Введение

Анализ опыта возведения объемных бетонных конструкций при сооружении АЭС в РФ и за рубежом показывает, что для обеспечения качественного монолитного бетонирования массивных стен и перекрытий, как правило, требуется высокая точность выполнения работ по предварительной сборке армокаркаса, стыковке арматурных стержней в соседних конструкциях, таких как стены и перекрытия. Также, стоит отметить, что на сегодняшний день, при производстве монолитных работ применяется съемная опалубка с частым расположением стоек из-за повышенной нагрузки при бетонировании. Кроме того, обычно высота помещения под перекрытиями достигает 15 м и более. Это приводит к увеличению сроков возведения стен и перекрытий, а также препятствует проведению строительных работ под перекрытиями до окончания работ по бетонированию и снятия опалубки.

Для сокращения сроков работ возникает необходимость выполнить готовый объемный армоблок с несъемной несущей сталефибробетонной опалубкой [1].

При монтаже и постановке готовых блоков в проектное положение возникает ряд проблем, связанных со стыковкой блоков стен и перекрытий. Для соединения блоков существует несколько способов стыковки между собой. В данной статье рассмотрены конструктивные элементы объемных армоблоков с несъемной несущей сталефибробетонной опалубкой, достоинства и недостатки имеющихся способов соединения армоблоков.

Также в статье предложено применение тросовых петель для укрупненного строительства на объектах атомной энергетики.

Целью данной работы является обоснование применения тросовых петель для соединения

готовых объемных армоблоков с несущей опалубкой.

Обзор литературы

В настоящее время крайне актуальным остается вопрос о сокращении сроков строительства объектов атомной энергетики и скорейшем вводе в эксплуатацию строящихся АЭС для получения большей выгоды от поставок вырабатываемой электроэнергии потребителям.

Проблемой укрупненного строительства активно занимаются проектные институты. В данной статье рассмотрены презентации с предложениями по внедрению объемных армоблоков в строительство АЭС.

Глубокое изучение свойств фиброармированных бетонов представлено в трудах Ф.Н.Рабиновича [3] и Войлокова И.А. [4] и др. В настоящее время активно ведется исследование в направлении применения фиброармированных конструкций при сооружении объектов атомной отрасли [5-7].

Изучению новых и рассмотрению традиционных способов стыковки бетонных конструкций посвящено большое количество литературы [8-12].

Широкое применение индустриальных методов строительства для возведения уникальных зданий и сооружений сдерживается отсутствием норм по их расчету и проектированию.

В США был разработан проект АР1000, в котором сооружение основных зданий АЭС ведется заранее заготовленными блоками. Стремление к подобному опыту может привести к выходу на новые рынки и еще большей прибыли атомной отрасли Российской Федерации.

Конструктивные и технологические решения объемных армоблоков с несъемной несущей сталефибробетонной опалубкой

1. Несъемная опалубка

Общепринятый способ, когда выполняется несъемная опалубка, опирающаяся на балки, рассчитанные на вес сырого бетона. Балки опираются на специально выполненные столики в стенах или на столики, установленных на перекрытиях. Данный способ нерационален в случае, когда имеются различные коммуникации (кабельные короба, венткороба, трубопроводы различного назначения, т. к. впоследствии при прокладке указанных коммуникаций потребуется удаление балок. Кроме того, в случае пролетов плит до 12 м имеет место значительное увеличение металлоемкости несъемной опалубки.

Рассмотрим применение несъемной опалубки для перекрытия или пролета сооружения.

Способы возведения перекрытия или пролета сооружения (патент № RU 2303681 С1 2006.01), сборно-монолитного перекрытия (патент № SU 1726687 A1, RU 2097502 C1, RU 47926 U1, RU 98203 U1) требуют устройства предварительно изготовленной железобетонной или гипсобетонной (патент № 2109896 C1) опалубочной плиты или блоков с анкерами на опорах сооружения. Данные способы не подходят для перекрытий, имеющих сложную конфигурацию в плане, проемы различных размеров, проходки и трубопроводы в теле плиты.

