Методическое указание к практическому занятию по профессиональному модулю

Практическое занятие № 10

Тема: Железобетонные, металлические и каменные конструкции

Цель занятия: изучить основные виды и область применения железобетонных, металлических и каменных конструкций.

Входной контроль

1. Классификация бетонов. Материалы для бетонов. Виды железобетонных изделий и их классификация.

2. Металлы и металлические изделия, применяемые в строительстве.

3. Природные каменные материалы и строительные конструкции на их основе.

4. Строительная керамика. Конструкции каменных стен.

Теоретические основы

Классификация бетонов

Бетоны классифицируют: по назначению, по виду вяжущего вещества, по средней плотности.

От плотности бетона зависят многие его свойства, на её величину влияют вид заполнителя, плотность цементного камня, структура бетонов.

По плотности бетоны делят на:

- особо лёгкие (менее 500 кг/куб. м);

- лёгкие (500-1800 кг/куб. м);

- тяжёлые (1800-2500кг/куб. м);

- особо тяжелые с плотностью более 2500 кг/куб. м).

Изготавливают особо тяжелые бетоны на тяжелых заполнителях, к которым относятся: стальные опилки или стружка (сталебетон), железная руда (лимонитовый и магнетитовый бетоны) или барит (баритовый бетон). Бетоны, относящиеся к тяжёлым (плотность 2100-2500 кг/ куб. м.) производят на плотных заполнителях из горных пород, таких как: известняк, диабаз, гранит. Облегченный бетон (плотность 1800…2000 кг/ куб.м.) изготавливают на щебне из горных пород (плотность 1600-1900 кг/куб. м.). Производят легкие бетоны на основе пористых заполнителей, таких как: керамзит, вспученный шлак, аглопорит, туф, пемза.

К бетонам особо легкого класса относятся ячеистые бетоны (пенобетон, газобетон), получаемые вспучиванием вяжущего вещества, воды и тонкомолотой добавки специальными способами, и крупнопористый бетон, изготовленный на легких заполнителях. Вяжущее вещество является основной составляющей бетона, по нему определяются его свойства.

Бетоны разделяют по вяжущему веществу на следующие типы:

- силикатные

- цементные

- гипсовые

- шлакощелочные

- полимерцементные

- специальные

Цементные бетоны изготавливаются на основе различных цементов. Они наиболее широко используются в строительстве. Основное место среди них занимают бетоны на цементе (портландцемент) и его разновидностях. Также успешно применяются бетоны на основе шлакопортландцемента и пуццоланового цемента.

К разновидностям цементных бетонов относятся: декоративные, бетоны для самонапряженных конструкций, а также бетоны для специальных целей на основе глиноземистого и безусадочного цемента.

Силикатные бетоны производят на основе извести. В этом случае для производства изделий применяется автоклавный способ твердения.

Гипсовые бетоны производят на основе гипса. Их используют для внутренних перегородок, элементов отделки зданий, подвесных потолков. Их разновидностью являются гипсоцементные-пуццолановые бетоны, которые обладают повышенной водостойкостью. Применяются в объемных блоках санузлов, конструкциях малоэтажных домов.

Шлакощелочные бетоны изготавливаются на основе молотых шлаков, которые затворены щелочными растворами. Этот вид бетонов еще только начинает использоваться в строительстве.

Полимербетоны получают с помощью различных видов полимерного связующего, основу которого составляют смолы (эпоксидные, полиэфирные, карбамидные) или мономеры (фурфуролацетоновый), с помощью специальных добавок отвердеваемые в бетоне. Такие бетоны более подходят для службы в различных агрессивных средах и особых условиях воздействия (кавитация, истирание).

Получают полимерцементные бетоны на смешанном связующем, которое состоит из цемента и полимерного вещества (латексы, водорастворимые смолы).

Специальные бетоны производят с применением особых вяжущих веществ. Для жаростойких и кислотоупорных бетонов используют фосфатное связующее, жидкое стекло с кремнефтористым натрием. В качестве специальных вяжущих выступают шлаковые, стеклощелочные, нефелиновые, полученные из отходов промышленности.

Бетоны применяются для различных видов конструкций, как возводимых непосредственно на месте эксплуатации, так и изготовляемых на заводах сборного железобетона.

