Сборный бетон — это строительный продукт, производимый путем заливки бетона в форму или «форму» многократного использования, которая затем затвердевает в контролируемой среде, транспортируется на строительную площадку и устанавливается на место; примерами служат сборные балки , стеновые панели, полы, крыши и сваи. Напротив, монолитный бетон заливается в формы, предназначенные для конкретного участка, и затвердевает на месте. [1]
В последнее время в качестве наполнителя сборных стеновых панелей используется легкий пенополистирол , что позволяет снизить вес и повысить теплоизоляцию .
Сборный камень отличается от сборного бетона более мелким заполнителем , используемым в смеси, поэтому результат приближается к натуральному продукту.
Сборный бетон используется как в интерьере, так и в экстерьере, от строительства автомагистралей, мостов и высотных зданий до парковок, школ K-12, складов, многоцелевого использования и строительства промышленных зданий. При производстве сборного бетона в контролируемой среде (обычно называемой заводом сборного бетона) сборный бетон получает возможность правильно затвердеть и находиться под пристальным наблюдением сотрудников завода. Использование системы сборного бетона дает множество потенциальных преимуществ по сравнению с литьем на месте. Производство сборного бетона может осуществляться на уровне земли, что обеспечивает максимальную безопасность при его литье. На заводе сборного бетона осуществляется больший контроль над качеством материала и мастерством изготовления по сравнению со строительной площадкой. Формы, используемые на заводе сборного бетона, можно повторно использовать сотни и тысячи раз, прежде чем их придется заменять, что часто делает это дешевле, чем литье на месте с точки зрения стоимости за единицу опалубки. [2]
Системы формования сборного бетона для архитектурных применений различаются по размеру, функции и стоимости. Сборные архитектурные панели также используются для облицовки всего или части фасада здания или возведения отдельно стоящих стен для ландшафтного дизайна, звукоизоляции и безопасности. В соответствующих случаях сборные изделия, такие как балки для мостов, автомагистралей и настилы парковочных конструкций, могут быть предварительно напряженными структурными элементами. Ливневая канализация, водопроводные и канализационные трубы и туннели также используют сборные бетонные элементы.
Формы для сборного бетона могут быть изготовлены из древесины, стали, пластика, резины, стекловолокна или других синтетических материалов, каждый из которых обеспечивает уникальную отделку. [3] Кроме того, доступно множество отделок поверхности для четырех типов сборных стеновых панелей — сэндвич, оштукатуренный сэндвич, внутренний слой и облицовочные панели, включая те, которые создают вид горизонтальных досок и тесаного камня . Цвет может быть добавлен в бетонную смесь, а пропорции и размер заполнителя также влияют на внешний вид и текстуру готовых бетонных поверхностей.
Древние римские строители использовали бетон и вскоре залили материал в формы, чтобы построить свою сложную сеть акведуков , водопропускных труб и туннелей. Современное использование технологии сборного литья включает в себя множество архитектурных и структурных применений, включая отдельные детали или даже целые строительные системы.
В современном мире сборные панельные здания были впервые построены в Ливерпуле , Англия , в 1905 году. [4] Процесс был изобретен городским инженером Джоном Александром Броди . Трамвайные конюшни в Уолтоне в Ливерпуле последовали за ним в 1906 году. Идея не получила широкого распространения в Великобритании. Однако она была принята во всем мире, особенно в Центральной и Восточной Европе [5], а также в рамках программы Million в Скандинавии.
В США сборный железобетон развился в две подотрасли, каждая из которых представлена крупной ассоциацией. Отрасль сборных железобетонных конструкций, представленная в первую очередь Институтом сборного/напряженного бетона (PCI), фокусируется на предварительно напряженных бетонных элементах и других сборных бетонных элементах, используемых в надземных конструкциях, таких как здания, парковки и мосты, в то время как отрасль сборных железобетонных изделий производит коммунальные, подземные и другие не предварительно напряженные изделия и представлена в первую очередь Национальной ассоциацией сборного бетона (NPCA).
