Условно влажность грунтового основания определяют по уровню залегания грунтовых вод. Если он превышает 3 м, то грунт сухой; если глубина залегания грунтовых вод составляет 1–3 м, грунт считают влажным. Если уровень грунтовых вод менее 1 м, грунтовое основание называют насыщенным влагой.
Подвижность бетонной смеси – это ее возможность растекаться под давлением своего веса без расслоения, т. е. с сохранением однородности. По степени подвижности бетонная смесь может быть малоподвижной, подвижной, пластичной или литой. Подвижность бетонной смеси, как и некоторые другие свойства бетона, можно определить с помощью стандартного бетонного конуса.
Он выполнен из стали с диаметрами оснований в 10 и 20 см. Высота конуса составляет 30 см. Для проведения эксперимента его устанавливают на ровный поддон, стоящий на горизонтальной поверхности. Иногда в нижней части конуса есть специальные «ноги», служащие для прижимания его к поверхности: нижний диаметр конуса должен плотно прилегать к поддону, чтобы бетонная смесь не вытекала. Приготовленную бетонную смесь заливают в конус через воронку тремя партиями, после каждого залива уплотняя ее щупом (не менее 20 штыковых движений). По заполнении конуса воронку убирают, срезая бетонную смесь вровень с верхним диаметром, а сам стандартный конус медленно поднимают и ждут, пока бетонная смесь не прекратит оседать. Затем с помощью рейки и мерной линейки определяют разность в высоте стандартного и бетонного конусов. Эта величина показывает осадку конуса.
Если она составляет 1–4 см, бетонная смесь малоподвижна. Такая смесь требует сильного уплотнения при укладке. Ее применяют для фундаментов, несущих стен большой толщины, толстых перекрытий с редким армированием. При осадке конуса от 4 до 9 см бетонную смесь можно назвать подвижной, она также требует уплотнения и трамбования при укладке, но в целом укладывается легче. Подвижную смесь можно использовать при сооружении несущих стен, перекрытий, фундаментов. Если величина осадки конуса от 9 до 15 см, бетонная смесь пластичная и при укладке легко уплотняется ручной трамбовкой. Из пластичной смеси делают столбы, стены и балки с не очень частым армированием. Иногда пластичную смесь применяют и для устройства фундаментов. Осадка конуса более чем в 15 см говорит о том, что смесь литая. Она наиболее подвижна, быстро заполняет опалубку и почти не нуждается в уплотнении. Литую смесь удобно использовать для бетонирования тонких конструкций с частым расположением арматурных стержней – например, для заливки бетона в асбестоцементную трубу. При этом осадка конуса не должна превышать 22 см, иначе бетонная смесь считается слишком жидкой и непригодной для фундаментных работ.
...Кроме подвижности, удобоукладываемость бетонной смеси зависит от ее жесткости. Этот показатель зависит от того, сколько времени требуется для уплотнения и выравнивания отлитого стандартного конуса бетонной смеси с помощью щупа и вибратора. Чем меньше времени для этого необходимо, тем выше жесткость смеси. Как правило, ее определяют в том случае, если осадка конуса при определении подвижности очень мала. Жесткость смеси для фундаментных работ не должна превышать 10 с.
Еще один показатель, влияющий на удобоукладываемость, – это водосодержание, показывающее, сколько процентов в общем объеме смеси занимает затворитель. Чем больше этот показатель, тем выше подвижность смеси и тем ниже ее жесткость.
По структуре бетон может быть плотным (особо тяжелый, тяжелый и облегченный бетон), легким (поризованным, ячеистым и крупнопористым, или крупнозернистым) и особо легким. Для возведения фундамента применяют плотный бетон. Рассмотрим подробнее группы бетона по плотности.
1. Плотные бетоны (более 1800 кг/м3):
• особо тяжелые (более 2500 кг/м3) на особо тяжелых заполнителях (например, на магнетите) применяют для специальных конструкций, в индивидуальном строительстве не используют;
• тяжелые (2200–2500 кг/м3) на плотных заполнителях (песок, гравий, щебень из прочных пород) и цементном вяжущем, с крупнозернистой структурой практикуют наиболее широко – они неприхотливы;
• облегченные (1800–2200 кг/м3) на более легких заполнителях и цементном вяжущем применяют для возведения несущих конструкций.
