Предварительно напряженные железобетонные конструкции по сравнению с обычными железобетонными более экономичны в связи с тем, что расход арматурной стали в них снижается до 60—80, а бетона — до 30—50%. Снижение расхода стали достигается в результате применения в предварительно напряженном железобетоне стали с пределом прочности до 2000 МПа, что в 3—5 раз больше, чем прочность обычной арматурной стали класса A-I или А-П.

В обычном железобетоне сталь высокой прочности не применяют, так как ее прочность на растяжение в связи с неизбежным образованием трещин в бетоне использовать полностью нельзя. Объясняется это тем, что с повышением нагрузки, воспринимаемой сталью, пропорционально увеличивается ее удлинение. Высокопрочная сталь без повреждений на каждый метр длины может удлиниться примерно на 3 мм, а в бетоне возникают трещины при его удлинении на 0,1—0,15 мм/м.

Трещинообразование нарушает сцепление арматуры с бетоном и может привести к разрушению конструкций.

При предварительном напряжении в качестве арматуры используют высокопрочную проволоку (гладкую или периодического профиля) классов В-П и Вр-И с пределом прочности до 2000 МПа, прутковую сталь периодического профиля класса A-IV с пределом прочности 900 МПа, и сталь периодического профиля классов А-Пв и А-Шв с пределом прочности 500 и 600 МПа и др.

Предварительное напряжение можно создать натяжением арматуры перед бетонированием или после него. Если арматуру натягивают до укладки бетонной смеси, то такой способ называют предварительным натяжением, если после укладки бетонной смеси и затвердевания бетона, то последующим.

Предварительное натяжение арматуры. При предварительном натяжении арматуру натягивают с помощью домкратов или подвесных грузов до напряжения, составляющего примерно 70—80% от предела прочности арматуры.

Если для натяжения используют гладкую проволоку, то ее освобождают от закрепления на упорах по достижении бетоном прочности 35 МПа. Если используют арматуру периодического профиля, имеющую повышенное сцепление с бетоном, достаточна прочность бетона при обычной стержневой арматуре 14—20 МПа, а при высокопрочной проволоке 20—30 МПа.

Возможность скольжения арматуры в бетоне должна исключаться. Если по расчету сцепление арматуры с бетоном недостаточно, концы арматурных стержней дополнительно закрепляют специальными заанкеривающими устройствами.

Предварительное натяжение арматуры осуществляют на специальных стендах, оборудованных упорами, которые удерживают арматуру в натянутом состоянии, или непосредственно в формах, в которых бетонируется изделие. В последнем случае усилие напряжения воспринимает форма.

Плоские и ребристые плиты, балки различной формы и длины и другие конструкции, армируемые предварительно натянутой высокопрочной проволокой, изготовляют на стендах длиной 100— 200 м.

Тяжелые конструкции типа подкрановых балок под мостовые краны, мостовые балки, балки покрытий больших пролетов и аналогичные конструкции, армируемые стержнями периодического профиля или пучками высокопрочной проволоки (в пучке бывает до 70 преволок диаметром 3 мм), изготовляют на стационарных стендах длиной до 70 м.

Различные предварительно напряженные конструкции (настилы, панели, шпалы), армируемые отдельными стержнями или проволокой, изготовляют, как правило, в переносных силовых формах (рис. 107, а).

Арматуру натягивают переносным домкратом и закрепляют зажимами, передающими усилия непосредственно на торцевой борт или поддон формы.

Зажим для арматуры периодического профиля (рис. 107, б) состоит из корпуса с внутренней конической полостью, в которой помещен клин, и наружной гайки. Клином зажимают конец стержня, а домкрат, закрепленный за корпус зажима, натягивает стержень до проектного усилия. Затем гайку зажима пододвигают вплотную к форме и снимают с зажима домкрат. По достижении необходимой прочности зажим снимают, а концы стержней обрезают.

Рис. 107. Переносная силовая форма с предварительно напряженной стержневой арматурой для четырехпустотного настила: а — общий вид, б — деталь зажима стержневой арматуры; 1 — корпус зажима, 2—арматура, 3 — гайка зажима, 4 — клин

Широкое распространение получил также метод электротермического натяжения стержневой арматуры, который основан на удлинении стали при ее нагреве электрическим током. Нагретый стержень, снабженный на концах анкерами, быстро укладывают в форму и заводят анкеры за упоры формы. Остывая, стержень стремится сократиться, но этому препятствуют упоры, вследствие чего стержень натягивается и получает заданное напряжение.

