Заготовка и натяжение напрягаемой арматуры

Заготовка стержневой арматурывключает операции стыковки (сваркой для свариваемых сталей или холодной опрессовкой обойм, стыковка арматуры с винтовым профилем осуществляется навинчиванием резьбовых гильз), резки и устройства концевых анкеров. Для устранения операций по стыковке и резке можно заказать поставку этой арматуры требуемой длины. Временные концевые анкеры или инвентарные зажимы служат для закрепления арматуры в растянутом (предварительно напряжённом) состоянии на упорах формы или стенда до приобретения бетоном необходимой прочности при сжатии и прочности сцепления с арматурой. Затем предварительное напряжение передаётся на бетон – арматура стремясь упруго сжаться обжимает бетон, что повышает прочность, жёсткость и долговечность железобетонной конструкции.

Для закрепления напрягаемой арматуры на упорах применяются следующие виды анкеров:

– высаженные головки, образуемые на концах стержней высадкой в горячем состоянии для арматуры классов А-IIIв, А-IV, Ат-IV, А-V, Ат-V, А-VI, Ат-VI диаметром не более 40 мм,

– многоразовые инвентарные цанговые зажимы для арматуры всех классов диаметром не более 40 мм,

– стальные опрессованные в холодном состоянии шайбы для арматуры всех классов диаметром не более 22 мм,

– опрессованные спирали из горячекатаной стали класса А-I для арматуры классов А-IV, Ат-IV, А-V, Ат-V, А-VI, Ат-VI, Ат-VII, диаметром 8…18 мм,

– навинчиваемые на стержни с винтовым профилем втулки для арматуры всех классов.

Прочность временных концевых анкеров на отрыв или выдергивание должна быть не менее усилия, соответствующего 0,9

Заготовка проволочной арматуры включает операции размотки с торможением, отмеривания, резки, установки анкеров. Размотка с торможением, отмеривание и резка производится на специальных стендах, анкера ­– клиновые, на канатах – инвентарные зажимы, опресованные шайбы и втулки, на проволоке может быть высаженная головка.

Механическое натяжение на упоры осуществляется по одному стержню или групповое, для этого напрягаемый элемент устанавливают в упоры так, чтобы арматура входила в их прорези, а анкер через эти прорези не проходил. С одного конца анкер прикрепляется к захватному устройству силового механизма – гидравлического домкрата, с помощью которого арматура удлиняется и это удлинение фиксируется с помощью шайбы с прорезью. В результате такого упругого удлинения в арматуре возникает напряжение, которое можно определить или по закону Гука:

= Е(l₁-l₀)/l₀,

где l₁-l₀ = – упругое удлинение арматуры, мм,

l₀ – первоначальная длина арматуры, мм,

Е – модуль упругости арматуры, МПа,

или по показанию манометра, измеряющего давление масла в гидродомкрате:

= пF/А,

где п – показания манометра гидродомкрата, МПа,

F – площадь поршня гидродомкрата, на которую давит масло от насосной станции, вытягивая арматуру, мм²,

А – площадь сечения напрягаемой арматуры, мм².

Следовательно, величину напряжения при механическом способе можно контролировать по удлинению арматуры, и по показанию манометра гидравлического домкрата.

Механическое натяжение арматуры на бетон наиболее приемлемо при изготовлении монолитных и крупноразмерных конструкций (ферм, балок, арок мостовых переходов, оболочек и др.). Напрягаемая арматура (обычно применяется канатная) располагается в специально оставляемых при бетонировании каналах, после набора бетоном необходимой прочности при сжатии (как правило, не менее 25 МПа) напрягаемая арматура с одного конца закрепляется в анкерной плите, а с другого конца вытягивается гидродомкратом и тоже заанкеривается. Для защиты арматуры от коррозии в канал под давлением подаётся цементный раствор, после чего конструкция выдерживается для его затвердевания.

Электротермическое напряжение стержневой арматуры. Сущность заключается в том, что заготавливают напрягаемую арматуру, длина которой меньше расстояния между упоров на величину , затем её нагревают, пропуская электрический ток. Температура нагрева должна быть такой, чтобы в арматурной стали не произошли структурные изменения и не изменились её свойства (обычно не выше 450°С). Величина удлинения после нагрева =(t_р – t_о)L , где t_р – рабочая температура нагрева, t_о – начальная температура нагрева, L – длина нагреваемого участка арматуры, мм, – коэффициент линейного термического расширения стали – около 13,3.10^-6 мм/мм°С. Так как > , то в нагретом состоянии расстояние между анкерами напрягаемого элемента больше, чем расстояние между упорами, поэтому горячий стержень легко входит в упоры. При остывании он стремится сжаться, но упоры препятствуют этому и в арматуре возникает напряжение, пропорциональное величине . Таким образом для обеспечения требуемого напряжения в арматуре (не выше предела упругости) нужно контролировать расстояние между опорными поверхностями упоров, расстояние между опорными поверхностями анкеров, температуру нагрева (обычно по удлинению), усилие прижима электроконтактов к арматуре, а также деформативность формы, упоров, анкеров. В настоящее время при производстве предварительно напряжённых сборных железобетонных конструкций используют автоматизированные линии, обеспечивающие соответствующую анкеровку арматуры в зависимости от расстояния между упорами и требуемого напряжения, производят нагрев и установку арматуры в упоры формы.

Электротермомеханическое напряжениеприменяется при навивке проволоки или каната на упоры или на бетон. В процессе подачи арматуры на навивку она удлиняется благодаря механическому и электотермическому воздействию и после остывания в ней возникает проектное напряжение.

 

Контрольные вопросы

1. По каким основным признакам классифицируют арматуру для изготовления ЖБК? 2. Какие основные требования к арматуре для изготовления арматурных изделий вы знаете? 3. Какие виды анкеров для закрепления напрягаемой арматуры вы знаете? 4. Какие существуют способы напряжения арматуры?

 

14. Бетонирование железобетонных конструкций

 

Способы бетонирования. В неуплотненной жесткой бетонной смеси содержится до 40% воздуха, а в подвижной – до 15%. Задача уплотнения – удаление этого воздуха для повышения прочности, морозостойкости, водонепроницаемости бетона. Каждый процент содержания воздуха в бетоне на 3…5% уменьшает его прочность.

Первоначально применяли жесткие трамбуемые смеси, затем стали применять литые из-за расширения армированных элементов и повышения стоимости ручного труда. С появлением вибрации перешли к умеренно жестким смесям с пониженными В/Ц. Несмотря на успешное развитие безвибрационных методов бетонирования монолитных железобетонных конструкций они остаются специальными, лишь дополняющими основную технологию, основанную на виброуплотнении.

Интенсивность вибрации характеризуется величиной ускорения Аw² и интенсивности А²w³, где А – амплитуда, w – частота колебаний. По мере удаления от источника вибрации колебания затухают. Минимальная амплитуда колебаний, при которой бетонная смесь разжижается, с ростом частоты уменьшается, но при этом возрастает интенсивность затухания и уменьшается радиус действия вибрации. Чем мельче заполнитель, тем эффективнее высокочастотная вибрация.

Вибраторы могут быть глубинные и общего назначения, по типу привода: электромеханические, пневматические, электромагнитные, гидравлические. Пневмовибраторы взрывобезопасны, поэтому их предпочитают при шахтном строительстве, они легче и дешевле электромеханических, но более энергоемки.

