Блоки стен подвалов

Московская промышленность сборного железобетона выпускает около 0,5 млн. м3 блоков стен подвалов из тяжелого бетона M100. Формуются блоки, главным образом, на полигонах, технологический уровень их производства низок — используются подвижные смеси, металлоемкие формы, химдобавки, как правило, не применяются, велики трудозатраты. Отсюда — высокая себестоимость блоков.
В 1979 г. вступил в действие новый стандарт на блоки стен подвалов, где морозостойкость изделий была установлена Мрз 75 вместо Мрз 25, нормируемой ранее. Без изменения существующих технологических схем большинство заводов не могли получить Мрз 75, в первую очередь, из-за низкой морозостойкости известнякового крупного заполнителя.
Это привело к тому, что, по рекомендации КТБ «Мосоргстройматериалы», была увеличена норма расхода цемента до 295 кг/м3. Указанное количество цемента, явно завышенное для тяжелого бетона, позволяет изготавливать блоки стен подвалов с использованием песка в качестве единственного заполнителя.
Исследовательские работы, предусматривающие перевод производства блоков на песчаный бетон, проводились в двух направлениях:
— в рамках существующего технологического процесса с заменой крупного заполнителя на песок;
— с разработкой оборудования и технологии вибропрессования.
Одновременно выполнялись работы по совершенствованию конструкции блоков.

Базовым предприятием для отработки технологии производства блоков из песчаного бетона был выбран Лианозовский завод стеновых конструкций из следующих соображений:
— блоки стен подвалов изготавливаются в специализированном цехе, единственном на заводе, где используется тяжелый крупный заполнитель. Кроме блоков там изготавливается небольшое количество деталей оград, для производства которых также может быть использован песчаный бетон;
— бетоносмесительный узел имеет две бетономешалки, что позволяет организовать экспериментальные работы без ущерба для серийного производства;
— блоки проходят термообработку по режиму, продолжительность которого составляет 16 ч.
Следует отметить, что переход на изготовление блоков из песчаного бетона без существенной перестройки технологического процесса и практически с тем же расходом цемента ужесточает требования как к технологическим пределам, так и к исходным материалам для приготовления цементно-песчаной смеси.
Материалы. Применение при производстве блоков стен подвалов песка Тучковского карьера с Mк = 1,9, традиционно используемого заводом, обеспечивает требуемую стандартом прочность и морозостойкость. При использовании более мелких, иногда применяемых заводом песков, а также загрязненных с увеличенной удельной поверхностью объем пор, незаполненных цементным тестом, увеличивается, что приводит к снижению прочности и, соответственно, необходимости увеличить расход цемента.
Используемый заводом Михайловский цемент нестабилен по характеристикам минералогического состава. Кроме того, имели место случаи несоответствия паспортной марки цемента его активности после термообработки.
Отпуск изделий с недостаточной отпускной прочностью вообще является недопустимым, а для блоков стен подвалов, изготавливаемых из бетона M100 без арматуры, может вообще привести к их разрушению в процессе распалубки, транспортировки, монтажа. Это означает необходимость организовать контроль активности поступающего цемента либо (что предпочтительнее, и что было реализовано заводской лабораторией) проводить контроль активности цемента непосредственно в бетоне.
В процессе отработки технологии опытно-промышленного выпуска определению подлежали следующие параметры технологии:
Время перемешивания смеси. Наилучшие результаты дало двухстадийное перемешивание: сначала цемент с песком насухо, затем добавляется вода, и продолжается перемешивание.
При отработке технологии производства блоков оптимальными были найдены следующие параметры: перемешивание насухо — 1,5 мин, перемешивание с водой — 1,5 мин. Итого цикл перемешивания — 3 мин.
Дозировка воды. Применение песка в качестве единственного заполнителя увеличивает его расход более чем втрое по сравнению с тем количеством, которое использовалось для тяжелого бетона. Влажность песка (при отсутствии на заводе крытого склада) может меняться значительно. Изменение влажности песка на 1 % приводит к необходимости изменять расход воды на 16-17 л/м3 смеси, что исключает возможность использования стандартных влагомеров. Расход воды поэтому рекомендовано устанавливать пробными замесами. Количество воды в цементно-песчаной смеси, в значительной мере определяющее ее подвижность, должно быть оптимизировано в зависимости от вида смесительного, формующего и другого оборудования.
Установлено, что оптимальный расход воды для производства блоков из песчаного бетона для стен подвалов на Лианозовском заводе, оборудованном виброплощадками ВРА, соответствует осадке конуса СтройЦНИИЛ 2-2,5 см.
Время уплотнения. Практика изготовления блоков из песчаного бетона для стен подвалов показывает, что широко распространенный критерий, принятый для оценки времени окончания формования — появление цементного молока на поверхности изделия, здесь недостаточен. Наблюдались случаи низких величин Ку, несмотря на активное выделение цементного молока. Необходимо поэтому визуальный контроль сопровождать контролем времени вибрации. Для Лианозовского завода время непосредственной вибрации цементнопесчаной смеси, гарантирующее необходимое уплотнение, составило 40 сек.
Режим тепловлажностной обработки. Стремление использовать существующие на заводах посты формования приводит, как правило, к использованию подвижных смесей. Увеличение расхода воды — это, в том числе, и удлинение цикла термообработки. Назначение оптимального режима термообработки осложняется нестабильностью характеристик, поступающих на завод цементов.
На рис. 6.17 приведены четыре характерные кривые роста прочности цементно-песчаной смеси, изготовленной с применением четырех партий Михайловского цемента М400, на котором работает Лианозовский завод. Время предварительной выдержки бетонной смеси, принятое равным периоду структурообразования смеси в худшем варианте, составляло 3 часа.
Предварительно были проведены исследования, ставящие целью получение оптимального режима термообработки изделий.
Изготовление образцов нормального хранения из песчаных бетонов составов, приведенных в табл. 6.15, подтвердило возможность получения требуемой отпускной и проектной прочности.
При назначении режима тепловлажностной обработки были приняты во внимание рекомендации «Руководства». Длительность цикла термообработки, составляющей на заводе в настоящее время для блоков из тяжелого бетона 16 ч, оставлена прежней. Эксперимент включал проверку девяти составов песчаного бетона и четырех режимов термообработки (табл. 6.15).
Режимы термовлажностной обработки:
I. (2) + 3 + 10 + 1 = 16.
II. (3) + 3 + 9 + 1 = 16.
III. (4) + 3 + 8+ 1 = 16.
IV. (3) + 0 + 12 + 1 = 16.