В Австралии железные дороги правительства Нового Южного Уэльса широко использовали сборные железобетонные конструкции для своих станций и подобных зданий. Между 1917 и 1932 годами было возведено 145 таких зданий. [6]
Помимо облицовочных панелей и структурных элементов, из сборного железобетона можно собирать целые здания. Сборка сборных конструкций позволяет быстро завершить строительство коммерческих магазинов и офисов с минимальными трудозатратами. Например, здание Джима Бриджера в Уиллистоне, Северная Дакота, было собрано в Миннесоте с предварительно установленными в панелях здания воздухо-, электро-, водопроводными и волоконно-оптическими коммуникациями. Панели были перевезены на расстояние более 800 миль на нефтяные месторождения Баккен, а коммерческое здание было собрано тремя рабочими за минимальное время. В здании размещается более 40 000 квадратных футов магазинов и офисов. Практически все здание было изготовлено в Миннесоте.
Армирование бетона сталью повышает прочность и долговечность. Сам по себе бетон обладает хорошей прочностью на сжатие, но не имеет прочности на растяжение и сдвиг и может растрескиваться при длительном выдерживании нагрузок. Сталь обеспечивает высокую прочность на растяжение и сдвиг, компенсируя то, чего не хватает бетону. Сталь ведет себя подобно бетону в изменяющихся условиях, что означает, что она будет сжиматься и расширяться вместе с бетоном, помогая избежать растрескивания.
Арматура является наиболее распространенной формой армирования бетона. Обычно она изготавливается из стали, с ребрами для сцепления с бетоном по мере его затвердевания. Арматура достаточно универсальна, чтобы ее можно было сгибать или собирать для поддержки формы любой бетонной конструкции. Углеродистая сталь является наиболее распространенным материалом для арматуры. Однако нержавеющая сталь, оцинкованная сталь и эпоксидные покрытия могут предотвратить коррозию. [7]
Ниже приведена выборка многочисленных продуктов, в которых используется сборный/предварительно напряженный бетон. Хотя это не полный список, большинство сборных/предварительно напряженных продуктов обычно попадают под одну или
Поскольку сборные бетонные изделия могут выдерживать самые экстремальные погодные условия и выдерживать многие десятилетия постоянного использования, они широко применяются в сельском хозяйстве. К ним относятся силосные башни, кормушки для скота, решетка для скота , сельскохозяйственные ограждения, H-образные стойки, J-образные стойки, решетчатые полы для скота, поилки для скота, кормушки, бетонные панели, шламовые каналы и многое другое. Предварительно напряженные бетонные панели широко используются в Великобритании для различных целей, включая сельскохозяйственные здания, зернохранилища, силосные зажимы, шламовые хранилища, стены для скота и общие подпорные стенки. Панели можно использовать горизонтально и размещать либо внутри перемычек RSJ ( двутавровых балок ), либо перед ними. В качестве альтернативы панели можно заливать в бетонный фундамент и использовать в качестве консольной подпорной стенки.
Сборные бетонные строительные компоненты и удобства на участке используются в архитектуре в качестве каминных полок, облицовки, отделочных изделий, аксессуаров и навесных стен. Конструкционные применения сборного бетона включают фундаменты, балки, полы, стены и другие структурные компоненты. Важно, чтобы каждый структурный компонент был спроектирован и испытан, чтобы выдерживать как растягивающие, так и сжимающие нагрузки, которым элемент будет подвергаться в течение своего срока службы. В настоящее время в сборных бетонных панелях для структурного использования используются сердечники из вспененного полистирола , что делает их легче и служит в качестве теплоизоляции.
Многоэтажные парковки обычно строятся с использованием сборного железобетона. Конструкции включают в себя сборку сборных частей парковки, которые представляют собой многоэтажные несущие стеновые панели, внутренние и внешние колонны, несущие полы, балки, стеновые панели, лестницы и плиты. Эти части могут быть большими; например, двутавровые несущие модули пола необходимо поднимать на место с помощью подъемных анкерных систем из сборного железобетона . [8]
Сборный бетон используется в широком диапазоне инженерных систем подпорных стенок. Продукция включает в себя коммерческие и жилые подпорные стенки , морские стенки , механически стабилизированные панели для земли и другие модульные блочные системы. [9]
Изделия для управления санитарными и ливневыми водами — это конструкции, предназначенные для подземной установки, которые были специально спроектированы для обработки и удаления загрязняющих веществ из санитарных и ливневых стоков. Эти сборные бетонные изделия включают хранилища для задержания ливневых вод , водосборные бассейны и люки . [10]
Для систем связи, электричества, газа или пара сборные железобетонные конструкции для коммунальных служб защищают жизненно важные соединения и элементы управления для распределения коммунальных служб. Сборный железобетон нетоксичен и безопасен для окружающей среды. Продукция включает: смотровые отверстия, пустотные изделия, основания фонарных столбов, коробки счетчиков, панельные хранилища, тяговые коробки, телекоммуникационные конструкции, трансформаторные площадки, трансформаторные хранилища, траншеи, здания коммунальных служб, хранилища коммунальных служб , столбы коммунальных служб, хранилища с контролируемой средой (CEV) и другие коммунальные конструкции.