Глубинные вибраторы применяют для внутреннего вибрирования, наиболее энергетически выгодны, т.к. вся энергия передается бетонной смеси с минимумом потерь.

Радиус действия – расстояние от оси симметрии глубинного вибратора до границы между уплотняющимся и не уплотняющимся бетоном. Уплотняемая зона бетонной смеси отличается энергичным оседанием бетонной смеси, выделением воздуха, появлением на поверхности цементного молока. Радиус действия вибраторов 4...5 d, где d – диаметр вибратора. С увеличением расстояния от корпуса вибратора колебания быстро затухают. Промышленностью выпускаются глубинные вибраторы со встроенным электродвигателем. В тонкостенных и густоармированных железобетонных конструкциях уплотнение бетонной смеси производят электромеханическими вибраторами с гибким валом. Пневмовибраторы используют сравнительно редко.

Нельзя вибрировать бетонную смесь через арматуру, т.к. это ухудшает ее сцепление с бетоном. При чрезмерно жесткой бетонной смеси погруженный вибратор образует не заполняемую смесью лунку.

Продолжительность виброуплотнения (20...40 с) зависит от многих факторов. Скорость извлечения вибратора из жесткой бетонной смеси должна быть не более 2 м/мин, чтобы не оставались незаполненные лунки.

Для поверхностного вибрирования применяют виброрейки и площадочные вибраторы, перемещаемые вручную. При этом вибраторы устанавливают на бетонную смесь или на ограждающую бортоснастку. Глубина проработки зависит от удобоукладываемости бетонной смеси и параметров вибрации. Ручные виброрейки прорабатывают бетонную смесь толщиной до 30 см в зависимости от отношения Q/P = 0,4...0,6, где Q – удельное давления на бетон, P – амплитуда. С увеличением этого отношения более 0,6 амплитуда интенсивно затухает, для жестких бетонных смесей при Q/P = 1 – полностью затухает, при Q/P менее 0,4 поверхностные слои бетона плохо уплотняются. Для бетонных смесей, используемых в монолитном строительстве, удельное давление поверхностных виброуплотнителей равно 4 кПа.

Для поверхностных виброуплотнителей необходима равномерность распределения колебаний по длине, при недостаточной жесткости корпуса вибратора колебания в центре могут существенно отличаться от краевых. Оптимальным диапазоном частот для поверхностных виброуплотнителей, рассчитанных на уплотнение слоев толщиной 10...20 см, считают 25...45 Гц при амплитуде 0,35...0,5 мм. При больших амплитудах происходит подсос воздуха в уплотняемую бетонную смесь.

Виброрейки – два параллельных вибрирующих бруса для уплотнения и заглаживания. Передняя кромка вибробруса наклонена под углом 3…5° для предотвращения разрывов в уплотняемом слое от сдвига бетонной смеси фронтальной плоскостью. Скорость перемещения 0,5...1 м/мин.

Навесные наружные вибраторы применяются редко, требуют более прочной и жесткой опалубки, много труда для установки и съема. Радиус их действия 110...225 см.

Укатка бетона осуществляется с помощью катков для неармированных железобетонных конструкций гидросооружений. Она до 30...50% сокращает стоимость строительства за счет применения малоцементных особо жестких бетонных смесей, высоких темпов производства работ, уменьшения термических напряжений из-за тепловыделения твердеющего бетона, что позволяет отказаться от дорогих мероприятий по охлаждению бетонной смеси и бетона. Эта технология применяется при бетонировании плотин, дорог, площадок для складов, автостоянок, аэродромов. Интервал между приготовлением и укладкой бетонной смеси не более 4 ч. Расход вяжущего до 200 кг/м³, содержание цемента 50...60%, остальное – зола ТЭС. Содержание песка ниже традиционного 32...34%, В = 105...130 л/м³. Высота укатываемого слоя 30....40 см. По СНиП 3.03.01-87 укатка разрешена для бетонов класса до В20, а толщина слоя не должна превышать 50 см.

Однородность прочности укатанного бетона существенно ниже, чем при традиционной технологии (коэффициент вариации прочности бетона составляет 20...40%). Для повышения плотности горизонтальных швов на поверхность основания наносят слой пластичного раствора толщиной 1...7 см.

Масса катка 7...18 т, контактное давление на 1 см ширины вальца 250...600 Н. Частота вибрации катков 20...30 Гц (кабина водителя должна быть виброизолирована). Достаточное уплотнение достигается за 3...4 прохода, иногда требуется до 10 проходов виброкатка.

Вакуумирование бетона позволяет получить высокую прочность в ранние сроки твердения, повысить долговечность бетона из высокоподвижных смесей. В процессе уплотнения производится отсос воды (до 10...20% первоначального водосодержания) из свежеуложенной бетонной смеси, после вакуумирования начальная прочность 0,3...0,4 МПа, 1-суточная прочность вакуумированного бетона равна 3-х суточной прочности вибрированного бетона. В 1 год прочность вакуумированного бетона превышает на 15...25% прочность вибрированного бетона.

При вакуумировании вместе с водой увлекаются частицы цемента, выносятся на поверхность, что приводит к повышению прочности на сжатие и износостойкости, уменьшению пористости, водопоглощения, повышению морозостойкости.

Перед вакуумированием бетонную смесь уплотняют виброрейками, затем укладывают фильтровально-дренажный слой вакуумного мата, который покрывают герметизирующим слоем. Время вакуумирования: на 1 см толщины бетона надо затратить 1...1,5 мин. После вакуумирования в бетоне остаются каналы, по которым удалялась вода, поэтому поверхность обрабатывают заглаживающими машинами.

В комплект оборудования входят: вакуум насос, ресивер, всасывающие шланги, вакуум-щиты. Последний состоит из каркаса 100×125 см, с герметизирующей прокладкой по контуру. В нижней части щита имеется основа из 2-х стальных сеток и натянутой по ним фильтрующей ткани. Между крышкой щита и фильтрующей частью образуется полость, под действием вакуума из бетона отсасывается вода и воздух, разрежение в системе не менее 70 кПа. По окончании вакуумирования в систему попадает воздух и щиты легко отстают от бетона.

Торкретирование используют для бетонирования тонкостенных конструкций в односторонней опалубке, нанесения гидроизоляционных покрытий, крепления горных выработок, замоноличивания стыков, ремонта и усиления железобетонных конструкций.

Для торкретирования сухим способом используют бетонную смесь с наибольшей крупностью не более 10 мм, содержание песка 50...60%, минимальный расход цемента не менее 200 кг/м³.

Оборудование: цемент-пушка для подачи сухой смеси, компрессор и рукав с насадкой. Сухая смесь готовится в смесителях принудительного действия и готова к употреблению в последующие 2...3 часа – при более долгом хранении она слеживается. Поверхность бетона, на которую наносится слой торкрет бетона, очищают сухим песком с помощью цемент-пушки и промывают водой под давлением. Торкретирование идет послойно, толщина вертикального или горизонтального слоя 15 мм при неармированных поверхностях и до 25 мм - на вертикальных армированных поверхностях. Общая толщина бетонных слоев не более 50 мм на потолочных поверхностях, 75 мм - на вертикальных поверхностях, на полу (нанесение сверху вниз), толщина не ограничивается.

В резервуарах торкретирование начинают в местах сопряжения днища со стенкой (на высоту до 1,5...1,8 м), после этого наносят бетон послойно сверху вниз 1 слой толщиной 10...15 мм выравнивают и выдерживают 24 часа, затем его смачивают водой и кругообразными движениями насадки наносят последующие слои по 5...10 мм.

