Монолитное домостроение позволяет сократить энергетические затраты в связи с тем, что отпадает необходимость в наборе конструкциями 70-100 % прочности перед их транспортировкой к объектам строительства. Достигается снижение количества арматуры вследствие того, что конструкции не воспринимают транспортные и монтажные нагрузки, а также из-за уменьшения количества стыков. Уменьшение последних повышает долговечность зданий и сооружений.
Эффективность монолитного строительства повышается при применении современных бетононасосов, конструкций опалубок, использовании химических добавок, конструктивных решений зданий, совмещенного строительства нескольких зданий, выборе оптимальной технологии ведения работ.
В монолитных заданиях предусмотрены различные варианты конструктивных решений: с монолитными внутренними и наружными стенами; со сборными, сборно-монолитными и монолитными перекрытиями. Перегородки, сантехкабины и лестничные марши во всех вариантах заданий - сборные. Модульная сетка зданий обычно принимается кратной 3 м (в осях стен). Высота этажа - 2,8; 3,0; 3,3; 3,6; 4,2 м. Шаг поперечных стен - от 2,4 до 7,2 м. Ширина коридоров - от 1,5 м с увеличением, кратным модулю 3 м. Толщина внутренних продольных и поперечных стен - 16; 18; 20 и 22 см. Толщина монолитного несущего слоя многослойных стен - 16; 18; 20 и 22 см. Толщина наружных однослойных стен - до 60 см. Толщина перекрытий - 12; 14; 16; 18; 22 см.
Для устройства перекрытий жилых зданий могут применяться многопустотные железобетонные панели с круглыми пустотами толщиной 220 мм, шириной от 0,6 до 2,4 м для пролетов от 2,4 до 7,2 (с интервалом через 0,6 м) и 9 м. Сплошные гладкие панели рекомендуется применять размером «на комнату» с опиранием по контуру; толщина панелей от 80 до 160 мм, ширина от 2,4 до 4,2 м с интервалом 0,6 м и длина 3,6; 4,2 и от 5,1 до 7,2 м с интервалом через 0,3 м. ,
На рис.3.19, показаны планы одно- и двухсекционных монолитных зданий различной этажности, строительство которых, как показала практика строительства в странах СНГ, эффективно.
Опалубка для возведения зданий должна изготавливаться в соответствии с требованиями ГОСТ 23478-79 «Опалубка для возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций. Классификация и общие технические требования».
Рис.3.19. Планы одно- и двухсекционных монолитных зданий
Важнейшим показателем эффективности применения опалубки является оборачиваемость - возможность многократного использования. Чем больше показатель оборачиваемости, тем ниже стоимость опалубки на единицу объема железобетонной конструкции. Оборачиваемость опалубки на основании данных ЦНИИОМТП должна быть не менее приведенной в таблице 3.6.
Монтажные схемы расстановки опалубки на захватке разрабатывают на основе поэтажных планов с учетом принятого метода организации работ, разбивки этажа на захватки, грузоподъемности крана и других факторов.
При привязке крупнощитовой опалубки стен разбивают длину стены на панели с максимальной длиной до 7,2 м. Оставшиеся на углах части стены выполняются из угольников, стороны которых не должны превышать 3,6 м.
При возведении многоэтажных монолитных зданий наиболее часто используют три технологических метода, различающиеся в основном по конструктивно-технологическим особенностям используемых систем: возведение зданий в крупнощитовой и блочной переставных опалубках, возведение зданий в объемно-переставной (туннельной) опалубке, возведение зданий в скользящей опалубке.
Область использования объемно-переставной и скользящей опалубки ограничена по сравнению с крупнощитовой опалубкой: скользящую опалубку применяют для бетонирования высотных сооружений с компактным периметром и неизменяемым по высоте сечением; объемно-переставная опалубка применима лишь для зданий большой протяженности с поперечными несущими монолитными стенами.
