Введение к работе
Актуальность проблемы. Характерной особенностью развития материально-технической базы гражданского, жилищного и, частично, промышленного строительства является значительное расширение применения новых типов легких конструкций с эффективными утеплителями. Массовое внедрение этих конструкций приобретает важное народнохозяйственное значение и может дать стране ощутимый экономический эффект. Отечественный и зарубежный опыт строительства убедительно показывают целесообразность применения легких ограждающих конструкций против стен из железобетона на легких заполнителях. Масса кирпичного дома составляет 2 т/м2; панельного — 1,5 т/м2, в то время как за рубежом эта цифра составляет 1 т/м2. Вес утепленных легких стеновых панелей с эффективными утеплителями в отдельных случаях не превышают 10-12 кг/м2 , что в 20-25 раз легче стен из железобетона на легких заполнителях. Применение легких конструкций позволяет уменьшить массу зданий, увеличить размер монтажных элементов, добиться экономии материалов, уменьшить расходы на их транспортирование и трудовые затраты как в производстве материалов, так и при монтаже строительных конструкций, а также сократить сроки возведения зданий.
Совершенствование легких ограждающих конструкций представляет большой интерес для возведения зданий как повышенной этажности, так и малоэтажных. Одним из важнейших путей экономии топливно-энергетических ресурсов является сокращение тепловых потерь через ограждающие конструкции эксплуатируемых и вновь строящихся зданий, а также затрат энергии на получение самой теплоизоляционной конструкции. Применение высокоэффективных теплоизоляционных материалов позволяет создавать легкие ограждающие конструкции, отвечающие современным требованиям архитектуры и строительства, сократить эксплуатационные затраты зданий за счет снижения теплопотерь через наружные ограждения в зимнее время или уменьшить перегрев помещений в летнее время.
В развитии и совершенствовании легких ограждающих конструкций, в исследованиях технологических процессов, разработке технологического оборудования, изучении несущей способности легких ограждений и принципиальных положений огнестойкости и пожарной безопасности приняли участие многие видные отечественные и зарубежные ученые: Г.С. Абашидзе, А.А. Афанасьев, АА. Артюшин, В.М. Бобряшов, СВ. Бондарь, И.Л. Бихневич, А.Б. Губенко, В.В. Гурьев, А.Ю. Глазунов, Ю.Г. Граник, А.Н. Дмитриев, В.В. Жуков, С.С. Каприелов, Л.М. Ковальчук, В.В. Козлов, ЮА. Кошмаров, A.M. Лемехов, П.В. Монастырев,
Ю.Н. Муравьев, В.И. Мурашов, СВ. Николаев ВіБ^^дцсщ^Рі^НЙЛІ^іМЖ.ІРойтман, И.Г.
(
БИБЛИОТЕКА I СПЄТЄр6ртГ QQ |
, 09 W>7»*^J
Романенхов, ВА. Рахманов, Ф.Ф. Тамплон, О.Б. Тюзнева, В.И. Травуш, В.И. Хрулев, А.К. Шрейбер, К.А. Шрейбер,А.И.Яковлев.
Применяемые в настоящее время легкие ограждающие конструкции имеют ряд существенных недостатков, препятствующих их широкому применению: малая огнестойкость, недостаточная отработанность промышленной технологии изготовления и, как следствие этого, повышенная стоимость. Поэтому проблема совершенствования технологии изготовления легких конструкций, снижение стоимости и повышение их качества является актуальной и важной научно-технической проблемой, решение которой внесет значительный вклад в развитие экономики страны, в частности, ее строительной отрасли. Это подтверждается принятыми правительственными программами: Государственной целевой программой «Жилище», Федеральной целевой программой «Свой дом» и другими.
Автором выдвинута гипотеза о том, что дальнейшее совершенствование технологии изготовления легких ограждающих конструкций может быть достигнуто путем более органичного сочетания конструктивных частей ограждений с использованием эффективных по-лимеркомпозитных утеплителей, свойства которых, в том числе горючесть, могут регулироваться в зависимости от назначения и конструктивных решений легких ограждений.
Цель диссертационной работы состоит в решении научно-теоретических и практических основ технологии производства легких ограждающих конструкций с полимеркомпозит-ными утеплителями с регулируемыми свойствами для обеспечения заданных требований к конструкциям, а также отработке рациональных составов полимеркомпозитов и принципов организации технологических линий с их технико-экономической оценкой.