2. Легкие бетоны (500–1800 кг/м3):
• поризованные (керамзитобетон) на искусственных и естественных пористых заполнителях (мелких и крупных) и цементном вяжущем неприхотливы при твердении;
• ячеистые (газобетон, пенобетон) на основе тонкодисперсного кремнеземистого заполнителя и цементного, известкового или смешанного вяжущего, с ячеистой структурой твердеют при тепловой обработке в автоклавах или при повышенном атмосферном давлении;
• крупнопористые, или крупнозернистые, на основе плотного или пористого крупного заполнителя без добавления мелкого заполнителя («беспесчаный» бетон), с крупнопористой структурой твердеют в любых условиях.
3. Особо легкие бетоны (менее 500 кг/м3) отличаются от ячеистых более легким пористым заполнителем, применимы в качестве теплоизоляции.
Однородность бетонной смеси имеет большое значение. Если бетонная смесь расслаивается при транспортировке или укладке, следует ожидать, что конструкции из такого бетона будут обладать низкой несущей способностью из-за невысокой связности материала. Расслоение смеси происходит в результате выделения из нее каких-либо компонентов, например воды или заполнителя. Однородность зависит от того, насколько верно подобран состав бетонной смеси.
Прочность бетона, как и любого другого материала, включает две характеристики: прочность на растяжение и на сжатие. У бетона низкая прочность на растяжение, но высокая прочность на сжатие. Первая характеристика является недостатком, который устраняют с помощью армирования....У бетона значителен показатель усадки – изменения вертикальных линейных размеров материала при твердении на воздухе. Сокращение размеров в среднем составляет от 0,3 до 0,5 мм на 1 м, а в первые сутки твердения может достигать 70 %.
Кроме основных составляющих бетонной смеси, в нее могут быть введены дополнительные материалы – специальные добавки, улучшающие свойства бетона.
Самые популярные из них – пластификаторы. Эти добавки нужны для повышения пластичности смеси. В зависимости от того, насколько нужно увеличить плотность, морозостойкость и другие характеристики бетона, применяют различные марки пластификаторов. При возведении монолитных железобетонных фундаментов наиболее распространены пластификаторы марок ISOLA FM-86/8; C-3. Эти пластификаторы увеличивают плотность бетонной смеси до 40 %, морозостойкость – до 50 %, а также позволяют сэкономить до 20 % цемента.
При введении в бетон нескольких добавок следует проверять, все ли они являются химически устойчивыми (проще говоря, можно ли их совмещать с другими добавками). Важный показатель – экологичность добавки.
Среди добавок, уменьшающих время твердения бетонной смеси, наиболее популярны хлористый кальций (добавляют в цемент в количестве до 2 % от его массы) и соляная кислота (вводят в количестве до 1,5 % от массы цемента).
Соотношение составляющих бетонную смесь материалов для каждого строительного случая индивидуально. Наиболее распространены следующие пропорции: на 1 кг цемента берут по 2 кг песка, щебня, 700 г воды. Главное, чтобы в результате получилась смесь с нужными свойствами.
СТАЛЬ
Сталь, как правило, представляет собой сплав двух металлов (железа и чугуна) с углеродом. Нержавеющую сталь изготавливают из хрома и никеля, но при устройстве фундаментов ее не применяют из-за высокой стоимости. С помощью прокатки, литья, прессования и термообработки можно получить сталь с различными физическими и химическими свойствами.
При сооружении фундаментов сталь используют в металлических сваях и арматуре, реже – при возведении столбчатого фундамента из металлических труб, заполненных цементно-песчаным раствором с наружной обработкой гидроизоляционным составом, а для также металлических обвязочных балок.
Стальные сваи могут представлять собой прокатный стальной профиль в виде длинного стержня или трубу. Стальные сваи обладают несколькими недостатками: для их заглубления необходимо специальное оборудование (если диаметр сваи более 100 мм, а длина более 3 м); из-за большого расхода металла повышается стоимость таких фундаментов; сваи изготавливают из обычной стали, поэтому их необходимо обрабатывать антикоррозионным составом. Стальные сваи могут быть забивными и винтовыми. В первом случае для их внедрения в грунт необходимы дизель-молот или копровая (коперная) установка, во втором случае – кабестан. Копровая установка представляет собой механизм для подъема сваи, ее корректировки, погружения в грунт и извлечения с помощью выдергивателя. Такой механизм может быть установлен, например, на базе экскаватора или другого строительного оборудования. Кабестан – механизм с вертикальным воротом, позволяющим вкручивать сваи в грунт. Дизель-молот применяют для забивания свай с помощью механизма, аналогичного по работе дизельному двигателю. Все эти установки вызывают колебания грунта и создают сильный шум.
