Бетонные и железобетонные конструкции

РЕФЕРАТ

На тему: «Бетонные  и железобетонные конструкции»

по дисциплине «Строительное  дело».

г. Тверь

2013 год

Содержание:

Введение………………………………………………………………...…………3

1. Особенности применения  бетона в строительстве……………...………5
2. Пути экономии строительных материалов…………………………...…..9
3. Прогрессивные строительные материалы и конструкции. Бетон, железный бетон и газобетон………………………………………………….…16

Заключение………………………………………………………………….……19

Список использованной литературы………………………………………….. 21

Введение.

 Бетонные  и железобетонные конструкции  — наиболее распространённые (как  по объёму, так и по областям  применения). Для современного строительства особенно характерно применение железобетона в виде сборных конструкций индустриального изготовления, используемых при возведении жилых, общественных и производственных зданий и многих инженерных сооружений. Рациональные области применения монолитного железобетона — гидротехнические сооружения, дорожные и аэродромные покрытия, фундаменты под промышленное оборудование, резервуары, башни, элеваторы и т.п. Специальные виды бетона и железобетона используют при строительстве сооружений, эксплуатируемых при высоких и низких температурах или в условиях химически агрессивных сред (тепловые агрегаты, здания и сооружения чёрной и цветной металлургии, химической промышленности и др.).

Проблема экономии и рационального использования  материальных ресурсов в условиях нынешнего  этапа развития экономики приобрела  особую актуальность. Экономия материальных ресурсов является залогом успеха как отдельного предприятия, так и экономики страны в целом. Значение экономии как средства расширения и укрепления сырьевой базы страны возрастает в последние годы  в связи с ростом объемов производства и потребления материалов. Уменьшение материальных затрат оказывает непосредственное влияние на снижение себестоимости и повышение рентабельности производства, так как они составляют 80%  издержек предприятий, из которых 63,6% приходится на сырье и материалы, 4,1% на топливо, 2,8 – на энергию и 7,9 – на амортизацию. Сокращение материальных затрат на производство единицы продукции – это значительное более крупный резерв экономии по сравнению со снижением трудоемкости и фондоемкости промышленного производства. Все это обуславливает постоянное и все более возрастающие внимание, уделяемое в нашей стране проблеме экономии материальных ресурсов.

Существуют  разные способы экономии материальных ресурсов, такие как: сокращение их расхода на единицу продукции  и уменьшение запасов ресурсов на предприятиях. Большие потери связаны с несовершенством нормирования, неправильном определение потребности  в ресурсах на предприятиях. Но неправильно будет оценивать роль нормирования материальных ресурсов только с позиции их использования для определения потребности в них. Это непосредственная, прямая задача нормирования потребления материальных ресурсов. Есть и другая не менее важная задача – использовать нормы в качестве рычага для воздействия на различные звенья производственной цепочки с целью приближения фактических затрат ресурсов к необходимым.

Уменьшение  массы, снижение стоимости и расхода  материалов в железобетонных конструкциях возможны на основе использования высокопрочных  бетонов и арматуры, роста производства предварительно напряженных конструкций.

1. Особенности применения  бетона в строительстве.

Бетон и железобетон  широко применяют во всех странах  для возведения самых разнообразных  объектов. И в дальнейшем они останутся  наиболее используемыми материалами  по всех областях строительства.

Общими предпосылками к широкому применению бетона являются практически неисчерпаемые запасы сырья для производства вяжущих и заполнителей бетона; экологическая целесообразность использовании отходов промышленности в качестве сырья для вяжущих и заполнителей; возможность снижения средней плотности бетона путем замены природных заполнителей искусственными, пористыми; возможность удовлетворения возрастающих и разнообразных требований гражданского и промышленного строительства, включая создание подземных, подводных и плавучих сооружений; низкая энергоемкость технологического процесса изготовления конструкций, сравнительная простота технологии, возможность придания изделиям из бетона любой формы и отделки; конструктивная совместимость бетона со многими строительными и отделочными материалами в целях придания железобетонным конструкциям требуемых эксплуатационных и архитектурных свойств.