Основные задачи исследования:
исследовать и выявить комплекс технологических требований к созданию легких ограждающих конструкций и рациональных областей их применения;
разработать и исследовать принципиальные основы технологии полимеркомпозитного утеплителя с регулируемыми свойствами, обеспечивающими при рациональных составах требуемые качества легких ограждений;
разработать конструктивно-технологические решения легких ограждающих конструкций с применением полимеркомпозита;
исследовать и отработать рациональные технологические режимы производства легких ограждающих конструкций с полимеркомпозитом;
изучить эксплуатационные свойства легких ограждающих конструкций, изготавливаемых по предлагаемой технологии;
- разработать основы промышленного производства легких ограждающих конструкций и принципы организации технологических линий по их производству; -дать технико-экономическую оценку предлагаемой технологии.
Задачи работы ограничиваются исследованием материалов и конструкций из них исключительно в рамках создания технологии изготовления теплоэффективных легких наружных ограждений с применением слабогорючего полимеркомпозитного утеплителя.
Общая методика работы включала информационно-аналитическую и лабораторную части исследования с применением планирования экспериментов, статистическую обработку результатов технологических расчетов с использованием компьютерных программ. В отдельных разделах работы использовались частные методики, изложение которых приведено в соответствующих местах диссертации.
Проведен анализ многоплановых работ, в той или иной мере относящихся к разработке технологии производства легких ограждающих конструкций, выполненных научно-исследовательскими и учебными институтами страны: НИИЖБ, ВНИИжелезобетон, ЦНИИ-ЭП жилища, Московским, Ленинградским и другими инженерно-строительными университетами и институтами. Изучен опыт передовых предприятий г.г.Москвы, Санкт-Петербурга, Твери. Проанализированы отечественные и зарубежные работы по технологии производства легкого утеплителя и конструкций из него.
Критический анализ этого материала позволил сформулировать и теоретически обобщить проблему совершенствования технологии производства на основе полимеркомпозит-ных утеплителей. При решении этой проблемы выявлялись технологические требования к утеплителям, создавался композит, удовлетворяющий установленным требованиям, выявлялись области использования созданного материала, вырабатывались технологические приемы производства композитных утеплителей, находились рациональные области использования предложенной технологии и, наконец, создавалась, отрабатывалась, оценивалась и внедрялась заводская технология производства легких ограждающих конструкций.
В качестве основных методов решения поставленных задач использовались методы-математической статистики, различные методы современной строительной науки и, прежде всего, таких дисциплин, как технология, организация строительного производства, материа-ловедческие основы, основы конструирования.
Научная новизна работы:
- сформулированы, обоснованы и теоретически обобщены научные положения по технологии производства полимеркомпозитных утеплителей пониженной прочности;
выявлена общность, взаимообусловленность и взаимосвязь между технологией изготовления теплоэффективных легких ограждений с применением полимеркомпозитного утеплителя с технологией его производства, технологическими параметрами материала композита, а также связь с областью рационального использования разработанной технологии в строительных конструкциях;
определены технологические режимы зависимости «состав-свойство» полимерком-позита пониженной горючести, что позволило установить общие закономерности образования пленочно-ячеистых структур разнородных систем (полистирол - цемент - микрокремнезем - вода), обладающие высокой удобоукладываемостью и пониженной горючестью;
научно обоснован технологический принцип управления структурой и свойствами цементного камня в полимеркомпозитах за счет введения заданного количества микрокремнезема, обеспечивающего требуемые прочность, плотность и долговечность цементного камня;
научно обоснованы технологические режимы и разработаны технологические регламенты организации заводского производства легких ограждающих конструкций с использованием полимеркомпозитных утеплителей, а также монолитной укладки утеплителя в построечных условиях без использования энергоемких технологических операций и сложного технологического оборудования;
определены принципы проектирования легких наружных ограждений с полимер-композитом, обладающих необходимой долговечностью при сохранении первоначальных качеств утеплителя.
Перечисленные научные результаты работ автор выносит на защиту.
Практическая ценность работы. На основе использования известных, доступных и недорогих компонентов (полистирол, цемент, поливинилацетатная эмульсия, карбамидные смолы, сульфатное мыло и др.) создан легкий утеплитель с регулируемой плотностью и пониженной горючестью. Технологические режимы получения этого материала позволили создать производственную технологию выпуска целой гаммы изделий с регулируемыми свойствами, выполняя при этом условия энергосбережения, экологичности, максимального использования стандартного оборудования, преемственности технологии производства изделий с полимеркомпозитным утеплителем и технологии выпуска изделий из легкого бетона.
