Где применяют в строительстве

Постоянные несущие конструкции подземных сооружений пред­назначены для восприятия всех действующих нагрузок, а также для защиты сооружения от подземных вод. Материалы, из кото­рых возводят подземные конструкции, должны обладать повышен­ной прочностью, водонепроницаемостью, невыветриваемостью, морозостойкостью, огнестойкостью и стойкостью к химической и
электрохимической агрессии. В связи со сложностью реконструкции подземных сооружений срок их службы должен быть больше, чем наземных, а следовательно, материалы для изготовления таких конструкций должны быть более долговечными.

Материалами, в разной степени отвечающими этим требова­ниям, являются бетон, железобетон, сталь и чугун. При возве­дении бетонных конструкций проектная марка бетона по проч­ности должна быть не менее М200, а толщина несущих элемен­тов— не менее 20 см.

Для железобетонных ненапрягаемых конструкций марку бетона по прочности принимают не менее М200 для монолитных и не менее М300 для сборных элементов, а толщину их не менее 15 см. Для предварительно напряженных железобетонных конструкций марка бетона должна быть не менее М300. Марка бетона по водонепроницаемости должна быть не менее В-6 для конструкций, находящихся в водонасы­щенных грунтах, и не менее В-4 для конструкций, зало­женных в грунтах естественной влажности. Расчетные сопро­тивления бетона в бетонных и железобетонных конструкциях принимают в соответствии с действующими нормами (СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения»).

Можно ли использовать стеклопластиковую арматуру в строительстве? Независимое мнение. ООО Проект

Марку бетона по морозостойкости при расположении подзем­ного сооружения в необводненных грунтах, а также для назем­ных и полуподземных частей подземных конструкций (рампы, порталы, припортальные участки транспортных тоннелей, сходы в пешеходные тоннели и т. п.) принимают в районах со средне­месячной температурой самого холодного месяца 273—253 К не менее Мрз150, а при температуре ниже 253 К — не менее Мрз200. Если подземные конструкции залегают в водонасыщенных грун­тах и среднемесячная температура воздуха ниже 263 К, марка бетона по морезостойкости должна быть не менее Мрз300.

В практике подземного строительства наряду с обычными применяют особые виды бетонов, характеризующиеся меньшим удельным весом, повышенной прочностью на растяжение, мень­шей водопроницаемостью и т. п. Широкое распространение в тоннелестроении получил набрызг-бетон ( торкретирование ), наносимый на поверх­ность выработки под действием сжатого воздуха. Толщина от­дельных слоев набрызг-бетона ( торкретирование ) составляет около 3—5 см, а полная толщина покрытия может достигать 20 см и более.

Увлажнение сухой смеси происходит только при вылете ее из сопла нагнетательной машины, причем водоцементное отношение составляет 0,35—0,5. При толщине покрытия более 8—10 см набрызг-бетон армируют стальной сеткой. Набрызг-бетон ( торкретирование ) имеет достаточно высокие прочностные характеристики, причем прочность на растяжение примерно на 10% выше, чем у обычного бетона. К достоинствам набрызг-бетона ( торкретирование ) относится хорошее сцеп­ление его с грунтом (1,5—2,5 МПа) и с арматурой (2,5—4,5 МПа); а также повышенная плотность и водонепроницаемость.

В последнее время начали применять дисперсное армирование набрызг-бетонного покрытия стальными иглами длиной 20—25 см и диаметром 0,4—0,5 мм. Такие иглы вводят в состав сухой смеси в количестве 3—5% по массе (около 140 кг на 1 м 3 смеси). Дисперсно-армированный набрызг-бетон (фабронабрызг-бетон) характеризуется повышенной прочностью (Rсж увеличивается в 1,3—1,5 раза, а Rр при изгибе— в 1,2 раза) и деформативностью.

При щитовой проходке тоннелей в ряде случаев успешно применяют монолитную обделку из прессованного бетона. Бетонная смесь, состав которой практически не от­личается от состава обычных смесей, с водоцементным отноше­нием 0,5—0,6 укладывается за опалубку и прессуется щитовыми домкратами или автономными домкратными устройствами под давлением до 5 МПа. За счет отжатия части воды бетонная смесь приобретает водоцементное отношение 0,3—0,35 и обделка полу­чается прочной и водонепроницаемой. Уже через сутки прочность бетона может достигать < 10 МПа.

При возведении подземных конструкций иногда целесообраз­но применение облегченных или легких бетонов на пористых за­полнителях. Бетоны на искусственных заполнителях (керамзит, трепел, аглопорит и др.) или на природных заполнителях вулка­нического происхождения (пемза, шлак, туф) могут быть облегчен­ными плотностью 1,8—2,2 т/м 3 и легкими плотностью 0,5— 1,8 т/м 3 . Такие бетоны характеризуются повышенной трещиностойкостью, долговечностью и морозостойкостью. Поскольку значения модуля упругости у них примерно на 30% ниже, чем у тяжелых бетонов, улучшаются условия совместной работы конструкции с окружающим грунтом. Изготовленные из облегченных и легких бетонов сборные элементы имеют сравнительно небольшую массу и более низкую стоимость, чем элементы из тяжелых бетонов.

Для сооружения подземных конструкций можно использовать полимербетоны, в составе которых в качестве вяжущего применя­ются синтетические смолы.

Полимербетоны характеризуются высокой прочностью на сжа­тие (до 70—80 МПа) и более высокой, чем обычные бетоны, проч­ностью на растяжение (6,4—7 МПа). Изготовленные из полимер­бетона образцы непроницаемы для воды при давлении до 2— 2,5 МПа. Полимербетон обладает стойкостью к химической агрес­сии, имеет высокие показатели сцепления с арматурой (6,5— 8 МПа). Он может применяться как для возведения монолитных, так и для изготовления сборных конструкций. Однако широкому внедрению полимербетонов в подземное строительство препятству­ет его повышенная ползучесть и не определенная пока долговеч­ность.

Наряду с полимербетонами можно применять бетонополимеры — бетоны на минеральном вяжущем, пропитанные под давле­нием полимерами и обладающие благодаря этому повышенной плотностью и водонепроницаемостью.

Перспективным в подземном строительстве может оказаться самонапряженный бетон на напрягающем цементе (НЦ). Послед­ний изготовляют путем совместного помола портландцементного клинкера, глиноземистого шлака и гипсового камня в соотноше­нии 70:15:15. Напрягающий цемент способен расширяться после набора прочности порядка 13—15 МПа, за счет чего в бетоне и арматуре создаются предварительные напряжения. Самонапряженный бетон характеризуется повышенной плотностью, водо- и газонепроницаемостью, трещиностойкостью и может быть исполь­зован как для возведения монолитных, так и для изготовления сборных конструкций подземных сооружений.

Несмотря на некоторые различия в свойствах, все виды бето­нов имеют существенные недостатки — невысокую прочность на растяжение и водопроницаемость. В связи с этим бетон применя­ют только в таких подземных конструкциях, которые заложены в сухих грунтах и работают главным образом на сжатие.

Широкое распространение при строительстве подземных кон­струкций получил железобетон. Наиболее эффективно использо­вать в городских условиях конструкции из сборного железобетона.

Наличие в городах мощной индустриальной базы и широкого фронта работ в условиях массового подземного строительства, концентрации подземных объектов на сравнительно небольшой территории (в пределах города), возможность использования мощного грузоподъемного оборудования — основные предпосыл­ки для широкого внедрения сборного железобетона. Сборные железобетонные конструкции получаются более высокого качества, чем монолитные, изготовленные непосредственно на месте строи­тельства подземного сооружения. Индустриальные конструкции возможно делать тонкостенными и облегченными, что приводит к уменьшению размеров подземных выработок и сокращению объемов земляных работ. Сборные конструкции могут иметь гото­вую гидроизоляцию по наружной поверхности и отделку по внут­ренней.

Применение сборных железобетонных конструкций позволяет стандартизировать готовые элементы. Типовые блоки с единым размерным модулем обеспечивают взаимозаменяемость и воз­можность применения их в различных подземных сооружениях. Для повышения степени сборности конструкций, сокращения чис­ла их типоразмеров и марок следует унифицировать элементы сборных железобетонных конструкций в части их основных пла­нировочных параметров, расчетных нагрузок и геометрических размеров.

