Бетонные работы включают следующие основные процессы: приготовление бетонной смеси, доставку ее на строительную площадку, подачу, распределение и уплотнение смеси в форме (опалубке), «уход» за твердеющим бетоном, контроль качества бетонных работ.

Бетон и бетонная смесь

Бетон получают в результате затвердения правильно подобранной смеси: вяжущего вещества, воды, мелких и крупных заполнителей и в необходимых случаях специальных добавок.

Наибольшее распространение в строительстве имеет тяжелый бетон, состоящий из смеси цемента и воды с песком и гравием или каменным щебнем. Плотность тяжелого бетона в затвердевшем состоянии составляет 2200—2500 кг/м3. Применяют также мелкозернистые бетоны (без крупного заполнителя — гравия или щебня) средней плотностью свыше 1800 кг/м3. Бетоны плотностью 1800 кг/м3 и меньше называют легкими (или теплыми, так как они обладают низкой теплопроводностью), так как их приготовляют на легких заполнителях, имеющих пористую структуру (керамзит, перлит, гранулированный шлак и др.).

Основное требование, предъявляемое к бетону, — приобретение им в определенный срок (28 дней) заданной прочности на сжатие.

Состав бетона задают:

• в виде соотношения по массе количества цемента, песка и щебня (гравия), причем количество цемента принимают за 1; количество воды указывают отдельно в виде водоцементного отношения В/Ц (например, состав 1 : 2,5 : 4,5 по массе; В/Ц — 0,6);
• в виде количества материалов на 1 м3 бетона (например, 260 кг цемента, 170 л (кг) воды, 700 кг песка, 1280 кг щебня).

В таблице приведены средние значения расхода материалов на 1 м3 бетонной смеси.

Для улучшения физико-механических свойств бетонной смеси, а также для экономии цемента при приготовлении бетонной смеси вводят химические добавки. Заполнители для тяжелых бетонов (песок, гравий, щебень и др.) образуют в бетоне и растворе жесткий скелет и уменьшают усадку при твердении цементного камня.

Пористыми неорганическими заполнителями для легких бетонов называют сыпучие материалы с насыпной плотностью не выше 1200 кг/м3 при крупности зерен до 5 мм (песок) и не свыше 1000 кг/м3 при крупности зерен 5—40 мм (щебень, гравий). Наибольшее распространение получили искусственные заполнители — керамзит, аглопорит, перлит, шлаковая пемза, гранулированный шлак, наилучшим образом отвечающие предъявляемым к ним требованиям. Природными пористыми материалами являются вулканические породы — пемза и туфы, дроблением которых получают щебень и песок.

Опалубка

Опалубка — временная конструктивная система для создания требуемой формы монолитным бетонным или железобетонным конструкциям. Используемая для возведения монолитных конструкций система опалубки включает палубу, поддерживающие ее леса (стойки, рамы, подкосы и т. д.) и крепежные элементы. Палуба непосредственно соприкасается с бетонной смесью и обеспечивает требуемую конфигурацию формуемой железобетонной конструкции и качество ее лицевой поверхности; леса и крепежные элементы обеспечивают устойчивость палубы и удержание ее в проектном положении.

Опалубочные работы выполняют в одном комплексе с арматурными и бетонными работами, руководствуясь СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции, СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. При этом опалубку устанавливают на очищенный от мусора, снега и льда грунт. Поверхность его должна быть ровной, без бугров и впадин. Возможность осадки конструкции при бетонировании должна быть исключена. Необходимо следить за тем, чтобы щиты опалубки плотно соединялись между собой. Правильность ее размеров проверяют стальным метром, горизонтальность — уровнем, а вертикальность — отвесом. Бетон, налипший на щиты и доски, очищают скребками и проволочными щетками; тщательной чистке подлежат поверхности, прилегающие к бетону, а также кромки щитов и досок.

Опалубка подразделяется на типы в зависимости:

• от вида бетонируемых монолитных и сборно-монолитных конструкций — на опалубку вертикальных и горизонтальных монолитных конструкций (фундаментов, стен, колонн, перекрытий, эстакад и др.);
• от конструкции — мелкощитовая, крупнощитовая, блочная, объемно-переставная, скользящая, горизонтально-перемещаемая, подъемно-переставная, пневматическая, несъемная;
• материалов несущих элементов — стальная, алюминиевая, пластиковая, деревянная, комбинированная; применяемости при различной температуре наружного воздуха и характера воздействия ее на бетон монолитных конструкций — неутепленная, утепленная, греющая, специальная;
• оборачиваемости — разового применения (в том числе несъемная); инвентарная.

В течение нескольких столетий для возведения монолитных конструкций используется стационарная деревянная опалубка. Основными ее элементами являются деревянные щиты различных размеров и формы, сколачиваемые из досок. Соединительные элементы и элементы жесткости выполняются из деревянного бруса. При сборке опалубки на горизонтальной опорной поверхности элементы опалубки закрепляются при помощи проволочных скруток, деревянных стяжек, рамок, подкосов. При устройстве опалубки балок, плит перекрытия, сводов выполняется стоечно-балочная поддерживающая система из деревянного бруса или круглого леса. Главным недостатком стационарной опалубки является невозможность дальнейшего использования большинства деревянных элементов.