Развитию железобетона сопутствовали и в значительной степени его определяли факторы, которые можно условно разделить на две группы: факторы, обеспечивающие возможность совершенствования конструктивных решений или появления новых конструкций, что позволило решать их достаточно эффективными и надежными способами, организовать выпуск железобетонных изделий и возведение монолитных конструкций во все возрастающих объемах; факторы, определяющие потребность в совершенствовании параметров конструкций и сооружений, оказавших влияние на состав номенклатур железобетонных изделий для различных областей строительства, а также на направления дальнейшего обновления проектных решений.

К первой группе факторов относятся: развитие теории бетона и железобетона и практических методов  расчета; создание различных видов бетона (тяжелых, легких, ячеистых, жаростойких и др.), эффективных арматурных сталей и арматурных изделий, разработка новых и совершенствование существующих технологий в производственных процессов, создание мощной разветвленной промышленности для заводского производства железобетонных изделий и конструкций.

Вторая    группа    факторов    включает    развитие   объемно-планировочных решений производственных, общественных и жилых зданий, унификацию и типизацию конструкций, расширение применения железобетонных конструкций в новых видах строительства (сооружения транспорта, связи, атомной энергетики, подземные, плавучие, подводные сооружения, строительство в районах Севера и др.).

Высокая надежность и долговечность бетонных и железобетонных конструкций, стойкость их к воздействию высоких температур и агрессивных сред, способность бетона твердеть и наращивать прочность под водой, возможность возведения из бетона и железобетона зданий, сооружений и конструкций самых разнообразных форм в соответствии с их назначением и эксплуатационными требованиями издавна привлекала строителей.

Применение  железобетона в России началось с 80-годов XIX века. Наибольшее распространение он получил на юге страны, где особенно был велик объем строительства и существовали благоприятные условия (короткая зима, близость цементных и металлургических заводов, дешевые высококачественные заполнители) для возведения железобетонных конструкций (в то время только монолитных). В основном железобетон использовали при строительстве многоэтажных производственных и гражданских зданий, портовых сооружений и мостов.

В строительстве  в 1918—1928 годы было применено свыше 18 млн. м³ бетона и железобетона; только к 1928 г. было уложено не менее 4,7 млн. м³ бетона и железобетона, израсходовано 1,4 млн. т цемента и 370 тыс. т арматуры, или 11,5% произведенного проката.

Область применения железобетона в 1930-1941 годах стала довольно обширной. Из монолитного железобетона выполняли основные несущие конструкции одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий (фундаменты, колонны, подкрановые балки, покрытия и даже стены, балочные и безбалочные перекрытия), многоэтажные жилые здания, элеваторы, бункеры, емкости и подземные сооружения. Так, на Харьковском турбинном заводе были сделаны из монолитного железобетона подкрановые балки под 200-тонные краны. Целиком в монолитном железобетоне всего за 8 мес. возведено здание Госпрома (объемом 306 тыс. м³) в Харькове (1930—1931).

В годы Великой  Отечественной войны в условиях острейшего недостатка стали бетон  и железобетон широко использовались на строительстве важнейших объектов оборонной промышленности в восточных районах страны.

Высокие качества железобетона как долговечного, прочного и стойкого строительного материала  особенно убедительно подтвердились во время войны, когда железобетонные здания и сооружения, в особенности пространственно работающие (элеваторы, резервуары, дымовые трубы, мосты и т. д.), выдерживали многочисленные попадания артиллерийских снарядов и авиационных бомб.