Уменьшение числа типоразмеров и марок элементов приводит к увеличению производительности заводского оборудования и сни­жению себестоимости и трудоемкости изготовления железобетон­ных конструкций. Преимущества применения сборного железо­бетона подтверждаются практикой подземного строительства прежде всего в Советском Союзе, где впервые в мире в широком плане начали применять сборные конструкции в подземных со­оружениях.

Арматурная сталь для изготовления железобетонных конструк­ций должна соответствовать требованиям ГОСТ 5781—82. Сталь используют также для изготовления несущих конструктивных элементов: перекрытий, колонн и прогонов каркасных подземных сооружений, тюбингов тоннельных обделок, а также элементов временной крепи (ограждение стен котлованов, арки, анкеры и пр.).

При строительстве подземных сооружений в сложных инже­нерно-геологических условиях в качестве несущих конструкций применяют обделки из чугунных тюбингов. Тюбинги изготовляют путем отливки их в формах с последующей механической обра­боткой бортов. В большинстве случаев в тоннелестроении приме­няют серый литейный чугун марок СЧ 21-40, СЧ 24-44, СЧ 28-48, расчетные сопротивления сжатию которого составляют 180—210, а растяжению 60—80 МПа. Находят также применение и более прочные виды чугуна: модифицированный серый чугун, содержа­щий графитизирующие присадки (МСЧ 32-52, МСЧ 352-56, МСЧ 38-60), а также синтетический высокопрочный чугун с шаровид­ным графитом (ВЧ 338-17, ВЧ 42-12, ВЧ 50-2, ВЧ 60-2, ВЧ 100-4). Созданный в нашей стране высокопрочный чугун (продукт пере­плавки отходов стали) обладает повышенной прочностью на рас­тяжение (в 2,5—3 раза выше, чем у серого чугуна), высокой из­носоустойчивостью и жаростойкостью.

Источник: spravkidoc.ru

Применение железа: от арматуры фундамента до магнитопривода

Железо как материал стало известно с 3–4 тыс. до н. э. Поначалу в поле зрения человека попало метеоритное железо, так что в те времена оно ценилось выше золота. Затем хетты освоили разработку осадочных месторождений, а римляне научились плавить чугун.

С тех пор область использования металла только расширялась. И поэтому сегодня мы поговорим о применении железа и его соединений в жизни человека: в быту, народном хозяйстве, промышленности и об использовании металла в иных сферах.

Области применения железа и его сплавов

Итак, давайте узнаем, почему железо получило наибольшее применение в металлургии.

Под железом зачастую подразумевают вовсе не вещество как таковое, а низкоуглеродистую электротехническую сталь – так называется сплав металла по ГОСТ. Действительно чистое железо получить непросто, и используется оно исключительно для производства магнитных материалов.

Железо является ферромагнетиком, то есть, намагничивается в присутствии магнитного поля. Однако это его свойство сильно зависит от примесей и структуры металла. Магнитные свойства абсолютного чистого железа в 100–200 раз превышают аналогичные показатели технической стали. То же самое можно сказать о величине зерна: чем крупнее зерно, тем лучше магнитные свойства вещества.

Имеет значение и механическая обработка, хотя ее влияние и не столь впечатляющее. Только такое железо применяют для получения всех магнитных материалов для электротехники и магнитоприводов.

Во всех остальных областях народного хозяйства находит свое применение сталь и чугун, так что, говоря о применении железа, говорят об использовании стали.

Про способы применения сплавов железа расскажет видеоролик ниже:

Соединения

Все металлы, используемые в производстве, делят на цветные и черные. Черные – это сплавы железа, в частности, сталь и чугун, остальные – медные, никелевые, серебряные, относятся к цветным. Соответственно, производство, занимающееся выплавкой чугуна и стали, называется черной металлургией, а всех остальных – цветной. На долю черной металлургии приходится 95% всех металлургических процессов. Разделяются черные сплавы таким образом:

Про методы применения железа в виде стали читайте ниже.

Стали

Конечно, наибольшее применение находят сталь и чугун, а их использование зависит от доли углерода в составе. По этому признаку различают углеродистые и легированные стали. В первом случае примеси носят постоянный характер, то есть, попадают в сплав из-за особенностей процесса выплавки. В легированные добавки вводят специально для придания материалу особых свойств. В качестве легирующих элементов применяют ванадий, титан, хром, никель и так далее.

Углеродистые стали разделяются на 3 группы:

Легированные стали тоже составляют собой 3 группы:

Легированные стали обычно являются материалом для инструментов и машинных узлов, так как введение дополнительных ингредиентов повышает прочность сплава, придает ему жаростойкость или коррозионную стойкость. Углеродистые, в основном, применяют для каркасных сооружений, изготовления водопровода и так далее.

Все стали можно разделить по назначению:

Применение легированных сталей определяется их качествами.

• Так, нержавеющая сталь используется в строительстве и машиностроении, где требуется более высокая, чем обычно стойкость к коррозии.
• Жаропрочные сплавы «работают» в условиях высоких температур – турбины, магистрали отопления. Жаростойкие – не окисляются при высоких температурах, что важно для многих рабочих узлов в теплотехнике.

О применении чугуна и стали расскажет видео ниже:

Чугун

Применение чугуна не намного меньше, поскольку его механические качества вполне сопоставимы со многими марками стали. В соответствии с категорией чугуна различается и применение:

• серый чугун – углерод в железе находится в виде графитовых пластинок. Отличается хорошими литьевыми свойствами и малой усадкой. Но наиболее примечательное его качество – стойкость к переменным нагрузкам. Серый чугун используют при изготовлении прокатных станков, станин, подшипников, маховиков, поршневых колец, деталей тракторных и автомобильных двигателей, корпусов и так далее;
• белый чугун – углерод связан с железом. Почти целиком используется для получения стали;
• высокопрочный чугун – углерод находится в виде включений шаровидной формы. Такая форма обеспечивает высокую стойкость к нагрузке на растяжение и изгиб. Из чугуна изготавливают детали турбин, коленчатые валы тракторов и автомобилей, шестерни, изложницы и так далее.

Чугун также можно легировать и получать сплав с самыми разными свойствами.

• Износостойкий чугун применяется для изготовления насосных деталей, тормозов, дисков сцепления.
• Жаростойкий применяется при сооружении доменных, мартеновских, термических печей.
• Жаропрочный используется при сооружении газовых печей, при изготовлении компрессорного оборудования, дизельных двигателей.

Далее рассмотрено практическое применение железа на основе его физических свойств в строительной сфере.

Использование в строительстве

Сталь и чугун уникальным образом сочетают прочность, эксплуатационную долговечность и доступную стоимость. Поэтому заменить его каким-либо другим конструкционным материалом не представляется возможным. В строительстве продукция металлопроката является базовой наряду с бетоном и кирпичом.

Капитальное строительство

Металлу можно придать любую форму: от самой простой – прут, до причудливой сложной – кованое железо. В строительстве находят применение для всех вариантов.

Кроме того, что сталь сама по себе отличается прочностью, тем более после специальной обработки, в этой области активно применяется и еще одна особенность. Дело в том, что профильные изделия из металла ничем не уступают по прочности цельной детали таких же размеров и формы. А это значительно уменьшает материалоемкость строительных элементов, уменьшает их стоимость, снижает вес и так далее. В строительстве такое сочетание исключительно важно.

Применяемый металлопрокат разделяют на 3 основные группы.