В зависимости от области применения различают следующие виды бетонов: обычный для железобетонных конструкций; гидротехнический для плотин, шлюзов и т.д.; бетон для ограждающих конструкций; бетон для полов, дорожных и аэродромных покрытий, тротуаров; специального назначения (для радиационной защиты, кислотостойкий, жароупорный).

Общие требования ко всем бетонам и их смесям следующие: до момента затвердевания бетонные смеси должны легко перемешиваться, обладать подвижностью и удобоукладываемостью, а также не подвергаться расслаиванию; бетоны должны обладать определенной скоростью твердения, соответствующими заданным срокам распалубки и ввода конструкций в эксплуатацию; стоимость бетона и расход цемента должны быть минимальными.

Материалы для изготовления бетона

Цемент

Цемент - гидравлическое вяжущее вещество при перемешивании с водой и твердении в течение определенного срока на воздухе или под водой превращается в нерастворимый в воде материал. Для тяжелого бетона применяют портландцемент и его разновидности, а также глиноземистый цемент и другие вяжущие, отвечающие требованиям соответствующих ГОСТов. Марку цемента назначают в зависимости от проектной марки бетона по прочности при сжатии:

Марка бетона	М150	М200	М250	М300	М350	М400	М450	М500	М600 и выше
Марка цеиента	М300	М300 М400	М400	М400 М500	М400 М500	М500 М600	М550 М600	М600	М600

Если марка цемента выше той, которая рекомендуется для данного бетона, то надо разбавить высокоактивный цемент тонкомолотой активной добавкой, чтобы избежать перерасхода высокомарочного цемента.

Мелкий заполнитель

В качестве мелкого заполнителя в тяжелом бетоне применяют песок, состоящий из зерен размером 0,16-5 мм и имеющий плотность более 1,8 г/см3. Для приготовления тяжелых бетонов применяют природные пески, образовавшиеся в результате естественного разрушения горных пород, а также искусственные, полученные путем дробления твердых горных пород и из отсевов. Природные пески представляют рыхлую смесь зерен различных минералов, входивших в состав изверженных (реже осадочных) горных пород (кварца, полевого шпата, кальцита, слюды и др.).

Качество песка, применяемого для изготовления бетона, определяется минеральным составом, зерновым составом и содержанием вредных примесей.

Заполнитель должен состоять из зерен разного размера (разных фракций), при этом количество крупных, средних и мелких зерен (т.е. зерновой состав заполнителя) устанавливается на основе проверенных рекомендаций таким образом, чтобы зерна меньшего размера располагались в пустотах между крупными. Чем компактнее расположены зерна заполнителей, тем меньше объем пустот.

Зерновой (гранулометрический) состав песка определяют просеиванием высушенной средней пробы (1000 г) через стандартный набор сит с размерами отверстий 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,16 мм. Мелкие частицы песка (пыль) имеют размер менее 0,16 мм. В песке зерен гравия от 5 до 10 мм допускается не более 5%, зерен крупнее 10 мм - не должно быть.

Для оценки крупности песка применяют безразмерный показатель - модуль крупности, который вычисляют как отношение суммы полных остатков на ситах, ко всей пробе, принятой за 100.

В зависимости от зернового состава песок разделяют на крупный, средний, мелкий

Мелкие частицы (пыль, ил, глина) увеличивают водопотребность бетонных смесей и расход цемента в бетоне. Поэтому содержание в песке зерен, проходящих через сито 0,16 мм, должно быть не более 10% по массе, при этом количество пылевидных, илистых и глинистых частиц, определяемых отмучиванием, не должно превышать 3%. Глина набухает при увлажнении и увеличивается в объеме при замерзании, снижая морозостойкость.

Песок очищают от мелких частиц путем промывки.

Классификация песков по крупности

Группа песков Полный остаток на сите с сеткой

0,63 мм, % Модуль крупности

Крупный 50-75 3,5-2,5

Средний 35-50 2,5-2

Мелкий 20-35 2-1,5

В природном песке и в гравии могут содержаться органические примеси (например, продукты разложения остатков растений), в частности, органические гумусовые кислоты, которые понижают прочность бетона и даже разрушают цемент. Наличие органических примесей определяют колориметрическим (цветовым) методом.

