройматериалов  будет повсеместно использоваться, по-видимому, еще довольно долго. Тем более что сопоставимых по характеристикам альтернатив пока не предвидится.

Вывод

Производя железобетонные конструкции по СНиПу, нужно уделять внимание всем нюансам, начиная от состава раствора и заканчивая режимом набора прочности. Только в этом случае возведенное сооружение будет обладать всеми положительными качествами, характерными для описываемого материала.

Видео в этой статье содержит дополнительную информацию по данному вопросу, так что новичкам (и не только!) мы настоятельно рекомендуем с ним ознакомиться.