• Фасонный – швеллеры, двутавры, угловой и обычный профиль, а также перфорированный. Сюда же относят и специальный профиль, применяемый, например, в шахтных выработках. Фасонный металлопрокат применяют при возведении всех типов каркасов для любого сооружения – от зданий до мостов и плотин. Его же используют при необходимости усилить конструкцию.
• Сортовой – арматура, балки, трубы, круги и прочее. Эти элементы используются едва ли не чаще, чем фасонный и очень многообразны:

• арматура – стальные прутья разного диаметра, гладкие и с ребрами. Арматура предназначена для повышения прочности здания, причем показателем является не только стойкость к стационарной нагрузке, но и повышение прочности при нагрузке на растяжение и изгиб. Арматуру используют при возведении фундамента, перекрытий, железобетонных плит, усиления стен, а также при упрочнении кирпичной кладки и других конструктивных узлов – лестниц, например;
• трубы – причем используются и круглые, и профильные. Предпочтительнее трубы прямоугольного квадратного сечения, поскольку их сварка и крепление более проста, чем в случае круглых, а стойкость к нагрузкам такая же;
• балка – вариант цельнолитого изделия, когда требуется прочность при самых высоких нагрузках.

• Листовой прокат – листы горячего и холодного проката с покрытием и без. Это кровельные листы, профнастил, металлочерепица и так далее. Профнастил применяют не только для устройства кровли, но и при сооружении разнообразных ограждений, поскольку материал соединяет относительную легкость с высокой прочностью и стойкостью к перепадам температур.

В строительстве чаще используют листы с покрытием – оцинкованные, например, или с полимерным защитным слоем. Такой вариант намного долговечнее, так как не подвержен коррозии.

Нержавеющие стали для листового проката применяют редко, поскольку стоимость сплава выше.

Отделочные работы

Основой их часто выступают металлические изделия – и трубы, и профиль, и листовое железо.

• Трубы необычных форм активно применяют в современных интерьерах. Из них сооружают спальные блоки, перекрытия и перегородки в комнате, ограждения как лестничные, так и уличные, используют даже в производстве мебели. Здесь трубы, конечно, подбирают с красивым покрытием – никель, хром, хотя встречаются и окрашенные изделия.
• Профиль – ниши и декоративные выступы, колонны и потолки, отделка стен и каминов и прочее и прочее. Все, что обшивается и облицовывается гипсокартоном, пленкой, плиткой, вагонкой, панелями – абсолютно все имеет каркас из металлического профиля. В изготовлении мебели – шкафов-купе, например, также применяется специализированный профиль. Стальной по сравнению с алюминиевым отличается куда большей прочностью и долговечностью.
• Металл может выступать не только каркасом, но отделочным материалом. Реечные, кассетные, панельные потолки исключительно разнообразны, интересны и долговечны. И рейки, и панели могут изготавливаться из алюминия, но если требуется долговечное и прочное решение – например, для отделки потолка железнодорожного вокзала, где требуется стойкость к вибрациям, используется, конечно же, сталь.
• Двери – к отделочным работам уже не относятся, а выступают, скорее, элементом системы защиты. Входные двери из стали достаточной толщины являются самым популярным и надежным способом предупредить взлом жилища. То же самое можно сказать о гаражных воротах, например, или воротах во двор.
• Лестничные конструкции – металлические лестницы очень разнообразны: от приставной или складной мансардной, до капитального сооружения на 2 этаж. Такой вариант прочен и надежен, при этом может быть очень красив. Современные модульные лестницы комбинируются со стеклом, прозрачным пластиком или даже деревом, а каменную лестницу могут украсить кованые перила.

Коммуникации

Несмотря на то что стальной трубопровод активно вытесняет пластиковые и металлопластиковые, до полной сдачи позиций еще чрезвычайно далеко. Причина проста: с прочностью и стойкостью стали мало что сравнится.

• Водопровод и канализация – если для обслуживания частного дома или квартиры можно подключать пластиковые изделия, то о магистрали и даже трубопроводе, обслуживающем многоквартирный дом этого сказать нельзя. Допускаются только железные трубы, причем соответствующие твердо установленным стандартам.
• Газопровод – вариантов нет, используется только сталь.
• Системы отопления – в здании система может включать пластиковые трубы. Городские и районные магистрали, не говоря уже о трубопроводе, непосредственно обслуживающем котельную, могут быть только железными. Начальная температура нагретой воды намного выше той, которую может выдержать пластиковые водоводы, не говоря уж о давлении.
• Батареи и радиаторы, как правило, тоже используются железные или чугунные – у чугуна выше теплоемкость и стойкость к гидроударам. Какими бы современными вариантами отопители не заменялись, сталь в конструкции все равно наличествует. Электрические радиаторы – конвекторные, масляные, всегда изготавливаются из стали, поскольку последняя, обладая высокой теплопроводностью, моментально отдает тепло воздуху.
• Кабели – проводку в доме чаще всего прячут в пластиковые короба. Однако силовые кабели с большим сечением защищаются металлическими трубами.
• Дымоходы – стальные трубы являются вариантом самым простым, доступным и легким. Для их изготовления применяют специальную жаростойкую сталь, причем устойчивую к коррозии.

Оборудование и предметы быта

Любая техника, устанавливаемая в доме, производится из стали.

• Отопительные котлы – на каком бы топливе аппараты не работали, корпуса их всегда изготавливаются из стали. В твердотопливных печах есть чугунные детали.
• Кухонное оборудование – плиты, духовки, микроволновки, пароварки и так далее имеют стальные корпуса и детали. На кухне сталь является и востребованным отделочным материалом: рабочие столешницы, например, отделка фартука. Сталь – материал очень декоративный и лишь кажется простым.
• Стиральные машины, сушилки и посудомойки также не обходятся без железа.
• Сантехника из стали применяется редко – из-за высокой теплопроводности, а вот чугунные ванны и умывальники устанавливают до сих пор. Материал лучше хранит тепло и очень долговечен.
• Посуда и столовые приборы, подставки и вазы, держатели и фурнитура, электрооборудование и мелкие аксессуары – места, где железо не используется, на пальцах можно пересчитать.
• Кованое железо – декоративные предметы такого рода являются настоящим произведением искусства, особенно когда речь идет о горячей ковке, при которой каждое изделие, каждая деталь изготавливается вручную и только один раз. Кованые решетки, перила, камины, ограждения украшают дворцы и современные павильоны, и, конечно, жилые квартиры.

Железо – главный конструкционный материал. В строительстве сталь и чугун являются базовыми материалами наряду со строительным камнем. Применение и разнообразие сплавов не поддается описанию.

Еще больше полезной информации по вопросу применения железа содержится в этом видео:

Источник: stroyres.net

Робототехника в строительстве

Согласно новому отчету, подготовленному Всемирным экономическим форумом, до 2020 года роботами будут заняты почти полмиллиона рабочих мест в строительстве. Многие эксперты сравнивают эту цифровую революцию с промышленной. О применении робототехники в строительстве зданий и сооружений мы рассказываем в этой статье.

Технологические изменения, которые, как ожидается, произведут революцию в отрасли — это мобильные «роботы-строители», которые могут эффективно укладывать кирпичи, а также мобильные 3D-принтеры, которые могут реагировать на изменения окружающей среды. Практически в каждом случае технологии, основанные на искусственном интеллекте, способны выполнять свои задачи быстрее, эффективнее и безопаснее, чем их коллеги-люди.

Роботизация и цифровое проектирование BIM

В процессе строительства часто возникают сложности из-за неточных расчетов при проектировании строительного объекта, несовершенной связи с подрядчиками, пресловутого человеческого фактора и пр. Как роботизация поможет избежать всех этих проблем и ускорить процесс проектирования, вывести его на новый качественный уровень?

Робот-манипулятор на строительной площадке. Источник: https://www.robotics.org/

Для этого существует технология BIM (Building Information Modeling или Building Information Model) — информационное моделирование здания или информационная модель здания.

Данный подход к возведению, оснащению, обеспечению эксплуатации и ремонту здания (к управлению жизненным циклом объекта) предполагает сбор и комплексную обработку в процессе проектирования всей архитектурно-конструкторской, технологической, экономической и иной информации о здании со всеми её взаимосвязями и зависимостями, когда здание и всё, что имеет к нему отношение, рассматриваются как единый объект. То есть разрабатывается трёхмерная модель здания, связанная с информационной базой данных, в которой каждому элементу модели можно присвоить дополнительные атрибуты.