Крупный заполнитель

В качестве крупного заполнителя для бетона применяют гравий, щебень с размером зерен 5-70 мм. При бетонировании массивных конструкций можно применять щебень крупностью до 150 мм.

Зерна гравия имеют окатанную форму и гладкую поверхность, личного зернового состава Обычно гравий содержит в том или ином количестве песок, а также вредные примеси - глину, пыль, слюду, гумусовые вещества (органические примеси).

Щебень получают дроблением изверженных, метаморфических, плотных и водостойких осадочных горных пород (плотных известняков, песчаников и др.). Зерна щебня имеют угловатую форму; желательно, чтобы по форме они приближались к кубу. Более шероховатая, чем у гравия, поверхность зерен способствует лучшему их сцеплению с цементным камнем, поэтому для бетона высокой прочности (М500 и выше) обычно применяют щебень, а не гравий.

Качество крупного заполнителя определяется минеральным составом и свойствами исходной породы (ее прочностью и морозостойкостью), зерновым составом заполнителя, формой зерен и содержанием вредных примесей.

Прочность исходной породы при сжатии в насыщенном водой состоянии должна не менее чем в 1,5-2 раза превышает марку бетона.

Морозостойкость щебня и гравия должна обеспечивать получение проектной марки бетона по морозостойкости. Установлены марки щебня и гравия по морозостойкости от 15 до 300. Марка обозначает число циклов попеременного замораживания и оттаивания, при котором потеря в массе пробы крупного заполнителя не превышает 5% (для марок 15 и 25 допускается потеря массы до 10%).

Зерновой состав крупного заполнителя устанавливают с учетом наибольшего D и наименьшего d размеров зерен щебня или гравия. Наибольший размер зерен при бетонировании железобетонных балок, колонн, рам должен быть не более наименьшего расстояния между стержнями арматуры, а для плит перекрытий и покрытий - не более толщины плиты. Наименьшая крупность соответствует размеру отверстия самого мелкого из сит, через которое проходит не более 5% просеиваемой пробы; обычно наименьшая крупность равна 5(3) мм.

В зависимости от крупности зерен щебень, гравий подразделяют на четыре фракции: 5-10 мм, 10-20 мм, 20-40 мм и 40-70 мм. Щебень, гравий могут поступать в виде смеси двух или большего числа фракций. По соглашению между поставщиком и потребителем может применяться щебень фракций 3-10 мм, 10-15 мм (или 5-15),15-20 мм. Зерновой состав каждой фракции или смеси фракций должен находиться в указанных ниже пределах.

Размер контрольных сит d 0,5 (d+D) d 1,25D

5(3) мм 10 мм и более для одной фракции для смеси фракций

Полный остаток на ситах, % по массе 95-100 90-100 40-80 50-70 0-10 0

В зависимости от формы зерен устанавливается три группы щебня из естественного камня: кубовидная, улучшенная и обычная. Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы в них не превышает соответственно 15, 25 и 35% по массе. К пластинчатым и игловатым зернам относят такие, в которых толщина или ширина меньше длины в 3 и более раза.

Содержание пылевидных и илистых частиц допускается в зависимости от вида исходной горной породы и марки щебня и гравия по прочности. Количество пылевидных, глинистых и илистых частиц, определяемое отмучиванием, в гравии и щебне допускается не более 1%.

Содержание органических примесей в крупном заполнителе проверяют, пользуясь той же методикой, которая применяется для песка. Гравий и щебень при обработке водным раствором едкого натра не должны придавать раствору окраску темнее эталона.

Вода

Вода, применяемая для затворения бетонной смеси и поливки бетона, не должна содержать вредных примесей, препятствующих схватыванию и твердению вяжущего вещества. Для затворения бетонной смеси применяют водопроводную питьевую воду, а также природную воду (рек, естественных водоемов), имеющую водородный показатель рН не менее 4, содержащую не более 5600 мг/л минеральных солей, в том числе сульфатов не более 2700 мг/л . He допускается применять болотные, а также сточные бытовые и промышленные воды без их очистки.