В первые послевоенные годы железобетон широко использовался  в восстановительном строительстве. Были разработаны оригинальные методы устранения повреждений основных несущих конструкций зданий и сооружений, в том числе мостов и гидротехнических сооружений. Значительное внимание уделялось использованию местных материалов в качестве заполнителей для бетона (шлака, кирпичного боя и т. д.). К 1948 г. ликвидация последствий войны была в основном закончена. Выпуск строительных материалов достиг довоенного уровня, а в ряде отраслей и превысил его. В течении всего остального периода своего существования, СССР только наращивала темпы выпуска и использования бетона и железобетона. Это позволило СССР увеличить объемы строительно-монтажных работ с 9,3 млд. руб. в 1954 году до 70 млд. руб. в 1985 году, что обеспечило невиданную до этого скорость постройки жилищного массива.

После развала СССР производство бетона и железобетона, как и почти любая другая отрасль промышленности, резко сократилась. Часть заводов остались на территории стран СНГ, что привело к потери их навсегда для России. На данном этапе истории отрасль понемногу возрождается, ведь актуальность и необходимость этих материалов не пропала. Особенно это важно сейчас, когда многое предстоит отремонтировать, восстановить и построить вновь.

2. Пути экономии строительных материалов.

      При изготовлении большинства строительных материалов основная часть затрат падает на сырье и топливо. На производство строительных материалов и конструкций ежегодно расходуется около 50 млн. т условного топлива.  Наибольшая доля затрат на топливо характерна для себестоимости металлов, цемента, пористых заполнителей, керамических стеновых материалов, стекла.

       Экономия топлива достигается интенсификацией тепловых процессов и совершенствованием тепловых агрегатов, снижением влажности сырьевых материалов, применением вторичного сырья, промышленных отходов и других технологических приемов. При производстве стали наиболее эффективной в тепловом отношении является кислородно-конвертерная плавка, основанная на продувке жидкого чугуна кислородом. Коэффициент использования теплоты в кислородных конверторах достигает 70%, что намного выше, чем в других сталеплавильных агрегатах. Применение кислорода позволяет уменьшить на 5—10 % расход топлива и при мартеновском способе. Более полно используется теплота отходящих газов в двухванных мартеновских печах. Прогрессивным способом является получение стали прямым восстановлением из руд, минуя доменный процесс. При этом способе отпадают затраты на коксохимическое производство, являющееся основным при доменном процессе.

В цементной  промышленности снижение затрат топлива достигается обжигом клинкера по сухому способу, получением многокомпонентных цементов, применением .минерализаторов при обжиге клинкера и различных типов теплообменных устройств, обезвоживанием шлама, низкотемпературной технологией, полной или частичной заменой глины такими промышленными отходами, как золы, шлаки и др. Один из главных резервов снижения расхода топлива в производстве цемента — уменьшение влажности шлама. Каждый процент снижения влажности шлама позволяет уменьшить удельный расход топлива на обжиг клинкера в среднем на 117—146 кДж/кг, т. е. на 1,7—2 %. Удельный расход теплоты на обжиг при сухом способе составляет 2900—3750 кДж/кг клинкера, а при мокром в 2—3 раза больше. При введении в сырьевой шлам доменных шлаков или зол ТЭС расход топлива снижается на 15—18%. При выпуске шлакопортланд-цемента экономия топлива дополнительно составляет в среднем 30—40 % по сравнению с чистоклинкерным портландцементом.

В нашей стране разработана технология низкотемпературного синтеза клинкера с использованием в качестве каталитической среды хлористого кальция. Эта технология обеспечивает снижение затрат теплоты на обжиг и помол клинкера на 35—40 % и такое же повышение производительности печей.

К энергоемким  отраслям промышленности строительных материалов относится и производство сборного железобетона. На 1 м^3 сборного железобетона в среднем расходуется более 90 кг условного топлива. До 70 % теплоты идет на тепловую обработку изделий. Тепловую эффективность производства сборного железобетона можно существенно повысить, снизив тепловые потери, связанные с неудовлетворительным состоянием пропарочных камер, тепловых сетей, запорной арматуры и средств контроля расхода пара.