На вертикальную поверхность торкрет смесь наносят снизу вверх. Недостатки сухого способа:

– пылеобразование при выходе смеси из насадки, для снижения пыления заполнители предварительно смачивают в смесителях принудительного действия;

– изменение водосодержания бетонной смеси в зависимости от опыта сопловщика, что может изменять прочность бетона на сжатие от 10 до 40 МПа при постоянном составе сухой смеси.

Сухую смесь загружают в цемент-пушку, под давлением 0,2...0,35 МПа смесь по шлангам подается в насадку (сопло), одновременно в сопло поступает вода под давлением, на 0,1...0,15 МПа выше, чем в цемент-пушке. Увлажненная смесь, вылетая со скоростью до 100 м/с ударяется о бетонируемую поверхность и прилипает к ней. Отскок до 30%, для его уменьшения вводят ПАВ, сопло держат на расстоянии 0,7...1,0 м от бетонируемой поверхности. После нанесения последнего слоя его заглаживают и затирают, затем поверхность железнят – получаются гладкие поверхности с высокой плотностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью.

При мокром способе (набрызге) применяют торкрет-установки со смесительно-нагнетательными питателями (насосы: шнековые, поршневые и роторно-шланговые). Сжатый воздух подается к насадке. Достоинства: нет пыли, постоянство В/Ц, меньший отскок, возможность использования эффективных добавок.

При нанесении бетонной смеси насадку располагают перпендикулярно поверхности, отклонения допускаются при заполнении пространства за арматурой диаметром более 16 мм, смесь наносят снизу вверх – вертикальными поступательными движениями насадки на расстоянии 0,7...1,2 м, толщина слоя не более 15 мм (снизу вверх), не более 25 мм – вертикаль, не более 50 мм (сверху вниз – пол). При появлении признаков сползания толщину слоя уменьшают. Первый слой обычно делают из песчаного бетона для уменьшения отскока, толщина не более 10 мм. Каждый последующий слой наносят после окончания схватывания предыдущего, поверхность ранее уложенного слоя увлажняется.

Большие поверхности разбивают на захватки и устраивают рабочие швы. Для получения ровной поверхности после схватывания последнего слоя бетона наносят раствор на мелком песке, который тут же заглаживают.

При устройстве гидроизоляционных, антикоррозионных и других покрытий необходимо выполнять следующие требования:

– толщина наносимого слоя не более 10 мм, число слоев не менее 2;

– насадки с диаметром выходного отверстия 26...30 мм;

– песок с Мк=1,5...2, расход цемента не менее 600 кг/м³.

При замоноличивании вертикальных стыков применяют 2 способа:

– насадку опускают в стык на всю его глубину и по мере заполнения его смесью извлекают напорный рукав из стыка;

– смесь наносят слоями, используя насадку прямоугольного сечения.

Для повышения прочности на растяжение в бетон вводят стальную фибру длинной 2...6 мм в количестве 3...5%.

Бетонирование раздельным способом – в опалубку укладывается крупный заполнитель с последующим нагнетанием в его пустоты цементно-песчаного раствора. Применяется при возведении железобетонных резервуаров, подпорных стен, фундаментов и т.п.

Щебень из плотных и прочных горных пород состоит из смеси 2-х фракций: 20...40 мм и 150...300 мм (в зависимости от сечения конструкции), объем зерен менее 15...20 мм не боле 5...10%. В тонкостенных конструкциях щебень только фракции 30...40 мм. Щебень укладывают из бадей после монтажа арматуры и установки перфорированных труб-нагнетателей. При укладке щебня его вибрируют навесными вибраторами, пустотность однофракционного щебня 42...47%.

Цементно-песчаный раствор применяется с использованием портландцемента или шлакопортландцемента М 400...500 с началом схватывания 2,5...3,5 часа. Песок не должен содержать зерен крупнее 2,5 мм, В/Ц = 0,42...0,55, глубина погружения конуса в растворную смесь 10...14 см, для повышения её подвижности она активируется - интенсивно перемешивается в турбулентном смесителе-активаторе.

При высоте бетонной конструкции не более 1,2 м раствор заливают сверху, в остальных случаях нагнетают снизу под давлением 0,15...0,2 МПа, по мере нагнетания труба-инъектор поднимается.

Достоинства: меньше объем перемещаемых материалов, упрощение технологии, меньшая чувствительность к перерывам в бетонировании, исключаются рабочие швы, что увеличивает монолитность железобетонной конструкции.

Недостатки: сложность контроля качества нагнетания растворной смеси, опалубка должна быть водонепроницаемой и обладать повышенной жесткостью.

Бетонирование способом «стена в грунте». Укладка бетонной смеси в глубокие траншеи, предварительно заполненные глинистым раствором, препятствующим обрушению их стенок. Сокращается объем земляных работ - котлованы без откосов, возможно выполнение строительно-монтажных работ рядом с существующими зданиями, упрощается устройство конструкций глубокого заложения при интенсивном притоке подземных вод. Глубина стен до 30 м, ширина захватки до 6 м, перегородки по длине захваток изготавливают из профильного листа или сборных железобетонных конструкций. Перегородки врезаются в борта трением на 5...10 см с каждой стороны по всей высоте. Арматурные каркасы устанавливают перед бетонированием для предотвращения налипания на них глины.

Бетонирование идет под глиняный раствор через воронку с затвором и вертикальные составные трубы диаметром 20...35 см из звеньев 1...1,5 м. Подъем и опускание системы осуществляется краном.

Перед подачей бетонной смеси в трубу погружают легкий пыж, который после заполнения приемного бункера освобождается от подвески и бетонная смесь поступает в воронку. В процессе бетонирования нельзя допускать опорожнение приемной воронки, т.к. при этом в трубы попадет воздух. Для уменьшения скорости подачи бетонной смеси воронку с трубой опускают. При подъеме трубы нужно следить за тем, чтобы нижний конец трубы был погружен в бетонную смесь для предотвращения смешивания бетонной смеси с глиной. По мере подъема уровня бетонной смеси в траншее трубы приподнимают и укорачивают, отсоединяя верхние секции с перемонтажом приемной воронки.

Применяют литые бетонные смеси с ОК до 20 см, при меньшей подвижности (ОК=6...7 см) на трубах крепят вибраторы. Процесс бетонирования должен быть непрерывным в пределах захватки. Его окончанием следует считать выход бетонной смеси на поверхность по длине захватки. Верхний, смешанный с вытесняемым глинистым раствором слой бетона, удаляется.

Бетонирование в скользящей опалубке – непрерывное формование вертикальных железобетонных элементов зданий и сооружений при механизированном подъеме опалубки и оснастки. Постоянное сечение железобетонных элементов и неизменная толщина стен, но может применяться для конических, гиперболических и других сооружений переменного профиля.

Скользящая опалубка обеспечивает высокий темп бетонирования, повышает монолитность (нет рабочих швов) снижает стоимость и трудоемкость, т.к. исключается монтаж и демонтаж опалубки.

Существую системы скользящей опалубки, где домкратные стержни вынесены за пределы бетонируемой стены. Могут быть конструкции без охватывающих домкратных рам.