Во всех разборно-переставных опалубках в качестве первичных формообразующих элементов используются щиты каркасной конструкции, размеры которых, как правило, кратны применяемому в строительстве модулю 3 м (300 мм). Щиты обычно укрупняют в опалубочные панели с последующей установкой их при помощи крана при опалубливании вертикальных поверхностей (стен) или горизонтальных поверхностей (перекрытий). Для соединения противостоящих щитов стен между собой используют, как правило, горизонтальные схватки. При необходимости увеличить высоту панели можно при помощи надставок. Для опалубки внутренних углов предусмотрены угловые щиты; в наружных углах соединения панелей осуществляются, как правило, посредством специальных монтажных уголков.
В крупноблочной опалубке щиты при помощи унифицированных соединительных элементов составляют в объемные блоки; в объемно-переставной опалубке П-образные или Г-образные секции соединяют соответственно в туннели и полутуннели.
Комплект опалубки включает также крепежные элементы (стяжки, распорки, замки, струбцины, клинья и т.п.), поддерживающие элементы (стойки, подкосы, кронштейны и т.п.), а также средства подмащивания (навесные инвентарные площадки, лестницы и т.п.). В каждом конкретном случае состав комплекта опалубки определяется в соответствии с паспортными данными опалубочной системы.
Основными элементами комплекта скользящей опалубки являются щиты (внутренние, наружные и угловые), домкраты, домкратные рамы, консоли, кронштейны, подвесные подмости.
При бетонировании конструкций зданий подачу бетонной смеси осуществляют краном в бадьях (бункерах) или бетононасосом.
В общем случае критериями при технико-экономической оценке использования различных вариантов опалубки служат приведенные затраты и трудоемкость выполнения работ на единицу опалубливаемой поверхности.
На стадии технологического проектирования достаточно сопоставить себестоимость и трудоемкость выполнения работ для опалубочных систем, приемлемых для возведения данного здания (сооружения).
Кроме того, от технологического соответствия опалубочной системы возводимой конструкции зависит скорость бетонирования-фактор, который в значительной мере определяет и экономическую эффективность использования данной опалубочной системы. Годовые затраты на опалубку представлены в таблице 3.7.
Таблица 3.7
Годовые затраты на опалубку (в ценах 1984 г.) (без затрат на установку и разборку), руб.
Опалубка
Характер исполнения
Летний
Утепленный
Термоактивный
Мелкощитовая стальная:
Прокатный профиль
21,1
48,4
Гнутый
22,6
31,3
49,7
Мел ко щитовая комбинированная
18,5
27,1
—
Крупнощитовая стальная
15,6
23,2
40,5
— " — комбинированная
17,8
25,4
-
Блочная стальная
17,6
25,2
42,6
— " — комбинированная
18,1
25,8
-
Катучая стальная
17,2
24,8
45,4
— " — комбинированная
18,1
25,6
-
Крупноразмерная панель:
Из мелких стальных щитов
24,2
31,1
49,2
Из мелких комбинированных щитов
22,1
32,2
-
Дощатая мелкощитовая
1,8
3,1
5,1
С целью сокращения сроков строительства, повышения оборачиваемости опалубки эффективно при бетонировании использовать бетононасосные установки.
Выбор бетононасосных установок производится при помощи таблиц 3.8
и 3.9.