Особенность такого подхода заключается в том, что строительный объект проектируется фактически как единое целое. И изменение какого-либо одного из его параметров влечёт за собой автоматическое изменение остальных связанных с ним параметров и объектов, вплоть до чертежей, визуализаций, спецификаций и календарного графика.

BIM имеет заметные преимущества в процессе проектирования. Этот процесс

• упрощает задачи архитекторов и инженеров, повышает их производительность
• ускоряет обмен данными
• экономит время и усилия
• сокращает количество документов и официальных разрешительных документов
• улучшает цикл проверки и модификации.

Однако, как показывает практика, точная модель BIM не будет точно построена. Почему? Из-за опоры на ручные операции. Независимо от того, насколько профессиональны мастера, ошибки возникают.

Эти технические ошибки, независимо от простоты конструкции, например, если колонна была посажена в нескольких сантиметрах от задуманного положения, координаты балок и других конструктивных элементов следует пересмотреть и переместить. В этом случае подрядчик отправляет технический отчет руководителю проекта с описанием ошибок, который, в свою очередь, попросит незамедлительно встретиться с командами разработчиков для срочного решения.

Команда решает, следует ли переделать какую-то колонку или изменить весь дизайн в соответствии с ошибкой. Оба решения – трата времени, что приводит к задержкам в графике строительства проекта и дополнительным затратам.

Таким образом, проблема заключается в отсутствии интеграции между BIM и подрядчиками. Сборные конструктивные элементы могут быть установлены неправильно, если использовались методы старой конструкции. Следовательно, технология должна быть эффективно задействована для точной передачи технических данных моделей. Как? Используя роботов.

Роботы используются в большинстве отраслей промышленности, что повышает их производительность и эффективность. Но в строительстве их пока мало. Бизнес, задействовавший роботов, определенно будет иметь большие преимущества в процессе строительства. Потому что:

• роботы уменьшают количество ошибок и переделок – удваивают точность установки, тщательно строят модель и буквально реализуют ее
• экономят время и достигают эффективного графика
• управляют процессом строительства и сокращают количество отходов
• роботы будут способны производить сложные геометрические формы, которые раньше было невозможно построить.

Примеры использования роботов с технологией BIM

Swinerton Builder – первая фирма, которая применила программное обеспечение Tekla Structures/LM80 и интегрировала его с портативным программным обеспечением.

Tekla Structure BIM в строительном проекте Waikiki Plaza в Гонолулу. Источник: https://www.arch2o.com

Программное обеспечение Trimble LM80 способно точно передавать данные из Tekla Structure Layout Manager в Trimble Robotic Stations, устанавливая координаты конструктивных элементов на сайте.

Благодаря этой связи специалисты получают точную и скоординированную информацию на местах. До интеграции между Tekla Structures и программным обеспечением Trimble LM80 большая часть их времени была потрачена в офисе на разработку адекватных схем измерений с обратными проверками.

В рамках своей инициативы по виртуальному проектированию и строительству Swinerton стал национальным лидером в области применения методов информационного моделирования зданий (BIM) и 3D-моделирования, оценки, моделирования и планирования. Фирма применила эту технологию в 162 проектах общей площадью более 49,9 миллиона квадратных футов и общей стоимостью строительства более 11 миллиардов долларов.

Самое высокое здание в Юго-Восточной Азии – небоскреб Landmark 81, расположенный в центральном районе Хошимина, Вьетнам – также построено с использованием технологии BIM.

«Наш переход на BIM в 2015 году и внедрение решений Tekla сыграли важную роль в укреплении доверия наших клиентов к реализации крупных сложных проектов», – отметил Хо Ван Тао, директор по проектам Coteccons, основной подрядчик строительства небоскреба.

Именно эта компания стала первым местным подрядчиком, получившим проект такого масштаба, обойдя другие международные фирмы. Причем проект был завершен на 45 дней раньше запланированного срока.

Типы строительных роботов

Есть несколько различных типов строительных роботов, которые готовы ворваться на строительный рынок в массовом масштабе. Во-первых, это роботы 3D-печати, которые смогут строить большие здания по требованию. Мобильный роботизированный манипулятор управляет 3D-принтером, и с помощью набора предварительно запрограммированных инструкций эта система 3D печатает целое конструктивно безопасное здание.

Данная технология также начинает использоваться для строительства мостов. Ведущую роль во внедрении технологии 3D-печати в строительстве мостов играют Нидерланды, США и Китай.

Первый в мире мост, напечатанный на 3D-принтере, открыли осенью 2017 года в Нидерландах. Мост предназначен для мотоциклов либо велосипедов, однако выдержать может и вес 40 грузовиков.

«Одним из преимуществ печати моста является то, что требуется гораздо меньше бетона, чем в обычной технике, в которой заполняется пресс-форма. Принтер размещает бетон только там, где это нужно», – отмечает представитель технологического университета Эйндховена.

Мост соединяет две дороги над небольшим ручьем в городе Гемерт и выполнен из предварительно спрессованного железобетона. Сообщается, что восьмиметровый мост состоит из около 800 печатных слоев и собирается на месте. Создавался мост с использованием технологии 3D-печати методом дуговой сварки. Конструкция была, фактически, «выращена» специальным роботом со сварочным аппаратом.

Удачное сочетание 3D-печати и промышленных роботов является одной из наиболее перспективных технологий автоматизации в строительной отрасли.

Инженеры показали как можно использовать роботов Universal в строительной сфере

В лаборатории Autodesk (Сан Франциско, США) были представлены исследовательские проекты, направленные на изучение автоматизации строительной области. В исследованиях инженерам помогали роботы Universal Robots.

Разработчики охватили разные пути развития взаимодействия человека и робота, а также методы управления и координирования действий машин. Также в лаборатории были представлены роботы с разными сценариями машинного обучения: начиная с роботов-художников и заканчивая механизмами, которые способны конструировать сложные объекты и проводить ремонтные работы.

Строительные роботы для кладки кирпичей

Роботы для кладки кирпичей уже успешно заменяют строителей на сотнях британских строительных площадках. Такие роботы способны укладывать в шесть раз больше кирпичей, чем строители за день, и никогда не нуждаются в перерыве на отдых. Строительные роботы для кирпичной кладки заметно улучшают скорость и качество строительных работ.

Пример

Нью-йоркская фирма Construction Robotics разработала робота под названием SAM (сокращение от Semi-Automated Mason), который может укладывать 3000 кирпичей в день. Это значительно больше, чем у большинства строителей-людей, которые могут укладывать в среднем 500 кирпичей в день. SAM100 – первый коммерчески доступный робот для кирпичной кладки для строительства на месте кладки.

Австралийская компания Fastbrick Robotics также разработала концептуальную коммерческую машину для кирпичной кладки под названием Hadrian X.

Благодаря автоматизированному проектированию структуры дома робот-каменщик Hadrian X сможет обрабатывать автоматическую загрузку, резку, укладку всех кирпичей для создания цельной конструкции.

Строительные 3D-принтеры

3D-печать в строительстве можно использовать в частном, коммерческом, промышленном и государственном секторах. Потенциальные преимущества этих технологий включают более быстрое строительство, более низкие трудозатраты, повышенную сложность и точность, большую интеграцию функций и меньшее количество производимых в процессе строительства отходов.
Существуют разные методы 3D-печати, используемые в строительстве, в том числе:

• экструзия (бетон/цемент, пена, полимеры)
• порошковое соединение (полимерное соединение, химическое соединение, спекание)
• аддитивная сварка.

3D-печать в строительной отрасли помогает сэкономить время, усилия и материалы по сравнению с традиционными методами строительства.

Пример

Американский стартап ICON и благотворительная организация New Story презентовали быструю 3D-печать жилых домов.

Разработчики заявили, что строительному принтеру требуется от 12 до 24 часов, чтобы распечатать простой одноэтажный дом площадью 60 квадратных метров. Максимальная площадь здания, которое может сделать принтер, не превышает 80 квадратных метров.

Представители ICON отметили, что эта технология отличается низкой стоимостью. Один дом на этом этапе разработки обойдется в 10 тысяч долларов, однако в будущем стартаперы обещают снижение до 4 тысяч долларов.