Бетонную смесь с ОК 8...10 см укладывают слоями по 20...25 см. Прочность выходящего из-под щитов бетона 0,2...0,3 МПа, при меньшей прочности – оползание, при большей – резко возрастает усилие подъема опалубки. Прочность достигается за 4...12 ч, при высоте щита 130 см скорость его движения 260...90 см за смену. При нажатии пальцем на вышедший из-под опалубки бетон на нем остается заметный отпечаток, но не глубокая вмятина. При высокой скорости бетонирования более 5 м/сут твердеющий бетон испытывает нагрузки от вышележащих слоев и ветра.

Расход портландцемента М 400...500 составляет 400...450 кг/м³, СНВ 0,015%, ЛСТ 0,15%. Обеспечить рост прочности можно перемещая вместе с опалубкой специальные средства для его тепловой обработки – закрывание опалубки и подвесных подмостей брезентовой юбкой. Внутри устанавливаются калориферы, поддерживающие температуру 20⁰С..

Устройство монолитных перекрытий идет с отставанием на 1 этаж от стен. Опалубка перекрытий подвешивается к скользящей. Применение скользящей опалубки в режиме с многочисленными остановками делает ее неэффективной по сравнению с объемно-блочной и переставной опалубкой с механизированным подъемом.

Подводное бетонирование – э то укладка бетонной смеси под водой, применяемая при возведении тоннелей, опор мостов, днищ опускных колодцев, ремонта гидросооружений. Существуют различные способы подводного бетонирования:

1) Способ вертикально-перемещаемых труб (ВПТ) – подача бетонной смеси под воду по трубам диаметром 200...300 мм длиной 1...1,5 м, которые поднимают по мере увеличения толщины бетона кранами или лебедками. Сверху - загрузочная воронка, внизу - клапаны, открываемые с подмостей. Радиус действия одной трубы 6 м. Расстояние между трубами 10...11 м. Обеспечивается непрерывное и быстрое бетонирование.

Блок бетонирования ограждают шпунтовым рядом, выполняющим роль опалубки. Бетонные смеси с ОК = 14...16 см укладываются с виброуплотнением, а при ОК = 16...20 см – без вибрации. Наибольшая крупность 30...40 мм, вводятся пластификаторы. Бетонную смесь подают в воронку непрерывно бетононасосами.

Трубы с закрытыми нижними клапанами устанавливают на 15...20 см не до дна, бетонную смесь загружают в трубы доверху и открывают клапаны. У нижнего торца трубы образуется бетонный конус и последующие порции бетонной смеси с водой не контактируют, т.к. торец трубы должен быть заглублен в бетонную смесь не менее чем на 0,8 м (при глубине воды до 10м) и 1,5 м (при глубине до 20 м). По мере увеличения слоя бетонной смеси трубы периодически поднимают, оставляя нижний конец в бетоне, и сверху снимают секцию, перемонтируя приемную воронку.

2) Метод восходящего раствора – разновидность раздельного бетонирования. Трубы для нагнетания раствора диаметром 37…100 мм имеют радиус действия 3 м при заливке раствора в каменную наброску и 2 м – при заливке в щебеночную отсыпку.

Цементный раствор ОК 10...12 см заливают в трубу и он под собственным весом заполняет пустоты щебня, при высоте блока бетонирования более 10 м раствор нагнетается в трубу насосом. Раствор, вытесняя воду из пустот, заполняет их и создает бетонный монолит.

При этом не нужна мощная БСУ (как при ВПТ), достаточно иметь растворосмесительную установку меньшей производительности. Уменьшается вероятность расслоения бетона. Этот метод применяют при бетонировании в стесненных условиях густоармированных железобетонных конструкций при больших глубинах (до 50 м).

Недостатки - ненадежность заполнения пустот, снижение качества бетона, расход металла на устройство шахт, тщательный подбор грансостава песка.

3) Метод втрамбовывания бетонной смеси с показателем подвижности 5-7 см и наибольшей крупностью заполнителя 30...40 мм состоит в укладке новых порций смеси на островок из ранее свежеуложенного бетона с последующим втрамбовыванием этой порции.

Островок создают в одном из углов блока бетонирования. Новые порции бетонной смеси укладывают и втрамбовывают не ближе 20...30 см от уреза воды. Уплотняют вибрацией или трамбованием.

Этот метод применяют при глубине до 1,5 м при условии, что верх бетонируемой конструкции располагается выше уреза воды. Один из размеров блока бетонирования в плане должен быть больше удвоенной глубины.

4) Укладка бетонной смеси в мешках - вспомогательный метод при небольших объемах работ для уплотнения щелей между дном и опалубкой, а также в аварийных случаях. Мешки из редкой, но прочной ткани, щебень с НК 40 мм, ОК 2...5 см, количество смеси в мешке 10...20 л. Мешки укладывают водолазы, тщательно прижимая один к другому.

Напорное бетонирование.

Непрерывное нагнетание бетонной смеси по напорному бетоноводу бетононасосом. Применяют при изготовлении набивных свай, стена в грунте, подводном бетонировании, при возведении густоармированных железобетонных конструкций.

Характеристики бетонной смеси: показатель подвижности ОК 12...24 см, расход цемента 360...480 кг, максимальное содержание крупного заполнителя до 1100 кг, доля песка от массы крупного заполнителя заполнителей 0,4...0,5.

Давление нагнетания 1...8 МПа зависит от ОК бетонной смеси, скорости нагнетания (0,4...1,2 м/с), диаметра (600...1200 мм) и высоты сваи (10...25 м).

После устройства скважин в них вставляют инвентарные обсадные трубы, внутренний диаметр которых на 2...3 см больше диаметра сваи. Устанавливают арматурный каркас и напорный бетоновод, его нижний конец герметизируют временным глиняным пыжом высотой 1,2...1,4 диаметра трубы. В напорном бетоноводе есть устройство для удаления воздуха при его заполнении бетонной смесью и в процессе нагнетания.

Для изготовления свай высотой не более 10 м напорный бетоновод устанавливается и извлекается распределительной стрелой автобетононасоса или автокраном.

Вначале нагнетание бетонной смеси идет с минимальной скоростью 0,4...0,5 м/с, затем скорость увеличивается. Давление в бетоноводе не должно превышать 0,9Р_max, развиваемого бетононасосом. При повышении давления свыше 0,9Р_max вертикальный участок бетонопровода поднимают до восстановления поршневого давления, конец бетоновода должен быть постоянно заглублен в бетонную смесь на 1,5...2 м, процесс нагнетания не прерывают. Для удаления воздуха и контроля бетонирования в формах предусматриваются воздуховыпускные клапаны.

При выходе бетонной смеси на поверхность скважины ее верхний слой с примесью бурового шлама удаляют, устраивают опалубку для оголовка и извлекают бетонопровод из скважины, продолжая нагнетание со скоростью 0,2...0,4 м/с. Общее время бетонирования свай высотой до 10 м не более 30 мин.

Контрольные вопросы

1. Какие способы бетонирования вы знаете? 2. Что представляет собой виброуплотнение бетонной смеси? С помощью чего оно осуществляется 3. Какие виды торкретирования вы знаете? Чем они отличаются?

15. Уход за бетоном

 

Уход за бетоном включает обеспечение нормальных температурно-влажностных условий для его твердения. Продолжительность ухода не менее 14 сут для бетона на медленно твердеющем цементе, не менее 7 сут – на обычном цементе, не менее 3 сут – на быстротвердеющем. Время ухода увеличивают при сухой и жаркой погоде, а также при повышенных требованиях по водонепроницаемости, морозостойкости и прочности бетона.