Таблица 3.8 Технические характеристики отечественных бетононасосов
Показатель
СБ-126
БН-80-20
АБН-60
СБ-
СБ-95а
С-296
С-284а
Подача, м3/ч
15-65
Дальность подачи, м
-по вертикали
-по горизонтали
Диаметр бетонопровода, мм
Вместимость бункера, л
Мощность двигателя, кВт
76,7
56,7
16,2
Наибольшая крупность
заполнителя бетона, мм
Подвижность смеси, мм
4-14
4-14
4-12
4-12
4-12
4-12
4-12
Габариты, мм:
- длина
-
- ширина
-
-
- высота
-
Масса, кг
-
Таблица 3.9 Технические характеристики бетононасосов некоторых зарубежных фирм
Показатель
Штеттер
Шееле
Путцмайстер
Швинг
Вибау
Вортингтон
(ФРГ)
(ФРГ)
(ФРГ)
(ФРГ)
(Италия)
(ФРГ)
К-60
BPF-
WR-74
ВР-60
Дальность подачи, м
по горизонтали
200/400
400 450
400 400
по вертикали
60 80
100 100
Диапазон подачи,
75- 10-
М3
5-60
80 82
116 50
6-72
5-46
Диаметр цилиндра,
мм
180/150
230 230
230 180
Диаметр бетоно-
100-
пров., мм
125/100
125 140
125 100
Крупность запол-
нителя, мм
20/40
40 20/40
40 20
Подвижность сме-
си, см
2-12
4-12
6-14
2-14
Вместимость бун-
кера, м3
0,4
0,35
0,5 0,5
0,5 0,6
0,35
0,7
Габариты, мм:
длина
ширина
высота
При разработке технологии бетонирования следует руководствоваться разработками ЦНИИОМТП и МГАСУ, заключающимися в следующем:
- захватки в пределах этажа по возможности должны быть равновели кими по трудоемкости, отклонения от средней трудоемкости не должны пре вышать 25%;
- наименьший размер захватки назначают достаточным для работы зве на на протяжении смены и соответствующим участку бетонирования, на ко тором укладка бетонной смеси проводится без перерыва;
- границы захваток желательно определять в местах, намечаемых для устройства рабочих и температурных швов; в тех случаях, когда границы за хваток проходят по возводимым монолитным конструкциям, их следует уст раивать в местах, где проходят линии минимальных напряжений;
- при разбивке этажа на захватки необходимо обеспечивать удобство доступа рабочих на перекрытие, где смонтирована опалубка, а также на под мости и рабочие настилы опалубки. Конструкции лестниц обычно возводят с опережением по отношению к остальным конструкциям этажа.
При возведении многоэтажных монолитных (сборно-монолитных) зданий рекомендуются следующие характеристики захваток:
- площадь (по перекрытию) -150-200 м2;
- бетоноемкость - 30-60 м3.
При возведении стеновых теплозащитных изделий используют легкие пористые заполнители. Неудачи, которыми заканчивались в течении многих лет попытки транспортирования легкобетонных смесей бетононасосами объясняется нерешенностью проблемы управления водопоглощением пористых заполнителей. При атмосферном давлении скорость поглощения воды пористым заполнителем особенно высока в течение первых трех-пяти минут, затем она заметно падает и, наконец, становиться почти постоянной. Это характерно для всех легких заполнителей и отличается от различных типов заполнителей лишь количественно. При повышении атмосферного давления степень поглощения воды быстро достигает максимума и не претерпевает затем заметных изменений. В легкобетонных смесях силы внутреннего трения и сцепления между частицами противодействуют силе тяжести. Это положение придает смеси определенную структурную связанность. Для обеспечения противодействия этому необходимым условием является увеличение содержания в смеси воды, вяжущих и песка по сравнению с равноподвижными бетонными смесями приготовленными на плотных заполнителях.
Вышеуказанное положение иллюстрируют следующие примеры.
1. Для тяжелого бетона класса В25: расход портландцемента марки 400 на 1 м3 смеси составляет 480 кг, щебня крупностью 20 40 мм - 735 кг, кварцевого песка - 910 кг, воды - 200 кг, добавка СДБ - 0,91 кг; подвижность смеси - 14 15 см; средняя плотность смеси - 2320 кг/м3.
2. Для аглопоритового бетона класса В 15: расход портландцемента мар ки 400 на 1 м3 смеси составляет 464 кг, аглопорита крупностью 10 20 мм - 306 кг, крупностью 5 10 мм - 306 кг, песка кварцевого - 546 кг, воды - 235 кг; подвижность смеси - 15 см, средняя плотность - 1857 кг/м3 .
3. Для керамзитобетона класса В 15: расход портландцемента марки 400 на 1 м3 смеси составляет 486 кг, керамзита крупностью 5...20 мм - 274 кг, песка речного - 875 кг, воды - 231 кг; подвижность смеси 15 см; средняя плотность смеси - 1866 кг/м3.