Добавки для бетонов

В зависимости от назначения (основного эффекта действия) добавки для бетонов подразделяют на виды:

1. Регулирующие свойства бетонных смесей:

• пластифицирующие;

• стабилизирующие;

• водоудерживающие;

• улучшающие перекачиваемость;

• регулирующие сохраняемость бетонных смесей;

• замедляющие схватывание ускоряющие схватывание;

• поризующие (для легких бетонов): воздухововлекающие, пенообразующие, газообразующие

1. твердение бетона:

• замедляющие твердение,

• ускоряющие твердение

1. Повышающие прочность и (или) коррозионную стойкость, морозостойкость бетона и железобетона, снижающие проницаемость бетона: водоредуцирующие, кольматирующие, газообразующие, воздухововлекающие, повышающие защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре (ингибиторы коррозии стали).

2. Придающие бетону специальные свойства:

• противоморозные (обеспечивающие твердение при отрицательных температурах);

• гидрофобизирующие.

Суперпластификаторы

Суперпластификаторы в большинстве случаев представляют собой синтетические полимеры: производные меламиновой смолы или нафталинсульфокислоты (С-3); другие добавки (СПД, ОП-7 и др.) получены на основе вторичных продуктов химического синтеза. Суперпластификаторы, вводимые в бетонную смесь в количе­стве 0,15-1,2% от массы цемента, разжижают бетонную смесь в большей степени, чем обычные пластификаторы.

Пластифицирующий эффект сохраняется в течение 1-1,5 ч после введения добавки, а через 2-3 ч он уже невелик. В щелочной среде эти добавки переходят в другие вещества, безвредные для бетона и не снижающие его прочности.

Суперпластификаторы позволяют применять литьевой способ изготовления железобетонных изделий и бетонирования конструкций с использованием бетононасосов и трубного транспорта бетонной смеси. С другой стороны, эти добавки дают возможность существенно снизить В/Ц, сохраняя подвижность смеси, и изготовлять высокопрочные бетоны.

Ход работы

1. Изучить теоретические основы

2. Ответить на вопросы входного контроля

3. Заполнить таблицу № 1 «Состав растворной и бетонной части»

Вставьте пропущенные слова в таблицу № 1.



Таб. 1. Состав растворной и бетонной смеси

1. Назовите виды металлических изделий на рисунке 1.
   
   
   
   
   Рис.1. Виды прокатной стали
   
   

2. Инженер Петров взял в банке кредит на строительство двухэтажного коттеджа из кирпича. Ответьте на вопросы и обоснуйте свое решение:
   
   

• Какой кирпич (глиняный или силикатный, полнотелый или пустотелый) необходимо приобрести инженеру Петрову для возведения цокольной части коттеджа?

• Из какого кирпича инженер может построить коттедж выше цоколя?

• Какой раствор (по виду вяжущего) необходимо приобрести для кладки стен из кирпича?

• Какую систему перевязки швов кирпичной кладки будут применять каменщики для возведения стен, простенков и столбов? Приведите соответствующие рисунки.

• Какие сборные железобетонные конструкции для возведения коттеджа будет необходимо приобрести инженеру Петрову на заводе ЖБИ?

1. Перечислите основные элементы кирпичной стены в соответствии с цифровым обозначением на рисунке 2.
   
   
   
   Рис.2. Кирпичная стена с наружной теплоизоляцией и тонкослойной штукатуркой по утеплителю
   
   
   Выходной контроль

1. Дайте определение монолитных, сборных и сборно-монолитных конструкций.

2. Какие виды строительных растворов применяются для возведения каменных конструкций, расположенных ниже уровня грунтовых вод?

3. Какие металлические изделия применяются при строительстве зданий и сооружений?

4. Какие виды арматурных изделий применяются при устройстве монолитных конструкций?

5. Какие виды прокатной стали применяются для изготовления металлических конструкций? 

Используемая литература

1. Микульский В.Г. и др. Строительные материалы. Учебник. – М.: АСВ. – 2007. – с. 98-105, 221-244, 453-472.

2. Рыбьев И.А. и др. Материаловедение в строительстве. Учебное пособие. – М.: Академия. – 2006. – с. 116-137, с. 444-472, 517-520.

3. Строительные материалы: Учебно-справочное пособие /Под ред. Несветаева Г.В. – Ростов-на-Дону.: Феникс. – 2005. – с. 125-141, 525-532.