После печати стен, строители устанавливают окна, деревянную крышу, базовую сантехнику и электропроводку, которую можно провести прямо внутри стен. Вся установка, включая отделку, занимает меньше дня. В будущем ICON планирует разработать роботов, которые будут устанавливать окна и крышу после окончания печати и дроны, которые могли бы заняться покраской помещения.

Также в компании представили принтер Vulcan, c помощью которого они будут печатать дома. Несмотря на большой вес, его можно переносить с места на место. Vulcan печатает обычную смесь бетона, которая укладывается в 100 нитей толщиной в дюйм и сохраняет форму по мере затвердевания. Стены продолжают твердеть в течение нескольких дней после печати, но начать жить в доме можно уже сразу после производства.

В будущем компании надеются коммерциализировать свои технологии внутри США, где, по их словам, в некоторых городах нехватка жилья ощущается еще острее, чем в развивающихся странах.

В качестве эксперимента ICON и New Story построят район из ста типовых домов в Сальвадоре – самой густонаселенной стране Центральной Америки. В портфолио компании уже есть несколько реализованных зданий в Боливии и Гаити. А первый дом они напечатали в Остине, родном городе разработчиков.

Когда роботы и 3D-принтеры работают сообща

3D-печать потенциально способна революционизировать способы производства и создания предметов людьми, от крошечных до очень больших. Объединяя роботов с 3D-принтерами, партнерская компания KUKA Branch Technology, работающая с архитекторами в Gould Turner Group, в корне меняет подход архитекторов и дизайнеров не только к созданию окончательной конструкции, но и к тому, как эта конструкция проектируется от начала до конца.

На видео показаны архитекторы, использующие композитные материалы (рубленые гранулы ABS, армированные углеродным волокном) для 3D-печати сверхпрочных строительных лесов, которые также могут удерживать традиционные строительные материалы. И результаты не только визуально впечатляют, но и очень практичны, как и многие естественные древовидные структуры.

Данная технология создает сложность ячеистой конструкции, в которой применяются экономичные строительные материалы для обеспечения функциональности и прочности конструкции стены. Композитные структуры создаются с использованием той же методологии, с которой строит природа. Как кости в нашем теле или деревья в лесу, оптимизированная геометрия становится прочной и функциональной благодаря материалу, заполняющему матрицу. Внутренние и наружные скины могут быть затем обработаны любым способом.

В основе Cellular Manufacturing лежит запатентованный компанией 3D Technology процесс печати в произвольной форме. Печать в свободной форме на открытом пространстве не ограничивается медленным, послойным процессом сборки традиционной 3D-печати. Алгоритм компании создает как геометрию, так и роботизированное движение для конструирования сложных геометрий в открытом пространстве без использования вспомогательных материалов или строго контролируемых условий строительства.

Роботы FANUC повышают эффективность производства строительных материалов

FANUC Robotics работает над повышением эффективности производства строительных материалов с использованием роботизированных систем. Использование роботов для резки, укладки и упаковки на поддоны строительных материалов повышает эффективность, поскольку роботизированные системы могут выполнять задачи быстрее и с большей точностью. Созданные FANUC Robotics роботы могут манипулировать изоляцией из стекловолокна и пенопласта, различными облицовочными материалами, чтобы соответствовать уникальному заказу каждого клиента, и они могут выполнять это с минимальными затратами времени.

Например, система FANUC Robotics может резать, укладывать в коробки, а затем на поддоны 42 метра изоляции полиизоциануратных плит в минуту. А различные способы ламинирования производят еще быстрее – до 67 метров в минуту. Компании, которые интегрируют роботов в свой рабочий процесс, становятся более эффективными и конкурентоспособными.

Роботы для переноски и установки листовых материалов

Управляемые человеком роботы, предназначенные для подъема и установки больших стеклянных панелей, сэндвич-панелей, металлических листов и других строительных элементов — особенно тех, которые обладают немалой ценностью и габаритами. Применяют такие устройства там, где неудобно использовать традиционные – подъемные краны или подъемники.

Пример

Лидер этого сегмента рынка – компания GGRgroup, Великобритания. Среди выпускаемой продукции, например, робот Geko PV+ и «тяжеловес» Oscar 1000, способный поднимать грузы весом в 1 тонну.

Самоходный вакуумный подъемник-робот Geko PV представляет собой коленчато-локтевой подъемник с мощными приспособлениями для вакуумного захвата материалов. Способен удерживать плоские, тяжелые габаритные материалы, как в вертикальном, так и в горизонтальном положении с возможностью поворота до 180 градусов. Предназначен для использования в помещениях (не подходит для использования под дождем). Удерживает до 175 кг, поднимает в высоту до 3 м. Батареи без подзарядки хватает на 8 часов работы.

Роботы-краны

Новая техника автоматического возведения стальных конструкций в высотных зданиях называется системой RCA (автоматизированная строительная система на основе робототехники и кранов). Система RCA может быть разделена на четыре основные системы:

1. Система контроля и управления
2. Система сборки материала
3. Система сборки балки
4. Система строительства объекта (CF).

Использование роботов-кранов повышает эффективность строительства и облегчает проблему нехватки рабочей силы.

Компания GGR Group (Великобритания) считается №1 для подъемных решений в строительстве.

Пример

Мини-гусеничный кран-робот MCC 804 обладает мощной грузоподъемностью крана-манипулятора и способен достигать высоты мини-крана-паука. Этот гусеничный кран грузоподъемностью 8 тонн может подниматься до максимальной рабочей высоты 13,7 метра с помощью четырехсекционной телескопической выдвижной стрелы, которая может точно регулироваться джойстиком.

По словам главного исполнительного директора GGR Group Грэма Райли, компании по всей Европе значительно расширяют свой парк кранов-роботов и кранов-пауков. Спрос на эти специализированные мини-краны для подъема в самых компактных и сложных условиях никогда не был выше.

Роботы Kuka для строительства из дерева

Робот Kuka серии KR Quantec помог построить новый исследовательский павильон в университете Штутгарта, буквально сшивая детали. Впервые Институт вычислительного проектирования (ICD) и Институт строительных конструкций и конструкторских разработок (ITKE) использовали технологии промышленного шитья для деревянного строительства.

Для павильона промышленный робот изготовил в общей сложности 151 различный сегмент с радиусом изгиба от 30 до 75 см. Эта легкая конструкция весит 780 кг, простирается на 9,3 м и занимает общую площадь 85 м².

Как крупный морской краб: завершенный исследовательский павильон в университете Штутгарта.

Источник: ICD / ITKE, Штутгартский университет

В целом, этот новый исследовательский павильон демонстрирует, как взаимодействие между материалом, формой, пространством, несущей конструкцией и роботизированным производством может привести к появлению инновационных деревянных конструкций.

Роботы для сноса зданий

Роботы для сноса сооружений хотя и работают медленнее, чем бригады по сносу, но они гораздо безопаснее и дешевле, когда речь идет о сносе бетонных и конструктивных элементов здания в конце его жизненного цикла.

Эти мобильные роботы используют разнообразные инструменты, такие как дробилки, сеялки или ковши, чтобы разрушать строительные материалы. Большинство роботов для сноса напоминает небольшие экскаваторы, только без кабины.

В настоящее время роботы-сносчики занимают 90% всего рынка строительных роботов. Они являются одними из первых коммерчески жизнеспособных строительных роботов, которые занимаются приложениями в исторически трудоемкой отрасли.

Автоматизация сноса – это безопасность и эффективность, которые обеспечивают существенную экономию средств для строительных и сносящих компаний. Снос – опасная работа.

Роботизированная автоматизация избавляет людей от опасности и позволяет им выполнять более продуктивные задачи, что является основным преимуществом роботов, о которых говорил отец робототехники Джозеф Энгельбергер. Роботы для сноса также не нуждаются в перерывах и могут работать днем и ночью, чтобы завершить работу по сносу быстрее, чем когда-либо прежде. Хотя роботы-сносчики имеют высокую начальную стоимость, что и следует ожидать от совершенно новой технологии, они рентабельны в долгосрочной перспективе, обеспечивают окупаемость инвестиций во времени и экономию труда.