Варианты несъемной опалубки монолитных перекрытий, разработанные в патентах № RU 2423584 C1 (мягкая оболочка, заполненная раствором), № RU 2422603 C1 (панель из листового материала), RU 134968 U1 (блок несъемной опалубки из арболита), № RU 127780 U1 (блок несъемной опалубки из тонкой бетонной плиты и плиты утеплителя, соединенных армирующими элементами), № RU 121835 U1 (блок несъемной     опалубки из двух тонких ж/б плит, соединенных пластиковыми стяжками), № RU 112919 U1, № RU 109164 U1 (несъемная опалубка из профлиста) не подходят для массивных монолитных плит толщиной 0.8 м и более (т. е. при весе сырого бетона от 2 т/м2) пролетом от 6 до 12 м ввиду недостаточной несущей способности.

Проекты несъемной опалубки перекрытий №№ RU 68545 U1, RU 2192522 C2, RU 2162128 C2, RU 2213836 C2, RU 53692 U1, RU 61743 U1 разработаны для тонких плит жилых и общественных зданий небольших пролетов (до 6м),поэтому также не могут быть применены.

Для возведения массивных монолитных перекрытий на большой высоте предлагается использовать блоки несъемной опалубки, которые почти полностью находятся в массиве плиты.

Для применения предлагаемых блоков несъемной опалубки не требуется специально перерабатывать проект плиты или стены, переделывать систему армирования, выполнять дополнительные закладные в стенах помещения.

Установка блоков несъемной опалубки полной заводской готовности позволяет выполнять армирование и установку закладных деталей сразу после монтажа блоков. При этом в помещении можно вести другие строительные и монтажные работы.

Все указанное позволит сократить сроки производства работ на 2-3 мес. по сравнению с общепринятым способом.

2. Применение сталефибробетона

Фибробетон- разновидность цементного бетона, в котором достаточно равномерно распределены фибра и фиброволокна в качестве армирующего материала [5].

Фибра добавляется в бетон на стадии производства бетонной смеси, выполняя функцию армирующего компонента, и способствует улучшению качества бетона, повышая его трещиностойкость, деформативность, водонепроницаемость и морозоустойчивость. Дополнительным преимуществом фибробетона является его пониженный вес по сравнению с традиционно армируемым железобетоном, что облегчает монтаж конструкций из фибробетона [5].

Фибробетон молодой и перспективный вид материала. Он производится и успешно реализуется более чем в 150 странах мира. Опыт строительства из фибробетона в РФ не достаточно велик. Но опыт европейских стран и США заставляет отечественных специалистов активно продвигать свои наработки и идеи в строительство. Фибробетон отличается от традиционного бетона, имея в несколько раз более высокие показатели по сравнению с ним:

• морозостойкость не ниже F1000.
• водонепроницаемость не ниже W20
• огнестойкость в 4-5 раз выше, чем у бетона
• ударная вязкость в 5-6 раз выше, чем у бетона
• поверхностная пористость не более 2,5% со средними размерами пор 0,3 мм
• шероховатость с отклонениями профиля не более 30 мкм
• сопротивление кавитации;
• сопротивление истиранию.

Это позволяет гарантировать надежную работу конструкций при статическом и ударном нагружении, воздействии агрессивных сред, низких и высоких температур, повысить морозостойкость и пожаростойкость железобетонных конструкций в 3 раза, обеспечить температурную трещиностойкость железобетонных конструкций в процессе строительства и эксплуатации, отказаться от защитного слоя бетона и за счет этого на 10 % уменьшить расход бетона и на 2-3 % увеличить объем помещений, отказаться от нанесения на поверхность бетонных и железобетонных конструкций гидроизоляционных покрытий, уменьшить на 25 – 30 % расход конструктивной арматуры (хомутов), поскольку несъемная сталефибробетонная опалубка выполняет ее функции, обеспечить мониторинг укладки бетона и кинетики его твердения ультразвуковым методом и снизить на 5 – 10 % затраты на исправление брака, снизить в 2 раза расход материалов для создания дезактивируемых покрытий, обеспечить транспортирование листов несъемной сталефибробетонной опалубки на значительные расстояния без повреждений.

Экономическая эффективность сталефибробетонных конструкций по сравнению с железобетонными обуславливается за счет [5]: большого снижения трудоемкости, снижения материалоемкости, повышения долговечности, увеличения межремонтного ресурса, исключения недостатков, присущих стержневому армированию.

Применение несъемной сталефибробетонной опалубки в строительстве АЭС может заметно усовершенствовать технологию возведения основных зданий ядерного острова и сократить сроки производства работ.