Сборные изделия для воды и сточных вод содержат или содержат воду, нефть или другие жидкости с целью дальнейшей переработки в незагрязняющие жидкости и почвенные продукты. Изделия включают: системы аэрации , распределительные коробки, дозировочные баки, сухие колодцы , жироуловители , выщелачивающие ямы, перехватчики песка-нефти/нефти-воды, септики , резервуары для хранения воды/сточных вод, мокрые колодцы, пожарные цистерны и другие изделия для воды и сточных вод.
Изделия из сборного железобетона для транспортировки используются в строительстве, обеспечении безопасности и защите участков дорог, аэропортов и железнодорожных транспортных систем. Изделия включают: коробчатые водопропускные трубы , 3-сторонние водопропускные трубы, мостовые системы, железнодорожные переезды, железнодорожные шпалы, звукоизолирующие стены /барьеры, барьеры Jersey , сегменты туннелей, бетонные барьеры, TVCB, центральные барьеры для ограждения, тумбы и другие изделия для транспортировки. Сборный бетон также может использоваться для строительства подземных переходов, надземных переходов и пешеходных подземных переходов. Сборный бетон также используется для рулонных путей некоторых резиновых метрополитенов .
Модульная мостовая доступна в радужных цветах, формах, размерах и текстурах. Эти универсальные сборные бетонные элементы могут быть спроектированы так, чтобы имитировать кирпич, камень или дерево.
Подземные хранилища и мавзолеи требуют водонепроницаемых конструкций, способных противостоять природным воздействиям в течение длительных периодов времени.
Хранение опасных материалов, как краткосрочное, так и долгосрочное, становится все более важной экологической проблемой, требующей создания контейнеров, которые не только герметично удерживают материалы, но и достаточно прочны, чтобы выдерживать стихийные бедствия или террористические атаки.
Морские дамбы , плавучие доки, подводная инфраструктура, настилы, перила и множество удобств — вот некоторые из вариантов использования сборного железобетона вдоль набережной. При проектировании с учетом большого веса сборные железобетонные изделия противостоят выталкивающим силам воды значительно лучше, чем большинство материалов.
Предварительное напряжение — это метод создания напряжений в структурном элементе во время изготовления и/или строительства для повышения его прочности и производительности. Этот метод часто применяется в бетонных балках, колоннах, перемычках, одинарных и двойных таврах, стеновых панелях, сегментных мостовых элементах, балках с бульбовым тавром, двутавровых балках и других. Во многих проектах оказывается, что предварительно напряженный бетон обеспечивает самую низкую общую стоимость, учитывая производство и обслуживание в течение срока службы. [9] [11]
Сборная бетонная панель с двойной стенкой используется в Европе уже несколько десятилетий. Первоначальная конструкция с двойной стенкой состояла из двух полос армированного бетона, разделенных внутренней пустотой, которые удерживались вместе встроенными стальными фермами. С учетом недавних опасений по поводу использования энергии, признано, что использование стальных ферм создает «тепловой мост», который ухудшает тепловые характеристики. Кроме того, поскольку сталь не имеет такого же коэффициента теплового расширения, как бетон, по мере нагревания и охлаждения стены любая сталь, которая не встроена в бетон, может создавать термические напряжения, которые вызывают трещины и отколы.
Для достижения лучших тепловых характеристик в пустоты была добавлена изоляция, и во многих современных приложениях стальные фермы были заменены композитными (стекловолокно, пластик и т. д.) системами соединения. Эти системы, специально разработанные для этой цели, также устраняют проблему дифференциального теплового расширения. [ необходима цитата ] Наилучшие тепловые характеристики достигаются, когда изоляция непрерывна по всей секции стены, т. е. перегородки термически полностью разделены до концов панели. Используя непрерывную изоляцию и современные композитные системы соединения, можно достичь значений R до R-28.2.