В опалубке не должно быть щелей, так как через них будет вытекать бетонное молоко при укладке и трамбовке бетонной массы. Щели шириной до 3 мм в деревянной опалубке затягиваются от разбухания досок при смачивании опалубки перед укладкой бетонной смеси; щели от 5 до 10 мм заделывают паклей, а более 1.0 мм — забивают деревянными рейками.

При устройстве фундаментов в качестве опалубки могут служить вертикальные стенки грунта и горизонтальная поверхность подготовки или грунта. Для плитных фундаментов для ограничения боковых поверхностей может служить мелкая металлическая сетка, закрепляемая на арматуре плиты. Опалубкой для боковой поверхности при бутобетонных фундаментах может служить каменная кладка.

Разборно-переставная опалубка состоит из готовых элементов (щитов, коробов), снимаемых с формуемых изделий после достижения бетоном прочности, при которой допускается распалубливание. Разборно-переставную опалубку применяют для основных видов бетонных и железобетонных работ. Выполняют ее в виде мелких или крупнопанельных щитов и унифицированных инвентарных щитов. Мелкие щиты изготовляют из досок толщиной 25— 32 мм, иногда из досок толщиной 19 мм. Доски скрепляют планками посредством гвоздей.

Деревянную опалубку прямоугольных и ступенчатых фундаментов под колонны собирают из щитов 2 типов — накрывных (боковых) и закладных (торцовых). Щиты изнутри фиксируют в проектном положении распоркой и проволочной стяжкой, а снаружи — кольями, забитыми в грунт.

Опалубку фундаментов под колонны устанавливают следующим образом. Разбивают геодезические оси колонн и натягивают проволоку. Над коробом временно навешивают отфугованные рейки и по ним находят ось колонны. При установке опалубки для прямоугольного фундамента положение короба определяют с помощью отвесов, опущенных с проволочных осей. Шнуры отвесов должны касаться отфугованных реек. После установки и выверки короба в проектном положении и закрепления его кольями, забитыми в грунт, временные рейки снимают.

Опалубку прямоугольных колонн собирают из 2 пар щитов на гвоздях. Ширина одной пары закладных щитов равна ширине одной из сторон колонны, а ширина другой пары накрывных щитов — ширине другой стороны колонны с добавлением двойной толщины доски. С наружной стороны щиты скрепляют стальными или деревянными хомутами, воспринимающими боковое давление бетонной смеси и усилия от вибрации при ее уплотнении. Хомуты ставят после установки короба.

Опалубку колонн устанавливают следующим образом. Вначале на фундаменте (подколеннике) размечают оси колонн. В процессе бетонирования в фундаменты были заложены деревянные пробки.

После разметки осей колонн на фундамент кладут рамку таким образом, чтобы ее оси совпали с осями колонны, прочерченными на фундаменте, и закрепляют гвоздями за деревянные пробки. Затем подносят щиты и приступают к сборке короба, устанавливая его в рамку.

Далее проверяют внутренние размеры, совпадение осей арматуры колонны с осями опалубки, вертикальность опалубки. Собранные короба, установленные в рамки, в проектном положении при высоте колонн до 6 м закрепляют расшивками. После раскрепления колонны ее основание очищают от мусора и промывают через дверку.

Опалубку балок и прогонов устанавливают одновременно и выполняют в виде коробов с днищем из ранее сколоченных щитов. Короб должен прилегать к днищу, иначе через образующиеся щели из бетонной смеси будет вытекать цементное молоко.

Опалубку балок и прогонов, как правило, собирают на высоте. Лесами пользуются при устройстве опалубки на высоте более 6 м.

Опалубка стен представляет собой две параллельные панели, собранные из отдельных щитов. Расстояние между панелями должно равняться проектной толщине стены. При сборке опалубки толщину стены фиксируют временными распорками. Каждую панель или стенку опалубки следует устанавливать строго вертикально и фиксировать направляющими досками, закрепляемыми на грунте кольями. Для стен толщиной до 500 мм опалубка состоит из щитов, поддерживаемых ребрами. Для стен толщиной более 500 мм панели, помимо ребер, должны поддерживаться схватками. Боковое давление бетонной смеси воспринимается стяжными болтами или проволочной скруткой, которыми соединяют панели опалубки.

После распалубливания стяжные болты вытаскивают, бетонные бруски оставляют в стене, а отверстия, имеющиеся в них, заделывают раствором.

Разборно-переставная крупнощитовая опалубка выполняется из каркасных щитов повышенной несущей способности (массой 150—500 кг). Они состоят из несущей металлической рамы (стальной или алюминиевой), ребер жесткости и заменяемой опалубочной плиты, которая изготавливается обычно из водостойкой бакелизированной фанеры (реже — ДСП, МДФ, алюминия, стеклопластика; германская разработка — «сэндвич» из слоев пенопропилена, облицованного с 2 сторон алюминиевыми листами, и слоев РР-полипропилена).