При быстром высыхании бетона на его поверхности появляется сеть трещин. В массивных железобетонных конструкциях трещины могут быть вызваны неравномерным разогревом, в том числе вследствие экзотермии цемента. При увлажнении бетона во время ухода снижается вероятность появления температурно-влажностных трещин.

Открытые поверхности свежеуложенного бетона накрывают мокрой мешковиной, рогожей, влажными опилами или песком не позднее чем через 3...4 часа, а в сухую жаркую погоду – через 1...1,5 часа, сверху расстилают полиэтиленовую плёнку.

Уход за бетоном в зимних условиях должен обеспечить необходимую температуру его твердения, достаточную для набора требуемой прочности. К моменту замерзания бетона без противоморозных добавок его прочность должна быть не ниже 50, 40 и 30% от проектной при классах бетона В10, В15-В20; В30-В40; 70% – для конструкций, подвергающихся после окончания выдерживания замораживанию и оттаиванию; 80% – для преднапряженных ЖБК, и 100% – при наличии специальных требований.

Бетоны с противоморозными добавками следует предохранять от обезвоживания, для чего поверхность забетонированных конструкций защищают от ветра. Концентрацию химических добавок стремятся не увеличивать больше рекомендованной для прогнозируемой температуры.

Уход за бетоном в зимнее время осуществляется следующими способами:

1) Отогрев искусственных и грунтовых оснований при пучинистом грунте производится на глубину не менее 0,5 м, при непучинистом или искусственном – не менее 0,3 м, если по расчету не требуется большая глубина прогрева, перед прогревом основание очищается от снега и наледи.

Отогрев производят: при помощи термоактивных щитов греющей опалубки, термоактивных гибких покрытий, горячим воздухом (менее 150°С) при отогреве бетонных оснований, для грунтовых оснований – с помощью стержневых электродов, забиваемых на глубину промерзания, с помощью огня. Не допускается применение для отогрева оснований пара или горячей воды.

2) Метод термоса – бетонную смесь с температурой 5...30°С укладывают в утепленную опалубку, защищают открытые поверхности от охлаждения, закрывая их листами рубероида и утеплителя. Конструкция не обогревается, положительная температура обеспечивается теплом, внесенным в бетонную смесь в процессе ее приготовления, и теплом экзотермии при гидратации цемента. Принимается только для массивных ЖБК с модулем поверхности (Мп) не более 6.

3) Бетонирование в тепляках или шатрах – создание над бетонируемой железобетонной конструкцией временных сооружений или замкнутого пространства, где для твердения бетона поддерживается необходимая температура и влажность воздуха. Значительные затраты, поэтому применяют только для ответственных конструкций, нагружаемых зимой. Используют инвентарные, передвижные или надувные тепляки.

Парообогрев применяют при наличии пара – после бетонирования железобетонную конструкцию накрывают 2 слоями брезента, под который подают пар под давлением не более 0,07МПа. Ввод пара производится через каждые 2 м для уменьшения разницы температур при высоте бетонируемой конструкции не более 1 м. Необходим организованный отвод конденсата.

4) Предварительный электроразогрев бетонной смеси – форсированный разогрев бетонной смеси до заданной температуры переменным электрическим током 220...380В с последующей укладкой, уплотнением и дальнейшем выдерживанием бетона. Достоинства – высокий КПД, повышенная прочность бетона. Недостатки – необходимость большой установленной мощности для электроразогрева (300...500 кВт), быстрая потеря подвижности бетонной смеси.

5) Электропрогрев бетона – после укладки и уплотнения бетонной смеси в опалубке она подключается через электроды в сеть переменного тока, за счет выделения тепла ускоряется твердение.

Достоинства – мобильность, технологичность, надежность, возможность получения в сжатые сроки до 70% марочной прочности для ЖБК с Мп<15 при температуре выше – 30⁰С.

Недостатки – неравномерность температурных полей, особенно для густоармированных ЖБК, что ухудшает качество бетона.

6) Обогрев бетона в термоактивной опалубке целесообразно проводить при использовании опалубки со стальной или фанерной палубой для различных ЖБК с модулем опалубливаемой поверхности от 2 и выше (фундаменты, стены, колонны, балки, перекрытия и др.). Особенно эффективен этот метод при непрерывном бетонировании, а также для железобетонных конструкций, насыщенных арматурой.

Установка для обогрева представляет собой щит, состоящий из фанерной крышки, утеплителя, каркаса, греющего кабеля. Электронагреватель надежно изолируется от щита, потребляет ток напряжением 40...121 и 220 в. Потребляемая мощность колеблется от 600 до 1200 вт/м² в зависимости от модуля опалубливаемой поверхности и температуры воздуха.

Щиты устанавливают в блок бетонирования, крепят и подсоединяют к электрической сети. Минимальная температура бетонной смеси +5°С. Максимальная скорость подъема температуры колеблется от 5 до 10°С/ч в зависимости от модуля поверхности.

7) Индукционный прогрев. При индукционном прогреве используется переменное электромагнитное поле для возбуждения вторичных токов в арматуре и металлической опалубке ЖБК, что вызывает нагрев металла, а от него – нагрев бетона.

Переменный ток пропускают через индуктор-соленоид из кабеля или провода, который спиралью обвивает обогреваемую ЖБК – колонны, балки, прогоны, стыки.

Выдерживание производится в течение 2...3 часов, включая индуктор на 5...10 мин каждый час. По условиям техники безопасности прогрев ведут на пониженных напряжениях – 36...12 В, при надежной изоляции напряжение повышают до 220...380 В.

После достижения расчетной температуры напряжение отключают и далее производят термосное выдерживание, либо переходят на более низкие напряжения и импульсный режим работы.

Достоинства: равномерность прогрева, позволяет отогревать арматуру и металлическую опалубку, исключает затраты на электроды. Расход электроэнергии 120...150 квт×час/м³.

8) Инфракрасный обогрев – периферийный обогрев уложенного бетона за счет лучистой энергии от источников инфракрасного излучения с длиной волны 0,76...400 мкм.

Источниками излучения являются:

– металлические трубчатые излучатели (ТЭНы) с температурой 300...600°С – металлическая трубка диаметром 9...18 мм, внутри которой рачположена нихромовая спираль, изолированная периклазом MgO, мощность 0,6…1,2квт на 1 м длины при напряжении 127, 220 и 380 В;

– керамические стержневые излучатели с температурой поверхности 1300...1500°С;

– кварцевые трубчатые излучатели с температурой спирали до 2300°С.

Инфракрасные излучатели с отражателями располагаются на расстоянии 1...1,2 м от поверхности бетона. Обогревать ими можно арматуру, опалубку, стыки для омоноличивания, открытую поверхность бетона или через опалубку. Для лучшего поглощения инфракрасного излучения поверхность опалубки покрывают черным матовым лаком. Температура на поверхности бетона должна быть не более 90°С. Чтобы исключить испарение воды открытые поверхности бетона закрывают полиэтиленовой пленкой, пергамином или рубероидом. Толщина прогрева не более 40 см.

Расход электроэнергии 120...200 квт×час/м³. Применяют для стен, швов, при укладке бетона в штрабы и т.д.

 

Контрольные вопросы

1. Для чего необходимо ухаживать за свежеуложенным бетоном? 2.В чем сущность ухода за бетоном в зимнее время? Какими способами он осуществляется? 3. В чем сущность термосного прогрева бетонной смеси?