Нагревают стержни, как правило, до 350—400°С на специальном стеллаже в течение 3—4 мин. Бетонную смесь укладывают в форму после остывания стержней до 80°С (примерно через 15— 16 мин после нагрева). Способ электротермического натяжения арматуры прост и экономичен.

Последующее натяжение арматуры. При последующем натяжении упором для арматуры служит затвердевший бетон конструкции.

При бетонировании конструкций в них оставляют сквозные каналы, в которые пропускают пучки высокопрочной проволоки или отдельные стержни арматуры большого диаметра. Пучки проволоки на концах снабжают анкерами или специальными стаканами, а стержни — винтовой нарезкой. Арматуру натягивают с помощью домкратов, после чего концы ее заанкеривают на торцах элемента с помощью анкера, состоящего из шайбы и конической пробки, или с помощью специальных стаканов. Стаканы предварительно закрепляют на конце пучка и заполняют цементным раствором. Концы стержней закрепляют навинчиваемыми на них гайками.

Пучковую арматуру, натягиваемую после затвердения бетона, применяют как для прямолинейных, так и криволинейных элементов. После заанкеривания арматуры в торцах элементов в каналы, где проходит арматура, нагнетают цементный раствор, который, заполняя каналы, защищает арматуру от коррозии и создает сцепление арматуры с бетоном.

Последующее натяжение арматуры широко применяют при сборке большепролетных конструкций, например при сборке балок и ферм на строительных площадках из заготовленных в полигонных условиях отдельных частей.

Натяжение арматуры на затвердевший бетон позволяет изготовлять конструкции на любых площадках, не имеющих специальных устройств или стендов для предварительного натяжения арматуры.

Отдельные виды изделий

Блоки фундаментов и стен подвалов изготовляют обычно в металлических или комбинированных из дерева и металла формах. Уплотняют бетонную смесь внутренними вибраторами ИВ-79 и ИВ-47. При бетонировании в блок заделывают подъемные петли.

При изготовлении блоков стен подвалов с пустотами в сборно-разборных формах на стенд устанавливают вкладыши и борта формы. После набора бетоном необходимой прочности борта формы снимают, блок приподнимают краном на 10—15 см и ударами молотка по патрубкам, прикрепленным сверху к вкладышам, выбивают вкладыши.

Блоки фундаментов и стен подвалов изготовляют также в неразъемных формах с немедленным распалубливанием. К формам жестко крепят по два или четыре наружных вибратора. После бетонирования форму сразу снимают с блока, а блок остается на стенде. Если бетон выдерживают с пропариванием, то блоки бетонируют непосредственно в пропарочной камере.

Пустотелые настилы перекрытий изготовляют обычно, уплотняя бетонную смесь на виброплощадках или вибросердечниками с виброщитами. Применять вибросердечники более выгодно, так как при этом колебания передаются непосредственно бетонной смеси. Однако способ уплотнения на виброплощадках значительно проще.

На рис. 108 показана установка для изготовления в условиях припостроечного полигона восьмипустотных настилов размерами 6390×1595x220 мм. Установка состоит из виброплощадки, стального съемного поддона коробчатой формы, накладных съемных бортов, виброщита, пустотообразующего агрегата с вибровкладышами 2 диаметром 160 мм, механизма для перемещения (каретки) вибровкладышей и самоходного бетоноукладчика 3. После установки арматурного каркаса в форму вводят одновременно все пустото-образующие вибровкладыши.

Самоходный бетоноукладчик состоит из бункера, снабженного роликовым затвором. Бункер покоится на четырех катках, два из которых приводные. На одном поддоне формуют по два настила длиной 6390 мм одновременно.

Рис. 108. Общий вид установки для изготовления многопустотных настилов:
1 — съемные борта формы, 2 — вибровкладыши, 3 — бетоноукладчик

Жесткую бетонную смесь укладывают в форму в два приема: сначала на половину высоты формы с вибрированием на виброплощадке и вибровкладышами, затем до верха формы с уплотнением на виброплощадке, вибровкладышами и при-грузочным виброщитом одновременно.

По окончании вибрирования виброщит снимают, извлекают пустото-образователи, снимают оснастку, а отформованный настил на поддоне перемещают в пропарочную камеру. Производительность установки в среднем около 15 настилов на смену.