 Непроизводительные  потери теплоты уменьшаются при  повышении теплового сопротивления пропарочных камер с помощью различных теплоизоляционных материалов и легких бетонов. Более экономичными по сравнению с наиболее распространенными явными пропарочными камерами являются   вертикальные,   туннельные, щелевые, малонанорные камеры. В последних, например, расход пара на 30—40 % ниже, чем в ямных.

 Наряду с  уменьшением тепловых потерь  важнейшее значение для экономии топливно-энергетических ресурсов в производстве сборного железобетона приобретает развитие энергосберегающих технологий: применение высокопрочных и быстротвердеющих   цемситов, введение химических добавок, снижение температуры и продолжительности нагрева, нагрев бетона электричеством и в среде продуктов сгорания природного газа и др. Ускорению тепловой обработки способствуют способы формования, обеспечивающие применение более жестких смесей и повышение плотности бетона, использование горячих смесей, совмещение интенсивных механических и тепловых воздействий на бетон. Ускорение тепловой обработки достигается при изготовлении конструкций из высокопрочных бетонов. Длительность тепловой обработки бетонов марок М 600—М 800 можно снизить с 13 до 9—10 ч без перерасхода цемента. Эффективной технологией ускоренного твердения является бескамерный способ, основанный на создании искусственного массива бетона пакетированием. Перспективны способы тепловой обработки бетона в электромагнитном поле и с применением инфракрасных лучей. В южных районах страны удельные затраты теплоты на ускорение твердения бетона можно существенно снизить, используя солнечную энергию.

В производстве керамических стеновых материалов и  пористых заполнителей эффективным направлением экономии кондиционного топлива является применение топливосодержащих  отходов промышленности. Так, применение в качестве топливосодержащей добавки отходов углеобогащения позволяет экономить при получении стеновых керамических изделий до 30 % топлива, исключает необходимость введения в шихту каменного угля.

Наряду с  экономией топлива снижение материалоемкости  строительных изделий в большой  мере достигается рациональным использованием исходных компонентов и в особенности таких, как цемент, сталь, древесина, асбест и др. Экономия этих материалов достигается на всех этапах их производства и применения.

 Основным  источником потерь цемента при  его производстве является вынос в результате несовершенства пылеулавливающих устройств помольных агрегатов. Перевозка цемента должна осуществляться в специализированных транспортных средствах. При транспортировании  в цементовозах потери цемента при погрузочно-разгрузочных работах в среднем в 10 раз меньше, чем в крытых вагонах, в 40 раз меньше, чем в открытом подвижном составе. Одна из причин перерасхода — смешивание используемых цементов различных марок и видов при отсутствии достаточного количества емкостей для их хранения. В этих случаях вынужденно применяют расходные нормы для худшего из смешанных цементов, что приводит к их перерасходу на 6—8 %. Важное значение имеет применение кондиционных заполнителей бетона. Каждый процент загрязненности щебня равнозначен дополнительному расходу примерно 1 % цемента. В табл.2  приведено возможное снижение расхода цемента при обогащении мелкозернистых песков укрупняющими добавками.

Нерационально применение цемента марки 400 для изготовления бетонов марок М 100 и М 150, а также растворов марок 50 и 75. В этих случаях значительное снижение расхода цемента можно достичь введением в бетонные и растворные смеси минеральных дисперсных добавок, например, золы-уноса ТЭЦ.

Большое значение для экономного использования цемента имеет обоснованный выбор области наиболее эффективного применения цемента с учетом его минералогического состава и физико-механических характеристик. Например, для сборного железобетона, подвергаемого тепловой обработке, наиболее пригодны цементы с содержанием СзА до 8%. Расход цемента увеличивается по мере роста его нормальной густоты (табл.3), поэтому желательно его применение с минимальной нормальной густотой.