 

 

16. Технология сборного железобетона

В гражданском и промышленном строительстве широко применяются сборные железобетонные изделия заводского изготовления, из которых монтируют здания и сооружения, отдельные части зданий или конструкции. К таким изделиям относятся фундаменты, сваи, шпунты, балки фундаментные, колонны, ригели, балки и фермы покрытий, подкрановые балки, стеновые панели, плиты покрытий и перекрытий, вентиляционные блоки и санитарно-технические кабины, лестничные марши и площадки, балконные плиты, перемычки и др.

К сборным железобетонным изделиям специального назначения относятся элементы тоннелей, каналов, резервуаров, силосов, тюбинги метрополитенов, напорные и безнапорные трубы, опоры линий электропередач и связи, шпалы, элементы мостов, путепроводов, эстакад, набережных.

Малоэтажное строительство ориентируется на применение мелкоштучных изделий, блоков, камней, которые отличаются незначительной массой и позволяют проводить монтаж без грузоподъёмных механизмов.

В кровлях крупнопанельных зданий применяются элементы безрулонной железобетонной кровли: кровельные плиты, водосборные лотки и поддерживающие стойки, в кровлях малоэтажных зданий находит применение цементно-песчаная черепица.

При строительстве дорог, взлётно-посадочных полос аэродромов применяют дорожные и аэродромные плиты, элементы мощения трамвайных путей, а для устройства тротуаров применяют мелкоштучные изделия из мелкозернистого бетона.

Способ производства железобетонных изделий определенного типа выбирается в соответствии с требованиями СНиП 3.09.01-85 и других инструктивных документов.

На предприятиях сборного железобетона используются два способа изготовления изделий: стендовый – для массивных крупногабаритных изделий, производимых в неперемещаемых формах, и поточный, при котором отдельные технологические операции осуществляются в перемещаемых формах на специализированных постах.

К стендовому способу относятся: технологические линии для изготовления преднапряженных железобетонных изделий на длинных стендах, для которых упоры, воспринимающие натяжение арматуры, вынесены за пределы форм и напрягаемая арматура заготавливается сразу на несколько изделий (до 5...6), располагающихся в одну линию; короткие стенды с выносными силовыми упорами предназначены для изготовления одного-двух изделий; силовые формы - короткие стены, но без отдельно стоящих упоров, последние устраиваются непосредственно на форме, которая и воспринимает усилие натяжения арматуры; кассетные установки предназначены для группового формования плоских ненапрягаемых изделий (для крупнопанельного домостроения) в вертикальном положении; линии непрерывного формования преднапряженных пустотных плит в виде длинной ленты (до 120 м), которая после набора прочности бетоном разрезается на отдельные изделия требуемой длины. Стендовый способ производства требует минимальных капитальных затрат, все технологические операции по изготовлению изделий выполняются на одном месте, а технологическое оборудование перемещается от одной формы к другой. Так как формы не перемещаемые, они имеют меньшую жесткость и металлоемкость, по сравнению с перемещаемыми формами. Тепловлажностная обработка осуществляется также на месте формования изделий либо впуском теплоносителя в тепловые отсеки форм, либо закрыванием стенда крышкой или колпаком с последующей подачей пара под них. Недостатками стендовых линий являются низкая производительность (кроме линий непрерывного формования), низкий уровень механизации и автоматизации, тяжелые условия труда рабочих и др.

К поточным линиям относятся поточно–агрегатные и поточно–конвейерные, для которых технологический процесс осуществляется на специализированных постах в последовательно перемещаемых формах. Транспортным оборудованием поточно–агрегатных линий чаще всего является мостовой кран (один или два на пролет), а тепловые агрегаты для ускорения твердения бетона изделий применяются периодического способа (ямные камеры). Поточно–конвейерный способ осуществляется при использовании рольгангов или шаговых конвейеров, с помощью которых все формы на технологической линии одновременно перемещаются на следующий пост (на один технологический шаг) с заданным ритмом, а также прокатных станов на которых все операции выполняются на непрерывно движущейся формовочной ленте. Поточно–конвейерные линии оснащаются термоформами, которые собираются в пакеты для тепловой обработки, или оборудуются тепловыми агрегатами непрерывного действия (туннельными, щелевыми, вертикальными). Обычно формовочные конвейеры, пакеты термоформ и линии возврата форм или тепловые агрегаты образуют замкнутые (горизонтально, вертикально или наклонно) линии, по которым перемещаются формы.

В последнее время получила распространение ещё одна разновидность поточных линий – кассетно–конвейерные линии. В них сохранены преимущества кассетного производства – компактность благодаря вертикальному расположению формовочных отсеков, высокая производительность, максимальное соприкасание формуемого изделия с формой и т.д. и устранены многие недостатки кассетных линий: неэффективность уплотнения, «пиковые» потребности в бетонной смеси, повышенный расход цемента, высокая неоднородность по прочности бетона в изделиях и др.

Использование поточных способов производства позволяет повысить производительность труда и качество выпускаемых изделий за счет оснащения постов специализированным оборудованием. Появляется возможность автоматизации производства. Недостатком конвейерных линий является то, что они предназначены для узкой номенклатуры изделий, тогда как поточно–агрегатные линии больше отвечают требованиям гибкого производства – они сравнительно легко переналаживаются при смене номенклатуры выпускаемых изделий.

При выборе способа производства необходимо обеспечить изготовление изделий требуемого качества с применением серийного технологического оборудования. Допускается применять несерийное оборудование, позволяющее повысить качество изделий или производительность труда.

Отдельные виды изделий следует формовать, как правило, на следующих технологических линиях или установках:

– панели наружных стен, плиты перекрытий, лестничные площадки и плоские архитектурные и доборные изделия – на конвейерных или поточно-агрегатных линиях в горизонтальном положении;

– панели внутренних стен, перегородки и лестничные марши – в кассетных формах или на кассетно–конвейерных линиях в вертикальном положении, а также на поточно–агрегатных или конвейерных линиях в горизонтальном положении;

– ригели, балки, колонны, шпалы (в групповых формах), дорожные и аэродромные плиты и другие линейные конструкции длиной до 12 м– на агрегатно–поточных, полуконвейерных и конвейерных линиях;

– объемные элементы: санитарно–технические кабины, блоки лифтовых шахт, элеваторов и т.п. – в специальных установках на стендах, на конвейерных линиях, карусельных установках;

– трубы и опоры ЛЭП – на специализированных агрегатно–поточных и стендовых линиях;

– линейные злементы длиной свыше 12 м (колонны, балки, фермы), пространственные тонкостенные элементы, большепролетные плиты (типа КЖС, П, 2Т), мостовые конструкции – на стендовых линиях или на специализированных установках.

Контрольные вопросы

1. Какие способы изготовления ЖБИ вы знаете? 2. В чем сущность стендового способа производства ЖБИ? 3. В чем сущность агрегатно-поточного способа производства ЖБИ?

Глава 4 Технология деревянных конструкций

 

1. Общие сведения

 

Древесина традиционный строительный материал с много­вековым опытом применения. Используется в современном стро­ительстве в виде клееных деревянных, фанерных и комбинирован­ных конструкций, изделий из древесных плит и панельных кон­струкций заводского изготовления, а также материалов на базе отходов древесины ДСП, ДВП, арболит, фибролит.

Древесина как строительный материал, обладает рядом положи­тельных свойств: она имеет относительно высокую прочность, не­большую плотность, малую теплопроводность, легко поддается механической обработке.