Роботы для сноса обеспечивают столь необходимую безопасность, эффективность и экономию затрат в столь трудоемкой отрасли. Обладая мощным потенциалом роста, роботы для сноса способны возглавить волну автоматизации в строительстве.

Пример

Brokk 330D – один из телеуправляемых роботов-разрушителей в обширном семействе Brokk одноименного производителя из Швеции. Не требует подключения к сети промышленного тока за счет использования дизельного двигателя. Компактный, размер робота меньше, чем у экскаватора, способного работать с навесным оборудованием той же мощности.

Телеуправляемый робот для демонтажа (разрушения) среднего класса. Для использования в строительстве, а также на цементных производствах, в различных процессах и в ядерной индустрии. Компактный робот, способный наносить удары силой до 410 джоулей. Может работать с различными видами полезной нагрузки. Используется в России структурами МЧС в составе комплекса Брокк-180 в 2017 году.

Дроны в строительстве

Использование дронов в строительстве – новая технология с большим потенциалом. Вместе с 3D-печатью и роботами это произведет революцию в архитектурно-строительной сфере.

Уже сегодня архитектурные и строительные фирмы могут применять квадрокоптеры для сбора геодезической информации о территории, для контроля работ и создания маркетинговых материалов. Дроны, оснащенные камерами высокой четкости, инфракрасными сканерами и тепловыми датчиками, позволяют собирать важные данные, которые могут повлиять на проект еще на этапе проектирования.

Квадрокоптеры могут не только собирать информацию, но красить, очищать поверхность на высоте и других труднодоступных местах, доставлять определенные грузы.

Пример

Американская компания Apellix представила автоматизированную малярную систему Worker Bee, которая использует для распыления краски квадрокоптер. Вы просто размещаете дрон рядом с объектом покраски и выбираете кнопку START на интерфейсе пользователя. Затем бортовой компьютер берет всё на себя, выполняя все управление полетом и тестирование, прежде чем вернуться в безопасную зону в ожидании дальнейших инструкций.

Заглядывая в будущее

Для кого-то космос – это нечто темное, далекое и недосягаемое, а для кого-то – мечта познать неизведанное, возможность расширить сферу влияния человечества, колонизировать новые планеты, добывать полезные ископаемые на астероидах…

В мае 2019 года НАСА (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, США) подвело итоги своего масштабного конкурса по «изобретению» жилья, которое можно использовать при колонизации Марса, Луны и других планет.

Победителем завершающего этапа стало нью-йоркское «мультипланетарное архитектурное и технологическое проектное агентство» AI SpaceFactory. Конкурс 3D-Printed Habitat Challenge стартовал в 2015 году и состоял из нескольких серий. В общей сложности в этом «долгоиграющем» проекте НАСА успели проявить себя 60 команд.

Финальное состязание проходило в мае 2019 года на полигоне Университета Брэдли, штат Иллинойс. За три дня участники должны были построить прототип своего проекта с помощью роботов и 3D-принтера. Марсианское жилище MARSHA высотой 4,5 метра (в три раза меньше предполагаемого оригинала), предложенное AI SpaceFactory, привлекло судей своим «гуманистическим» дизайном. Инженеры намеренно отказались от популярных в космической архитектуре объемов: вместо опирающегося на поверхность планеты купола или врытого туда наполовину бункера они предложили структуру в форме вытянутого яйца. Разработчики позаботились не только о минимальном воздействии на окружающую среду, но и психологическом комфорте членов экспедиции.

Четырехэтажное здание заполнено естественным светом, поступающим из большого проема в потолке и небольших окон по периметру. Окна расположены на всех четырех этажах и в совокупности охватывают панораму на все 360° вокруг постройки.

Обстановка марсианского укрытия приближена к домашней: здесь есть отдельные каюты для членов экипажа, комната для неформального общения и отдыха и даже мини-сад. От больших перепадов температур на «красной планете» обитателей MARSHA призваны спасти двойные стены. Большое внимание авторы проекта также уделили устойчивости сооружения к атмосферному давлению и структурным нагрузкам.

Судьи оценили экологичность строительного материала, а также долговечность, герметичность и прочность постройки. Конструкция сделана из смеси базальтового волокна (на Марсе его собираются добывать из местного грунта) и биопластика на растительной основе. По итогам испытаний этот материал оказался более прочным и долговечным, нежели его бетонный конкурент.

Как пояснил основатель AI SpaceFactory Дэвид Мэлотт в интервью на сайте Space Bandits, самым большим препятствием для строительства в космосе является чрезвычайно дорогая транспортировка стройматериалов. Так, по словам Мэлотта, за 100 млн долларов на Луну можно привезти 5 тонн груза, при этом средний дом на Земле весит около 50 тонн. Поэтому строительство аналогичного на Луне обойдется в 1 млрд долларов, а чтобы доставить на Луну все необходимые ресурсы, потребуется около 10 рейсов. «За ту же цену мы могли бы посадить [на Луну] 50 роботизированных аппаратов и построить [целую] лунную деревню – когда научимся собирать материалы с поверхности», – говорит основатель космического стартапа.

Технологии строительства на далеких небесных телах инженеры надеются адаптировать под земные нужды.

«Колонизация Луны и Марса проложит путь к исследованию дальнего космоса и обеспечит доступ к энергии и ресурсам. Земля имеет ограниченное количество ресурсов, и [хотя] мы уже привели наш климат к критической точке, треть планеты [все еще] живет в непригодных условиях. Технологии AI SpaceFactory, разработанные для космоса, изменят подход к строительству на Земле», – уверен Дэвид Мэлотт.

В ближайшее время агентство планирует приступить к проекту TERA (от terrestrial analogue) – «земному аналогу» MARSHA. Финансирование планируется собрать по схеме краудфандинга.

Сделано в космосе: будущее за строительством на орбите

Источник: Made In Space, Inc.

Made In Space, Inc. – одна из самых опытных в мире компаний, специализирующаяся в области космического производства. Компания была основана в 2010 году и имеет офисы во Флориде, Калифорнии, Алабаме и Огайо. Made In Space удалось использовать уникальные свойства космической среды для разработки производственных решений для решения задач в коммерческом, промышленном, исследовательском и оборонном секторах.

Одна из флагманских программ Made In Space – Archinaut. Эта программа предоставляет широкий спектр возможностей, включая производство в космосе и сборку опорных конструкций для больших телескопов, ремонт, расширение или перепрофилирование существующих космических аппаратов, а также беспилотную сборку новых космических станций.

Archinaut сочетает технологию 3D-печати с роботизированными манипуляциями для изготовления больших конструкций в космосе. Эта технология 3D-печати была испытана в термовакуумной камере Northrop Grummans, имитирующей пространство как вакуум пространства. Испытания, которые проводились в 2017 году, были первыми, когда объекты были изготовлены в космической среде. Технология ESAMM также побила мировой рекорд Гиннесса в прошлом году, напечатав «самую длинную несборную 3D-конструкцию», которая свисает с потолка предприятия Moffett Field в Силиконовой долине.

Последний эксперимент по полету на МКС – это экзотическая оптическая полезная нагрузка ZBLAN. Специалисты компании использовали эффекты микрогравитации для продукта для наземных применений. Это был первый случай, когда полезная нагрузка использовалась для разработки продукта в космосе, но для Земли. При вытягивании волокна в условиях микрогравитации в волокне не происходит кристаллизации или появление примесей, что делает его гораздо более чистым продуктом с лучшими характеристиками, чем продукт, созданный на Земле.

Следующая полезная нагрузка – переработчик, который будет забирать старые отпечатки от AMF и даже пластиковый мусор на борту МКС, который нужно измельчать и расплавлять для создания нового сырья для AMF.

Еще один крупный проект компании по 3D-печати – подразделение по производству гибридных металлов, которое называется VULCAN.

Специалисты компании объединили технологию 3D-печати ESAMM (машина для производства аддитивных структур с расширенной структурой) с современными роботизированными манипуляторами для производства и сборки больших конструкций в космосе.