На предприятиях по производству бетона и сборного железобетона значительная экономия цемента  может быть достигнута при оптимизации составов бетонов, применением смесей повышенной жесткости с уплотнением на резонансных и ударных виброплощадках, предварительным разогревом бетонных смесей и выдерживанием изделий после тепловой обработки, увеличением продолжительности тепловой обработки, расширением объема изготовления конструкций с минусовыми допусками, совершенствованием технологического оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры.

 Одно из  наиболее перспективных направлений  снижения расхода цемента — применение химических добавок. Такие традиционные химические добавки, как СДБ, позволяют снижать расход цемента на 5—10%. Возможное снижение расхода цемента при применении новейших  добавок суперпластификаторов составляет 15-25'%.Дополнительный источник экономии цемента при высоком качестве бетона — применение статистического контроля прочности. Назначение требуемой прочности бетона с учетом его однородности обеспечивает при повышенной культуре производства снижение расхода цемента на 5—10 %.

 Экономия  металла — важнейшая народнохозяйственная  задача. В настоящее время в строительстве ежегодно используется 31—33 млн. т. черных металлов, из которых 12—13 млн. т. расходуется на арматуру для железобетонных конструкций, около 8 млн. т. на фасонный и листовой прокат для изготовления металлоконструкций и опалубочных форм и 11—12 млн. т. на трубы.

 Самое эффективное  направление снижения расхода  металла в железобетоне—применение для арматуры высокопрочной стали. Арматурная сталь разных классов и видов является в известных пределах взаимозаменяемой.

Значительный  резерв по экономии металла обеспечивается при изготовлении напряженной арматуры из высоко прочной  проволоки и канатов. Экономия металла достигается также при более точных расчетах конструкций в соответствии с действительными условиями их работы под нагрузкой, приближением армирования к требованиям расчета, оптимизацией конструктивных решений.

 При изготовлении  арматурных изделий для сборного  железобетона экономию стали  получают при сварке сеток и каркасов на автоматических линиях с продольной и поперечной подачей стержней из бухт, при расширении всех видов контактной сварки, безотходной стыковке стержней, в том числе разных диаметров, изготовлении закладных деталей методом штамповки.

Существенная  экономия металла достигается при  рациональном проектировании и использовании стальных форм в промышленности сборного железобетона. На 1 м^3 железобетона в год на металлические формы затрачивается 6—35 кг стали. Для интенсификации использования форм необходимо ускорение их оборачиваемости в технолегияеском потоке.

Освоение бетона высоких марок — еще один важный резерв снижения расхода металла при производстве железобетона. Повышение марки бетона на одну ступень снижает расход стали примерно на 50 кг/м^3.

 При изготовлении  металлических конструкций эффективно применение легированных сталей, экономичных профилей металлопроката. Применение трубчатых профилей в строительных конструкциях по сравнению с уголковыми дает экономию до 30 %.

                                                                                                              ТАБЛИЦА 1.

РАСХОД УСЛОВНОГО  ТОПЛИВА НА ПРОИЗВОДСТВО ОСНОВНЫХ ВИДОВ     СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЯ.

                                                                                                          ТАБЛИЦА 2.

СНИЖЕНИЕ РАСХОДА  ЦЕМЕН ТА ПРИ ВВЕДЕНИИ УКРУПНЯЮЩИХ  ДОБАВОК.

                                                                                                              ТАБЛИЦА 3.

ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ РАСХОД ЦЕМЕНТА (%) В БЕТОНЕ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ НОРМАЛЬНОЙ ГУСТОТЫ ЦЕМЕНТА.

                                                                                                                                        ТАБЛИЦА 4.

ЭКОНОМИЯ МЕТАЛЛА  ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СТЕРЖНЕВОЙ АРМАТУРЫ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ.

3. Прогрессивные строительные материалы и конструкции. Бетон, железный бетон и газобетон.