Температура изотермического прогрева t = 80 С, подъем температуры по 20 °C в час.
IV режим термообработки моделировал возможность пуска «острого» пара (очень быстрого подъема температуры в камере) и, как выяснилось, оказался совершенно неприемлемым. Образцы вспучивались, прочность резко падала. Поэтому в последней, третьей серии этот режим заменен режимом (3) + 2 + 10 + 1 = 16, моделирующим быстрый подъем температуры: в течение 2 часов температура повышалась с 20 до 80 °С.
Анализ материалов экспериментальных работ, результаты которых приведены в табл. 6.15, позволяют рекомендовать для производства блоков состав 6 и III режим тепловлажностной обработки.
Последовательная отработка технологических режимов и организация контроля качества исходных материалов позволили в рамках существующего технологического процесса и без снижения производительности линии организовать производство блоков из песчаного бетона для стен подвалов вместо аналогичных блоков из тяжелого бетона.
Экономический эффект внедрения на Лианозовском заводе (в ценах 1984 г.) — 4 руб. 95 коп. на кубометр заменяемого бетона (табл. 6.16, состав 1).
Аналогичная работа была проведена на Бескудниковском комбинате строительных материалов и конструкций № 1, где блоки стен подвалов выпускаются в количестве 32 тыс, м3 в год. Производство это организовано в 3 смены по поточно-агрегатной технологии, уплотнение бетонных смесей — на виброплощадке, термообработка — в ямных камерах с очень коротким циклом, не превышающим 8 ч.
Бетонная смесь доставляется в цех самосвалами, приготовление смеси производится в бетономешалках принудительного действия.
Было установлено, что минимально допустимая подвижность цементно-песчаной смеси, исходя из условий ее качественного уплотнения на существующей виброплощадке, составляет I -1,5 см ОК.
Исходя из этих условий были предложены и экспериментально проверены составы бетонной смеси на мелком и крупном песках, приведенные в табл. 6.16, включающие добавки СДО и CaCl2, которые используются комбинатом при изготовлении ограждающих конструкций.
Указанные составы бетона обеспечивают марку M100, отпускную прочность Rопт = 70 кг/см2 и требуемую морозостойкость.
Был также подобран и опробован состав 3 из золопесчаного бетона на мелком песке.
Было также установлено наблюдение за транспортировкой, монтажом и эксплуатацией блоков из песчаного бетона, отформованных на виброплощадке и использованных при строительстве школы и двух детских садов. В течение 3 лет не обнаружено каких-либо отличий от стандартных равнопрочных блоков, изготовленных из тяжелого бетона.