В различных бетонных смесях при одной и той же подвижности суммарное количество вяжущего (цемента) и воды на 1 м3 смеси соответственно составляет: 480 + 200 = 680 кг; 464 + 235 - 699 кг; 486 + 231 = 717 кг.
Водопоглощение пористых заполнителей аглопорита и керамзита в зависимости от изменения давления в системе от 0,1 до 2 МПа увеличивается в 2 2,5 раза. При этом чем меньше крупных заполнителей, тем меньше их водопоглощение. Например, аглопорита с крупностью фракции от 0 до 5 мм при давлении в 0,5 МПа прирост водопоглощения составляет 7%, для крупности 5 10 мм эта величина увеличивается в 1,6 раза, а для крупности 10 - 20 мм - 2,2 раза.
Рассмотрим процесс работы поршневых бетононасосов и изменения подвижности смеси. При такте всасывания смесь попадает в рабочий цилиндр поршневых бетононасосов из приемного бункера за счет создаваемого в рабочем цилиндре разрежения, т.е. резкого снижение давления. При этом происходит расслоение смеси. Так как плотность пористого заполнителя меньше, чем плотность цементного теста или раствора, то в сторону поршня за его движением устремляются частички заполнителя
При такте нагнетания частички пористого заполнителя под действием увеличивающегося давления впитывают воду, цементное тесто, которое проникает (заполняет) его поры. Из-за этого резко изменяется подвижность смеси, т.е. она резко уменьшается и повышается жесткость смеси, которая становится не транспортируемая по трубам. Так как у бетононасосов СБ-95, СБ-123, СБ-126, С-296, С-284А, АБН-60, БН-20-20 и бетононасосов зарубежных фирм «Штеттер» (Германия), «Путцмайстер» (Германия), «Вортингтон» (Италия) и др. Если наибольшее давление в транспортном целиндре составляет 3 6 МПа и больше, то с помощью бетононасосов нельзя транспортировать по трубопроводам легкую бетонную смесь, приготовленную на пористых заполнителях с крупностью фракций более 5 мм без применения специальных мероприятий.
В таблице 3.10 дано сопоставление производительности растворонасо-сов, бетононасосов и пневмонагнетательных установок для транспортирования бетонной смеси и строительных растворов по трубам.
В зависимости от принятой технологии уплотнения (штыкование, трамбование, вибрирование, укатка, вакуумирование) осуществляют выбор технических средств. Технические характеристики электромеханических глубинных вибраторов, установок для вакуумирования и виброреек приведены соответственно в таблицах 3.11-3.13.
Таблица 3.10
Основные технические характеристики растворонасосов, бетононасосов
и пневмонагнетательных установок
Машины и установки
Расстояние транспортировки, м
Растворонасосы с подачей, м7ч
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
1,8
1,6
1,4
1,2
3,6
3,2
2,8
2,4
5,4
4,8
4,2
4,6
Бетононасосы с подачей, м3/ч
5,4
4,8
4,3
3,6
10,6
9,6
8,5
7,7
6,4
5,3
20,7
18,6
15.5
14,9
12,4
10,3
39,4
34,4
31,4
28,2
23,5
19,5
Пневмонагнетательные установки с вместимостью
, л
4,5
3,8
3,2
2,8
2,5
5,5
4,5
3,8
3,2
7,8
6,5
5,7
4,5
11,5
8,5
7,2
6,8
18,5
15,5
11,2
23,5
19,5
16,5
12,2
21,5
15,5
13,8
26,5
22,5
19,5
Таблица 3. Технические характеристики электромеханических глубинных вибраторов
Планетарные с гибким
Дебалансовые
со встроенным
валом
электродвигателем
Показатели
ИВ-
ИВ-
ИВ-
ИВ-
ИВ-
ИВ-
ИВ-
ИВ-
ИВ-
ИВ-
Наружный диаметр корпуса, мм
Длина, мм
Частота колебаний, 1/с
0,003
0,00
0,04
0,06
0,06
0,01
0,01
0,06
0,06
0,06
Мощность электродвигателя,
0,8
0,6
0,8
1,2
0,8
0,6