На данный момент самыми перспективными и массовыми направлениями  применения наночастиц в строительстве  является производство бетонов и  стальных конструкций. Благодаря нанометровым размерам стало возможным создание порошковых бетонов с прочностью 500　– 600　Мпа, в десять раз превосходящих по этому показателю обычные бетоны, а также увеличение прочности фибробетонов на растяжение до 70　– 80% против 10　– 15% у обычных бетонов. В целом применение модификаторов позволяет создавать бетоны и строительные растворы различного функционального назначения с широким спектром заданных свойств.

Одним из новейших строительных материалов, превосходящим по качественным характеристикам привычные стеновые материалы, является газобетон. Газобетон - это искусственный камень. Изготовление его сродни выпеканию хлеба: в воде замешивается цемент, молотый кварцевый песок, тщательно размельченная извесь и гипсовый камень, добавляется алюминиевая "пудра" - и тесто готово. В теплой влажной камере тесто поднимается и превращается в "буханку" газобетона, которую разрезают на блоки. Их, в свою очередь, отправляют в автоклавную печь, где они подвергаются закалке водяным паром при давлении 8-12 атмосфер и температуре 2000С. И материал готов к работе. В нашем городе газобетон отличного качества по описанной технологии производит 211 КЖБИ - на оборудовании и по технологии немецкой фирмы "Hebel". Данная технология обеспечивает высокую геометрическую точность блоков, равномерную плотность массива и наилучшие, среди газобетонов, показатели прочности готовых блоков и армированных плит.

Экспериментами с ультрадисперсными  и наноразмерными частицами в  настоящее время занимаются такие  крупные производственные компании, так «Зика» (Швейцария), BASF (Германия), «Майти» (Япония) и «Элкем» (Норвегия). Из металлических конструкций наибольшую известность получила наномодифицированная стальная арматура, изготавливаемая американской корпорацией MMFX Steel Corp. По качеству эта сталь похожа на нержавеющую, однако отличается значительно более низкой стоимостью и улучшенными механическими свойствами, в том числе по прочности и вязкости. В США она с успехом применяется на объектах дорожно-транспортного и гидротехнического строительства.

Говоря об успешном применении нанотехнологий в производстве строительных материалов и конструкций зданий и сооружений, можно выделить следующие достижения:

1. Создание антибактериальных  керамических продуктов на основе  использования антибактериальной  функции наночастиц с применением инфракрасного излучения. Сегодня неорганические неметаллические материалы являются одними из популярнейших в строительстве. Однако применение изделий из этих материалов из-за высокой теплопроводности, хрупкости и низкой пористости, зачастую оказывается ограничено. Вышеописанное изобретение, принадлежащее Шанхайскому институту керамики, расширяет сферы применения керамических изделий, существенно повышая эффективность их использования.

2. Создание специального  покрытия для стройматериалов  с помощью нанотехнологий, способного противостоять загрязняющему воздействию водных и нефтяных капель. В итоге достигается так называемый «эффект лотоса», когда капли скатываются с поверхности листа в силу его особого строения, как шарики ртути, смывая одновременно всю грязь, никогда не оставляя следов и сохраняя его всегда чистым и сухим.

Самая масштабная область  применения открытия – Большой национальный театр в Пекине, на постройку прозрачного  полушария которого было потрачено  порядка $ 588,24 млн. Покрытие стеклянной площади размером 6000 кв.м, вызывающей удивление у непросвещенных посетителей («Чего же стоит отмыть этот купол от уличной грязи?»), изготовлено с использованием нанотехнологий. И хотя первоначально в проекте строительства такая возможность не рассматривалась, создателям пришлось обратиться за помощью к специалистам Пекинского промышленного парка Чжунгуаньцунь (известного как Китайская силиконовая долина), где и была предложена и вскоре с успехом внедрена технология применения наночастиц в покрытии для стеклянного материала с использованием «эффекта лотоса».