3. Традиционные и новые соединения объемных армоблоков

В настоящее время существует несколько типов соединений армоблоков:

• на сварке
• соединение с помощью муфт
• соединение с помощью стыков Передерия

1. Соединение на сварке

Рисунок 1. Соединение на сварке

На территории СССР большое распространение получили сварные стыки. Выпуски продольной арматуры , размещенные в стыках надо соединять встык полуавтоматической сваркой[9].

Соединения при помощи сварки имеют свои недостатки. При выполнении контроля качества свариваемых конструкций, возникают трудности. Невозможно “вырезать” отдельные узлы и испытать в строительной лаборатории. Также, сварные соединения находятся в труднодоступных для осмотра местах. Следовательно, производители работ, должны производить тщательный контроль на всех стадиях сооружения армокаркаса.

Для изготовления сварного соединения требуется сложное сварочное оборудование и высококвалифицированные сварщики.

Одним из самых главных минусов соединения на сварке является появление напряжений сжатия в бетоне и растяжения в арматуре из-за разогрева стыкуемых стержней при сварке. Стыковка стержней при помощи сварки перестала отвечать современным строительным требованиям из-за невысокого темпа производства работ. При сварке стержней на стройплощадке, особенно при вертикальном их расположении, трудности возникают и при подготовительных работах, когда необходимо обеспечить при установке пристыкуемого стержня соосность и необходимую величину зазора в стыке и

выдержать это на протяжении всего периода сварки [9].

Существует еще 1 тип соединения арматурных каркасов с помощью сварки- ванношовная сварка на стальной скобе-накладке.

При ванной сварке расплавление торцов стержней арматуры происходит за счет тепла ванны расплавленного металла, который формируется и удерживается вспомогательными приспособлениями. В качестве таких приспособлений используются накладные элементы [20].

Параметры соединения с помощью ванной сварки [20]:

• равнопрочность соединения;
• высокие требования к квалификации персонала;
• сложность и объем контроля;
• низкая производительность;
• ограничения по ориентации в пространстве при изготовлении стыка;
• повышенные требования к арматурной стали (свариваемость);
• невозможность использования термоупрочненной арматуры

Рисунок.2 Ванношовная сварка на стальной скобе-накладке

Соединение горизонтальных стержней армоблоков традиционно выполнялось с помощью ванной сварки. Однако ванная сварка требует значительных затрат времени, на один стык уходит около одного часа работы квалифицированного специалиста-сварщика. С целью сокращения сроков строительства предложено использование механических соединений арматуры на резьбовых муфтах. Это требует, однако, резкого повышения точности изготовления армоблоков. Для решения этой проблемы в настоящее время проводятся научно-исследовательские и опытно-конструкторские проработки [19].

2. Соединение с помощью муфт
2.1. Обжимные муфты

Обжимные соединения получаются из-за многократного последовательного или однократного обжатия гидравлическим прессом арматуры в стальной трубе.

Рисунок 3. Обжимная муфта

Параметры соединения с помощью обжимных муфт [20]:

• простота создания стыка;
• ослабление прочности арматуры;
• прессы для обжатия муфт ограничивают использование соединения в ситуации высокой насыщенности арматуры;
• прессы для обжатия муфт тяжелый, требуют организации специальных подвесок во время монтажа;
• требуется соблюдение требований безопасности при создании соединения;
• поскольку труба, из которой изготавливается муфта, и арматура изготовлены из разных материалов, необходим существенный дополнительный контроль качества стыка;
• качество соединения зависит от качества арматуры и ее параметров;
• существенные размеры муфты
• качество соединения зависит от типа ребер используемой арматуры;
• существенная трудоемкость создания стыка
• низкая повторяемость параметров соединения даже на одинаковой арматуре.

2.2. Резьбовые муфты

Концы стержней проходят подготовку, далее происходит нарезка параллельная метрическая, правая, однозаходная резьба, которая подходит к резьбе муфты.

Соединение монтируется с помощью трубного ключа.

Контролируется такое соединение визуально. Муфту следует навинчивать до положения, при котором она полностью закрывает предварительно нарезанную резьбу.

Рисунок 4. Резьбовая муфта

Параметры соединения с помощью резьбовых муфт [20]:

• равнопрочное соединение, не зависящее от качества бетона и диаметра арматуры;
• минимальные размеры муфты;
• минимальный объем контролирующих мероприятий;
• максимально полная вариативность исполнений;
• возможность укрупнения, ограниченная только возможностями грузоподъемных механизмов;
• высокая скорость подготовки соединения;
• стойкость к циклическим нагрузкам.