Для изготовления железобетона и укрепления некоторых каменных фундаментов применяют стальную арматуру – металлические стержни различных диаметров и профилей. Тип арматуры подбирают в зависимости от вида фундамента. Арматуру делят на типы в зависимости от диаметра или поперечного сечения, вида профиля, способа изготовления и устройства.
Во-первых, различают жесткую и гибкую арматуру. Чаще применяют гибкую арматуру (рис. 7). Жесткая арматура представляет собой прокатные профили в виде двутавров, швеллеров, уголков, иногда – труб. При этом в ход могут пойти изделия, относящиеся к металлолому, но сохранившие свои конструктивные свойства. Кроме стали, для армирования конструкций используют стеклопластики и некоторые другие материалы, но крайне редко.
Рисунок 7. Образцы гибкой арматуры по типам и видам поперечного сечения: а) гладкий горячекатаный стержень (тип арматуры А-I); б) проволочная арматура круглого сечения; в) стержневая горячекатаная арматура периодического профиля (тип арматуры А-II); г) стержневая горячекатаная арматура периодического профиля (типы арматуры А-III и А-IV)
Рисунок 7 (продолжение). Образцы гибкой арматуры по типам и видам поперечного сечения: д) стержневая горячекатаная арматура периодического профиля менее распространенных типов; е) холодносплющенная проволочная арматура периодического профиля; ж) семипроволочная прядь класса К-7; з) трехпрядевый трос класса К-3
Гибкую арматуру можно разделить на стержневую и проволочную. Стержневая арматура менее гибкая, ее выпускают диаметром от 6 до 90 мм. Она делится на 7 классов по прочности, показатель которой тесно связан с величиной поперечного сечения.
Стержневая арматура – наиболее популярный вариант. По способу изготовления она может быть горячекатаной, термически упрочненной или усиленной с помощью вытяжки. Проволочная арматура диаметром от 3 до 8 мм может иметь вид прядей, канатов, а также сварных и тканых сеток.
Для фундаментных работ применяют арматурные стержни и канаты с диаметром поперечного сечения более 12 см, а также жесткую арматуру. Номер сечения арматурного стержня по сортименту соответствует размеру его поперечного сечения. Размер сечения устанавливают с помощью расчета в зависимости от необходимой общей массы арматуры.
Стержневая и проволочная арматура бывает нескольких видов в зависимости от способа применения (рис. 8): отдельный стержень или проволока, сетка, линейно вытянутый или распределенный по площади пространственный каркас. В зависимости от расположения стержня в пространственном каркасе он может быть продольным или поперечным.Рисунок 8. Виды арматуры: а) отдельные стержни, б) плоский каркас, в) пространственный каркас, г) арматурная сетка плоская, д) арматурная сетка рулонная, е) армоблок; 1 – рабочие стержни прямые, 2 – рабочие стержни отогнутые, 3 – монтажные стержни, 4 – хомуты, 5 – распределительные стержни, 6 – сетки, 7 – пространственный каркас
Способ армирования следует выбирать в зависимости от геометрических параметров армируемой конструкции. Например, при устройстве столбов и балок применяют линейно вытянутый пространственный каркас, состоящий из пучка продольных стержней, связанных поперечно хомутами из арматуры меньшего диаметра. При возведении фундаментов чаще применяют пространственный каркас из стержней. Арматуру в виде отдельного стержня используют при замоноличивании асбестоцементных столбов и устройстве железобетонных свай. Этот стержень должен иметь довольно большой размер сечения. При устройстве плитного фундамента арматурный каркас представляет собой пространственную сетку. Плоские сетки для армирования фундамента почти не применяют, но они могут быть использованы для усиления каменной кладки.
По способу соединения деталей различают сварную и перевязанную арматуру. Перевязку арматурных стержней осуществляют с помощью гибкой прочной проволоки.
По назначению арматура может быть рабочей, монтажной и распределительной. Рабочую устанавливают непосредственно в конструкциях, монтажная выходит за пределы конструкций и служит для соединения конструктивного элемента с другим элементом путем перевязки или сварки закладных деталей (так обычно называют выпуски монтажной арматуры). Распределительная арматура может быть установлена по другим конструктивным соображениям.