Автором разработана номенклатура изделий с использованием полимеркомпозитных утеплителей, а также разработан комплекс технической и методической документации, включающий рекомендации, регламенты и инструкции по технологии изготовления легких наружных ограждений и методические разработки, направленные на обеспечение пожарной
безопасности легких конструкций. Дана технико-экономическая оценка производства легких наружных ограждений, как в заводских, так и построечных условиях.
Достоверность результатов исследования, выводов и предложений автора обусловлена:
проведением исследований на фрагментах либо близко соответствующих промышленным образцам, либо непосредственно на изделиях, полученных в заводских или построечных условиях;
применением дублирующих методов экспериментальных исследований, их удовлетворительной сходимостью;
близким совпадением данных лабораторных, полупроизводственных и произведет-венных экспериментов.
Апробация работы. Основные положения и выводы диссертации изложены автором в рекомендательных документах, в докладах, выступлениях и материалах ряда республиканских и международных научно-технических конференций и совещаний: Всесоюзной конференции «Научно-технический прогресс в строительстве» (г.Свердловск, 1998 г.); Международной конференции «Полимерные материалы пониженной горючести. АН СССР» (гАлма-Ата, 1990 г.); «VII Международном конгрессе по полимербетону» (Москва, 1992 г.); «Международном конгрессе по деревянным конструкциям» (г. Тампер, Финляндия, 1995 г.); Международной конференции «Экологические проблемы переработки вторичного сырья» (г. Римини, Италия, 1996 г.); Международной научно-практической конференции «Строительство 1998 г.» (г.Ростов-на-Дону, 1998 г.); Всесоюзной научно-практической конференции «Достижения науки и техники развитию сибирских регионов» (г. Красноярск, 1999 г.; 2000 г; 2001 г.); IV Международном симпозиуме «Современные строительные конструкции из металла и древесины» (г. Одесса, 1999 г.); Научно-технической юбилейной конференции «Современные строительные конструкции из металла и древесины» (г. Новосибирск, 2000 г.); Международной конференции «Современные проблемы строительного материаловедения» (г. Белгород, 2001 г.); Международной научно-методической конференции «Экология - образование, наука и промышленность», «Современные проблемы строительного материаловедения» (г. Белгород, 2002 г., 2003 г.); Международном конгрессе, г. Белгород 2003 г.; Международной конференции, г. Красноярск 2003 г. Международной научно-практической конференции "Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири" (г. Улан-Удэ 2003 г.). Внедрение результатов. Результаты проведённых исследований использованы:
при составлении «Рекомендаций по изготовлению и применению пенополистироль-ной композиции в качестве утеплителя лёгких металлических кровельных ограждений» /
ЦНИИСК-М.,1988;
институтом «Абакангражданпроект» при разработке проектов реконструкций здания серии 111-97 в части конструкции утепления наружных стен и зданий серии 114-86, а также возведения мансардного ограждения из облегчённых панелей;
при создании заводских технологических линий по производству блочного и плитного утеплителя из полимеркомпозита и кровельных панелей с заливочным полимеркомпозитом (средняя производительность технологической линии 5 тыс. м3/год) в тресте «Строймехани-зация» ГПО «БратскГЭССтрой» г. Братск;
при создании технологических линии для монолитной укладки утеплителя из поли-меркомпозиции на кровельные ограждения зданий и сооружений (ООО «Приор», ООО «Вос-токсантехмонтаж», ЗАО «АМПП») г. Абакан;
при создании технологической линии производства полимеркомпозитного утеплителя пониженной горючести способом монолитной укладки на кровельные панели и утепления стен малоэтажных зданий (ООО "Итэра М") г.г. Лабытнаги, СалехардЯНАО;
в учебном процессе ХТИ и послевузовской переподготовки сотрудников УГПС МВД Хакасии;.
при составлении учебно-методических разработок «Методы огнезащиты строительных конструкций» и «Обеспечение пожарной безопасности и огнестойкости облегченных конструкций утепления наружных стен гражданских зданий».
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 69 печатных работах, включая одну монографию общим объемом 19,1 п.л., 27 работ, которые опубликованы в научных изданиях соответствующих перечню, указанному в положении о порядке присуждения ученых степеней, 3 авторских свидетельства об изобретении.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и практических рекомендаций, приложений и списка использованной литературы. Целостность решения проблемы создания технологии изготовления наружных ограждений с применением слабогорючего полимеркомпозитного утеплителя сведена к последовательному разрешению задач, начиная с разработки технологических и технических требований к материалу утеплителя и создания композитов, удовлетворяющих этим требованиям, и кончая выявлением области эффективного использования предложенного материала и технологии промышленного производства изделий с применением полимеркомпозитного утеплителя.