Говоря о муфтовых способах соединения армоблоков, стоит отметить существенный недостаток, который заключается в соблюдении соосность стыкуемых стержней, обеспечить которую достаточно тяжело.

При малейших отклонениях от соблюдения соосности стыкуемых стержней, входящих в состав армоблоков, возникают изгибающие напряжения, которые способны буквально разорвать муфтовое соединение.

3. Соединение с помощью стыков Передерия

Рисунок 5. Стыки Передерия

Для сопряжения объемных армоблоков используют стык Передерия. В этом случае объемные армоблоки изготовляют с дугообразными выпусками горизонтальной арматуры, которые при монтаже заводят друг за друга, а в плоскости стыка дополнительно устанавливают вертикальную арматуру на всю высоту панелей и бетонируют стык.

Стык с помощью петлей Передерия является универсальным, обеспечивает работу конструкции не только на срез, изгиб, но и на растяжение.

Недостатком данного вида соединения является возникновение избыточных напряжений в бетоне замоноличивания, в связи с чем происходит разрушение защитного слоя бетона.

4. Соединение с помощью петлевых стыков фирмы Halfen.

Рисунок 6. Соединение с помощью петлевых стыков Halfen HLB Loop Box

Данное соединение армоблочных конструкций может быть применено для стыковки укрупненных конструкций стен и перекрытий.

Технология HLB Loop Box используется, чтобы соединить бетонные элементы друг с другом. Данный способ стыковки объемных армоблоков способен экономить время монтажных работ.

Отличие от стыковки объемных армоблоков с помощью стыка Передерия заключается в том, что в качестве петлевого выпуска вместо стержневой арматуры в качестве петли применяется оцинкованная тросовая.

HLB Loop Box представляет собой закрытую конструкцию, которая состоит из металлической коробки из тонкой жести, внутри которой находится петля из нержавеющей стали (Рисунок 6).

Данная технология применяется в сооружении сборных конструкций панельных жилых домов.

Одним из способов устройства монолитных вертикальных стыков между панелями является применение тросовых петель заключенных в специальные короба, которые при изготовлении стены прикрепляются к опалубке с необходимым шагом анкером петли внутрь [2]. При монтаже тросовые петли извлекаются из коробов, через петли соседних панелей продевается арматурный стержень на всю высоту шва, после чего его омоноличивают. В результате получается междупанельный монолитный шпоночный стык (в котором шпонки образованы коробами петель) с поперечным армированием в виде тросовых петель. Такая методика устройства стыка позволяет упростить процесс (а значит повысить скорость) изготовления панели, в особенности при применении большой номенклатуры панелей в здании [2].

Концы троса петли с ее наружной (задней) стороны соединены между собой и опрессованы стальной втулкой. При изготовлении панели закрытые коробки с вложенными в них гибкими петлями устанавливают в торцы несущего слоя панели анкером внутрь. После бетонирования и набора бетоном панели достаточной прочности и распалубки панели, при монтаже крышки коробов снимают, освобождая тем самым петли. При этом коробка петли образует не загрязненную пылью и другим мусором полость для будущей шпонки вертикального шва между панелями. После освобождения и выправления всех петель в вертикальном стыке в них продевается анкерный стержень длинной равной длине шва (на высоту этажа). Далее происходит замоноличивание шва между стыкуемыми элементами [2].

Технологию стыковки панелей можно применить при изготовлении объемных армоблоков при сооружении объектов атомной отрасли.

Рисунок 7. Соединение с помощью петлевых стыков Halfen HLB Loop Box

Данная технология также позволяет решать проблему стыковки объемных армоблоков, приходящихся друг к другу под углом.

Рисунок 8. Соединение с помощью петлевых стыков Halfen HLB Loop Box примыкания стен угловой и Т-образной конфигурации

• Передача растягивающих усилий в направлении, перпендикулярном ядру замоноличивания

Рисунок 9. Передача растягивающих усилий

Передача нагрузок от натяжения осуществляется через петли. Непосредственно в области замоноличивания шва между стыкуемыми панелями возникает сжимающее усилие. Нагрузки натяжения действуют вертикально к плоскости петли. Они воспринимаются вертикальным арматурным стержнем, который монтируется до замоноличивания стыка между объемных армоблоков.

Минимальная разрывная нагрузка тросса .

;

где -максимальное растягивающее напряжение;

-коэффициент запаса прочности.

При достижении максимального растягивающего напряжения экспериментально было установлено, что петля деформировалась на 0,4 мм [21].