В зависимости от вида поперечного сечения гибкая арматура бывает гладкой или периодического профиля (например, ребристого). Ребристая арматура предпочтительнее, поскольку имеет более сильное сцепление с бетоном.
В отдельный вид можно выделить напрягаемую арматуру, которую применяют в предварительно напряженных конструкциях для резкого повышения их сопротивления разрыву.
Как ни странно, стальная арматура может быть различна и по материалу . Например, стальные канаты выполняют из низкоуглеродистой и низколегированной стали. Виды стали различны по прочности в зависимости от содержания углерода и легирующих добавок. Чаще арматуру делают из углеродистой стали общего назначения, низколегированной, с добавками марганца и кремния.БУТОВЫЙ КАМЕНЬ
Бутовый камень представляет собой природный камень неправильной формы и принадлежит к штучным, или кладочным, материалам. Мелкий бутовый камень, скол из карьеров, щебень и т. п. грубообломочные породы применяют при возведении бутобетонных фундаментов.
Каменные природные материалы – это строительные материалы и изделия, которые получают из горных пород путем механической обработки – раскалывания, распиливания, дробления. При этом каменные природные материалы фактически полностью сохраняют физико-механические свойства горной породы. Она представляет собой скопление минералов более или менее постоянных состава и свойств. Природное химическое соединение, которое является однородным по составу, строению, физическим свойствам, образуется в результате разнообразных физико-химических процессов, происходящих в земной коре, называется минералом. По происхождению они бывают метаморфическими, магматическими, осадочными горными породами. Те из них, которые образовались в толще земной коры в результате видоизменения осадочных или магматических пород под действием давления, температур и т. д., называют метаморфическими породами . К ним относятся мрамор, кварцит, глинистые сланцы, гнейсы. Породы, которые сформировались в результате остывания и кристаллизации магмы (расплавленной массы силикатного состава, находящейся в глубинах земной коры), называют магматическими породами . Изверженные горные породы делят на излившиеся (диабаз, базальт, порфиры) и глубинные (диорит, габбро, лабрадорит, гранит). Из перечисленных материалов нам знаком гранит, он тоже часто используется в строительстве, как и мрамор, и выполняет те же функции. Хороший долговечный материал, возможно, дороговат, но он оправдывает свою стоимость. Породы, которые образовались в результате разрушения (выветривания) горных пород под действием внешних условий или в ходе осаждения веществ из какой-либо среды, называют осадочными . Они могут быть обломочными, т. е. механическими отложениями (к ним относятся песчаник, гравий, песок); глинистыми, т. е. органогенными (гипс, доломит, известняк, магнезит, мел, диатомит, трепел). Эти материалы чаще других применяют в строительстве и используют при приготовлении растворов, бетонной смеси, кирпича и многого другого.
Каменные природные материалы классифицируют по основным признакам – плотности, пределу прочности при сжатии, морозостойкости, водостойкости. Эти свойства нам уже знакомы. Их необходимо знать для того, чтобы правильно и безошибочно выбрать строительный материал, в данном случае каменный.
По плотности в сухом состоянии каменные природные материалы делят на тяжелые и легкие.
По пределу прочности при сжатии классифицируют по маркам: от 1 до 20 – легкие, от 10 до 100 – тяжелые; по морозостойкости – на марки 10–300 Мрз; по водостойкости – на группы 0,6; 0,75; 0,9; 1.
Изделия из природного камня делят на грубоколотые под скобу, грубой тески, получистой тески, пиленые, бутовый рваный камень. Колотые и тесаные плиты трудоемки при изготовлении, в связи с чем их применяют ограниченно. Такими плитами облицовывают уникальные здания, памятники, гидротехнические сооружения, набережные.
Бутовый камень добывают из осадочных и изверженных пород. Предел прочности бутового камня – не меньше 10 МПа; коэффициент размягчения – не ниже 0,75; масса камня – до 40 кг. Бутовый камень применяют для устройства фундаментов под малоэтажные здания (от 1 до 3 этажей), а также для облицовки цоколей. Для выполнения облицовки подбирают плоские камни. Для устройства фундамента следует применять бутовый камень с минимальной несущей способностью 100 кг/см2.