Вместе с тем, древесина имеет и ряд недостатков: анизотропность древесины обусловливает различные показатели прочности и тепло­проводности вдоль и поперек волокон, гигроскопичность древесины приводит к изменению ее свойств; древесина подвержена загниванию и легко воспламеняется. Современная технология обработки древе­сины позволяет в значительной мере снизить указанные недостатки.

При раскрое бревен получают пиломатериалы различного вида и размеров. Из них вырабатывают заготовки строительных деталей или используют в целом виде. Пиломатериалы изготов­ляют из древесины хвойных пород – сосны, ели, лиственницы, пихты, кедра и лиственных пород: дуба, ясеня, бука, клена, граба, вяза, ильма, бере­зы, ольхи, осины, тополя, липы. Большинство пиломатериалов (доски, пластины, шпалы, горбыль) имеют ши­рину поперечного сечения двойной толщины; исключение состав­ляют бруски. По толщине пиломатериалы хвойных пород под­разделяются на тонкие – до 32 мм включительно и толстые – 40 мм и более. Пиломатериалы лиственных пород считают толстыми от 35 мм и более. Брусья хвойных пород имеют толщи­ну и ширину более 100 мм.

По характеру обработки различают пиломатериалы обрезные, необрезные и односторонне обрезные.

 

Табл. 4. Прочностные показатели различных пород древесины

 

Породы	Предел прочности, МПа	Твердость, МПа
при сжатии вдоль волокон	при статическом изгибе	при растяжении вдоль волокон	при скалывании	торцевая	радиальная	тангенциальная
Хвойные
Ель обыкновенная	39,6	71,7	106,1	6,2	24,1	17,3	16,8
Кедр сибирский	36,3	64,8	82,0	6,0	20,3	-	-
Лиственница сибирская	54,9	98,4	122,7	9,4	40.3	28,0	27,8
Пихта белая	38,1	66,7	65,6	6,0	28,4	16,7	16,4
Сосна обыкновенная	41,4	75,8	100,9	6,9	26,2	21,7	22,3
Лиственные
Береза	46,7	96,7		8,5	42,3	33,6	30,0
Бук	47,4	95,3	117,8	10,6	-	-	-
Дуб	51,9	89,1	-	11,0	65,3	53,6	56,8
Клен	52,0	105,3	-	11,3	69,0	50,6	53,7
Липа	39,8	77,5	115,8	7,8	23,4	15,6	16,3
Ольха	38,7	70,9	96,3	7,4	40,3	28,0	27,8
Осина	37,4	68,8	120,1	5,7	24,1	11,5	18,3
Ясень	49,9	208,3		12,6	73,2	53,4	60,9

 

Пиломатериалы из твердых лиственных пород изготовляют длиной 0,5...6,5 м с градацией 0,1 м; из мягких лиственных пород и березы – длиной 0,5...2 м с градацией 0,1 м, а при длине 2... 6,5 м – с градацией 0,25 м. Лиственные пиломатериалы имеют толщину 13, 16, 19, 22, 25, 28, 32, 35, 40, 45, 50, 60, 65, 70, 75, 80, 90, 100 мм и ширину (обрезные) 60, 70, 80, 90, 100, 110, 130. 150, 180, 200 мм. Длина хвойных пиломатериалов установлена 1...6,5 м с градацией 0,25 м. Пиломатериалы длиной свыше 6,5 м изготовляют по специальному заказу. Прочностные показатели различных пород древесины приведены в табл.

По качеству древесины пиломатериалы лиственных пород раз­деляют на три сорта, а хвойных — на пять. Из них лучший сорт называют отборным, а остальные обозначают цифрами 1, 2, 3 и 4. Сорт пиломатериалов определяют наличием сучков, гнили, трещин, пороков роста и червоточины и зависит также от точности распиловки, чистоты обработки и степени покоробленности сорта­ментов.

Элементы строительных конструкций, отнесенные к I катего­рии, а также детали окон и дверей, тонкую обшивку стен, доски пола, лестницы и т. п. изготовляют из пиломатериалов 1-го сорта. Для настилов и площадок, толстой обшивки стен, элементов не­сущих строительных конструкций II категории и строганых дета­лей используют пиломате­риалы 2-го сорта. Пиломатериалы 3-го сорта применяют для из­готовления элементов несущих конструкций III категории, бортов и пола грузовых автомобилей и вагонов. Пиломатериалы 4-го сорта используют для вспомогательных нужд в строительстве, для раскроя на мелкие заготовки и для тары.

Элементы несущих и ограждающих конструкций выполняют из пиломатериалов хвойных пород. Пиломатериалы лиственных пород применяют только в конструкциях временных зданий и сооружений в соответствии с техническими указаниями о применении мягколиственной древесины и изделий из нее в стро­ительстве.

2. Строение древесины

Дерево состоит из ствола, кроны и корней. Корни предназначены для укрепления дерева в грунте, для всасывания влаги и растворен­ных в ней минеральных веществ и подачи их к стволу. Ствол удер­живает крону и служит для перемещения воды и питательных ве­ществ от корней через ветви к листьям, а от листьев обратно к кор­ням. Строение древесины, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении, называется макроструктурой, а видимое под сильным увеличением (микроскопом) – микроструктурой.

Макроструктуру древесины изучают по трем разрезам ствола дерева (рис. 48): поперечному, радиальному продольному (по диа­метру или радиусу) и тангентальному продольному (по хорде). В поперечном и радиальном разрезах ствола различают следующие основные части (рис. 49): кору, луб, камбий, древесину и сердце­вину.

Кора защищает дерево от механических повреждений. Она со­стоит из наружного слоя – кромки и внутреннего – луба. Луб – тонкий внутренний слой коры, он предназначен для передачи питательных веществ из кроны дерева вниз: в нем откла­дываются запасы этих веществ. Камбий – тонкий жизнедеятельный слой ткани, располагаю­щийся за лубом. В слое камбия к центру дерева откладываются клетки древесины, а в сторону луба — лубяные клетки.

Каждая клетка камбия при размножении делится на две, одна из которых, более тонкостенная, откладывается к внешней стороне ствола, другая, толстостенная, одеревеневшая клетка располагается по на­правлению к сердцевине. Весной камбий образует широкие клетки с тонкой оболочкой, так называемую «весеннюю» или раннюю древесину. Во вто­рой половине вегетационного периода, когда дерево нагружено развивающимися побегами и листьями, камбии образует толстостен­ные сплюснутые клетки, которые выполняют механические функции и составляют главную часть летней или поздней древесины. Образовавшиеся в те­чение вегетационного периода слои называются годичными слоями. У некоторых пород, например у дуба, они хорошо видны на торцевом разрезе. Находящийся за камбием толстый слой древесины состоит из ряда тонких концентрических слоев.

Древесина обычно имеет светлую окраску, но у некоторых пород непосредственно к сердцевинной трубке прилегает более темная дре­весина, которая называется ядром или мертвой древесиной. От ядра к внешней части ствола располагается светлоокрашенная древесина, которая называется заболонью или оболонью. Древесные породы, у которых центральная часть имеет темную окраску, называют ядро­выми (дуб, кедр, сосна). Древесные породы, у которых центральная часть имеет свойства ядра, но по цвету не отличается от периферий­ной части, называется спелодревесными (ель, пихта, бук). Древесные породы, у которых ядро отсутствует, называются заболонными (бере­за, клен, ольха). У растущего дерева заболонь состоит преимущест­венно из живых клеток.

Вдоль всего ствола в его центральной части расположена сердце­вина которая состоит из клеток с тонкими стенками. Сердцевина и образовавшиеся в первый год роста побеги образуют сердцевинную трубку. Эта часть ствола является наиболее слабой, наименее прочной, она плохо противостоит загниванию.