Щиты комплектуются быстроразъемными соединительными элементами, позволяющими соединять опалубочные модули перпендикулярно по отношению друг к другу и под различными углами, и системой инвентарных стоек, подкосов, ходовых мостиков и ограждений. Усиленные ребра каркаса позволяют отказаться от поддерживающих элементов (схваток). Тяжи, удерживающие щиты, крепятся к стальным анкерам, закладываемым в основание или в ранее уложенный бетон сооружения. Монтаж и демонтаж крупнощитовой опалубки осуществляются с помощью подъемных механизмов.

Система опалубки перекрытий представляет собой комплект из опорных металлических стоек или рам, связей, на которых размещаются инвентарные балки (клеедеревянные или металлические) или алюминиевые рамы. Палуба (настил) в этом случае может выполняться из листовых материалов (фанеры, алюминия) без каркаса. Шаг несущих стоек — примерно 1 х 1 м.

При необходимости выполнения монолитных перекрытий в многоэтажных зданиях стойки опираются на нижележащее перекрытие. В случае, если перекрытие не рассчитано на достаточные нагрузки, ранее смонтированная на нижележащем уровне опалубочная конструкция не разбирается.

Скользящая опалубка состоит из щитов, связанных между собой стальными домкратными рамами. На рамы опираются фермы или прогоны рабочего настила, с которого производится укладка бетонной смеси и установка арматуры. К рамам подвешиваются подмости, позволяющие производить первоначальную отделку бетонируемых конструкций. Устанавливаемые на рамах гидравлические (наиболее популярные) или электрические подъемники (домкраты) обеспечивают одновременное вертикальное движение всей опалубки по бетонируемой конструкции, при этом освобождается затвердевший бетон. Скользящая опалубка применяется главным образом при возведении стен, резервуаров силосов, труб и других сооружений, высотой не менее 12—15 м.

Подъемно-переставная опалубка сочетает конструктивные признаки скользящей и разборно-переставной опалубки. Конструкция состоит из щитов, специальных креплений и устройств для отрыва опалубки от бетона и ее вертикального перемещения. Рабочий настил обычно опирается на бетонируемую конструкцию. Такая система используется в основном для возведения высоких сооружений переменного сечения (труб, градирен и т. п.). Для защиты от атмосферных осадков, ветра и низких температур на опалубку устанавливаются так называемые тепляки.

Горизонтально-перемещаемая (катучая) опалубка состоит из щитов и каркаса, смонтированного на тележках или полозьях. Опалубка перемещается по рельсам или направляющим с помощью электродвигателей или лебедок. Чаще всего горизонтально-перемещаемая опалубка используется при возведении конструкций и сооружений значительной протяженности: стен, перекрытий, покрытий, тоннелей, коллекторов, водоводов, небольших плотин и т. д.

Блок-форма представляет собой пространственную конструкцию, состоящую из стальных щитов, каркаса, креплений и приспособлений для отрыва щитов от бетона. При возможности трансформации (раздвижка, вставка секций, вкладышей), количество типоразмеров выполняемых в ней конструкций увеличивается. Монтаж и демонтаж блок-форм осуществляются с помощью подъемных механизмов. Блок-формы используются преимущественно для бетонирования отдельно стоящих конструкций, например, фундаментов, колонн.

Термоактивная опалубка. Бетонирование монолитных конструкций в зимних условиях, которое осуществляется при ожидаемой среднесуточной температуре наружного воздуха ниже +5°С и минимальной суточной температуре ниже 0°С, должно производиться с обеспечением твердеющему бетону оптимальных температурно-влажностных условий. В зависимости от вида конструкции и температуры наружного воздуха рекомендуется применение следующих способов зимнего бетонирования: термос, термос с противоморозными добавками и ускорителями твердения, предварительный разогрев бетонной смеси, обогрев в греющей опалубке, электродный прогрев, обогрев термоактивными гибкими покрытиями, нагревательными проводами. При бетонировании в условиях температур ниже 0°С щиты опалубки могут утепляться или оборудоваться нагревателями. В настоящее время используются преимущественно электрические нагреватели.

Опалубка, сохраняемая как элемент конструкции в процессе ее эксплуатации, называется несъемной. Она может быть либо формообразующей, либо включенной в работу конструкций. В качестве несъемной опалубки широко применяются пустотелые блоки из вспененного полистирола, древесно-цементных смесей, керамзита и шлаков, которые после монтажа заполняются бетонным раствором, и тонкостенные панели из разных материалов для стен, соединенные с основной конструкцией с помощью анкеров. Пространство между щитами заполняется бетоном, керамзитобетоном или пенобетоном. В дальнейшем щиты опалубки не снимаются, а лишь подвергаются декоративной отделке. Основная область применения несъемных опалубок — жилые дома, небольшие промышленные и хозяйственные постройки.