Разработана и согласована техническая документация на изделия и технологический регламент, на изготовление блоков из песчаного бетона для стен подвалов. Решением Госстроя бывш. СССР использование песчаного бетона в блоках стен подвалов было допущено без ограничений.

Выше уже отмечались недостатки технологии, используемой в настоящее время для производства блоков. Их изготовление происходит, в основном, на полигонах с транспортировкой бетонной смеси автомашинами и подачей козловыми кранами. Уплотнение — на виброплощадках с низкими энергетическими характеристиками или глубинными вибраторами, что приводит к необходимости использовать бетонные смеси с OK 5-10 см. Доля ручного труда составляет 80 %, велики расходы металла на формы, низка производительность. По ППО «Моспромстройматериалы» количество формовщиков — рабочих низкой квалификации с тяжелыми условиями труда составляет около 150 человек.
В течение ряда лет проводились работы по созданию технологии и оборудования для производства блоков вибропрессованием на конвейерной линии.
Ее разработке предшествовали исследования по отработке технологии вибропрессования изделий высотой до 600 мм.
Формование изделий высотой 600 мм (накрывной камень) из особо жестких цементно-песчаных смесей позволило определить основные параметры вибропрессования блоков и приступить к созданию автоматической линии производительностью 40 тыс. M3 в год, что обеспечивало качественно новый принцип производства блоков: отказ от применения форм, значительное сокращение энерготрудозатрат (табл. 6.17, рис. 6.18), использование особо жестких цементно-песчаных смесей с низкими расходами цемента.

При изготовлении блоков предусматривалась беспетлевая строповка, что позволило полностью отказаться от использования арматурной стали и значительно упростить технологический процесс.
Основное формующее оборудование — универсальный вибропресс, позволяющий за счет смены формообразующей оснастки изготавливать 3 типа блоков ФБС 24.3.6; 24.4.6; 24.5.6 по два изделия за формовку.
Для обеспечения стабильности засыпки и сокращения времени формования предусмотрена вибродозировка двумя механизмами.
Формование производится на унифицированном поддоне, вибростол включает 3 раздельные виброплощадки. Цементно-песчаная смесь уплотняется воздействием веса пуансона, пневмопригруза и вибрации. Основные показатели производства приведены в табл. 6.18.
В процессе формования предусматривается контроль качества уплотнения бетонной смеси — процесс уплотнения регулируется автоматически изменением продолжительности вибрации и порядком включения вибраторов.
На манипуляторе-перекладчике, устанавливающем готовые изделия в накопитель перед отправкой на склад, закреплены ультразвуковые контроллеры для определения прочности бетона изделий.
Линию обслуживают 2 оператора. Технология предусматривает также возможность формования изделий с использованием зол ТЭЦ вместо песка.
Освоение Московской промышленностью вибропрессования как основного метода производства блоков стен подвалов позволяет экономить ежегодно 20 тыс. т цемента, 450 тыс. м3 щебня. Масса форм, находящихся в обороте, может быть уменьшена с 2300 до 750 т, что, в свою очередь, снижает расходы электроэнергии на транспортные операции и теплопотери на разогрев форм при термообработке. Известно, что в России ежегодно изготавливается около 5 млн. м3 блоков стен подвалов, поэтому освоение технологии вибропрессования при их производстве может сэкономить 0,5 млн. т цемента, 4,5 млн. м3 щебня, высвободить около 2,5 тыс. человек.

Особенностью блоков стен подвалов как строительной конструкции является их работа как элементов кладки, несущая способность которой, в первую очередь, определяется прочностью горизонтального шва.
Максимальная величина нормируемых напряжений для шва σ = 28 кг/см2, что более чем вдвое ниже величины Rnp для песчаного бетона M100. Это означает «недоиспользование» несущих свойств самого блока и делает целесообразным либо снижение марки бетона изделия, либо разработку иной конструктивной формы.
Принимая во внимание большую массу изделия, работу его на изгиб в стадии монтажа и отсутствие арматуры, правильным решением следует признать изменение конструктивной формы, чтобы снижение материалоемкости не уменьшило бы площади опирания. Блоки стен подвалов двутаврового сечения отвечают указанным требованиям.