Микроструктура. Изучая древесину под микроскопом, можно видеть, что она состоит из большого количества живых и отмерших клеток различных размеров и форм. Основную массу составляют веретенообразные клетки, вытянутые вдоль ствола. Некоторое количество клеток вытянуто в горизонтальном направлении – клетки сердцевинных лучей. Живая клетка состоит из обо­лочки, протоплазмы, клеточного сока и ядра. Протоплазма представляет собой зернистую, прозрачную, тягу­чую слизь (растительный белок), состоящую из углерода, водо­рода, кислорода, азота и серы. Ядро от протоплазмы отличается лишь наличием фосфора, оно обычно имеет овальную форму. Срубленная древесина состоит из отмерших клеток, то есть из клеточных оболочек.

Оболочки клеток сложены из нескольких слоёв очень тонких волокон – микрофибрилл, которые компактно уложены и направлены по спирали под разными углами к продольной оси клетки. Влага, содержащаяся в оболочке клеток, называется гигроскопической, а внутри клеток и в межклеточном пространстве – капиллярной. Микрофибриллы состоят из длинных нитевидных молекул целлюлозы –высокомолекулярного природного полимера (С₆Н₁₀О₅)_n, где n более 2500, со сложным строением макромолекул. Целлюлоза представляет собой полисахарид, образованный остатками глюкозы, является линейным полимером, нитевидные цепи которого жёстко связаны гидроксидными связями. Строение целлюлозы объясняет отсутствие у древесины области высокоэластичного состояния, возникающего при нагревании многих линейных полимеров. Макромолекулы целлюлозы эластичны и сильно вытянуты.

По мере роста клетки оболочка претерпевает различные изменения в строении и составе, в результате чего происходит ее одеревенение или опробковение, или ослезнение. При одеревенении в оболочке клетки образуется вещество лигнин, в результате чего увеличивается твердость и прочность клетки. При опробковании в оболочке клетки образуются вещества с меньшим содержанием кислорода, чем лигнин, в связи с чем клетка хорошо противостоит гниению и становится непроницаемой для воды и газов. Ослезнение сопровождается превращением всей оболочки или части ее в слизь, которая растворяется в воде. Если ослезняется часть оболочки, соз­даются отверстия, которыми клетки соединяются между собой, об­разуя сосуды.

По назначению клетки делят на проводящие, механические и за­пасающие. Проводящие клетки служат в основном для передачи питательных веществ от корней к ветвям и листьям. Механические клетки имеют вытянутую форму, толстые стенки и узкие внутрен­ние полости, которые плотно соединены между собой. Эти клетки в основном придают древесине высокую прочность. Запасающие клетки находятся большей частью в сердцевинных лучах и служат для хранения и передачи питательных веществ живым клеткам в го­ризонтальном направлении.

В древесине лиственных пород имеются мелкие и крупные сосуды, имеющие форму трубочек, идущих вдоль ствола. В растущем дереве по сосудам перемещается влага от корней к кроне. По распределению сосудов в поперечном сечении лиственные породы разделяют на кольцесосудистые (дуб, вяз, ясень и др.) и рассеяннососудистые (бук, граб, ольха, берёза, осина и др.). У хвойных пород сосудов нет, их функции выполняют удлинённые замкнутые клетки, называемые трахеидами. У большинства хвойных пород, преимущественно в слоях поздней древесины, расположены смоляные ходы – межклеточные пространства, заполненные смолой.

 

3. Свойства древесины

 

Древесина обладает весьма разнообразными техническими свой­ствами. Наиболее полно они раскрываются при изучении физиче­ских и механических свойств древесины.

Физические свойства древесины. На свойства древесины большое влияние оказывает влажность. Воду, находящуюся в древесине, де­лят на три вида – капиллярную (или свободную), гигроскопиче­скую и химически связанную.

Свободная влага заполняет в древесине полости клеток, меж­клеточные пространства и сосуды. Гигроскопическая влага находит­ся в оболочках клеток, химически связанная вода входит в химический состав веществ, образующих древесину.

Основную массу воды в растущем дереве составляют капилляр­ная и гигроскопическая вода или только гигроскопическая вода. Состояние древесины, в которой отсутствует капиллярная вода и содержится только гигроскопическая, называется точкой насыщения волокон (ТНВ). В древесине разных пород она находится в пределах 23…35% (в среднем часто принимается 30%). При высыхании древесины влага постепенно испаряется с по­верхности наружных слоев, а влага, оставшаяся в древесине, пере­двигается от внутренних слоёв к наружным.

По степени влажности различают древесину: мокрую, свеже­срубленную (влажность 35% и выше), воздушно-сухую (влажность 15…20%) и комнатносухую (влажность 8…13%).

Гигроскопичностью древесины называют способность ее погло­щать из воздуха и конденсировать парообразную воду. Степень поглощения за­висит от температуры воздуха и его относительной влажности. Влаж­ность, которую приобретает древесина при продолжительном нахож­дении на воздухе с постоянной относительной влажностью и тем­пературой, называется равновесной влажностью.

Вследствие гигроскопичности древесины влажность изделий из дерева изменяется при изменении температуры и влажности окру­жающего воздуха. Влажная древесина отдает влагу окружающему воздуху, а сухая – поглощает ее. Поскольку влажность воздуха не постоянна, то влажность древесины также меняется. Изменение влажности древесины от нуля до точки насыщения волокон стенки древесных клеток утолщаются, разбухают, что вызывает увеличение объема древесины. Сушка влажной древесины сопровождается первоначально удалением капиллярной влаги и до точки насыщения волокон не вызывает изменения объёма клеток и только при удалении гигроскопической влаги происходит усушка древесины. Вследствие неоднородного строения древесина усыхает в разных направлениях неодинаково: вдоль оси ствола (вдоль волокон) линейная усушка невелика – около 1 мм/м, в радиальном – до 60 мм/м, в тангенциальном – до 120 мм/м.Объёмная усушка (Yv, %) вычисляется без учёта продольной усушки:

,

где размеры поперечного сечения образца при определённой начальной влажности, мм;

то же, в абсолютно сухом состоянии, мм.

Коэффициент объёмной усушки древесины вычисляется на 1% влажности с точностью до 0,01%.

Разбуханием называется способность древесины увеличивать свои размеры и объем при поглощении воды, пропитывающей обо­лочки клеток. Древесина разбухает при поглощении влаги до точки насыщения волокон. Разбухание, как и усушка, различно в разных направлениях и вдоль волокон составляет 0,8%, в радиальном направлении 3…5% и в тангенциаль­ном 6…12%.

Свойство неравномерного изменения линейных размеров в раз­личных направлениях является одним из отрицательных свойств дерева как строительного материала. Медленное высыхание древе­сины обеспечивает более равномерную усушку и дает меньше тре­щин. Неравномерная усушка древесины в различных направлениях вызывает различные напряжения, древесина коробится и покрывается трещинами. В круглом бревне трещины располагаются радиально. Доски, вырезанные ближе к сердцевине ствола, коробятся меньше, чем доски, выпиленные ближе к поверхности бревна.

Для умень­шения гигроскопичности, водопоглощения, усушки или разбухания древесину покрывают лакокрасочными материалами или пропитывают различными веще­ствами.

Истинная плотность древесины примерно одинакова для всех пород и в среднем она равна 1,54 г/см³. Ср