Ближайшим направлением работы с Archinaut является изготовление и сборка развертываемых устройств на небольших спутниках класса ESPA. На традиционных запусках спутников все плотно упаковано в ракетный обтекатель и должно выдерживать экстремальные нагрузки и вибрации запуска.

С технологией Archinaut можно меньше беспокоиться об упаковке развертываемых элементов в стиле спутникового оригами, но вместо этого их нужно изготавливать один раз на орбите. План в том, чтобы улучшить малые спутниковые энергетические системы путем производства солнечных батарей для спутников на орбите. Это позволяет массивам быть намного больше, в то же время освобождая дополнительное пространство на спутниковой шине для включения большего количества систем питания. Другое использование для технологии Archinaut может быть производство большой антенны (антенн) или больших апертур спутника.

Будущее 3D-печати, безусловно, уже сейчас строится на орбите, а не на Земле. Поскольку малые спутники находятся в фокусе ближайшего времени, крупные спутники и космические станции следуют за ними. Человечество движется к созданию небольших космических экономик, и не все может быть запущено с Земли.

Если хотите больше узнать о «Made in Space», посетите их веб-сайт.

Преимущества

Традиционные методы строительства производят чрезмерное количество строительных отходов, что не только вредно для окружающей среды, но и существенно влияет на прибыльность. Роботизация может помочь уменьшить количество создаваемых отходов, благодаря ее способности обеспечивать точность и аккуратность.

Инвестиции в высокие технологии, такие как 3D-печать и робототехника, могут быть непростой задачей для многих предприятий, но, в долгосрочной перспективе, сокращение отходов и расхода материалов положительно скажется на прибыльности. Как и значительно увеличивающаяся с применением роботов конкурентоспособность, обусловленная повышением качества и скорости работ.

Рекомендуемая техника

Роботы постепенно выходят за пределы научных кругов, технологических центров, строительных гигантов и попадают в реальный мир средних и малых подрядчиков — они становятся все доступнее.

Пока распространенность роботов в строительстве не получила всеобщего характера, строительные компании еще могут получить большое преимущество перед конкурентами, повысив свою эффективность с использованием 3D-принтеров, всевозможных специализированных роботов, роботов-манипуляторов и дронов.

Известные производители, оборудование которых мы рекомендуем:

Заключение

Роботы в строительной сфере применяются и будут применяться везде, начиная от этапа обучения будущих специалистов по работе со строительной робототехникой (например, роботы uFactory, uArm) и заканчивая созданием сложных объектов для использования за пределами Земли.

Современные технологии требуют совершенствования автоматизации и экономии трудовых ресурсов. Поэтому успешные строительные компании повсеместно внедряют в свой бизнес различные модификации роботов, которые фактически оптимизируют любые процессы без участия человека. Качество конечного продукта при этом растет.

Роботизация успешно вытесняет тяжелый физический труд из основных и вспомогательных процессов в строительстве, позволяет существенно сократить сроки и снизить стоимость строительства.

Всем, кто хочет повысить качество и рентабельность своего производства средствами автоматизации, специалисты Top 3D Shop помогут выбрать наиболее подходящее оборудование из широкого ассортимента робототехники, 3D-принтеров и станков с ЧПУ. Обращайтесь!

Подписывайтесь на наш телеграм-канал с отборными кейсами Роботизации и Автоматизации со всех уголков мира:

Источник: top3dshop.ru

ГОСТ 5578-94 Щебень и песок из шлаков черной и цветной металлургии для бетонов. Технические условия

Шлак – это вторсырье, которое часто используется в строительстве в качестве наполнителя при приготовлении бетонных смесей. Промышленные отходы отличаются по химическому составу и физическим свойствам, при этом их стоимость значительно ниже других заполнителей. Это делает шлак очень популярным материалом при дорожном строительстве. Кроме этого из вторсырья изготавливают минеральную вату, шлакоблоки, пемзу, литье и многое другое. Благодаря использованию вторичного сырья обеспечивается безотходная технология производства стройматериала и значительно снижается уровень загрязнения окружающей среды.

Что такое шлак

Шлак – неметаллический искусственный силикат, который образуется на поверхностях различных металлов при:

• плавке сырья;
• обработке промежуточных продуктов;
• рафинировании жидких сплавов.

Также, в процессе производства, шлаки строительные образуются при восстановлении руды, в ходе извлечения из сырья флюсов.

Если говорить о химическом составе отходов металлургии, то этот материал бывает нескольких видов:

Помимо этого, в отходах содержатся частицы кремния, алюминия, магния, марганца, серы и прочих компонентов. В зависимости от их объема шлак получает разные свойства.

Шлаковый щебень – что это такое

Данный материал является побочным отходом сталелитейного производства. Не вдаваясь в подробности, можно привести два основных варианта «добычи» этого вещества. В первом случае используются отвалы породы, оставшиеся после обработки металла.

Это просто груды камней разного размера, которые сортируются по фракциям (размерам отдельных частей) и после этого сразу готовы к использованию. Такой подход – самый дешевый. Второй вариант заключается в специальной заливке шлака на определенную поверхность, его остывании и последующем дроблении при помощи специализированной техники. Так получается немного дороже, зато вещество выходит качественнее.

Смотреть галерею

Сфера применения и свойства шлака

Говоря о том, что такое шлак, стоит сказать о сфере применения этого материала. Чаще всего в строительстве используется граншлак разного диаметра:

• Более крупные гранулы используются при изготовлении шлакоблоков, отличающихся износоустойчивостью, меньшим весом и повышенными показателями тепло- и влагоизоляции. Также крупный граншлак применяют при возведении фундамента (в качестве подложки), укреплении насыпей, обработке краев водоемов.
• Из шлака более мелкой фракции можно сделать добавку для бетона или асфальта.
• Пыль и самые мелкофракционные частицы применяют в качестве добавок при производстве тротуарной плитки и минваты.
• Крошка добавляется в строительные смеси для повышения прочностных характеристик составов. Также крошку применяют для заполнения пустот в стенах.

По цвету, вторичное сырье может быть самым разным, начиная от насыщенного черного, заканчивая белым цветом. Нередко встречаются материалы перламутрового или сиреневого оттенка.

Плотность шлака колеблется в зависимости от компонентов, входящих в его состав.

Оксид	Плотность, г/см3
Кальция	3,4
Магния	3,65
Кремния	2,26
Железа	5,7
Марганца	5,4

Соответственно, если измерять этот показатель в «кубах», то эти значения будут колебаться от 800 до 3 200 кг на метр кубический.

Удельный вес сырья (то есть масса его вещества) составляет от 2,5 до 3,6 г/см3. Приблизительно такими же показателями отличаются природные породы камней. Однако стоит учитывать, что удельный вес шлака может отличаться в зависимости от вида сырья:

• У шлакобетона этот показатель составит порядка 2-2,4 т/м3.
• Удельный вес кускового шлака колеблется от 2,1 до 2,8 т/м3.
• Если используется вторсырье в виде щебенки, то вес материала будет самым наименьшим от 1,05 до 1,6 т/м3.

Кроме этого, свойства вторичного сырья определяются его типом. Сегодня в металлургии выделяют четыре основных вида шлака: черный, цветной, топливный и химический.

Разновидности щебня

Гранитный щебень

Гранитный щебень — это щебень из твердой горной породы зернистого строения, которая является самой распространенной на Земле. Гранитная скала представляет собой магму, выброшенную на поверхность земли и затвердевшую.Состоящую из хорошо сформированных кристаллов полевого шпата, кварца, слюды и т.д.

И имеет цвет красный, розовый или серый, оправляемый от преобладания в нём шпата и слюды. Глыбы получают обычно путем взрыва монолитной скалы, затем они дробятся в машине, а полученный щебень просеивается по фракциям. Это последний этап производства щебня. Гранитную крошку также применяют в качестве противогололёдного реагента — это экологически чистый и удобный материал для увеличения трения со льдом.

Гравийный щебень

Гравийный щебень — щебень, получаемый путем просеивания карьерной породы, а также путем дробления природной каменной скалы. По прочности гравийный щебень уступает гранитному щебню, но есть и преимущества — радиоактивный фон его обычно очень низкий и цена ниже, чем на гранитный. Гравийный щебень применяют для фундаментных работ, для бетонов, в производстве ЖБИ, при строительстве дорог.