Крупноразмерные панели на полигонах, как правило, изготовляют в формах-матрицах. Уложенную в матрицу бетонную смесь уплотняют переносными вибраторами и прогревают в течение 15—20 ч; затем изделие извлекают из матрицы. Иногда такие панели изготовляют в опрокидных металлических формах-матрицах с немедленным распалубливанием.

Наиболее распространен способ изготовления крупных панелей в вертикальных кассетах (рис. 109). Кроме панелей перекрытий и тонкостенных стеновых панелей на кассетных установках можно изготовлять также лестничные марши, площадки. Изделия, отформованные в кассетах, имеют точные размеры и гладкие поверхности, что позволяет до минимума сократить послемонтажные работы. При изготовлении изделий в кассетах применяют бетонные смеси с осадкой конуса от 4 до 25 см.

Рис. 109. Установка для производства железобетонных панелей кассетным способом:
« — вид с торца, б — план; 1 — станина, 2 — разводка пара, 3 — кронштейны опорных роликов, 4 — трап с ограждением, 5 — гидравлические домкраты, 6 — поддоны, 7 — привод насоса, 8 — формуемые панели, 9 — разделительные стенки

Изделия в кассетах изготовляют следующим образом. Разделительные и боковые стенки очищают и смазывают. В каждую кассету устанавливают каркасы. Затем гидравлическими домкратами все кассеты сжимают, оставляя между ними необходимые зазоры. Кассеты заполняют бетонной смесью посредством пневмонагне-тателя и одновременно внутрь коробов пускают пар температурой 120—130°С.

Вибрирование бетонной смеси осуществляют через арматуру с помощью специальной траверсы с вибраторами или вибраторами, прикрепленными к разделительным стенкам кассет.

По достижении бетоном температуры 100°С (через 1,5—2 ч) подачу пара прекращают и спустя 4 ч распалубливают изделия,! последовательно раздвигая разделительные стенки.

На кассетных установках изготовляют также предварительно напряженные панели путем натяжения арматуры на стенки кассеты. В настоящее время существует много типов механизированных и немеханизированных кассет. Мелкие ребристые плиты изготовляют в опрокидных формах или способом виброштампования с дополнительной пригрузкой, а также с немедленным распалублива-нием.

Рис. 110. Общий вид установки для изготовления крупных пустотелых блоков

Крупные стеновые блоки на полигонах изготовляют в основном стендовым способом. Пустотелые блоки формуют на специальной установке (рис. 110). Смесь уплотняют вибровкладышами, а иногда глубинными или наружными вибраторами, прикрепленными к стенкам формы. Фактурный слой из декоративного бетона наносят вручную (рейкой) или с помощью специальных машин.

Твердеют блоки в пропарочной яме при температуре 80—95°С в течение 10—20 ч. На некоторых предприятиях применяют электропрогрев блоков в специально оборудованных формах. Пустотообра-зователи извлекают из блока сразу после уплотнения бетона, а затем распалубливают и оставляют на поддоне формы.

Трубы изготовляют методом центрифугирования на установке, оборудованной роликами. На ролики свободно укладывают цилиндрическую форму (рис. 111). Формы бывают разъемные и неразъемные. Стенки неразъемных форм покрывают изнутри слоем расплавленного парафина толщиной 4—5 мм с помощью ложечных питателей, вводимых в форму при ее вращении. Затем в форму укладывают готовый арматурный каркас и в два-три приема посредством питателей заполняют ее равномерно по всей длине бетонной смесью.

При изготовлении труб диаметром 250—600 мм формы во время загрузки бетонной смеси вращают с частотой 150—170 об/мин.

После загрузки частоту вращения увеличивают; например, для труб диамером 600 м до 400 об/мин.

Бетонная смесь в формах уплотняется частично под действием центробежной силы, а частично — некоторой вибрации, возникаю; щей при вращении формы. Центрифугирование при максимальной частоте вращения продолжается 8—12 мин. По окончании уплотнения бетонной смеси форму снимают со станка, переносят краном к ямной пропарочной камере и устанавливают в вертикальном положении. После 2—3 ч пропаривания форму снимают с трубы и трубу оставляют в камере до приобретения необходимой-прочности. При изготовлении труб диаметром 1 м и более тепловлажностную обработку производят прямо на центробежном станке 6, закрывая его сверху колпаками и пуская под него пар. В этом случае производительность станка значительно снижается..

Железобетонные трубы изготовляют как с обычной ненапряженной арматурой, так и с предварительно напряженной. Причем при натяжении продольной арматуры концы ее предварительно закрепляют на фланцах в торцах формы.