1,1
0,27
0,8
1,5
кВт
Напряжение, В
Масса вибронаконечника, кг
1,3
2,2
4,5
8,7
-
-
-
-
-
-
Масса вибратора, кг
Таблица 3.13
Технические характеристики виброреек
Показатель
Вакуумагрегаты и вакуумнасосы
Тип
ВА
ВА-IМ
ВА-3
ВА-1
Привод
Электрический
Производительность, л/мин
Максимальное разряжение, МПа
0,095
0,07
0.092
0,09
Объем резервуара, л
Мощность двигателя, кВт
5.5
7.5
Тип насоса
Лопастной
Ротационные
Ротационный
Масса агрегата, кг
Масса шлангов, кг
Отсасывающие маты
Тип
ВА
К526.04.00.000
07.79.03.00.000
Таблица 3.13
Технические характеристики виброреек
Показатель
СО-131А
СО-132А
СО-163
ЭМЭПКБ
Минтяжстроя СССР
Производительность, м3
Ширина обрабатываемой полосы, м
1,5
3,0
4,5
3,0
Коэффициент уплотнения, не менее
0,97
0,09
0,97
0,9
Глубина проработки, мм, не менее
Напряжение, В
Обслуживающий персонал
Частота колебаний, 1/мин
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота
Масса, кг
Легкие бетонные смеси могут успешно транспортироваться по трубам при помощи пневмонагнетательных установок, т.к. эти установки работают и транспортируют смесь по трубопроводам отдельными порциями, длина которых достигает 20...25 мм, при давлении 0,4...0,6 МПа и менее. Максимальное увеличение водопоглощения аглопорита - 10 %, а керамзита - 50 %. Марки пневмонагнетательных установок - С-862, ПН-03, ПН-05 и 6649/1 А.
В свою очередь, при использовании бетононасоса могут применяться две технологические схемы:
- подача бетонной смеси на рабочий горизонт и последующее ее распределение с использованием простейших механизмов;
- подача бетонной смеси и ее распределение с помощью установленной на рабочем горизонте гидравлически управляемой распределительной стрелы.
Бетононасосы могут перекачивать бетонные смеси пластичной (осадка конуса 5-8 см) и литой (осадка конуса 12-15 см) консистенций. Оптимальным значением водоцементного отношения считается В/Ц = 0,5-0,6. Наибольшая крупность щебня' (гравия) колеблется в пределах 20-60 мм и зависит от диаметра бетоновода.
Организация технологии бетонирования здания заключается в следующем:
- бетононасос должен обеспечивать подачу бетонной смеси на всю вы соту здания;
- производительность бетононасоса должна быть максимально исполь зована;
- автобетононасосы целесообразно использовать в тех случаях, когда радиус действия распределительной стрелы позволяет с одной или нескольких стоянок охватить всю площадь бетонируемой конструкции. При этом должен быть обеспечен свободный проезд автобетоносмесителей к автобетононасосу.
Высота свободного сбрасывания бетонной смеси в опалубку ограничивается действующим СНиП 3.03.01-87 для перекрытий - до 1 м, для стен - до 4,5 м, для колонн - до 5 м, для неармированных конструкций - до 6 м. При большей высоте свободного сбрасывания бетонную смесь укладывают с использованием лотков или хоботов.
Для монолитных конструкций многоэтажного здания (стены, перекрытия, колонны) наиболее часто используют вибрационные методы; для тонкостенных конструкций (толщиной 250-300 мм) уплотнение бетонной смеси может производиться вакуумированием.
С целью оптимальной организации работ здания разбиваются на захват-ки.
Рекомендуемые по данным ЦНИИОМТП характеристики захватки:
площадь перекрытий -150-200 м2;
бетоноемкость - 30-60 м3 ;
металлоемкость комплекта опалубки - 50-80 т для всех видов опалубки кроме мелкощитовой, в последнем случае металлоемкость комплекта должна составлять 10-20 т.