Известняковый щебень

Известняковый щебень — продукт дробления осадочной горной породы — известняка, состоящего, главным образом, из кальцита (карбонат кальция — СаСО3).Известняковый щебень (иногда его ещё называют известковый или доломитовый щебень) — один из основных видов щебня, который помимо гравийного и гранитного щебня применяется в дорожном строительстве, а также при изготовлении железобетонных изделий.

Шлаки цветной металлургии

Иногда в строительной сфере применяют отходы цветной металлургии, которые образуются при выплавке никеля и меди. Медеплавное вторсырье отличается черным цветом и не распадается. При этом его плотность составляет от 3 300 до 3 800 кг/м3, а водопоглощение колеблется в пределах 0,1-0,6%.

Никелевое сырье обладает идентичными с медеплавными отходами показателями и свойствами.

Из шлаков такого типа редко изготавливаются строительные материалы, иногда их используют при производстве литых изделий или минваты. Намного чаще на производственную линию попадают доменные шлаки.

Шлаки черной металлургии (доменные)

Сырье этого типа бывает 3 типов:

• Шлак доменный гранулированный, который получают при охлаждении чугуна во время его выплавки. Как правило, полученный граншлак используют в качестве заменителя более дорогостоящих минеральных добавок.
• Доменный шлак не гранулированного типа. Его добывают в процессе воздушного охлаждения отходов металлургии, их дробления и последующего грохочения. Полученный материал чаще всего применяется в качестве наполнителя для асфальтобетона при строительстве дорожных полотен. Кроме этого, не гранулированное сырье нашло применение в сельскохозяйственной области, где отходы используют для раскисления земли.
• Шлаковая пемза отличается тем, что она не обладает вяжущими свойствами. Поэтому это сырье чаще используют в качестве утеплителя, звукоизоляционного материала и при производстве шлакоблоков и прочих изделий из пористых и легких бетонов.

Если говорить о свойствах шлака доменного, то он отличается высоким сопротивлением к измельчению, реакционной способностью и стабильностью. По гидравлическим свойствам гранулированный шлак бывает трех сортов:

Материал	Цена за куб
Шлаковый щебень фракции 5-20 мм	от 900 руб/м3	Заказать расчет
Шлаковый щебень фракции 20-40 мм	от 900 руб/м3	Заказать расчет
Шлаковый щебень фракции 40-70 мм	от 900 руб/м3	Заказать расчет

Лучшими характеристиками обладает щебень, полученный в результате дробления отходов металлургических предприятий. Более дешева, но пориста и менее прочна щебенка, изготовленная из продуктов отработки котельных и доменных печей. Поэтому такой шлаковый щебень для дорожного строительства не используют.

Сфера применения материала зависит от размера зерен и марки прочности. Для строительства и обустройства дорог подходят материалы, полученные в результате переработки расплавов. На специальные площадки и в траншеи сливают раскаленные жидкие сплавы металлов и оставляют для застывания. После их дробят и просеивают, чтобы разделить на фракции.

Топливные шлаки

Золошлак – это шлак гранулированный, который отличается черной окраской. Такой цвет образуется из-за двухвалентного железа, которое содержится в составе сырья. Встречается шлак коричневого, белого, оливкового и зеленого цвета (в зависимости от объема окисла). Для получения песка шлакового сырье измельчается, в этом случае его цвет будет серым.

Золошлаки получают в процессе сжигания различного топлива, в зависимости от типа которого можно определить, сколько вторсырья в нем содержится:

Однако стоит учитывать, вреден ли угольный шлак. Дело в том, что в этом материале содержатся радиоактивные вещества, поэтому использовать его в качестве наполнителя для бетонных стен и при организации стяжки для жилых объектов не рекомендуется.

Применение шлакового щебня в строительстве

Конкуренция заставляет предприятия строительной сферы искать новые способы удешевления своей продукции. Как правило, все начинается с исходных компонентов. В категории доступного сырья благодаря особым характеристикам выделяется щебень из шлака.

Виды и особенности

Шлаковый щебень – это раздробленные и разделенные на фракции отходы, которые образуются в процессе производства металла, некоторых химикатов, сжигания твердого топлива в котельных и тому подобного. В зависимости от размера зерен щебневая масса разделяется на:

• Крупнофракционную 40-7 и 70-120 мм;
• Среднефракционную 20-40;
• Мелкофракционную 5-20;
• Отсев до 5 мм.

От диаметра гранул зависит насыпная плотность материала, которая влияет на конструкционную прочность готовых смесей или изделий. Для него минимальный уровень – 1 000 кг/м3 и выше. Как показывают исследования, средние и тяжелые бетоны, произведенные с использованием щебневой массы из доменного шлака, демонстрируют отличные значения по прочности на растяжение, механические удары, долговечность и так далее.

Технические характеристики шлакового щебня включают также следующие параметры:

1. Прочность на сжатие в качестве наполнителя бетонных растворов – от М300 до М1200.

2. Содержание примесей (пыль, глинистые частицы) – не более 3 %. «Грязный» шлаковый щебень быстро разрушается, а смеси не набирают заданной прочности.

3. Водопоглощение – около 1,5-4 % от общей массы.

4. Морозостойкость – от 15 до 300 циклов замораживания-размораживания.

5. Радиоактивность должна соответствовать 1 классу.

Щебень из отвальных металлургических шлаков

Используется в следующих сферах:

1. Изготовление бетонных смесей всех марок, в том числе ячеистых. Гранулированные доменные отходы считаются гораздо лучшим наполнителем, чем гранитная «дробленка». Связано это с тем, что поверхность шлака обладает большей адгезивной активностью (сцепление) по отношению к цементному вяжущему. Поэтому застывший шлакобетон имеет больший процент прочности, чем гранито-гнейсовый.

2. Шлакоблок. В регионах, где сосредоточены предприятия металлургии, щебневые материалы из отходов обходятся значительно дешевле, чем остальные виды наполнителей. К тому же коэффициент теплопроводности готового изделия в 5 раз ниже, чем аналогичный показатель силикатного кирпича, то есть он теплее.

3. Производство тротуарной плитки с гранулированным доменным шлаком экономически эффективно – расходы уменьшаются в 1,5-3 раза. По этой же причине мелкофракционные отходы применяются для кирпича.

4. Выпуск ЖБИ. При этом используется щебень из шлака с морозостойкостью от F75 и выше.

5. Дорожно-строительные работы. Применяется в качестве недорогой подсыпки (не дробится при укладке и уплотнении, сохраняет ровность покрытия при повышенных нагрузках), а также для износоустойчивого асфальтобетона.

6. Изготовление каменной ваты. Технология позволяет использовать в производстве не только природный базальт, но и шлак. Продукция обладает неплохими качественными характеристиками, уступающими стекловате незначительно.

Чтобы купить шлаковый щебень, можно обратиться непосредственно на комбинат или позвонить продавцам нерудных строительных материалов. Большинство покупателей выбирает последний вариант, так как цена с транспортными услугами почти идентична. Стоимость щебня по Москве и Московской области приведена в таблице ниже.

Фракция щебня, мм	Марка прочности на сжатие	Цена, руб/м3
5-20	800	1 000
20-40	800	980
40-70	800	930
70-120	800	880
5-20	1 000	1 300
20-40	1 000	1 150
40-70	1 000	1 000
5-20	1 200	1 500
20-40	1200	1400
40-70	1200	1350

Химические шлаки (электротермофосфорные)

Граншлаки – отходы производства фосфора, который изготавливается электротермическим методом. В таком вторсырье содержится до 98% стекла. Основу материала составляют CaO и Si02. Помимо этого в химических отходах содержатся частицы макулатуры, резиновой крошки, тряпья, полимерных материалов, попутных нефтепродуктов и многого другого. В связи с этим подобные шлаки довольно редко используются в строительстве.

Если говорить о самом распространенном типе шлаков, то это доменное вторсырье. Однако, несмотря на многочисленные преимущества, этот материал обладает и плюсами и минусами.

Источник: masterfibre03.ru