В соответствии с результатами экспериментальных работ и испытаниями, выполненными в НИИМосстрой, Управлением «Моспроект-1» запроектированы блоки из песчаного бетона двутаврового сечения. Блоки эти заменяют аналогичные блоки ФБС (по ГОСТ 13579) из тяжелого бетона за исключением тех редких случаев, когда нагрузка от опирающихся на блок элементов (вылежащие блоки, стены, балки, плиты) передается на неармированную консоль блока. Снижение материалоемкости блоков составляет в зависимости от типа изделий от 22 до 26 %.
«Моспроект-1» «привязал» двутавровые блоки к фундаментам школ серии V-76 и детских садов серий VI-48. издав специальные «Указания». Опытное производство блоков было организовано на заводе ЖБИ №16 НПО MIICM и заводе ЖБИ и KCMO «Вологдатяжстрой» в формах, переделанных из существующих. Переделка форм включала, в основном, приварку вкладышей на продольный борт. Некоторые затруднения вызвала распалубка из парных форм. На рис. 6.19 приведена схема распалубки блока ФСП-4Д. Впоследствии была несколько изменена конфигурация консоли блока, что исключило всякие затруднения с распалубкой.

При изготовлении двутавровых блоков вибропрессованием значительные сложности представило бы формование торцевой части блока, при строительстве используемой для шпоночного соединения соседних блоков.
Разработано предложение «односторонней» шпонки, не препятствующей формованию.
Снижение материалоемкости в среднем на 24% создает дополнительный экономический эффект и при изготовлении блоков в формах и практически при любых песках снимает вопрос об увеличении расхода цемента на изделие при переходе с тяжелого на песчаный бетон.
Наиболее целесообразной для блоков степ подвалов является схема беспетлевой строповки. Ec предпочтительность объясняется не только экономией металла, но и значительным упрощением технологии формования вибропрсссованием. Вариант беспетлевой строповки, включенный «Mocпpoектом-1» в альбом рабочих чертежей блоков, не полностью удовлетворял строителей, т.к. требовал специальной траверсы для монтажа блоков в условиях стройплощадки.
Необходимо отметить особенности указанной конструкции. Блоки стен подвалов — изделие, имеющее в строительстве самое широкое распространение.
Это означает возможность применения блоков на объектах, единственным механизмом которых является подъемный кран. Поэтому, несмотря на большое количество вариантов беспетлевой строповки, описанных в различных источниках, наиболее приемлемым способом является строповка с помощью троса.

Предложенный вариант предусматривает строповку блока за выступ, расположенный на его торцевой грани. Выступ имеет подрезку в нижней части изделия, позволяющую строповку блоков без подклинивания и съем троса через щель, образуемую выступами на торцевых гранях (рис. 6.20). Были изготовлены опытные образцы блоков ФБС 24.3.6 из песчаного бетона в количестве 12 штук. Блоки эти были испытаны нагрузкой, втрое превышающей их собственный вес, и показали абсолютную надежность предлагаемых строповочных устройств.
Аналогичная проверка была проведена Кунцевским комбинатом ЖБИ № 9, изготовившим опытную партию изделий. Блоки указанной партии использованы при строительстве двух детских садов в Тушино и Орехово-Борисово.
Испытания, проведенные совместно с ККЖБИ №9 и трестом «Мосоргстрой», подтвердили, что применение строп с фиксаторами обеспечивает надежную строповку и подъем блоков при их монтаже и выполнении погрузочно-разгрузочных работ. Межведомственные испытания, проведенные в условиях Стройплощадки, позволили включить предлагаемый способ строповки в нормативную документацию.

Блоки стен подвалов — конструкция, работающая в стадии эксплуатации как элемент кладки, несущая способность которой определяется не столько прочностью бетона блока на сжатие, сколько прочностью кладочного раствора.
Как указано выше, сближение несущей способности блоков и кладки может быть достигнуто путем разработки новой конструктивной формы блока, например, двутаврового, имеющего развитую площадь основания.
Другой путь повышения несущей способности кладки — увеличение прочности горизонтального шва между блоками, что может быть достигнуто, например, использованием блоков с рифленой поверхностью. Изготовление «рифленых» блоков в разрабатываемой технологической линии не представляет особой сложности. Рифление опорных поверхностей блоков изменяет работу растворного шва — раствор работает как бы в «обойме»: риф, препятствующий деформации раствора, повышает усилие разрушения кладки.
Для проверки гипотезы о повышении несущей способности кладки из рифленых блоков были изготовлены кубы с ребром 10 см из песчаного бетона M100 с рифленой и гладкой поверхностью.
Были изготовлены две серии образцов по 20 (10+10) кубов в каждой и помещены в камеру нормального хранения. Через 3 дня образцы распалубливались и попарно объединялись раствором Ц:П = 1:3. Толщина растворного шва — 10 мм.
На 7-е сутки нормального хранения проводились прочностные испытания парных образцов, результаты которых приведены в табл. 6.19. Нагрузка, воспринимаемая парой образцов с рифленой поверхностью, оказалась выше в среднем на 30 %.