• Передача сдвиговых усилий в направлении, параллельном ядру замоноличивания

Рисунок 10. Передача сдвиговых усилий

Модель передачи сдвиговых усилий показана на Рисунке 10. На рисунке показано, как поперечные нагрузки делятся на растягивающие и сжимающие.

Также следует сказать, что растягивающие и сжимающие напряжения воспринимает непосредственно петля, которая находится в ядре замоноличивания.

Выводы

Проведенный анализ конструктивных решений при создании объемного армоблока позволяет говорить о целесообразности применения данного вида укрупненной конструкции на объектах атомной отрасли, при строительстве основных зданий АЭС.

Применение объемных армоблоков с несъемной сталефибробетонной опалубкой позволит сократить сроки возведения стен и перекрытий, позволит уменьшить ошибки при монтаже конструкций.

Предложенная конструкция стыковки объемных армоблоков с помощью петлевых стыков компании Halfen позволит ускорить сборку укрупненных элементов.

Применение несъемной опалубки ведет к убыстрению процессов монтажа, появляется возможность в кратчайшие сроки устанавливать оборудование, системы трубопроводов.

1. Предложения  ЗАО “Институт “Оргэнергострой”  по возведению АЭС с применением объемных армоблоков  с несъемной несущей сталефибробетонной опалубкой и по устройству сталефибробетонной  гидроизоляции
2. Дербенцев И.С. Несущая способность и деформативность шпоночных соединений с петлевыми гибкими связями в стыках крупнопанельных многоэтажных зданий: Диссертация
3. Рабинович Ф.Н. Композиты на основе дисперсно -армированных бетонов, Москва, 2011
4. Войлоков И.А. Фибробетон-история вопроса. Нормативная база, проблемы и решения. Международное аналитическое обозрение, 2009, №2
5. Демина  В.А. Применение конструкций из фибробетона при строительстве объектов атомной энергетики : магистерская диссертация / Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, Инженерно-строительный институт, Кафедра гражданского строительства и прикладной экологии. — Санкт-Петербург, 2013.
6. Клюев С. В. Экспериментальные исследования фибробетонных конструкций // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2011. №4.
7. Мешалкина Н.В. Массивные железобетонные конструкции с несъемной фибробетонной опалубкой: магистерская диссертация / Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, Инженерно-строительный институт, Кафедра строительной механики и строительных конструкций. —Санкт-Петербург, 2013.
8. Еремян Г.А. Индустриальное строительство из железобетонных конструкций с использованием современных типов монтажных соединений : магистерская диссертация / Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, Инженерно-строительный институт, Кафедра гражданского строительства и прикладной экологии. —Санкт-Петербург, 2014.
9. Дыховичный Ю.А., Максименко В.А. Сборный железобетонный унифифицированный каркас: Опыт московского строительства. Проектирование, исследование, изготовление, монтаж, перспективы развития. М.: Стройиздат, 1985, 296 с.
10. Матков Н.Г. Исследование работы колонн и стыков с арматурными сердечниками в каркасах повышенной этажности. – в кн. Элементы и узлы каркаса многоэтажных зданий. М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1980, с. 60 – 72.
11. Матков Н.Г. Стыки железобетонных элементов каркасов многоэтажных зданий. Обзор. Серия 8. Строительные конструкции. Вып. 3. М.: ВНИИНТПИ, 1982, 95 с.
12. Рекомендации по проектированию и выполнению контактных стыков с обрывом арматуры в железобетонных колоннах НИИЖБ Госстроя СССР, 1985, 51 с
13. Киреева, Э.И. Крупнопанельные здания с петлевыми соединениями конструкций // Жилищное строительство. 2013. №9. С.47-50.
14. Суур-аскола П. Технологически усовершенствованный продукт от компании Peikko – тросовая петля PVL // Жилищное строительство. 2013. №3. С.21-25.
15. http://zbk-k.com.ua/goodfile/47.pdf
16. http://www.halfen.no/doc/HLB_15-E.pdf
17. http://www.halfen.no/doc/hbt-hbs-hdb-hit.pdf
18. http://materials.crasman.fi/materials/extloader/?fid=19298&org=2&chk=06dc1ace
19. http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=4446
20. Рябов А. Б. Опыт применения механических муфтовых соединений арматуры и обоснование эффективности их применения. Санкт-Петербург, 2008 г.
21. http://www.halfen.ru

Все статьи автора «Алексеев Николай Сергеевич»