Общая толщина сэндвич-панелей для коммерческих помещений обычно составляет 8 дюймов, но их конструкции часто адаптируются к применению. В типичной 8-дюймовой стеновой панели бетонные полосы имеют толщину 2-3/8 дюйма, между которыми находится 3-1/4 дюйма изоляционной пены с высоким значением R. Внутренние и внешние полосы бетона удерживаются вместе (через изоляцию) с помощью некоторой формы соединительной системы, которая способна обеспечить необходимую структурную целостность. Сэндвич-панели для стен могут быть изготовлены желаемой длины и ширины в практических пределах, определяемых системой изготовления, нагрузками при подъеме и погрузке-разгрузке и ограничениями по доставке. Панели чистой высоты 9 футов являются обычным явлением, но можно найти и высоты до 12 футов.
Процесс изготовления сборных бетонных сэндвич-панелей позволяет производить их с готовыми поверхностями с обеих сторон. Такая отделка может быть очень гладкой, с окрашенными, протравленными или оставленными в естественном виде поверхностями; для внутренних поверхностей отделка сравнима с гипсокартоном по гладкости и может быть закончена с использованием той же процедуры грунтовки и покраски, которая является обычной для обычного строительства из гипсокартона. При желании бетону можно придать архитектурную отделку, где сам бетон окрашен и/или текстурирован. Цвета и текстуры могут обеспечить вид кирпича, камня, дерева или других узоров с помощью многоразовых формовочных форм , или, в самых сложных случаях, настоящий кирпич, камень, стекло или другие материалы могут быть отлиты в бетонную поверхность. [ необходима цитата ]
Оконные и дверные проемы отливаются в стены на заводе-изготовителе как часть процесса изготовления. Во многих случаях электрические и телекоммуникационные каналы и коробки отливаются непосредственно в панели в указанных местах. В некоторых случаях коммунальные услуги, сантехника и даже компоненты отопления отливаются в панели для сокращения времени строительства на месте. Плотникам, электрикам и сантехникам необходимо внести некоторые небольшие коррективы, когда они впервые знакомятся с некоторыми уникальными аспектами стеновых панелей. Тем не менее, они по-прежнему выполняют большую часть своих рабочих обязанностей так, как они привыкли.
Сэндвич-панели из сборного бетона использовались практически в каждом типе зданий, включая школы, офисные здания, многоквартирные дома, таунхаусы, кондоминиумы, гостиницы, мотели, общежития и односемейные дома. Хотя обычно они считаются частью ограждения или «конверта» здания, их можно также спроектировать так, чтобы они служили частью структурной системы здания, устраняя необходимость в балках и колоннах по периметру здания. Помимо энергоэффективности и эстетической универсальности, они также обеспечивают превосходное шумоподавление, исключительную долговечность (устойчивость к гниению, плесени и т. д.) и быстрое строительство.
В дополнение к хорошим изоляционным свойствам, сэндвич-панели требуют меньше рабочих фаз для завершения. По сравнению с двойными стенами, например, которые должны быть изолированы и заполнены бетоном на месте, сэндвич-панели требуют гораздо меньше труда и лесов. [12]
В отрасли по производству сборного железобетона в значительной степени доминируют инициированные правительством проекты по развитию инфраструктуры. Однако они также широко используются для жилых (мало- и многоэтажных) и коммерческих сооружений из-за их различных благоприятных характеристик. Эффективность, долговечность, простота, экономичность и устойчивые свойства [ требуется ссылка ] [13] этих продуктов привели к революционному сдвигу во времени, затрачиваемом на строительство любой конструкции. Строительная отрасль является огромной энергоемкой отраслью, и сборные бетонные изделия являются и будут оставаться более энергоэффективными, чем их аналоги. Широкий спектр дизайнов, цветов и структурных вариантов, которые предоставляют эти продукты, также делает их выгодным выбором для потребителей.
Многие государственные и федеральные транспортные проекты в США требуют, чтобы поставщики сборного железобетона были сертифицированы Ассоциацией сборного архитектурного железобетона, Национальной ассоциацией сборного железобетона или Институтом предварительно напряженного железобетона.
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
Медиа, связанные с сборным бетоном на Wikimedia Commons